Фотоприемное устройство Советский патент 1986 года по МПК G01J1/44 

ход автоматического переключателя 10 диапазонов соединен с входом программного регулятора 11. Первый выход программного регулятора 11 соединен с вторым входом регулируемого высо- ковольтного источника 12, выход которого соединен с входом делителя напряжения 13. Выходы делителя напряжения 13 соединены, с ;цинодами фото- 5#множителя-5. Второй выход автоматического переключателя 10 Диапазонов соединен с вторым входом регистратора 9. В устройство введены источник опорного излучения. 1, модулятор 2, световоды 4.1 и 4.2 опорного и измерительного каналов, формирователь 6, компаратор 7 с источником опорного напряжения 8 и стабилизат.ор тока. 14. Модулятор 2 и световоды 4.1 и установлены по ходу измерительного потока и потока источника опорного

Изобретение относится к оптико- электронному приборостроению и может быть использовано в различных измерителях оптических характеристик рассеивающих сред. .

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений.

На чертеже изображена структзгрная схема фотоприемного устройства.

Фотоприемное устройство содержит источник 1 опорного излучения, механический модулятор 2 с двигателем 3, световоды 4.1 и 4.2, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 5, формирователь 6, .компаратор 7 с источником 8 опорного напряжения, регистратор 9, автоматический переключатель 10 диапазонов, программный регулятор 11, регулируемый высоковольтный источник 12, делитель 13 напряжения и стабилизатор 14 тока, через который программньй регулятор 11 соединен с источником 1 опорного излучения, оптически связанного со световодом 4.2 через модулятор 2. Оба световода 4 оптически свя- заны с ФЭУ 5, выход которого связан с формирователем 6. Причем один вькод формирователя 6 соединен с входом, регистратора 9 и с входом автоматичег

излучения 1. Выходы обоих световодов 4.1 и 4.2 соединены с входом фотоумножителя 5, выход которого соединен с входом формирователя 6. Первый выход формирователя 6 соединен с первым входом компаратора 7, выход которого соединё н с первым входом регулируемого высоковольтного источника 12. Второй выход формирователя 6 соединен с nepBbiM входом регистратора 9 и ,с входом автоматического переключателя 10 диапазонов. Второй вход компара твора 7 соединен с выходом источника опорного напряжения 8. Второй выход программного регулятора 11 соединен с входом стабилизатора тока 14, выход которого соединен с вхо- дом источника опорного излучения 1. Введение этих элементов и их связей позволило повысить быстродействие и точность иЖерений. 1 ил.

кого переключателя 10 диапазонов, а :другой выход - с одним входом компаратора 7, другой вход которого сое- :динен с источником 8 опорного напряжения, а выход - с первым входом регулируемого высвковольтно- го источника 12, к выходу которого подключен делитель 13 напряжения, выходы которого соединены с динода- ми ФЭУ 5. Второй выход автоматического переключателя 10 диапазонов соединен с входом програ Ммного регулятора 11, первый выкок которого соединен « чторым входом регулируемого высоковольтного источника 12..

Фотоприемное устройство работает следующим образом..

Измеряемый световой ноток, попадая на вход устройства, модулируется модулятором 2 и по световоду 4.1 поступает на фотокатод фотоумножителя 5. В нем световой сигнал преобразуется в пропорциональный электрический сигнал, причем коэффициент пропорциональности опреде 5пяется на пряжением питания ФЭУ 5. Этот электрический сигнал в виде синусоиды, и первая гармоника которой соответствует частоте, на которой уровень шу-

ма ФЭУ минимален, поступает на вход формирователя 6. В нем вьщеляется первая гармоника модулированного синала, она преобразуется в постоянно напряжение и последнее передается на его выход. ,

Это постоянное напряжение является выходным напряжением фотоприемного устройства и поступает на перв вход регистратора 9. Параллельно эт напряжение поступает на вход автоматического переключателя 10 диапазонов, который обеспечивает оптимальный режим работы фотоприемного устройства, соответствукмций величине измеряемого светового потока.

. В случае, когда измеряемое напряжение не более и не менее сигнал с выхода автоматического перключателя 10 не изменяется и напряжние питания ФЭУ 5 соответствует режму измерения, т.е. соответствующему световому потоку. Если напряжение на входе переключателя 10 превысит , , с первого выхода этого пере

ключателя появится сигнал, дающий команду программному регулятору 11 на ступенчатое уменьшение сигнала управления регулируемым высоковольтным источником 12. Последний уменьшет напряжение на делителе 13 и коэффициент усиления фотоумножителя 5 ступенчато уменьшается. В результат измеряемое напряжение на входе переключателя 10 входит в резким устойчивой работы.

В случае, когда напряжение на вхде переключателя 10 меньше , с его выхода сигнал через программный регулятор 11 дает команду на увеличение напряжения питания ФЭУ и коэффициент усиления фотоумножителя возрастает. Входной сигнал переключ теля 10 входит в режим устойчивой работы. Это сравнение осуществляет компаратор 7, .U. и U г-ттогтогтсгй-г

определяет

верхнюю и нижнюю границы линейности световой характеристики фотоумножитля и ограничивают изменение измеряемого светового потока на одном диапзоне в пределах двух десятичных по- рядков...

Во время устойчивого режима рабо фотоприемного устройства на каждом диапазоне через каждые 17t10 c про

ходит сравнение выходного опорного напряжения с первого выхода формирователя 6 с опорным напряжением источника 8. Сравнение происходит на ком1241070

5

0

5

0

5

параторе 7. Поскольку опорное напряжение с выхода формирователя пропорционально опорному излучению источника 1, то постоянно происходит сравнение опорного излучения, преобразованного фотоумножителем 5 и формирователем 6 в постоянное напряжение, с опорным напряжением источника 8 опорного напряжения. Время 17-10 с 10 определяется конструкцией модулятора и скоростью вращения приводного двигателя 3.

В том случае, когда напряжение на первом входе компаратора 7 равно напряжению на его втором входе, электрический сигнал с выхода этого компаратора не изменяется и напряжение питания фотоумножителя постоянно. Если под воздействием каких-либо внешних факторов изменятся характеристи-- ки любого из узлов 5,6,7,12 или 13, это вызовет изменение напряжения на первом входе компаратора 7. На выходе последнего изменится электрический сигнал, который дает команду регулируемому высоковольтному источнику 12 напряжения на противофазное нз- менен1 е напряжения питания фотоумножителя 5. Это изменение продолжается до тех пор, пока напряжения на входах компаратора 7 не сравняются. Момент равенства входных сигналов компаратора 7 соответствует восстановлению коэффициента передачи измерительного тракта фотоприемного устройства. Таким образом осуществляется стабилизация коэффициента передачи всего измерительного тракта. Степень стабильности определяется характеристиками источников 1 и 8 опорного излучения и .напряжения.

При ступенчатом изменении напряжения питания ФЭУ 5 при переходе с диапазона на диапазон одновременно пропорционально изменяется опорный элект-. рический сигнал с выхода фотоумножителя 5, что должно привести к появлению сигнала на выходе компаратора 7. Однако диапазон изменения выходного . сигнала фотоумножителя 5 под воздействием напряжения питания может составить 8 или 9 десятичных поряд5

трех порядков.

ков, в то время как любой компаратор может обеспечить работу не более

трех порядков.

Для выполнения измерений в необходимом динамическом диапазоне в фотоприемном устройстве предусмотрено ступенчатое изменение тока светодиода при изменении напряжения питания ФЭУ. Для этой цели с вторбго выхода программного регулятора 11 электрический сигнал одновременно с сигна- лом выхода поступает на вход стабилизатора 14 тока, котор| 1й ступенчато изменяет ток через источник 1 в противофазе изменению напряжения питания ФЭУ 5. Таким образом, при переходе с диапазона на диапазон опорный световой поток источника 1 изменяется обратно пропорционально изменению чувствительности фотоумножителя, а сигнал на первом входе компаратора 7 остается при этом постоянным.

Для определения диапазона работы фотоприемного устройства с второго выхода переключателя 10 электричес- кий сигнал поступает на второй вх,од регистратора 9. Этот сигнал несет в себе информацию о номере диапазона и может быть представлен двумя разря дами двоичного кода.

В предложенном устройстве повышено быстродействие за счет исключения влияния эффекта усталости фотокатода ФЭУ. Время восстановления чувствительности фотокатода, которое и определяет быстродействие фотоприемника, в зависимости от условий освещения составляет 35-40 ч. Фотоприемное устройство обеспечивает восстановление чувствительности фотокатода за 20-10 с, причем эта величина определяется постоянной времени регулируемого высоковольтного источника, так как все остальные узлы, входящие в цепь обратной связи, имею постоянные времени значительно меньшие.

Кроме того, в устройстве увеличе- на стабильность коэффициента передачи измерительного тракта за счет включения в цепь обратной связи всех

Составитель А.Чурбаков Редактор М.Келемеш Техред Л.Олейник Корректор А.Зимокосов:

Заказ 3478/35 Тираж 778 . Подписное ВНИИПИ Государственного- комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, Л,

узлов, входящих в измерительный тракт, т.е. повьшена точность.

Формула изобретения

Фотоприемное устройство, содержащее фотоумножитель, регистратор, автоматический переключатель диапазонов, программный регулятор, регулируемый высоковольтный источник, делитель напряжения, причем первый выход автоматического переключателя диапазонов соединен.с входом программного регулятора, первьй выход которого соединен с.вторым входом регулируемого высоковольтного источника, выход которого соединен с входом делителя напряжения, выходы которого соединены с динодами фотоумножителя, второй выход автоматического переключателя диапазонов соединен с вторым входом регистратора, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия и точности измерений, в него введены источник опорного излучения, модулятор, световоды опорного и измерительного Каналов, формирователь, компаратор , источник опорного напряжения и стабилизатор тока, причем модулятор и световоды установлены по ходу измерительного потока и потока источника опорного излучения, выходы обоих световодов соединены с входом фотоумножителя, выход которо .го соединен с входом формирователя, первый выход которого соединен с пер- вьм входом компаратора, выход которого соединен с первым входом регулируемого высоковольтного источника, второй выход формирователя соединен с первым входом регистратора и с входом автоматического переключателя диапазонов, второй вход компаратора соединен с выходом источника опорного напряжения, второй выход программного регулятора соединен с входом стабилизатора тока, выход которого соединен с входом источника опорного излучения