Способ измерения светового сигнала Советский патент 1987 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к фотометрии, конкретнее к способам измерения слабых световых сигналов путем фотоэлектрического преобразования составляющего световой сигнал поток фотонов в последовательность одно- электронных импульсов, и может быть использовано в спектральном анализе астрономии, биофизике и др.

Цель изобретения - повышение точности измерения световых сигналов.

На фиг.1 показана блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - амплитудные распределения выходных импульсов фотодетектора.

Способ реализуется следующим образом.

При измерении амплитудных распределений темновых Р (h) и сигнальных I(.(h) импульсов ФЭУ 1 соответственно либо затемняется, либо на него подается световой поток 1, от эталонного источника 2. Измерение амплитудных распределений производится с помощью многоканального амплитудного анализатора 3. В процессе измерения РС(Ь) вычисляется коэффициент П(,/1, где п - интенсивность сигнальных импульсов при подаче светового потока 1, , Блоки 2 и 3 (фиг.1) используются только для калибровки фотоприемника. При последу- измерениях анодные импульсы ФЗУ 1, вызванные исследуемтзШ световым потоком .(, усиливаются импульсным усилителем 4 и подаются на входы тре амплитудных дискриминаторов 5-7, имеюштих уровни дискриминации соответственно h|, h, hj. Выходные сигналы дискриминаторов подаются на измерители средней скорости счета, соответственно 8,9 и 10. Пороги амплитудной диcкpим iнaции h, , h,2 и h,, обозначают (фиг.2) соответственно поз. 11, 12 и 13; поз. 14., 15 и 16 - соответственно сигнальное, темновое и суммарное амплитудные распределения импульсов ФЭУ.

Поскольку в большинстве случаев изменение интенсивности темновых импульсов п связано с изменением .температуры фотоприемника и не влияе .на форму распределения 15 Р. (Ъ.), а изменение коэффициента усиления ФЭУ и импульсного усилителя (вызванное, например, нестабильностью питающего напряжения) приводит только к растягиванию или сжатию кривых 14.

15 и 16 вдоль оси амплитуды (при .фиксированном положении порогов 11, 12 и 13), значения средних скоростей.

счета п ,,

п и

импульсов.

1МПлитуда которых превьшшет соответственно пороги h,, h,; и hj, будут с точностью до равны

J членов ттервот о порядка

п

о(,;, п + (,+ a;h;(1-p, где а; п,р, (h;) + |Рт(Ь;) +

+ pi,p,(h;) +1 Р:(Ь,Л

J

(1)

0

5

5

1у - измеряемый световой сигнал;

i - номер порога (i 1, 2, 3);

и т - интенсивность темновых импульсов;

P(h) и P(h) - нормированные на единицу амплитудные распределения, соответственно, темновых и сигнальных импульсов;

(f - соотнощение коэффициентов усиления усилителя импульсов в момент измерения амплитудных распределений и в момент измерения 1,;

, ,0.;. - коэффициенты, определя- 0 ющие долю, соответственно, темновых и сигнальных импульсов, амплитуды которых превьшшют L-Й порог.

В каждом из уравнений (1) первое слагаемое (oi; п) учитывает вклад в п; темновой составляющей п сигнала ФЭУ, второе слагаемое - сигнальной составляющей ply, третье слагаемое- поправку к П; J, обусловленную изменением коэффихщента усиления. Для д уточнения смысла коэффициентов oi,-, ,

oi; определяют, например значение йi. Коэффициент (У1,г численно равен отнощению заштрихованной на фиг.2 площади к полной площади под кривой 15, соответствующей амплитудному распределению темновых импульсов.

Поскольку в результате одного измерения учитываются нестабильности темнового тока и коэффи11;иента усиления, предлагаемой способ обеспечивает повышение точности измерения световых потоков.

Сигнал дополнительного регистрирующего канала с порогом h, содержит информацию об интенсивности темновых импульсов. Поэтому порог h, (первый дополнительный порог) целесообразно устанавливать как можно ниже - непосредственно над уровнем собст-прн5

0

5

13

ны шумов усилителя,- чтобы практически полностью исключить вклад шума и помех в регистрируемый сигнал и в то же время максимально использовать полезньй сигнал, т.е. на уровне 3-х- 4-кратного значения среднеквадратичной амплитуды шума. Сигнал дополнительного регистрирующего канала с порогом h, содержит информацию об изменении коэффициента усиления. Поэтому порог hj (второй дополнительный порог) должен располагаться так, чтобы, с одной стороны, он был как можно дальше от основного порога h, ас другой - чтобы сигнал был достаточной амплитуды. Таким образом, порог h 2, целесообразно устанавливать в области максимума одноэлектронного распределения.

Формула изобретения

1. Способ измерения светового сигнала путем преобразования составляющего световой сигнал потока фотонов в последовательность одно- электронных импульсов, измерения амплитудных распределений темновых импульсов и сигнальных импульсов при подаче эталонного светового сигнала, установки основного порога дискриминации в минимуме амплитудного распределения и п оследующего измерения интенсивности импульсов, превьш1ающих порог, при подаче измеряемого светового сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, предварительно устанавливают первый и второй дополнительные пороги дискриминации, измеряют интенсивности импульсов, превьшающих дополнительные пороги дискриминации, одновременно с измерением интенсивности импульсов, превышающих основной порог, а вели1502

чину измеряемого светового сигнала определяют из решения системы уравнений

(п; i,n + , + a;h;(1 -j) ,

где a; n,p(h;) + 5P|(h. ) +

10

pl,p,(h.,) -. 1 P:(h.);

. I - измеряемьм световой сигнал;

i - номер порога (i 1, 2 3, i 1 - первый дополнительный порог, основной порог; второй дополнительный порог);

h J - величина i-ro порога;

п - интенсивность темновых импульсов;

Р (h) и PJ. (h) - нормированные на единицу распределения соответственно темновых и сигнальных импульсов;

jf - соотношение коэффициентов уси- ления усилителя импульсов в момент измерения амплитудных распределений ив момент измерения I,;

, i 2 коэффициенты, определяющие долю, соответственно, темновых и сигнальных импульсов, амплитуды

которых превьш ают 1-й порог;

п

i,T

ПлI

--- , где п. интенсивность

сигнальных импульсов в момент изме- 25 рения амплитудных распределений при подаче эталонного светового пото ка 1эт .

2, Способ ПОП.1, отличающийся тем, что первый дополни- 40 тельный порог устанавливают на уров- не З-х-4-кратного значения среднеквадратичной амплитуды шума и второй дополнительный порог - в области максимума одноэлектронного распределе- .

Веройтиост

11 12

Фиб. Z

Редактор Л.Повхан

Составитель Е.Маколкин Техред А.Кравчук

Заказ 4428/46Тираж 776Подписное

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, 4

;j Амплитуда

Корректор(Л.Патай

Изобретение относится к фотометрии преимущественио слабых сигналов в видимой области спектра. Цель изобретения - повьшение точности измерения световых потоков. Способ заключается в преобразовании светового потока в последовательность одноэлектронных импульсов, измерении амплитудных распределений темновых и сигнальных импульсов, измерении скорости счета импульсов. превьппающих по амплитуде три разных уровня. При этом первый уровень устанавливают во впадине амплитудного распределения, второй - непосредственно над уровнем собственных шумов усилителя из тракта, регистрации, третий - по максимуму амплитудного распределения. Величину светового потока определянгг решением системы уравнения: п; ot;, ci,2/51 + + a;h;(1 - у), где а- п P(h;) + + (h;) -ь/31, P,(h,) 1/2p;(h;)l i 1,2,3 - номер уровня отбора, h- - величина i-ro порога; п,. - интенсивность темновых импульсов, P.r(h) и Р (h) - нормированные на единицу амплитудные распределения темновых. и сигнальных импульсов, Jf - изменение коэффициента усиления за время выполнения измерений; о1 , и о(., - доля темновых и сигнальных импульсов, превышающих по амплитуде i-й уровень, /3 , п - интенсивность сигнальных импульсов при измерении амплитудных распределений при подаче светового потока 1. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л .( Сд g