Фотометр Советский патент 1988 года по МПК G01J1/44 

4 О 4

00

Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения интенсивности стационарных световых потоков в широком динамическом диапазоне.

Цель изобретения - увеличение быстродействия фотометра при низких уровнях осве ценности.

На чертеже приведена функциональная схема фотометра.

Фотометр содержит фотодиод 1, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя 2, а анод - с выходо.м усилителя 2 и с ин.вертирующи.м входом компаратора 3, неинвертирующий вход компаратора 3 соединен с выходом генератора 4 линейно спадающего напряжения, а выход соединен с входом одновибратора 5, выход одновибратора 5 соединен с входом генератора 4 линейно спадающего напряжения и входом управления коммутирующего элемента 6, первый коммутируемый вход ко- горО|-о соединен с положительным выводом образцового источника 7 напряжения, второй - с выходо.м генератора 8 компенсирующего тока, выход коммутирующего элемента 6 соеди 1ен с инвертирующим FXO- дом усилителя 2 и с катодом фотодиода 1 при этом неинвертируюн ий вход усилителя 2 подколочен к тине нулевого потенциала.

Генератор 4 линейно спадающего напряжения может быть выгюлнен либо цифровым способом на основе реверсивного двоичного счетчика, к выходу которого нодклю- чсп) иифроаналоговый преобразователь, либо аналоговым способом по любой известной схеме, имеющей вход синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

В момент включения фотометра одновиб- 5 вырабатывает фиксированный по , . ктельности импульс, который поступает Мс уг равляющий вход коммутирующего эле- .:С Нта 6. Ком.мутирующий э.пемент 6 подключает инвертирующий вход усилителя 2 к положительному выводу образцового источника 7 напряжения и на выходе усилителя 2 устанавливается отрицательное напряжение, которое вызывает заряд барьерной емкости фотодиода 1. По окончании имг:ульса одновибратора 5 производится запуск генератора 4 линейно спадающего напряжения и коммутирующий элемент 6 подключает к инвертирующему входу усилите- ;1я 2 Генератор 8 ко.мпенсирующего тока.

Длительность импульса одновибратора 5 выбирается такой, чтобы полностью обеспечить заряд барьерной е.мкости фотодиода 1. В момент окончания импульса одновибратора 5 барьерная емкость фотодиода начинает разряжаться под действием фототока, вызванного падающим на фотодиод 1 световым потоком, а также и темповым током фотодиода 1. Одновременно с разрядом (фотодиода 1 производится одновременный

0

5

0

5

0

5

0

5

его подзаряд генератором 8 током, равным величине темнового тока. Разность между темновы.м током фотодиода 1 и током генератора 8 определяет уровень недокомпен- сации темнового тока.

По мере разряда барьерной емкости фотодиода 1 выходное напряжение усилителя 2 возрастает, одновременно с ним напряжение на выходе генератора 4 линейно убывает. В момент, когда величины этих напряжений будут одинаковы, происходит переключение компаратора 3, сигнал с выхода которого запускает одновибратор 5 и цикл работы фотометра повторяется. Для оценки быстродействия фотометра при малых уровнях освещенности целесообразно рассматривать предельный режим работы, когда световое излучение полностью отсутствует. В этом случае, для известного фотометра, когда световой сигнал U,- сравнивается с постоянным опорным напряжением J, мак- си.мальный период следования импульсов с выхода одновибратора определяется скоростью нарастания сигнала недокомпенсации и заканчивается в момент достижения напряжением недокомпенсации величины опорного напряжения. Кроме того, на работу устройства влияет температурный дрейф параметров элементов системы, дробовьЕЙ и радиационный щумы фотодиода. Все эти возмущающие воздействия влияют на длительность максимального времени фотометри- рования. В силу нестационарности возни- каюпаих воздействий максимальное время фотометрирования изменяется в пределах ТЧИУ,-Тмаш, при этом достоверность результатов измерения гарантирована, если Ти , где Т: - время фотометрирования известного фото.метра.

Для сравнения быстродействия предлагаемого устройства и известного время релаксации генератора линейной спадающе- rOi напряжения выбирается равным ..«,., исходя из граничных условий работоспособности известного устройства. В этом случае, закон изменения напряжения на выходе генератора Uг линейно спадающего напряжения описывается выражением

и. Uo,, Ц° + -р

I ИЧ

где U - начальное отрицательное напряжение на выходе усилителя после заряда е.мкости фотодиода; Т - время фотометрирования предлагаемого устройства.

Напряжение на выходе усилите;1я определяется выражением

и,+ |U..|

Т-- U.|,

Запуск одновибратора производится в момент выполнения равенства Uf Lv, или

MJi-li + т

-1(U.i) U(..;1

«UH1 МиЯ

отсюда

Т 1/2Т.И,,.

Следовательно, для худшего предельного случая (отсутствие освещенности) при Т„ Тмии быстродействие предлагаемого устройства превышает быстродействие известного устройства в 2 раза.

С ростом уровня освещенности разница в скорости фото.метрирования обоих устройств сокращается. При макси.мальных условиях освещенности скорости фотометри- рования близки и определяются временем разряда барьерной емкости фотодиода, быстродействием элементов устройства и временем релаксации одновибратора.

Для общего случая соотнощение времен фотометрирования известного Тп и предлагаемого Т устройств определяется выражением

Т„.Т.,.,

Дальнейшее уве.ичепие oijic i рп iru ji I .iiv. предлагаемого устройства может омп, .о стигнуто за счет уменынения времени ро- лаксации генератора линейно спадакмцего напряжения, но это приводит к уменьшению разрешающей способности устройства.

Формула изобретения

Фотометр, содержан ий фотодиод, катод Q которого соединен с инвертирующим входом усилителя, неинвертируюи ий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с анодом фотодиода и с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с входом одновибратора, 5 выход одновибратора подключен к управляющему входу ко.ммутирующего элемента, первый и второй коммутируемые входы которого подключены соответственно к образцовому источнику напряжения и к генератору компенсирующего тока, а выход - к катоду фотодиода, отличающийся тем, что. с целью увеличения быстродействия фотометра при низких уровнях осве1ценности, в него введен генератор .1И11ейно сиадающе- го напряжения, выход которого соединен с 5 неинвертирующим входом компаратора, а вход - с выходом одновибратора.

Изобретение относится к фото.метрии и предназначено для из.мерения интенсивности стационарных световых потоков в широком динамическом диапазоне. Цель - увеличение быстродействия фотометра при низких уровнях освещенности. Фотометр содержит фотодиод 1, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 2 и работающий в режиме накопления заряда. К инвертирующему входу усилителя 2 через коммутирующий элемент 6, управляемый од- новибратором 5, подключается либо образцовый источник 7 напряжения для заряда барьерной емкости фотодиода, либо генератор 8 компенсирующего тока для компенсации темнового тока фотодиода. Под действием светового потока происходит линейный разряд емкости фотодиода 1, что приводит к возрастанию напряжения на выходе усилителя 2. Это напряжение сравнивается компаратором 3 с линейно спадаюп1им напряжением генератора 4. .омент равенства этих напряжений фиксируется компаратором 3, импульс с выхода которого запускает одновибратор 5. После этого производится повторный заряд барьерной емкости фотодиода 1. и цикл работы устройства повторяется. Период сле.аования импульсов на выходе одновибратора определяется интегральной освещенностью фотодиода 1. 1 1L4. Ш (Л