Установка для измерения энергии оптических импульсов излучения Советский патент 1991 года по МПК G01J5/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для абсолютных измерений энергии импульсов лазерного излучения в диапазоне длительностей импульсов от миллисекунд до наносекунд и в области спектра, простирающейся от ультрафиолетового до инфракрасного излучения.

Известен калориметр для измерения мощности лазерного излучения большой мощности, описанный в экономическом патенте ДД № 132544, кл. G 01 J 5/12, 1979, содержащий приемный элемент в виде полого конуса, теплоотвод в виде диска, на котором расположена термобатарея, и блок обработки информации. Недостатком этого калориметра является сложность изготовления и плохая воспроизводимость теплофи- зических параметров приемного преобразователя.

Известна также установка для измерения энергии импульсов лазерного излучения, содержащая два калориметрических преобразователя, один из которых измерительный, а другой - опорный, установленные в общем пассивном термостате, и электронный блок обработки информации, описанный в патенте ГДР № 160325, кл. G 01 J 5/12, 1981. Наличие в данной установке опорного преобразователя позволяет компенсировать изменение температуры окружающей среды, а подача на него управляемого нагрева в виде импульса тока - скомпенсировать нагрев измерительО

со

CN О О 00

ного преобразователя измеряемым излучением. Однако недостатком данной установки является невозможность точной компенсации нагрева измерительного преобразователя, что приводит к снижению точности измерений и удлинению интервала времени между измерениями энергии импульса излучения.

Цель изобретения - повышение точности измерений и уменьшение интервала времени между измерениями энергии импульсов излучения, а также уменьшение влияния окружающей среды и неидентичности характеристик калориметрических преобразователей на точность измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в установку для измерения энергии оптических импульсов излучения, содержащую измерительную головку, выполненную в виде измерительного и опорного преобразователей излучения, установленный в тепловом контакте с общим пассивным термостатом, каждый из которых включает термопреобразователь и нагревательный элемент, и блок обработки информации, включающий устройство управляемого нагрева, подключенное к нагревательному элементу опорного преобразователя излучения, генератор калибрацирнных испульсов, подключенный к нагревательному элементу измерительно го преобразователя излучения, и тракт обработки измерительного сигнала, вход которого подключен к выходу термопреобразователя измерительного преобразователя излучения, а выход - к устройству вывода измеряемой величины, дополнительно введена диафрагма, установленная перед входами обоих преобразователей излучения, фотоприемник, установленный между диафрагмой и измерительным преобразователем излучения, и устройство управления, установленное в блоке обработки информации, тракт обработки измерительного сигнала выполнен в виде предварительного усилителя, к выходу которого подключены каналы обработки измерительного сигнала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, устройства компенсации дрейфа ну ля, управляемого ключа, подключенного к входу устройства вывода измеряемой величины, при этом к входам устройства управления подключены выходы фотоприемника и устройства компенсации дрейфа нуля, а выходы устройства управления подключены к управляющим входам устройств компенсации дрейфа нуля, управляемых ключей, устройства управляемого нагрева и устройства вывода измеряемой величины Цель достигается также тем, чтофотопрнемник выполнен в виде пленочного пироэлектрического преобразователя, устройство вывода измеряемой величины выполнено в виде аналого-цифрового преобразователя и подключенного к нему дешифратора, а устройство управляемого нагрева выполнено в виде усилителя мощности.

На чертеже изображена блок-схема установки для измерения энергии оптических

0 импульсов излучения.

Установка содержит измерительную головку 16 и электронный блок 17 обработки информации. Измерительная головка 16 содержит измерительный 4 и опорный 5 пре5 образователи излучения, каждый из которых находится в тепловом контакте с термобатареями 7 и нагревательными элементами 6. Оба преобразователя 4 и 5 находятся в тепловом контакте с общим пас0 сивным термостатом, в котором они установлены. Перед входом преобразователей 4 и 5 установлена диафрагма 1, которая формирует оптические каналы 2 для обоих преобразователей 4 и 5. Между диафрагмой 1 и

5 входом измерительного преобразователя 4 вне оптического канала 2 установлен фотоприемник 3. Преобразователи 4 и 5 выполнены в виде идентичных полых конусов из черного металла, графита или стекла, Тер0 мобатареи 7 выполнены в виде печатного монтажа плоскостной формы на термически и электрически изолирующем материале. Термопары включены последовательно, их количество определяется заданной точно5 стью измерений. Пассивный термостат, в котором установлены преобразователи 4 и 5, выполнены из теплопроводного материала, его теплоемкость во много раз больше теплоемкости термобатарей 7.

0 Электронный блок 17 обработки информации содержит установленный на его входе предварительный усилитель 8. К его выходу подключен ряд каналов обработки информации, каждый из которых содержит

5 последовательно подключенные масштабный усилитель 10, устройство 11 компенсации дрейфа нуля и аналоговый ключ 12. Выходы ключей 12 подключены к входу устройства 15 вывода измеряемой величины.

0 Блок 17 содержит устройство 14 управления, к входам которого подключены выходы фотоприемника 3 и устройств 11 компенсации дрейфа нуля, а выход подключен к управляющим входам устройств 11 и 15,

5 ключей 12 и входящего в состав блока 17 устройства 13 управляемого нагрева. Выход последнего подключен к нагревательному элементу 6 опорного преобразователя 5. В состав блока 17 входит также генератор 9 калибрационных импульсов, выход которого подключен к нагревательному элементу 6 измерительного преобразователя 4. Фотоприемник 3 выполнен в виде пленочного пироэлектрического преобразователя Уст- ройство 15 вывода выполнено в виде последовательно соединенных аналого- цифрового преобразователя и дешифратора. Устройство 13 управляемого нагрева выполнено в виде усилителя мощности. Масштабные усилители 10 имеют различные коэффициенты передачи для обеспечения различных диапазонов работы установки.

Установка работает следующим образом.

Перед измерениями определяют время установления стационарного сигнала преобразователя 4, для чего сравнивают выходные сигналы этого преобразователя при подаче излучения в разные точки его приемной поверхности. Временем установления стационарного сигнала считают время, когда выходные сигналы преобразователя 4, обусловленные попаданием излучения в различные места его приемной поверхности, имеют минимальную разницу по амплитуде. Это время вводят в память устройства 14 управления. Предварительно градуируют устройство путем подачи электрического импульса от генератора 9 на нагревательный элемент 6 измерительного преобразователя 4. Подают измеряемый импульс оптического излучения в измерительный преобразователь 4, в котором он преобразуется в тепло. Напряжение термобатареи 7 поступает на вход предварительного усилителя 8, а затем на масштабных усилителей 10. Часть измеряемого излучения, отраженного от измерительного преобразователя 4, попадает на фотоприемник 3, с помощью которого устройством 14 управления оценивается длительность и энергия импульса излучения. Диафрагма 1 защищает при этом фотоприемник 3 и входы измерительного и опорного преобразователей от паразитных засветок. В момент прихода импульса измеряемого излучения устройством 14 управления измеряется сигнал на выходе устройства 11 компенсации нуля и затем на их входы подается компенсирующий сигнал так, что на выходах устройств 11 устанавливается нулевое значение сигнала. После окончания импульса излучения через интервал времени, равный времени установления стационарного сигнала, заложенный в памяти устройства 14 управления, это устройство на основе оценки энергии измеряемого импульса излучения замыкает один из аналоговых ключей 12, выбирая тем самым диапазон

измерения, и включает устройство 15 вывода измеряемой величины.

Одновременно с устройством 14 управления подается сигнал на вход устройства

13 управляемого нагрева. С выхода последнего на нагревательный элемент 6 опорного преобразователя 5 подается электрический импульс с энергией, равной 90% энергии импульса излучения. Через интервал време0 ни, заложенный в памяти устройства 14 управления, им производится измерение напряжения термобатареи 7, которое соответствует разности температур между преобразователями 4 и 5 или, что то же самое,

5 разности энергий, поглощенных в этих преобразователях. На основе этого измерения устройство 14 управления с помощью устройства 13 управляемого нагрева подает на нагревательный элемент 6 опорного преоб0 разователя 5 электрический импульс с энергией, равной 90% от той, которая соответствует разности энергии, выделившихся в преобразователях 4 и 5. Аналогичные импульсы подогрева подаются до тех пор, по5 ка разность температур опорного 5 и измерительного 4 преобразователей не станет меньше заданного значения, после чего установка готова к следующему измерению. Изобретение позволяет за счет более

0 точного и быстрого выравнивания температур измерительного и опорного преобразователей, а также за счет автоматического выбора диапазона измерений и компенсации дрейфа нуля увеличить точность изме5 рений энергии импульсов оптического излучения и сократить интервал времени между измерениями.

Формула изобретения

1. Установка для измерения энергии оп0 тических импульсов излучения, содержащая измерительную головку, выполненную в виде измерительного и опорного преобразователей излучения, установленных в тепловом контакте с общим пассивным

5 термостатом, каждый из которых включает термопреобразователь и нагревательный элемент, и блок обработки информации, включающий устройство управляемого нагрева, подключенное к

0 нагревательному элементу опорного преобразователя излучения, генератор ка- либрационных импульсов, подкпюченный к нагревательному элементу измерительного преобразователя излучения, и тракт

5 обработки измерительного сигнала, вход которого подключен к выходу термопреобразователя измерительного преобразователя излучения, а выход - к устройству вывода измеряемой величины, отличающ а я - с я тем, что в установку дополнительно введена диафрагма, установленная перед входами обоих преобразователей излучения, фотоприемник, установленный между диафрагмой и измерительным преобразователем излучения, и устройство управления, установленное в блоке обработки информации, тракт обработки измерительного сигнала выполнен в виде предварительного усилителя, к выходу которого подключены каналы обработки измерительного сигнала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, устройства компенсации дрейфа нуля, управляемого ключа, подключенного к входу устройства вывода измеряемой величи- ны, при этом к входам устройства управления подключены выходы фотоприемника и устройства компенсации дрейфа

0

нуля, а выходы устройства управления подключены к управляющим входам устройств компенсации дрейфа нуля, управляемых ключей, устройства управляемого нагрева и устройства вывода измеряемой величины.

2,Установка по п. 1,отличающая- с я тем, что фотоприемник выполнен в виде пленочного пироэлектрического преобразователя.

3,Установка по п. 1,отличающаяся тем, что устройство вывода измеряемой величины выполнено в виде аналого-цифрового преобразователя и подключенного к нему дешифратора.

4,Установка по п. 1,отличающаяся тем, что устройство управляемого нагрева выполнено в виде усилителя мощности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений энергии импульсов лазерного излучения. Цель изобретения - повышение точности измерений и сокращение интервалов времени между измерениями. В установку, содержащую измерительную головку, выполненную в виде опорного и измерительного преобразователей, установленных в общем термостате, и блок обработки информации, дополнительно введены диафрагмы, установленные перед входами преобразователей, фотоприемник, установленный между диафрагмой и входом измерительного преобразователя, а также устройство управления, установленное в блоке обработки информации. Блок обработки информации содержит ряд параллельных каналов обработки измерительного сигнала, соответствующих различным поддиапазонам установки и выбираемых автоматически устройством управления. За счет компенсации разности температур опорного и измерительного преобразователей осуществляемой автоматически устройством управления по сигналу фотоприемника, предлагаемая установка позволяет сократить интервал времени между измерениями и повысить точность измерений. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. со с

Г

г

UM,i

.J

. ,„ j ; ,

bxyj C3wi