Способ поверки чувствительности измерительных фотодиодов Советский патент 1989 года по МПК G01J1/10 

Изобретение относится к метрологии и фотометрии, в частности к фотометрам, действуюпщм по принципу сравнения с эталонным световым излучением или электрической величиной.

Целью изобретения является повышение точности измерений, автоматизации поверки и обеспечения возможности самоповерки в бортовой аппаратуре.

Способ осуществляют следующим образом.

I Измерительный фотодиод из кремния с тепловым сопротивлением корпуса РТ 50° С/Вт освещают при первичной поверке рабочим эталоном единицы потока излучения с мощностью излучения Р 0,850 мВт и oд oвpeмeннo измеряют фототок ,003 . Первичную чувствительность фотодиода S JJ определяют из соотношения

а о 0,118 А/Вт.

314

В поле зрения фотодиода жестко фиксируют относительно фо тодиода дополнительный полупроводниковый источник света из арсенида галлия, например типа АЛ 107Б, на все время эксплуатации фотодиода. Дополнительный источник света запитывают прямо- iугольным импульсом тока силой 100 мА

при этом мощность излучения дополни-

1 тельного источника света 10 мВт. Измеряют максимальное напряжение хо. мсткс

лостого хода фотодиода U „ цифровым вольтметром с разрешением 1 -10 В Максимальное напряжение холостого хода появляется непосредственно после включения источника света, когда фотодиод еще не нагрелся падающим на него, излучением. По мере прогрева фотодиода падающим на него излучением, напряжение холостого хода на нем уменьшается с температурным коэффициентом К 1 , и по бкончании времени тепловой; релаксации выходит на стационарное значение U , соответствующее тепловому равновесию. При этом изменение напряжения макс

и;;Гв - Unepe 0,91.10-3 в.

-7,

При разрешении 10 В погрешность измерения напряжения составляет 0,01 После этого переключают цепь регист рации фотосигнала в режим измерения фототока и измеряют фототок от допо нительного источника света I qepe- При чувствительности фотодиода Sj, 0,118 А/Вт величина фототока

В„-Р

1,18

.

пер5

При разрешении измерителя тока 1 -10 А погрешность измерения тока не превышает 0,01%. При рчередной поверке последовательность операций измерения с дополнительным источником света повторяется. При этом изменение интенсивности источника света не влияет на результаты измерения чувствительности фотодиода, так как изменение напряжения холостого хода из-за разогрева фотодиода пропорционально падающей мощности излучения (и - и)г Р. Величина фототока также пропорциональна падающей мощности излучения I -P. Поскольку отношение этих величин не зависит от падающей на фотодиод мощности излучения, дополнительный источник света может обладать меньшей долговременной ста

0

5

0

5

0

5

0

бильностью, чем фотодиод. Что касает ся нестабильности интенсивности из- лучения светодиода во время измерений, то ее величина не превышает 0,001%, что обеспечивает высокую точность поверки чувствительности фотодиода. Жесткая фиксация дополнительного источника света относительно фотодиода на все время эксплуатации фотодиода обеспечивает неизменное во времени пространственное распределение излучения по фоточувствительной поверхности фотодиода, что исключает влияние зонной характеристики фотодиода на результаты измерений чувствительности при очередной поверке.

Существующая система поверки чувствительности фотоприемников обеспечивает погрешность поверки измерительных фотодиодов на уровне 2-4%. Предлагаемый способ поверки обеспечивает погрешность не более 0,01%, что позволяет в десятки раз повысить точность измерений чувствительности фотодиодов- и других фотометрических величин в оптоэлектронике. Способ позволяет решить проблему измерения стабильности опорных полупроводниковых излучателей и может быть использован в автоматизированной аппаратуре контроля.

Формула изобретения

Способ поверки чувствительности измерительных фотодиодов, заключающийся в том, что проводят опера:чию первичной поверки, в процессе которой направляют на фотодиод излучение эталонного источника рвета, измеряют первичное значение фототока и определяют первичное значение S чувствительности фотодиода, при периодической поверке направляют на фотодиод излучение, измеряют значение фототока и судят о текущем значении чувствительности S фотодиода по первичному значению чувствительности фотодиода и отношению измеренного и первичного значений фототоков, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерений, автоматизации процесса поверки и обеспечения возможности автономной самоповерки в бортовой аппаратуре, перед первичной поверкой в поле зрения фотодиода жестко относительно фотодиода фиксируют дополнительный источник света на все время эксплуатац 1и фото514974606

днода, направляют на дополнительныйкущее максимальнее напряжение холосисточник света прямоугольные импуль-того хода фотодиода , измеряют

сы тока, измеряют максимальное напря-текущее значение напряжения холостоженип холостого хода фотодиодаро хода фотодиода U в установившемся

..маисрежиме, измеряют Фототок I от допол пррв измеряют напряжение холостого

г -нительного источника света, а текущее

рода в установившемся режиме UnepftHзначение чувствительности S определяизмеряют фототок Inepg от дополнитель-ют из соотношения

ноге источника света, при периодичес- Юмакс

кой поверке также направляют на до- пере rтepв

полнительный источник света прямо-

и - ITт

угольные импульсы тока, измеряют пере

Изобретение относится к области метрологии и фотометрии. Изобретение позволяет повысить точность поверки чувствительности измерительных фотодиодов, обеспечивает возможность автономной самоповерки в бортовой аппаратуре и автоматизации процесса поверки путем сравнения тепловой и фотоэлектрической чувствительности фотодиода посредством измерения напряжения холостого хода фотодиода в процессе его облучения излучением дополнительного источника света с последующим измерением тока короткого замыкания этого фотодиода и расчета чувствительности S из соотношения S = S₀[(U_перв-U_перв)//U^макс-U]/J_перв, где U_перв - максимальное напряжение холостого хода фотодиода при первичной поверке, U_перв - напряжение холостого хода фотодиода в установившемся режиме при первичной поверке, U^макс - максимальное напряжение холостого хода фотодиода при очередной поверке, U - напряжение холостого хода при установившемся режиме при очередной поверке, J - фототок от дополнительного источника света при очередной поверке, J_перв - фототок от дополнительного источника света при первичной поверке, S₀ - чувствительность фотодиода при первичной поверке.