Способ измерения отношения сигнал/шум лампы с полым катодом Советский патент 1990 года по МПК G01J1/08 

Изобретение относится к технической физике и может быть применено в спектральных измерениях при оценке точностных характеристик атомно-абсорбционных спектрометров.

Цель изобретения - повышение точности измерений шума лампы с полым ка- тодо.м (величины отношения сигнал/шум, далее с/ш) путем учета шума фотоприемника.

На чертеже приведен блок-схема устройства, реализуюшего способ.

Устройство состоит из лампы 1 с полым катодом, монохроматора 2, фотоприемника 3, системы регистрации 4. Кроме того, в состав устройства входит дополнительный источник 5, оптически связанный с входным окном фотоприемника 3 (блоки питания источников и фотоприемника для простоты опущены; кроме того, не показан модулятор световых потоков источников излучения.

он может быть установлен известным образом).

Способ осуш.ествляют следующим образом.

На лампу с полым катодом подают рабочий ток. Световой поток лампы через монохроматор (или иное селектирующее устройство) подают на фотоприемник. Заданное число раз (обычно не менее 30) измеряют сигнал с фо топриемника. Затем известным образом рассчитывают отношение сигнал/ /шум р1. Это отношение можно записать в виде

Л .

где I - суммарный шум фотоприемника и

лампы с полым катодом; (/) - среднее значение сигнала лампы с

полым катодом.

Затем лампу с полым катодом выключают, на фотоприемник подают световой посл

со сп to

ток дополнительного источника света, шум которого существенно меньше шума фотоприемника. В качестве такого, рода источников удобно применить лампу накаливания, светодиод или дейтериевый корректор. Экспериментально установлено, что перечисленные источники обладают достаточно малым уровнем собственных шумов и пригодны для рассматриваемых измерений.

Измеряют сигнал фотоприемника и рассчитывают отношение с/ш во втором случае. Очевидно его можно записать в виде

/2 - среднее значение светового потока дополнительного источника света;

|,р - шум фотоприемника. Из отношения величин ()2 и pi

следует

.Х. 7S

).

где лпк - шум лампы с полым катодом. Положим теперь . Тогда среднеквадратичное значение шума лампы с полым катодом есть

I

ЛПК

E,V/1,

откуда уточненное соотношение сигнал/шум РЛ равно

,/.

Таким образом, после проведения измерений светового потока дополнительного источника света определяется шум фотоприемника, который затем учитывается в дальнейшем расчете. Для получения предельно малых погрешностей световой поток дополнительного источника света перед измерениями следует уравнять со световым потоком лампы с полым катодом. Однако это уравнивание, точнее погрешность выравнивания светового потока дополнительного источника света и потока лампы с полым катодом, зависит от требуемой погрешности измерений. Поскольку шум фотоприемника зависит от светового потока (т. е. от тока) по закону степени 1/2, то разбаланс потоков в 2 раза дает ошибку (при прочих равных условиях измерений) всего в 40. Если световые потоки отличаются на 10-20%, то данная ошибка снижается до единиц процентов и ею можно пренебречь. Следовательно, отличительная черта данного способа заключается в ослаблении требований на точность выравнивания световых потоков лампы с полым катодом и дополнительного источника света.

0

Данные измерения можно проводить попеременно, например, прерывая световой поток от источников излучений посредством механического модулятора, как это широко 5 применяется в атомно-абсорбционных спектрометрах. Возможно использование и электронной модуляции световых потоков. Такой подход способствует снижению погрешностей измерений, связанных со случайными помехами, например, со стороны источника питания фотоприемника.

При использовании дейтериевого корректора появляется возможность измерения шума лампы с полым катодом в ультрафиолетовой области спектра. В этом случае

5 дейтериевый корректор следует устанавливать перед монохроматором, а световые потоки обоих источников сводить на моно- хроматор известным образом, например посредством полупрозрачного зеркала.

Пример. Проведено исследование шума

0 ламп с полым катодом типа ЛТ-2. Длительность импульса тока составляла 200 мкс при скважности 10. При задержке 50 мкс относительно фронта нарастания светового импульса и амплитуде тока 218 мА получены

5 значения У,1483 ед, ,91 ед, 0, 51,49, /2 1493 ед, ,57 ед, р 154,96, ,95.

Видно, что реальное отношение сигнал/ /шум лампы с полым катодом оказалось гораздо более высоким, чем при непосред0 ственном определении совместно с шумом фотоприемника. В качестве фотоприемника использовался ФЭУ-130 при напряжении питания 1300 В. При задержке относительно фронта импульса света в 100 мкс, отношение сигнал-шум для лампы с полым

5 катодом возросло до 237,59, в то время как отношение с/ш суммарно с фотоприемником возросло лишь до 54,91.

Данный способ рассматривался при нулевом приближении темнового шума фотопри- емника. При этом, темновой ток фотоприемника составляет примерно А, в то время как рабочий сигнал обычно составляет до 10 А и более, т. е. превосходит темновой ток на несколько порядков. В силу этого среднеквадратичное значение

5 шума фотоприемника в темновом режиме (т. е. без засветки) весьма мало и им можно пренебречь. Если же пренебречь этим шумом нельзя, то расчетная фор.мула принимает вид

v -Vгде 1 - темновой шум фотоприемника.

Для его учета следует экранировать фотоприемник от излучения, измерить темновой 55 шум и затем вычесть из шума фотоприемника при измерении дополнительного светового сигнала от дополнительного источника света. Эти операции известны.

Таким образом, преимуществом предлагаемого способа является высокая точность измерений, обусловленная подавлением шума фотоприемника.

Формула изобретения

Способ измерения отношения сигнал/шум лампы с полым катодом, заключающийся в том, что многократно измеряют фотоприемником световой поток исследуемой лампы, определяют среднее значение указанного светового потока /, определяют суммарный шум g фотоприемника и лампы с полым катодом и рассчитывают величину pi сигнал/шум из выражения pi(/,)|, отличающийся тем, что, с целью повышения точ

нести измерений, дополнительно направляют на фотоприемник световой поток вспомогательного источника излучения, шум которого много меньше шума фотоприемника, многократно измеряют световой поток вспомогательного источника, определяют среднее значение указанного светового потока /2, определяют шум « фотоприемника и рассчитывают уточненное значение р сигна л/шум лампы с полым катодом из выражения

где р, J ,)/§. V(pVr)-l,

P Pl/P2

Изобретение относится к технической физике и может быть применено в спектральных измерениях, например, при оценке точностных характеристик атомно-абсорбционных спектрометров или аттестации спектральных ламп. Цель изобретения - повышение точности измерений шума лампы с полым катодом путем учета шума фотоприемника. Способ состоит в измерении светового потока лампы с полым катодом, измерении светового потока дополнительного источника света, например лампы накаливания, светодиода, дейтериевого корректора. Перед этим световой поток дополнительного источника выравнивают со световым потоком измеряемой лампы. Затем рассчитывают шум лампы с полым катодом, причем одновременно происходит компенсация шума фотоприемника. Изобретение светового потока лампы с полым катодом и дополнительного источника может происходить попеременно, для чего их необходимо прерывать модулятором. 1 ил.