Автоматический фотометр Советский патент 1991 года по МПК G01J1/44 

ч

Ј

Изобретение относится к атмосферной оптике, метрологии и фотометрии. Целью изобретения является расширение динамического диапазона и области применения фотометра. Излучение, проходя через набор оптических поглотителей 2, связанных с электромагнитами, управляемыми выходным кодом с (йтно-переключающей схемы 9, попадает на фотопреобразователь 3, связанный с усилителем 4. Выходной сигнал усилителя 4, пропорциональный освещённости фотопреобразователя 3, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Выходные коды АЦП и счётно переключающей схемы 9 поступают на вход постоянного запоминающего устройства, в котором записаны функции преобразования, линеаризующие характеристики фотопреобразователя для каждой комбинации введённых в оптический канал поглотителей. 2 ил.

О

м го

XI

XI

N

ГО

Изобретение относится к автоматическим фотометрам для измерения световых потоков, изменяющихся в пределах нескольких десятичных порядков, и может быть использовано для фотометрических измерений в атмосферной оптике, в физических и химических исследованиях, в химиче- ской, медицинской и других отраслях промышленности. Изобретение является дополнительным к. изобретению по авт.св.СССР №597930.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона и области применения за счёт обеспечения учёта нелинейности характеристики фотопреобразователя и формирования результатов в единицах измеряемой величины путём преобразования шкалы с учётом передаточной функции измерителя.

На фиг, 1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - приведены графики градуировочной характеристики Z (Ф) при различных значениях коэффициента пропускания К поглотителей и калибровочной характеристики Y ( Ф ) в зависимости от измеряемого светового потока Ф .

Фотометр состоит из оптической системы 1. неизбирательных поглотителей 2 фо топреобразователя 3. измерительного усили еля 4. детекторов 5 и 6 пороговых уровней измеряемого сигнала, генераторов 7 и 8 импульсов, реверсивной счётно-пере- ключающей схемы 9, источника 10 питания и электромагнитов 11, кинематически связанных с поглотителями, пороговой схемы 12, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 13, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 14 и блока 15 регистрации Вход АЦП 13 соединен с выходом измерительного усилителя 4, а выходы выходного регистра 16 АЦП подключены к соответствующим входам младших разрядов блока 17 адреса ПЗУ. К входам старших разрядов блока 17 адреса ПЗУ подключены соответствующие выходы счётно-решающей схемы 9 Выход триггера 18 конца преобразования АЦП соединен с входом схемы 19 управления считыванием ПЗУ и через электр 20 задержки - с входом схемы 21 управления блока 15 регистрации.

Автоматический фотометр работает следующим образом

Световой поток проходит через оптическую систему 1, комбинацию из п калибровоч- ных поглотителей 2 с номинальными значениямиоптических плотностей, равными 1,2. ,п, и попадает на фотопреобразователь 3. Электрический сигнал, пропорциональный световому потоку с выхода фотопреоОрязо

вателя, поступает на измерительный усилитель 4 и далее на детекторы 5 и 6 пороговых уровней измеряемого сигнала Если световой поток на входе фотопреобразователя и

соответствующий ему сигнал на выходе усилителя превосходит уровень, определяемый верхним пределом измерений усилителя на протяжении некоторого заданного времени, то детектор 6 запускает генератор 8 импульсов. Импульс с этого генератора поступает на первый счётный вход реверсивной счётно-переключающей схемы 9 Схема 9 коммутирует подаваемое от источника 10 питание электромагнитов 11 так что

в рабочее положение устанавливается комбинация поглотителей, превосходящая плотность предыдущей комбинации на 1 Если световой поток на входе фотопреэбра- зователя ниже уровня, определяемого нижним пределом измерений усилителя на протяжении некоторого заданного времени, то детектор 5 запускает генератор 7 Импульс с этого генератора поступает на второй счётный вход реверсивной счётнопереключающей схемы 9 Схема 9 коммутирует подаваемое от источника 10 питание электромагнитов 11 так что в рабочее положение устанавливается комбинация поглотителей имеющая в 10 раз большее

пропускание При ступенчатом возрастании светового потока сверх допустимого уровня напримпр на три десятичных порядка, срабатывает пороговая схема 12 выходной сигнал которой переводит реверсивную счйтно-переключающ/ю схему в состояние при котором все поглотители цключень1 в рабочее положение

При введении поглотителей в процессе работы изменяется коэффициент пропускания К и общий коэффициент передачи измерительного канала. В результате этого сигнал на выходе измерительного усилителя при изменении светового потока от 0 до максимального значения изменяется в заданных пределах п соответствии с графиком градуировочной кривой Z (Ф) , (см фиг 2) При отсутствии поглотителей сигнал Z изменяется в соответствии с градуироьочной характеристикой измерительного канала,

(кривая 22 участок AJ вид которой (нелинейность) определяется в основном характеристикой фотопреобразователя. При введении первого поглотителя коэффициент пропускания падает и общий коэффициент передачи измерительного канала уменьшается, и сигнал на выходе усилителя на участке В изменяется в соответствии с кривой 23 Z. 2 К 1 ) а на выходе счётно-переключающей схемы устанавливается код 1 (001).

Далее, при введении других потопи елей v соответствии с изменением ко/ э, на оыходе схемы изменяется участок рабочей хаоакте- ристики, причём каждому кеду однозначно соответствует свой участок Л.В,С и т.д.

Сигнал с выходя усилителя 4 поступав на вход АЦП 13. г де os преобр з/ется в цифровой код. С выходного регистр 15 МДП :- СД постуn;urr н; Стч« 17 адреса ПЗУ и формирует млздшие азряд адреса ячейки ПЗУ, которые дополняют старшие разряды, сформированные кодом счётчо-переключ - ющей емы. Ппи поступлении импульса с. триггера 18 конца преобразования на схему 19 управления считыванием ПЗУ из выходе ячейки с данным адресом считывался код, котоэыи по выходной шине ПЗУ поступает и бпок 1Ь регистрации. JTOI код однозначно соответствует зна ению измерь иой лспи- чиыи Например, для поток т Ф, ,,сем зна- иение выходного сигнала 2 в ДРОИЧНОМ коде 01011111, э сзыход схемы 9 - сод 001 Тогда в ячейке ПЗУ с адресом ОСИОЧЛ 1111 имеем значение измеряемой величины YJ (яркости концентрации) п двоичном коде, соответствующее по кзтибровсчной характеристике потоку Ф,. Выгюд результатов на регистрацию синхронизован от триггера конца преобраловзния ЛЦП посредством элемента 20 задержки учитывающего пре мя выборки из ПЗУ и осуществляется с помощью 21 управления блока регистрации. В блоке 15 оепистрации результаты документируются в цифровом виде, При необходимости р мультаты преобразуются из двоичного кода в десяти чный и выводятся на панель индикации.

Программирование ПЗУ и зяпись значений измеряемой величины в ячейки ПЗУ осуществляются на основе таблицы решении, составляемой с убегом калибровочной характеристики (расчётной или экспериментальной 1 и градупровочной характеристики измерительного канала. При составление таблицы для конкретного значения светового потока определяют по калибровочной характеристике значение измеряемой величины, а по градуирогочной характеристике измерительного канала определяют соответствующие световому потоку код АЦП и код счётно-переключающей схемы, из оторых формиоуется код адреса ячейки ПЗУ.

Использование данного фотометра обеспечивает опепативмое получение ге- зупьтата няпосредглченно в единицах изме- ряемой вепичины. Это .(зЬзвляе от

чеобходимосги обработки ре у:лллтоп измерений, vnera разного оода поправок, присущих о&ычним фотометр1.чег им изме| Учит нелинейности характеристики фотопреобрэзов. пг ля пошол ет ра:ширить рабочий участок характеристик фотогр образователя и тьм самым раси и рить динамический диапазон измерения СБЫТОВОГО потока и функционально ных с ним техноло и еских параметров, рчс-LI и рить номенклатуру ис пользуемых Фотспреобрэзователей (например, в инфракрасной области спектр) и сфер приме- нения. Наличие цифрового выхода позволяет использовать предлагаемый фотомето и измерительные комплексы на его ог.ове в автоматизированных системах кон-п ля окружающей среды и автоматизи- prnafiMb x системах контроля и упровлеш.я техног -.гичесх 1ми процессами

Ф о р м у л а изобретения

Автоматический фотометр по авт. в.№597ЭЗО, отличающийся тем,

что с целью расширения динамического диапазона и области прик: знения, в него введены аналого-цифровой мрс-обрззопатель, постоянное запоминающее устройство и блок регистргичи, причём вход анало оцифрового преобразователя соединен с выходом измерительного усилителя, а выходы его выходного регистра подключены к соответствующим входом младших разрядов блока адреса посюянного запоминающего

устройства, входы старших разрядов блока адреса постоянного запоминающего устройства подключены к соответствующим выходам счётно переключающей схемы вход схемы управления считыванием постоянного запоминающего устройства соединен с выходом триггера конца преобразования аналого-цифрозого преобразователя, выходы постоянного запоминающего устройства подключены к блоку

регистрации, схема управления ..оторогс соединена через элемент задержки с выходом триггера конца преобразования.

25

Фиг.2 .