Способ измерения интенсивности источника излучения и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01J3/42 G01J3/10 

1 1

Изобретение относится к техничесой физике и предназначено для исользования в спектральных измерених, например для определения средневадратичного шума спектральной ламы или оптической плотности при спекральных измерениях.

Цель изобретения - повышение точости измерения путем учета флуктуаии питающего тока.

На чертеже показано предлагаемое устройство для реализации предлагаемого способа.

Изобретение основано на том, что определяют коэффициент преобразования питающего тока в световой поток п и одновременно с измерением интенсивности I измеряют ток источника излучения 1, формируют сигнал, пропорV « Пт Чп

циональныи i или I и по отноше г f T-lIfl/

нию 1/1 или I /1 судят об измеряемом параметре.

Способ реализуют следующим образом.

Определение шума излучения ламп с полым катодом.

При выбранном токе питания лампы одновременно измеряют интенсивность, например, резонансной линии, и ток лампы в течение заданного промежутка времени, например 10 мкс. Полтучают первый сигнал I и второй сигнал i. Поскольку при измерениях среднеквадратичного значения шума необходимы многократные измерения, обычно не менее 30 раз, то достаточно рассмотреть процедуру операций способа только для первого измерения, все остальные измерения являются только повтором рассматриваемых операций,.

I a(i . r,)e,,,.,

где а - некоторый коэффициент, зависящий от физико-технических характеристик лампы;

- ток лампы; .

г - коэффициент фл пктуаций тока;

п - коэффициент преобразования тока лампы в интенсивность излучения

5, - коэффициент флуктуации свето эого потока, вызванный проце.ссами в плазме тлеющего разряда. Эти флуктуации по существу и необходимо измерить. Из первого сигнала формируют сигнал, пропорциональный степени 1/п

Г а(х„-г,Л,ГЧг, (a$,f п

Из полученного сигнала формируют сигнал, пропорциональный отношению

20

25

968522

первого, ранее сформированного сигнала, к второму, т.е.

V l /i (а,-г,, У. (2)

. Этот дополнительный сигнал используют в качестве исходного для определения шумов, например из 30 значений. Для дальнейшей обработки достаточно прологарифмировать дополнительный

W сигнал и УМНОЖИТЬ на коэффициент и антилогарифмировать, в результате получим

4), а.,(3)

Согласно выражению (2) в сформиро}5 ванном дополнительном сигнале отсутствует флуктуации тока, что позволяет повысить точность измерений. Далее среднеквадратичное значение шума рассчитьюается обычным образом через стандартное отклонение при указанном числе измерений. При необходимости это число измерений можно увеличить.

Устройство содержит лампу I дейте- рнев ую, лампу 2 с полым катодом, оптическую систему 3, поглощающую ячейку 4, например атомизатор, блок 5, интегратор 6 канала лампы 1, интегратор 7 канала лампы 2, сравнивающие устройства 8 и 9, ключи 10 и П, источник 12 опорного напряжения, интеграторы 13 и 14, сравнивающее устройство 15, блок 16 измерения и управле- , ния. Лампы питаются от блоков 17 и 18 питания, подключенных к общей пш35 не через датчики 19 и 20 тока. В самом простейшем .случае блоки 17 и 18 питания выполнены в виде соединенных последовательно источников постоянного напряжения и балластных резисто40 ров. К датчикам тока ламп подключены интеграторы 21 и 23, а также устройства 22 и 24 возведения в степень. В составе интеграторов 21, 23,6,7 используются ключи, стробируемые управ45 ляющими сигналами, поступающими с блока 16 управления.

Устройство работает следующим образом.

JQ Если в составе оптической системы 3 использован механический модулятор световых потоков ламп, то тогда последние можно использовать в непрерывном режиме, в противном случае блоки

j 17 и 18 питания должны быть импульсньми, При подаче синхронизирующих

сигналов на лампы (блоки 17 и 18 питания) с блока 1б они периодически освещают поглощающую ячейку 4 и на

30

выходе блока 5 возникает ряд импульсов напряжения, пропорционального световым поток( ламп. Одновременно на датчиках тока выделяется сигнал, пропорциональный току. Тогда на интеграторах 6 и 21, 7 и 23 накапливаются сигналы (одновременно на упомянутых парах интеграторов), которые пропорциональны току и световому потоку определенной лампы.

Для лампы 1 имеем (с выхода интеграторов 6 и 23):

и, а (i, -т,) -с.

U.i

(4)

Для лампы 2 (с выхода интеграторов 7 и 21) имеем:

и.

a,(i

гУ

,

и.. (ц -,.

Пусть далее для упрощения

. k.

1,

После интегрирования сигналов, пропорциональных токам ламп,, и их увеличения, т.е. возведения в степень п и Uj, получим:

(i,

-J г. У

,1

(6)

Показатель степени численно равен коэффициенту преобразования тока лампы в ее световой поток, определяется экспериментально или может быть для некоторых ламп взят из литературных данных.

Устройство возведения в степень может быть выполнено в виде соединен- ньгх последовательно логари4 атора, усилителя с peгyлиpye в M коэффициентом передачи (п или п,) и антилога- рифматора, а также другим известным путем, например, с использованием вычислительной техники, снабженной соответствующими внешними устройствами для кодирования и декодирования аналогового сигнала.

После этого интеграторы 6 и 7 разряжаются до нуля. Время этого разря

а равно

t У и,

t t

50

а,ис

У Р

(7)

.

a,-ci

НС

В течение времени разрядов интег- 55 - аторов 6 и 7 через ключи 10 и 11, о сигналам с блоков 8 и 9, выделяюих время разряда, заряжаются интегаторы 13 и 14 от источника 12 опорчч п т з т и ме ми

те оп со

и

ного напряжения, ния равны:

и

§ Ill §J JlS;

13

Их выходные

;-j.

fO

f5

20

25

30

35

40

0

После заряжания интеграторов 13 и 14 ключи 10 и 11 размыкаются и интегратор 13 разряжается по экспоненциальному закону до уровня сигнала интегратора 14, при этом время этого разряда .равно

t, t« .(9)

,

Таким образом, оптическая плотность D при использовании предлагаемого способа не зависит от флуктуации тока питания ламп, а также от его дрейфа, что приводит к повьшению точность измерений.

В приведенных формулах использовались следутещие обозначения: а,, некоторая постоянная, характерная для определенных данной лампой комбинации газ - элемент; г, г - флук5 -

туации (дрейф) тока; п, п, - коэффициенты преобразования токов ламп в их световые потоки; Ы , /,, - ко- эффициенты селективного и неселективного пропускания поглощакицей ячейки, соответственно; k,, kj, k, k - коэффициенты передачи интеграторов 6,7, 23,21; T:,Ht - постоянная времени . разряда интеграторов б и 7; tj Ht;, - постоянные времени заряда интеграторов 13 и 14.

Формула изобретен и,я

1.Способ измерения интенсивности источника излучения, путем измерения сигналов источника излучения в течение заданных отрезков времени и расчета искомого результата, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем устранения флуктуации питающего тока, дополнительно измеряют коэффициент преобразования питающего тока в световой поток п и одновременно с измерением интенсивности I светового потока измеряют ток источника излучения i,формируют сигнал, пропорциональный i

I и по отношению I/i или

/i судят об измеряемом параметре.

2.Устройство для измерения интенсивности источника излучения при определении оптической плотности, содержащее источники линейчатого и

или 1|«

сплошного спектров с подкхпочениыми к ним источниками питания, оптическую систему, фотоприемник, а также два канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные ктаоч и интегратор, которые подключены па первое сравнивающее устройство и блок синхронизации и измерений, отличающееся тем, что, с целью повью ения точности, дополнительно введены датчики тока источников излучения, к которым подключены третий

и четвертый каналы, содержащие последовательно соединенные интегратор и устройство возведения в степень, которые подключены на разрядный вход дополнительного интегратора, входами подключенного к фотоприемнику, а выходом - к устройству сравнения, связанному с управляющими входами уп- paвляe DзГx; ключей в первом и втором каналах, при-этом входы этих каналов подключены к введенному источнику постоянных напряжений.

Изобретение относится к технической физике и предназначено для использования в спектральных измереш1ях, например, для определения среднеквадратичного шума спектральной лампы или оптической плотности при спектральных измерениях. Целью являются повышение точности измерения путем учета флуктуации питающего тока. При выбранном токе питания лампы одновременно измеряют интенсивность, например, резонансной линиц и ток лампы. Получают первый сигнал и второй сигнал. Из пер- j вого сигнала формируют сигнал, пропорциональный отношению первого, ранее сформированного, сигнала к второму. Этот дополнительный сигнал используют в качестве исходного для определения шумов. В Дополнительном сигнале отсутствуют флуктуации тока. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Составитель Б.Широков Редактор С.Лисина Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар

т

Заказ 766/42 Тираж 777 Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4