Радиометр Советский патент 1992 года по МПК G01J5/14 

Однако детектирование сигнала синхронным выпрямителем с последующей фильтрацией его RC-фильтром существенно снижает быстродействие радиометра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автоматизированный двухканальный спектро- радиометр, содержащий модулятор потока оптического излучения, выполненный в виде диска с основными отверстиями, распо- ложечными равномерно по окружности с центром в центре вращения диска, жестко закрепленного на валу двигателя, и оптрон- ной пары с формирователем импульсов, оптически замыкающейся через вспомогательные отверстия в диске, центры которых находятся на одинаковом расстоянии от оси вращения на продолжении радиусов, проходящих через центры основных отверстий, фотоприемное устройство в виде приемника излучения и предварительного усилителя, усилитель сигнала, генера- тор.блок сдвига синхроимпульсов, аналого- цифровой преобразователь (АЦП), регистр данных, регистр состояний внешнего уст- ройства и регистратор, выполненный в виде ЭВМ с оперативным запоминающим устройством.

Модуляция регистрируемого потока оптического излучения обеспечивает высокую пороговую чувствительность радиометра. Использование ЭВМ для регистрации обработки моулированного сигнала, пропорционального потоку оптического излучения, с опросом при преобразовании его в цифро- вой код в максимумах и минимумах модулированного сигнала обеспечивает высокую точность и производительность измерений.

Однако запоминание в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) ЭВМ всех минимумов и максимумов модулированного сигнала ведет к нерациональному использованию объема памяти ОЗУ, что особенно существенно при регистрации повторяющихся импульсов процессов с большой скважностью (когда интервал времени между импульсами больше длительности импульса), а также при работе в автономных условиях в ждущем режиме, когда начало импульса и длительность его заранее неиз- вестны. В этих случаях ОЗУ при регистрации практически постоянных или слабо изменяющихся фоновых сигналов продолжает заполняться информацией с той же частотой, что и при регистрации быстро из- меняющихся во времени сигналов.

Цель изобретения - повышение эффективности регистрации излучения путем селективности отбора полезной информации с одновременным снижением верхней частоты дискретизации регистрируемого модулированного аналогового сигнала при сохранении быстродействия радиометра и точности измерений.

На фиг.1 изображена блок-схема радиометра; на фиг.2 - принципиальная схема блока преобразования сигналов; на фиг.З - приниципиальная схема блока начальной установки; на фиг.4 - принципиальная схема формирования команд считывания.

Радиометр содержит модулятор 1, выполненный в виде диска 2 с основными отверстиями, расположенными равномерно по окружности с центром в центре вращения диска, жестко закрепленного на валу двигателя 3, и оптронной пары 4 с формирователем 5 импульсов, оптически замыкающейся через вспомогательные отверстия в диске 2 и расположенные равномерно по окружности с центром в центре вращения диска 2. Центры отверстий для прерывания потока оптического излучения и потока излучения оптронной пары 4 находятся на одной линии, проходящей через центр вращения диска 2. Кроме того, радиометр содержит оптический фильтр 6, фотоприемное устройство 1 в виде последовательно соединенных фоторезистивного приемника 8 излучения и предварительного усилителя 9, усилитель 10 сигнала, селектор 11 синхроимпульсов, блок 12 преобразования сигнала, АЦП 13, регистр 14 данных, генератор 15, блок 16 сдвига синхроимпульсов, блок 17 начальной установки, счетчик 18, линию 19 задержки, формирователь 20 команд считывания, регистр 21 состояния внешнего устройства «.регистратор 22.

Блок 12 преобразования сигнала (фиг.2) выполнен в виде ТТ-триггера 23, первого 24 и второго 25 одновибраторов, первого 26, второго 27 и третьего 28 запоминающих устройств, сумматора 29, разностного сумматора 30 и делителя 31. Первым входом управления блока 12 преобразования сигнала является вход ТТ-триггера 23, вторым входом.управления - вход управления первого запоминающего устройства 26, информационным входом - информационные входы первого 26, второго 27 и третьего 28 запоминающих устройств, а выходом -выход разностного сумматора 30.

Блок 17 начальной установки (фиг.З) выполнен в виде мультивибратора 32 с пусковой кнопкой 33, логического элемента 2 ИЛИ 34, формирователя 35 импульсов автоматической установки, содержащего RC- цепь 36, повторитель 37, третий одновибратор 38 и источник 39 опорного напряжения, при этом выходом блока 17

начальной установки является выход логического элемента 2 ИЛ И 34.

Формирователь 20 команд считывания (фиг.4) выполнен в виде стробируемого компаратора 40, запоминающего конденсатора 41, электронного ключа 42 и четвертого од- новибратора 43. Информационным входом формирователя 20 команд считывания является вход электронного ключа 42, соединен- ный с первым входом стробируемого компаратора 40, управляющим входом -управляющий вход стробируемого компаратора 40.

Радиометр работает следующим образом.

Поток оптического излучения от исследуемого объекта (не показан) поступает через модулятор 1 на оптический фильтр 6, фотоприемное устройство 7, где преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал содержит составляющие: модулированный сигнал, пропорциональный потоку излучения исследуемого объекта, сигнал от излучения деталей оптической части радиометра и низкочастотный сигнал собственных шумов фоторезистивного приемника 8 излучения. В модуляторе 1 оптронная пара 4 вырабатывает последовательность импульсов в моменты перекрытия измеряемого потока оптического излучения диском 2, приводимого во вращение двигателем 3, которая с выхода оптронной пары 4 через формирователь 5 поступает на вход блока 16 сдвига синхроимпульсов, В последнем эта последовательность импульсов согласуется во времени с моментами пропускания модулятором 1 оптического излучения для компен- сациивременныхсдвигов

предварительного усилителя 9 и усилителя 10 сигнала. Затем в селекторе 11 синхроимпульсов происходит выработка двух последовательностей импульсов управления, точно согласованных во времени с максимумами и минимумами сигналов с выхода уси- лителя 10 сигнала. Сигнал с выхода усилителя 10 сигнала поступает в блок 12 преобразования сигнала, где по командам с управляющих выходов селектора 11 синхроимпульсов, поступающим на управляющие входы блока 12 преобразования сигнала, происходит запоминание в аналоговом виде сигналов, соответствующих максимумам модулированного сигнала в первом запоминающем устройстве 26, а минимумам - во втором 27 и третьем 28 запоминающих устройствах.

Запоминание минимумов производится поочередно. Для этого команды управления запоминанием минимумов поступают через ТТ-триггер 23 и первый 24 и второй 25

одновибраторы. Выходные сигналы второго 27 и третьего 28 запоминающих устройств поступают через сумматор 29 на вход делителя 31, при этом на его выходе сигнал равен полусумме выходных сигналов второго 27 и третьего 28 запоминающих устройств, который вычитается на разностном сумматоре 30 из напряжения максимума модулированного сигнала, запомненного первым

0 запоминающим устройством 26.

Таким образом, на выходе блока 12 преобразования сигнал пропорционален потоку излучения исследуемого объекта без фоновой составляющей оптической части

5 радиометра и шумовой составляющей сигнала фоторезистивного приемника 8 излучения. С выхода блока 12 преобразования сигнал поступает на информационный вход АЦП 13 и далее через регистр 14 данных- в

0 регистратор 22.

Для управления процессом регистрации информации в цифровом виде (запоми- нанием ее в регистраторе 22) в формирователе 20 команд считывания вы5 рабатывается команда разрешения преобразования. Сигнал с выхода блока 12 преобразования сигнала поступает на первый вход стробируемого компаратора 40 и через электронный ключ 42 - на второй вход

0 стробируемого компаратора 40. Амплитуда квантования сигнала, пропорционального потоку оптического излучения, задается порогом срабатывания, стробируемого компаратора 40 и устанавливается исходя из

5 ожидаемой предельной скорости изменения аналогового сигнала с учетом предельной верхней частоты дискретизации аналогового сигнала радиометром, зависящей от применяемой элементной базы в

0 нем, а также исходя из требуемой погрешности определения временной зависимости спектральных характеристик исследуемых объектов. Таким образом, в случае превышения разности сигналов на входах стробиру5 емого компаратора 40 заданного значения, определяемого порогом его срабатывания, в момент прохождения синхроимпульса с первого выхода селектора 11 синхроимпульсов через линию 19 задержки на управ0 ляющий вход стробируемого компаратора

40его выход переходит в состояние лог. 1 и по переднему фронту этого процесса четвертый одновибратор 43 формирует импульс нормированной длительности и

5 амплитуды. Этот импульс поступает на управляющий вход электронного ключа 42, при этом на запоминающем конденсаторе

41запоминается входное напряжение и производится преобразование входного сигнала АЦП 13 в цифровой код.

Для организации цикла работы радиометра в блоке 17 начальной установки при включении питания радиометра в формирователь 35 импульсов начальной установки емкость RC-цепи 36 заряжается через резистор RC-цепи 36 от источника 39 опорного напряжения до достижения значения порогового напряжения повторителя 37, при этом на его выходе формируется сигнал лог. 1. По переднему фронту этого сигнала третий одновибратор 38 формирует импульс нормированной длительности и амплитуды, поступающий через логический элемент 2ИЛИ 34 на выход блока 17 начальной установки. Команда начальной установки может быть получена в любой момент времени работы радиометра замыканием пусковой кнопки 33, при этом на выходе мультивибратора 32 возникает импульс, проходящий на выход блока 17 начальной установки. Импульс с выхода последнего поступает на установочный R-вход счетчика 18, на С-вход которого поступают импульсы стабильной частоты с выхода генератора 15. Импульс с выхода блока 17 начальной установки поступает также на второй вход регистра 21 состояния внешнего устройства, на первый вход которого поступает сигнал с выхода формирователя 20 команд считывания. В моменты прихода этих импульсов регистратор 22 принимает информацию: цифровые коды величины потока оптического излучения с выхода регистра 14 данных и текущего времени регистрации с выхода счетчика 18.

Таким образом, в процессе измерения в радиометре осуществляется автоматическое изменение частоты опроса амплитуды модулированного сигнала, пропорционального потоку оптического излучения, в зависимости от скорости изменений этой амплитуды (пропорционально скорости изменения) при преобразовании сигнала в цифровой код. Это позволяет исключить заполнение оперативной памяти регистратора 22, выполненного, например, на базе ЭВМ, избыточной информацией при сохранении точности измерения во времени потока оптического излучения.

Кроме того, радиометр позволяет при исследовании, например, процессов типа выхода на режим, в которых поток оптического излучения Ift) меняется по закону

1(х)1Пред(1-е%),

где (пред- предельное значение потока оптического излучения;

т - характерное время процесса, т.е. время достижения текущим значением l(t)

УРОВНЯ 0,63 пред,

t - время с начала процесса;

при частоте опроса 1 /0,017 за интервал времени Q t 5использовать приблизительно в 10 раз меньший объем памяти по сравнению с известным радиометром при

той же точности измерения изменения во времени потока оптического излучения исследуемых объектов. Это позволяет, в частности, для приведенного примера регистрировать процессы приблизительно в

10 раз большей длительности.

Радиометр позволяет также работать в ждущем режиме без заполнения оперативной памяти регистратора 23 ненужной информацией. Этот режим работы важен при

исследовании в автономном режиме объектов с неизвестным временем начала работы, а также при исследовании пульсирующих объектов, особенно при большой длительности пауз между пульсациями.

Формулаизобретения

Радиометр, содержащий последовательно расположенные на пути оптического излучения модулятор, выполненный в виде диска с основными отверстиями, расположенными равномерно по окружности с центром в центре вращения диска, жестко закрепленного на валу двигателя, и оптрон- ной пары с формирователем импульсов, оптически замыкающейся через

вспомогательные отверстия в диске, центры которых находятся на одинаковом расстоянии от оси вращения на продолжении радиусов, проходящих через центры основных отверстий, оптический фильтр и фотоприемное устройство, выполненное в виде последовательно соединенных фоторезистивного приемника излучения и предварительного усилителя, а также усилитель сигнала, вход которого подключен к выходу фотоприемника устройства, блок сдвига синхроимпульсов, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, генератор, выход которого подключен к второму входу блока сдвига синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь, регистр данных, информационный и управляющий входы которого соединены с информационными и управляющими выходами аналого-цифрового преобразователя соответственно, регистр состояния внешнего устройства и регистратор, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами регистра состояния внешнего устройства, а третий вход - с выходом

регистра данных, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности регистрации излучения путем селективного отбора полезной информации с одновременным снижением верхней

частоты дискретизации регистрируемого модулированного аналогового сигнала при сохранении быстродействия и точности измерения в него дополнительно введены се- лектор синхроимпульсов, блок преобразования сигнала, блок начальной установки, линия задержки, счетчик и формирователь команд считывания, при этом первый вход селектора синхроимпульсов подключен к выходу усилителя сигнала, второй вход - к выходу блока сдвига синхроимпульсов, а первый и второй выходы - к первому и второму управляющим входам блока преобразования сигнала соответственно, информационный вход которого сое0

5

динен с выходом усилителя сигнала, а выход - с информационными входами аналого-цифрового преобразователя и формирователя команд считывания, управляющий вход последнего через линию задержки соединен с первым выходом селектора синхроимпульсов, а выход - с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом регистра состояния внешнего устройства, R-вход счетчика соединен с выходом блока начальной установки и вторым входом регистра состояния внешнего устройства, С-вход - с выходом генератора, а цифровые выходы - с цифровыми входами регистратора.

Фм.1

Изобретение относится к технике измерения лучистой энергии и может быть использовано при измерениях параметров редко повторяющихся импульсов излучения. Цель изобретения - повышение эффек- тивности регистрации излучения путем селективного отбора полезной информации с одновременным снижением верхней частоты дискретизации регистрируемого анаИзобретение относится к технике измерения лучистой энергии и может быть использовано при измерениях параметров редко повторяющихся импульсов излучения. Известен одноканальный радиометр, содержащий входную оптическую систему, модулятор, размещенный на валу двигателя с оптронной парой (фотодиодом), оптически . замыкающейся через отверстия в модуляторе, формирователь импульсов, включающий логового сигнала при сохранении быстродействия радиометра и точности измерений. Суть изобретения заключается в автоматическом изменении частоты опроса в процессе измерения амплитуды модулированного сигнала, пропорционального потоку оптического излучения, в зависимости от скорости изменения этой амплитуды (пропорционально скорости изменения)при преобразовании сигнала в цифровой код. Это позволяет исключить заполнение оперативной памяти регистратора радиометра, который может быть выполнен на базе ЭВМ, избыточной информацией при сохранении точности измерения во времени потока оптического излучения. Кроме того радиометр позволяет при исследовании, например, процессов типа выхода на режим при частоте опроса, значительно меньшей длительности процесса измерения, использовать меньший объем памяти при сохранении точности измерений, а также радиометр позволяет работать в ждущем режиме без заполнения оперативной памяти регистратора ненужной информацией. 4 ил. усилитель и триггер Шмидта, приемники излучения, предусилители, логарифмические усилители, синхронные выпрямители, RC- фильтры, согласующие каскады и регистратор. Модуляция измеряемого лучистого потока с последующим усилением полезного сигнала усилителем переменного тока обеспечивает высокую пороговую чувствительность радиометра. L О -(Л С ю со 4 О О

Фм.З