Устройство для измерения малых оптических потерь импульсно-периодического излучения Советский патент 1991 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения малых оптических потерь в твердых, жидких и газообразных средах.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений малых оптических потерь импульсно-периодиче- ского излучения.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит оптически связанные источник 1 излучения, оптические каналы 2 и 3, последовательно расположенные обтюратор 4, нулевую заслонку 5 в одном из каналов, светособирающий элемент 6, измерительный 7 и опорный 8 фотоприемники, последовательно включенные вычита- тельЭ и первый дифференциатор 10, управляемый усилитель 11 синхронный детектор 12, измерительный блок 13, последовательно включенные второй дифференциатор 14, схему 15 фиксации уровня сигнала м фильтр Н нижних частот, компаратор 17 и ключи 18 и i9. При этом опорный фотоприемнмк 8 оптически сопряжен с источником 1 излучения, выход фильтра 16 нижних частот подключен к управляющему входу управляемого усилителя 11, сигнальный вход которого подключен к выходу первого дифференциатора 10, причем измерительный 7 и опорный 8 фотоприемники выполнены с возможностью реализации режима

ttssЈ&

накопления и подключены к входам вычита- теля 9, а обтюратор 4 выполнен с темновым интервалом, равным интервалу пропускания, и установлен с возможностью противофазного перекрытия каналов,

Компаратор 17 и ключи 18 и 19 выполняют функцию схемы стробирования. При этом вход компаратора 17 подключен к выходу схемы 15 фиксации уровня сигнала, а выход компаратора 17 - к управляющим входам ключей 18 и 19, сигнальные входы первого (18) из которых подключены к выходу управляемого усилителя 11 и входу синхронного детектора 12, а второго (19) к выходу схемы 15 фиксации уровня сигнала и к входу фильтра 16 нижних частот,

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 распространяется по каналам 2 и 3, противофазно прерывается обтюратором 4 и сводится к светособирающим элементом 6 на измерительный фотоприемник 7 Сравниваемые потоки уравниваются с помощью нулевой заслонки 5. Обтюратор 4 осуществляет переключение каналов потоков без темповых интервалов на частоте, в несколько раз меньшей частоты следования импульсов излучения. В исходном состоянии, когда равны сравниваемые потоки, световой сигнал на частоте переключения, поступающий на измерительный фотоприемник 7, равен нулю. В случае изменения оптической плотности измеряемого объекта (возникает разбаланс интенсивностей излучения в каналах устройства, который приводит к появлению светового сигнала на частоте прерывания.

На опорный фотоприемник 8 поступает световой сигнал непосредственно от источника 1, не содержащий информации о поглощении.

Включенные в режим накопления фотоприемники 7 и 8 обеспечивают низкочастотную фильтрацию фотоэлектрического сигнала. Величина неинформативной модуляционной составляющей снижается пропорционально отношению частоты следования импульсов к частоте переключения каналов. Выходные сигналы г. фотоприемников 7 и 8 вычитаются в блоке 9 с широкой полосой пропускания, причем сиг- калы уравниваются по величине в положении, когда открыт канал, свободный от оптических потерь, После дифференциатора 10 подавления неинформативной составляющей за счет вычитания в блоке 9 сохраняется при широкой полосе пропускания электронного тракта фотоприемник-- вычитатель-дифференциатор

Далее сигнал усиливается широкополосным усилителем 11 и поступает синхронный детектор 12 в измерительный блок 13, который измеряет выходное напряжение. Величина оптических потерь определяется по отношению напряжения сигнала ослабления к напряжению полного сигнала, измеренному при внесении 100%- ных оптических потерь. Для исключения по0 грешностей измерений, связанных с изменением мощности источника 1 во времени, устройство снабжено автоматической регулировкой усилением (АРУ), компенсирующей изменения полного сигнала, и вклю5 чающей в себя блоки 14-16. Дифференциатор 14 восстанавливает форму светового сигнала на опорном фотоприемнике 8, схемой 15 фиксации уровня осуществляется привязка продифференци0 рованного сигнала к нулевому уровню так, что нулевой мощности соответствует нулевое напряжение электрического сигнала. С помощью фильтра 16 нижних частот импуль- сно-периодический сигнал усредняется, и

5 формируется постоянный сигнал, пропорциональный средней мощности источника 1, Полученный постоянный сигнал подается на управляющий вход усилителя 11, коэффи- ииет усиления которого обратно пропор0 ционален напряжению на управляющем входе. В результате обеспечивается постоянная величина полного сигнала, независящая , флуктуации мощности источника 1. Причем, для повышения точности АРУ

5 фильтр 16 нижних частот должен быть идентичен выходному фильтру синхронного детектора 12.

Снижение влияния собственных шумов фотоприемников при больших скважностях

0 импульсов осуществляется с помощью схемы стробирования. Сигнал с выхода схемы 15 фиксации уровня поступает на компаратор 17, вырабатывающий прямоугольные управляющие импульсы, длительность ко5 торых определяется интервалом, в течение которого величина сигнала превышает задаваемый при настройке схемы уровень 10- 20% от максимума импульсов. Полученные прямоугольные сигналы подаются на уп0 равляющие входы ключей 18 и 19, первый из которых коммутирует сигнал, поступающий на вход синхронного детектора 12, а второй - сигнал, поступающий на вход фильтра 16 нижних частот. Схема стробирования фак5 тически включаетфотоприемники8и7лишь на время, когда величина светового сигнала превышает задаваемый уровень. При этом влияние собственных шумов фотоприемников 7 и 8 снижается. Применением ключей 18 и 19 достигается идентичность измерительного электронного тракта и тракта АРУ, что необходимо для сохранения точности измерений.

Формула изобретения Устройство для измерения малых оптических потерь импульсно-периодического излучения, содержащее оптически связанные источник излучения, два оптических канала и расг сложенные последовательно обтюратор, нулевую заслонку в одном из каналов, светособирающии элемент, измерительный фотоприемник, а также последо- вательно включенные усилитель, синхронный детектор, синхронизованный с

частотой вращения обтюратора, и измерительный блок, отличающееся тем, что с целью повышения чувствительности и точности, в него введены опорный фотоприемник оптически сопряженный с источником излучения, последовательно включенные вычитатель и дифференциатор, выход которого подключен к сигнальному входу усилителя, причем измерительный и

опорный фотоприемники выполнены с возможностью реализации режима накопления и подключены к входам вычитателя, а обтюратор выполнен с темнОвым интервалом, равным интервалу пропускания, и установлен с возможностью перекрытия каналов

Изобретение предназначено для измерения малых оптических потерь в различных средах. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений за счет снижения величины неинформативной модуляционной составляющей фотоэлектрического сигнала при реализации балансного способа измерений. Снижение модуляционной составляющей обеспечивается низкочастотной фильтрацией при фоюприеме и вычитанием из сигнала регистрируемого при попеременном пропускании через образец и эталон двух потоков излучения от одного источника, сигнала, дополнительно регистрируемого непосредственно от источника изпучечия. Последний сигнал используется, кроме того, в качестве управляющего в схеме автоматической регулировки усиления, с помощью которой устраняется влияние флуктуации источника, и в схеме стробирования с двумя ключами, предназначенной для снижения влияния шумов фотоприемников, включающей фотоприемники лишь на время, когда величина светового сигнала превышает заданный уровень. 1 ил.