Измеритель мощности излучения Советский патент 1991 года по МПК G01B11/02 

w

Ё

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения мощности излучения с выдачей результатов измерения в цифровом виде в си- сгемах управления и контроля, в автоматизированных системах управления технологическими процессами. Цель изобретения - повышение чувствительности и линейности. Это достигается выполнением чувствительных элементов в виде параэлектрических конденсаторов, на одну из обкладок которых нанесен слой поглотителя излучения, и подсоединением вторых выводов к общим входам обоих управляемых генераторов. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мощности излучения с выдачей результатов измерения в цифровом виде в системах управления и контроля, в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Цель изобретения - повышение чувствительности и линейности.

На чертеже представлена функциональная схема измерителя мощности излучения. Устройство содержит измерительный чувствительный элемент 1. опорный чувствитель- ный элемент 2, первый 3 и второй 4 управляемые генераторы; смеситель 5, ключ 6, таймер 7 и индикатор 8.

Измерительный чувствительный элемент 1 подключен первым выходом к управляющему входу первого управляемого генератора 3, выход которого соединен с первым входом смесителя 5. Опорный чувствительный элемент 2 подключен первым выходом к управляющему входу второго управляемого генератора 4, выход которого соединен со вторым входом смесителя 5. Вторые выходы измерительного чувствительного элемента 1 и опорного чувствительного элемента 2 соединены между собой и подключены к общим-входам первого 3 и второго 4 управляемых генераторов. Выход смесителя 5 соединен с информационным входом ключа 6, подсоединенного управляющим входом к выходу таймера 7 и выходом - ко входу индикатора 8.

Принцип действия измерителя мощности основан на измерении разности температур параэлектрических конденсаторов, возникающей вследствие воздействия измеряемого излучения на измерительный конденсатор, находящийся при той же температуре окружающей среды, что и опорный конденсатор, с преобразованием этой разON Ю СЛ

10 СЛ

ности температур в частоты управляемых генераторов 3 и 4 и с выделением разностной частоты в смесителе.5, которая после этого преобразуется в цифровой сигнал, пригодный для его отображения на индикаторе или для передачи этого сигнала в систему управления. Получение разности температур конденсаторов обеспечивается благодаря использованию покрытий на одной из обкладок, которые позволяют преобразовать мощность регистрируемого излучения в тепловую энергию, которая, в свою очередь, приводит к изменению температуры Т,

Измеритель мощности излучения работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии мощности измеряемого излучения на обкладке с поглотителем измерительного чувствительного элемента 1 измерительный 1 и опорный 2 чувствительные элементы имеют одинаковую температуру, равную температуре окружающей среды. Емкости С параэлектрических конденсаторов измерительного 1 и опорного 2 чувствительных элементов, определяют по формуле

С

В

(D

где В - константа, зависящая от диэлектрической проницаемости конденсатора; © температура Кюри-Вейса, равны, При этом регулировочными сопротивлениями RI и R2 (не обозначены) устанавливаются одинаковые частоты f управляемых генераторов 3 и 4, которые могут быть определены из выражения

f

RC

a(J-0

(2)

где а - эффективный коэффициент теплопередачи;

а - константа, зависящая от размеров и свойств материала чувствительных элементов 1 и 2;

RC - постоянная времени времязадаю- щей цепочки управляемых генераторов 3 и 4.

Поэтому в исходном состоянии на выходе смесителя 5 сигнал, определяемый по формуле

Af a(Ti-T2) a AT,, (3)

равен нулю. При этом ключ 6 в течение калиброванного промежутка времени, определяемого таймером 7, закрыт, т.е. на цифровой индикатор 8 не проходят импульсы и на нем индицируется нулевой отсчет.

При наличии на измерительном чувствительном элементе 1 определенного уровня измеряемой мощности излучения температура параэлектрического конденсатора этого элемента повышается, что приводит к изменению его собственной емкости в соответствии с формулой (1), при этом температура и собственная емкость параэлект-. рического конденсатора опорного

чувствительного элемента 2 остается неизменной. Одновременно с этим частоты на выходах управляемых генераторов 3 и 4, определяемые по формуле (2), становятся различными и разностная частота на выходе

смесителя 5 равна a(Ti - 12), где Ti и Та - температуры соответственно измерительного 1 и опорного 2 чувствительных элементов.

Разность температур Л Т пропорциональна мощности падающего излучения Р. т.е.

,(4)

где коэффициент / зависит от тепловых параметров измерительного 1 и опорного 2

чувствительных элементов.

Таким образом, на выходе смесителя 5 возникает сигнал разностной частоты

.P,(5)

где/- чувствительность измерителя.

Регистр индикатора 8, управляемый ключом 6, осуществляет подсчет числа импульсов, поступивших за время счета, задаваемое таймером 7, т.е.

N AfAt,(6)

где At - время, задаваемое таймером 7.

Это число N периодически высвечивается на индикаторе 8, оно пропорционально (или точно равно с учетом масштаба) мощности светового потока Р или энергии излучения за заданное время At.

Использование изобретения позволяет повысить линейность градуировочной характеристики измерителя и повысить чувствительность измерений примерно в два

раза.

Формула изобретения Измеритель мощности излучения, содержащий измерительный и опорный чувствительные элементы, смеситель, ключ,

таймер, индикатор и первый и второй управляемые генераторы, подключенные управляющими входами к первым выходам соответственно измерительного и опорного чувствительных элементов и выходами к

первому и второму входам смесителя, выход которого соединен с информационным входом ключа, подсоединенного управляющим входом к. выходу таймера и выходом - к входу индикатора, отличающийся тем,

что, с целью повышения чувствительности и линейности, в нем чувствительные элементы выполнены в виде параэлектрических конденсаторов, на одну из обкладок которых нанесен слой поглотителя излучения, и подсоединены вторыми выходами к общим входам обоих управляемых генераторов.