Фотометр Советский патент 1988 года по МПК G01J1/44 

ФДМ, регистр 3 сдвига сигналов выбор- jg действием светового потока происхо30

35

ки столбцов, выходы которого подключены к адресным входам столбцов мат рицы, тактовый генератор 4, преобразователь 5 ток-напряжение, компаратор б, источник 7 опорного напряже- 25 ния аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, счетчик 9 импульсов, элемент 10 задержки, элемент ИЛИ 11, устрой- ство 12 выборки и хранения (УВХ) , вьг- ходной регистр 13, выходные шины которого являются выходом устройства. При этом информационный выход ФДМ 1 подключен к входу преобразователя 5 ток-напряжение, выход которого подключен к первым входам УВ 12 и компаратора 6, второй вход которого объ-- единен с первым входом АЦП 8 и подключен к источнику 7 опорного напряжения, выход компаратора 6 подключен к счетному входу счетчика 9 и первому входу элемента ИЛИ 11, выход которого подключен к входу стирания ФДМ .1, первый и второй выходы тактового генератора 4 подключены к управляющим входам регистров 2 и 3 сдвига сигналов выборки строк и столбцов ФДМ I соответственно, третий выход тактового генератора 4 подключен к вторым входам элемента ИЛИ 11, АЦП 8 .и УВХ 12, выход которого подключен к информационному входу АЦП .8, выход . сигнала конца преобразования которого, подключен к входу синхронизации выходного регистра 13 и через элемент 10 задержки к установочному втсоду счетчика 9, информационные выходы ко торого подключены к информационным входам старших разрядов вьпсодного регистра 13, информационные входы

40

45

50

55

дит линейный разряд фотодиодов , причем скорость разряда прямо пропорциональна интенсивности светового потока. Выходной ток с ФДМ 1 преобразуется в напряжение преобразователем 5 (фиг,2 б), которое сравнивается компаратором 6 с опорным напряжением. При этом уровень опорного напряжения выбирается равным максимально возможному неискаженному значению выходного сигнала с ФДМ 1 . При дости жении сигналом на выходе преобразова теля 5 уровня опорного напряжения пе реключается компаратор 6 (фиг,2 в) и на вход стирания ФДМ 1 через первый вход элемента 11 ИЛИ подается активный уровень, вновь заряжающий фотодиоды до напряжения питания. При этом напряжение на выходе преобразователя 5 резко уменьшается, компаратор 6 возвращается в-исходное состояние и на выходе компаратора б формируется импульс, который фиксируется в счетчике 9. По окончании этого импульса фотодиоды ФДМ 1 вновь начинают линейно разряжаться. При большой интенсивности засветки выбранного элемента ФДМ 1 скорость разряда его фотодиода является большой и за время накопления происходит неоднократное переключение компаратора (фиг,2,(i-1)-й элемент). Число переключений, которое несет информацию о том, во сколько раз уровень выходног сигнала превьщ1ал бы максимально допустимый уровень выходного сигнала с ФДМ 1 при наличии только одного сигнала стирания за весь период времени накопления, зафиксируется в

30

35

25, 40

45

50

55

дит линейный разряд фотодиодов , , причем скорость разряда прямо пропорциональна интенсивности светового потока. Выходной ток с ФДМ 1 преобразуется в напряжение преобразователем 5 (фиг,2 б), которое сравнивает. ся компаратором 6 с опорным напряжением. При этом уровень опорного напряжения выбирается равным максимально возможному неискаженному значению выходного сигнала с ФДМ 1 . При достижении сигналом на выходе преобразователя 5 уровня опорного напряжения пе-. реключается компаратор 6 (фиг,2 в) и на вход стирания ФДМ 1 через первый вход элемента 11 ИЛИ подается активный уровень, вновь заряжающий фотодиоды до напряжения питания. При этом напряжение на выходе преобразователя 5 резко уменьшается, компаратор 6 возвращается в-исходное состояние и на выходе компаратора б формируется импульс, который фиксируется в счетчике 9. По окончании этого импульса фотодиоды ФДМ 1 вновь начинают линейно разряжаться. При большой интенсивности засветки выбранного элемента ФДМ 1 скорость разряда его фотодиода является большой и за время накопления происходит неоднократное переключение компаратора (фиг,2,(i-1)-й элемент). Число переключений, которое несет информацию о том, во сколько раз уровень выходного сигнала превьщ1ал бы максимально допустимый уровень выходного сигнала с ФДМ 1 при наличии только одного сигнала стирания за весь период времени накопления, зафиксируется в

3

счетчике 9. Так как период переключения компаратора 6 в общем случае не кратен времени накопления, а для малых интенсивностей светового потока число переключений компаратора 6 вообще равно нулю (фиг.2, (1+1)-й элемент), поскольку уровень выходного сигнала не достигает величины опорного напряжения, то в мо- мент окончания времени накопления на выходе преобразователя 5 может быть остаточное напряжение (фиг.2,i-й элемент), которое также несет информацию о величине светового потока.

По истечении времени накопления тактовый генератор 4 формирует необходимые сигналы для выборки следующего элемента ФДМ 1 и одновременно генерирует сигнал стирания для фото- диодов ФДМ I, который положительным фронтом фиксирует величину остаточного напряжения в УВХ 12, а отрицательным производит запуск АЦП 8 (фиг.2,г). Суммарная задержка эле- ментов 11, ФДМ 1, преобразователя 5 обеспечивает достоверную фиксацию остаточного напряжения УВХ 12. На первый вход АЦП 8 (вход опорного напряжения подается опорное напря- жение с выхода источника 7, поэтому максимальному коду на выходе АЦП 8 соответствует выходное напряжение, равное величине опорного напряжения источника 7. Следовательно, разряды счетчика 9 являются старшими разрядами относительно формируемого в АЦП 8 кода выходного сигнала, так как в нем хранится информация о том, сколько раз выходной сигнал с ФДМ 1 достигал, величины опорного напряжения источника 7. После завершения работы АЦП 8 сигналом Конца преобразования на его выходе сигнала конца преобразования производится за- пись содержимого счетчика 9 и выходного кода АЦП 8 в выходной регистр .13 (фиг.2 д). Этим же сигналом, но задержанным элементом 10 задержки на время записи информации в регистр 13 осуществляется установка счетчика 9 в исходное нулевое состояние, после чего работа устройства повторяется для следующего выбранного элемента ФДМ 1 .. Включение АЦП 8 производится в момент начала разряда фотодиода следующего элемента ФДМ 1, но так как время работы АЦП 8 намного меньше минимального времени перезаряда;

87

фотодиодов ФДМ 1, то работа АЦП 8 не влияет на выходной сигнал, снимаемый со следутащего элемента ФДМ }.

Таким образом, во время считьша- ния сигнала с последующего элемента ФДМ 1 в выходном регистре 13 хранится информация об освещенности предыдущего элемента.

Величина времени накопления заряда выбирается в зависимости от минимального уровня фотометрируемого оптического сигнала (чем ниже уровен сигнала, тем больше длительность времени накопления), однако чрезмерное увеличение длительности времени накопления приводит к тому, что на вы- ходной сигнал оказьшает влияние тем- новой шум фотоприемника. Максимально возможное время накопления, т.е. когда под действием темнового тока фотоприемника выходной сигнал пре- образователя 5 ток-напряженпе достигает величины опорного напря;лекия Ugj, при отсутствии оптического излучения (темновое считьюание), определяется выражением:

WMaKc Uco/(K ,6),

где К - коэффициент усиления преобразователя ток-напряжение; в - коэффициент пропорциональности геометрического игума фотоприемника.

Так, например, для фотодиодной матрицы МФ-14 /3 0,4 В/с, и при К JO, Uon 4 В Т„„,,„ Г с. За это время погрешность измерения составляет 100%. Для достижения погрешности 1% необходимо выбирать 10 мс t При этом динамический диапазон устройства увеличивается во столько раз, во сколько раз . время накопления превьштает минимально.возможное время перезаряда фотоячейки фототоком, и определяется выражением

D

t

где Tygj - время накопления;

пе ездо минимальное время перезаряда фотоячейки фототоком;

N - разрядность используемого АЦП.

Разрядность счетчика зависит от величины отношения

.IJlflL

tnepP V ap И определяется по формуле:

N

сч

га + п,

где п log

чах

-nepeзolp

тп О для целых п и m 1 для дробных п.

Разрядность выходного регистра определяется соотношением

N

вых.

N + N

еч.

Формула изобретения

Фотометр, содержащий фотодиодную матрицу, информационный выход кото- рой подключен к входу преобразователя ток-напряжение, а ее адресные входы подключены к выходам регистров сдвига сигналов выборки строк и сиг15

15 к входу стирания фотодиодной матрицы, третий выход тактового генератора подключен к вторым входам элемента ИЛИ, аналого-цифрового преобразователя и устройства выборки и, хранения, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового ripe образователя, выход сигнала конца преобразования которого подключен к входу,синхронизации выходного регистналов выборки столбцов матрицы, управ- ц ра и через элемент задержки к устано вочному входу счетчика, информационные выходы которого подключены к информационным входам старших разрядов выходного регистра, а его информа- 30 ционны входы младших разрядов подключены к информационным выходам аналого-цифрового преобразователя.

ляющие входы регистров подключены к первому и второму выходам тактового генератора, отличающий- с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений, в него введены компаратор, источник опорного напряжения, счетчик, эле

271876

мент задержки, устройство выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, элемент ИЛИ и выходной регистр, при этом выход преобразователя ток-напряжение подключен к первым входам устройства выборки и хранения и компаратора, второй вход которого объединен с первым входом анало10 го-цифрового преобразователя и подключен к источнику опорного напряжения, выход компаратора подключен к счетному входу счетчика и первому входу элемента ИЛИ, выход которого подключен

15 к входу стирания фотодиодной матрицы, третий выход тактового генератора подключен к вторым входам элемента ИЛИ, аналого-цифрового преобразователя и устройства выборки и, хранения, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового ripe образователя, выход сигнала конца преобразования которого подключен к входу,синхронизации выходного региств- ц ра и через элемент задержки к устано

Изобретение относится к опто- электронной технике и может быть испол| аовано при фотометрировании двухмерных оптических полей, имеющих широкий динамический диапазон по освещенности. Цель изобретения - расширение динамического диапазона измерений при фотометрировании двухмерных оптических полей с большим перепадом освещенности. Фотометр содержит фотодиодную матрицу (ФДМ) 1, регистры 2 и 3 выборки соответстйен- но строк и столбцов матрицы, тактовый генератор 4, который задает величину времени накопления и формирует последовательность сигналов для сканирования фотоприемника. Линейно изменяющийся ток с выхода ФДК I, скорость изменения ;ко,торого; пропорциональна интенсивности светового потока через преобразователь 5 ток-напряжение поступает на вход компаратора - 6, где сравнивается с опорным напряжением источника 7. При большом уровне засветки переключается компаратор 6, через элемент 1 ИЛИ на вход ФДМ 1 подается стирающий сигнал и компаратор 6 возвращается в исходное состояние. Число перекгоочений компаратора, зависящее от накопления и интенсивности засветки, фиксируется в счетчике 9. По окончании времени накопления остаточное напряжение с выхода преобразователя 5 запоминается устройством выборки и хранения 12 и преобразуется в цифровой код АЦП 8. Поскольку на вход опорного напряжения АЦП В подключен выход источника 7, выходы счетчика 9 будут соответствовать старшим, а информационные выходы АЦП 8 - младшим разрядам выходного кода, который записывается в регистр 13 . 2 ил. о и Nn4 ГО

{1-1)-&эл-т I ll эл-т (t HJ-u эл-т