Фотоприемное устройство Советский патент 1989 года по МПК G01J1/44 

31500

который программный регулятор 9 соединен с источником 1 опорного излучения. Выход ФЭУ соединен со входом автоматического переключателя 13 диапа- зонов, выход которого соединен со входом регулятора 9, первый выход которого соединен со вторым входом регулируемого источника 7, выход которого через делитель 6 соединен с ФЭУ, Выход формирователя 1I соединен с первым входом компаратора 12, второй вход которого соединен с выходом источника 14 опорного напряжения, а выход компаратора 12 соединен с пер- вым входом регулируемого высоковольтного источника 7, В устройство дополнительно введены генератор Ю, регулируемые усилители 15 и 16, компаратор 17 и формирователь 19. Входы ре-

гулируемых усилителей 15 и 16 подключены к выходам формирователя 11, выход регулируемого усилителя 15 подсоединен ко входу регистратора 18, выход регулируемого усилителя 16 соединен с первым входом компаратора 17, второй вход которого соединен с выходом источника 14 опорного напряжения, а выход формирователя 19 соединен с управляющими входами регулируемых усилителей 15 и 16, Фотоприемное устройство обеспечивает повышение быстродействия не менее чем на два порядка, а также повьшение точности измерения оптических характеристик быст- ропротекающих процессов путем устранения погрешности от переходных процессов стабилизации анодной чувствительности ФЭУ. 2 ил.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и предназначено для использования в различных измерителях оптических характеристик рассеивающих сред при исследовании быстропротекающих процессов. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений. Устройство содержит источник 1 опорного излучения, механический модулятор 2 с двигателем 3, световоды 4, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 5, формирователь 11, компаратор 12 с источником 14 опорного напряжения, регистратор 18, регулируемый высоковольтный источник 7, делитель 6 напряжения и стабилизатор 8 тока, через который программный регулятор 9 соединен с источником 1 опорного излучения. Выход ФЭУ соединен со входом автоматического переключателя 13 диапазонов, выход которого соединен со входом регулятора 9, первый выход которого соединен со вторым входом регулируемого источника 7, выход которого через делитель 6 соединен с ФЭУ. Выход формирователя 11 соединен с первым входом компаратора 12, второй вход которого соединен с выходом источника 14 опорного напряжения, а выход компаратора 12 соединен с первым входом регулируемого высоковольтного источника 7. В устройство дополнительно введены генератор 10, регулируемые усилители 15 и 16, компаратор 17 и формирователь 19. Входы регулируемых усилителей 15 и 16 подключены к выходам формирователя 11, выход регулируемого усилителя 15 подсоединен ко входу регистратора 18, выход регулируемого усилителя 16 соединен с первым входом компаратора 17, второй вход которого соединен с выходом источника 14 опорного напряжения, а выход формирователя 19 соединен с управляющими входами регулируемых усилителей 15 и 16. Фотоприемное устройство обеспечивает повышение быстродействия не менее чем на два порядка, а также повышение точности измерения оптических характеристик быстропротекающих процессов путем устранения погрешности от переходных процессов стабилизации анодной чувствительности ФЭУ. 2 ил.

Изобретение относится к оптико- электронному .приборостроению и может быть использовано в различных измерителях оптических характеристик рас- сеивающих сред при исследовании быст- ропротекающих процессов.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - механический модулятор,

Устройство содержит источник 1 опорного излучения, исследуемые световые потоки Ф1 и Ф2 перед регистра- цией прерываются механическим модулятором 2, соединенным с двигателем 3 и по световодам 4 направляются на фотоприемное устройство, выполненное в виде фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) 5. Питание ФЭУ осуществляется через делитель 6 регулируемым высоковольтным источником 7. Питание источника 1 опорного излучения осуществляется стабилизатором 8 тока, сое- диненного двумя входами с программным регулятором 9 и генератором 10. Сигнал с ФЭУ направляется в формирователь I1, электрически соединенный с компаратором 12 и автоматическим переключателем 13 каналов. Компаратор 12 с источником 14 опорного напряжения электрически соединен с первым входом регулируемого высоковольтного

источника 7, второй вход которого соединен с программным регулятором 9 Формирователь 11 выходами соединен первым и вторым регулируемыми усилителями 15 и 16, причем последний из них соединен со вторым компаратором 17, второй вход которого соединен с источником 14 опорного напряжения. Регистратор .18 соединен первым входом с автоматическим переключателем 13 диапазонов. Второй формирователь

19соединен с управляющими входами регулируемых усилителей 15 и 16. На диске механического модулятора 2 на отдельных концентрических окружностях выполнены полукойьцевая прорезь

20на одной половине модулятора, а на полуокружности другой половины модулятора равномерно расположены

25 отверстий 21 дпя последовательной модуляции двух входных потоков. Световоды 4 передают измеряемые световы потоки, прошедшие через модулятор 2 на вход ФЭУ. Световой диаметр световодов определяется диаметром отверстий в диске механического модулятора и составляет 2,5-3 мм.

Источник 1 опорного излучения создает стабильный световой поток, модулированный с частотой, определяемой генератором 10, который через световод 4 опорного канала поступает на вход фотоумножителя 5. Источник

1500855

может быть реализован в виде свето- диода.

ФЭУ 5 предназначен для преобразования опорного и измерительных све- j товых потоков в пропорциональные значения электрических сигналов. Делитель 6 напряжения распределяет входное напряжение между диодами фотоумножителя 5. Регулируемый высоковольт- 10 полнен на стабилитроне.

ный источник 7 напряжения обеспечивает необходимое напряжение питания делителя 6 в зависимости от управляющих сигналов.

Стабилизатор 8 тока предназначен дпя 3впитывания источника 1 опорного излучения модулированным стабильным током, ступенчато изменяющимся при подаче управляющего сигнала с программного регулятора 9,

Программный регулятор 9 предназначен для выработки дискретных уровней напряжения для управления регулируемым источником 7 и стабилизатоРегулируемый усилитель 15 предназначен для изменения коэффициента передачи измерительного канала при переходных процессах (при смене ди15 апазона) за счет инерционности рбра ной связи по регулировке анодной чувствительности ФЭУ методом изменения питающего высоковольтного напряжения и низкочастотных флуктуа20 циях в общем канале измерительного и опорного сигналов.

Регулируемый усилитель 16 предна начен для изменения коэффициента пе редачи опорного канала при переходн

ром 8 тока источника 1 опорного излу- процессах (при смене диапазона) за

чения,

Генератор 10 предназначен для модуляции источника 1 опорного излучения с частотой, отличной частоте модуляции измерительных световых потоков.

Формирователь 11 предназначен дпя частотной селекции двухчастотно- го сигнала, один из которых представляет собой модулированный на одной частоте непрерывный сигнал, амплитуда которого пропорциональна опорному световому потоку, а второй - последовательно поступающие два измерительных сигнала, модулированные на другой частоте, и для преобразования их в пропорциональные постоянные напряжения: для опорного - в непрерывное, для измерительных - в последовательно поступающие с частотой их коммутации. Формирователь 11 состоит из двух каналов на две частоты модуляции, каждый из которых состоит из полосового фильтра, детектора и фильтра нижних частот.

Компаратор 12 предназначен для формирования сигнала управления регулируемым высоковольтным источником 7 в режиме стабилизации коэффициента передачи.

Автоматический переключатель 13 диапазонов предназначен для формирования управляющего сигнала на программный регулятор 9 при превышении большего из двух измерительных сигналов максимальной границы поддиапазона измерения и достижения меньшим из двух измерительных сигналов меньшей границы поддиапазона.

Источник 14 опорного напряжения формирует эталонное напряжение и выРегулируемый усилитель 15 предназначен для изменения коэффициента передачи измерительного канала при переходных процессах (при смене диапазона) за счет инерционности рбрат- ной связи по регулировке анодной чувствительности ФЭУ методом изменения питающего высоковольтного напряжения и низкочастотных флуктуациях в общем канале измерительного и опорного сигналов.

Регулируемый усилитель 16 предназначен для изменения коэффициента передачи опорного канала при переходных

0

5

0

5

0

5

счет инерционности обратной связи по регулировке анодной чувствительности ФЭУ методом изменения питающего высоковольтного напряжения и низкочастотных флуктуациях фотоумножителя. Компаратор 17 предназначен для формирования управляющего сигнала формирователя 19 во время переходного процесса при стабилизации анодной чувствительности ФЭУ 5.

Формирователь 19 предназначен для формирования сигнала управления регулируемыми усилителями 15 и 16. Формирователь 19 состоит из генератора и реверсивного счетчика.

Регистратор 18 предназначен для преобразования входного напряжения в вид, удобный для передачи в систему обработки. Регистратор 18 сое- тоит из АЦП и стробируемого буферного регистра.

Фотоприемное устройство работает следующим образом.

Световые потоки Ф1 и Ф2, попадая на вход устройства, последовательно модулируются модулятором 2 и по световодам 4 поступают на фотокатод ФЭУ 5, На фотокатод ФЭУ 5 через световод поступает модулированный опорный световой поток от источника 1 опорного излучения. Модуляция измерительных и опорного световых потоков осу1цест- вляется на двух разных частотах, при

этом их разнесение определяется требуемым коэффициентом взаимного подавления. Электрический двухчастотный сигнал с выхода ФЭУ 5, амплитуда которого пропорциональна входным световым потокам, поступает на формирователь П, который осуществляет частотную селекцию двухчастотного сигнала полосовыми фильтрами и преобразование их с помощью вьшрямителей и фильтра нижних частот в пропорциональные постоянные напряжения: для опорного - в непрерывное, для измерительных - в последовательно поступающие с частотой их коммутации. Измерительные сигналы поступают на вход автоматического переключателя 13 диапазонов, который формирует управляющее напряжение и через программный регулятор 9, регулируемый вьюоко- вольтный источник 7, делитель 6 на ФЭУ 5, вызывая ступенчатое изменение анодной чувствительности ФЭУ, с друформирователя 19, управляющего коэффициентом передачи регулирующих усилителей опорного(16)и измерительного

f. (15) каналов по одинаковому закону, что обеспечивается синхронным измерением опорного и измерительного сигналов при непрерывной разночастотной модуляции опорного и измерительных

10 световых потоков. Для определения диапазона работы фотоприемного устройства сигнал со второго выхода ав- томатического переключателя 13 диапазона пропорциональный номеру диапазона, поступает на регистратор 18.

Формула изобретения

Фотоприемное устройство, содержа- 20 Щее источник опорного излучения, ме- ханич ский модулятор с двигателем, два световода, фотоэлектронный пре- образо ватель, формирователь, компаратор, источник опорного напряжения.

15

гой стороны через программный регуля- 25 регистратор, автоматический переклю

тор 9, стабилизатор 8 тока с генератором 10 на источник 1 опорного излучения, вызывая ступенчатое изменение светового потока источника 1 опорного излучения,

Опорное напряжение с выхода формирователя I1 поступает на компаратор 12, на второй вход которого поступает эталонное напряжение с выхода источника 14 опорного напряжения. Компаратор 12 формирует сигнал управления регулируемого высоковольтного источника 7 и через делитель 6 изменяет анодную чувствительность ФЭУ, осуществляя стабилизацию измеритель- ного канала на каждом поддиапазоне за время, определяемое постоянной времени кольца обратной связи (ФЭУ 5, формирователь 11, компаратор 12, регулируемый высоковольтньй источник 7,.делитель 6), Опорньй сигнал с выхода формирователя 11 параллельно поступает на вход регулируемого усилителя 16, выходной сигнал которого поступает на вход компаратора 17, на второй вход которого подается эта лонный сигнал с источника 14 опорног напряжения.

Во время переходного процесса возникает разбаланс амплитуд опорного напряжения и эталонного напряжения источника 14 опорного напряжения, который через регулируемый усилитель 16, компаратор 14 поступает на вход

формирователя 19, управляющего коэффициентом передачи регулирующих усилителей опорного(16)и измерительного

(15) каналов по одинаковому закону, что обеспечивается синхронным измерением опорного и измерительного сигналов при непрерывной разночастотной модуляции опорного и измерительных

световых потоков. Для определения диапазона работы фотоприемного устройства сигнал со второго выхода ав- ; томатического переключателя 13 диапа зона пропорциональный номеру диапазона, поступает на регистратор 18.

Формула изобретения

Фотоприемное устройство, содержа- Щее источник опорного излучения, ме- ханич ский модулятор с двигателем, два световода, фотоэлектронный пре- образо ватель, формирователь, компаратор, источник опорного напряжения.

5

0 5 0

g

чатель диапазонов, программный регулятор тока, регулируемый высоковольтный источник, делитель напряжения и стабилизатор тока, причем программный регулятор первым выходом соединен с входом регулируемого высоковольтного источника, выход которого соединен с входом делителя, выход которого соединен с входом питания фотоэлектронного преобразователя, второй выход программного регулятора соединен с первым входом стабилизатора тока, выход которого соединен с источником опорного излучения, который через первый световод оптически связан с входом фотоэлектронного преобразователя, выход которого -соединен с формирователем, первый выход которого соединен с первым входом компаратора, а второй выход - с первым входом автоматического переключателя диапазонов, первый выход которого соединен с регистратором, а второй выход соединен с входом программного регулятора, источник опорного напряжения соединен с вторым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом регулируемого высоковольтного источника, второй световод расположен между механическим модулятором и фотоэлектронным преобразователем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него дополнительно

введены генератор, дополнительный световод, расположенный аналогично второму, два регулируемых усилителя, второй компаратор и второй формирователь, причем генератор соединен с BTOpLiM входом стабилизатора тока, вход первого регулируемого усилителя соединен с вторым выходом формирователя, а выход соединен с регистратоСоставитель В. Варнавский Редактор И. Сегляник Техред М.Ходаиич Корректоре. Черни

Заказ 4853/35

Тираж 466

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.У;|:город, ул. Гагарина, 10.1

1500855 ,

ром, вход второго регулируемого усилителя соединен с первым выходом формирователя, а выход - с первым вхо- дом второго компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с входом второго формирователя, выход которого соединен с управлякнцими входами 1Q регулируемых усилителей.

(pus.Z

Подписное