Фотометр Советский патент 1992 года по МПК G01J1/44 

(Л

С

Использование: для измерения отношения мощностей в двух каналах оптического излучения, например при измерениях коэффициентов отражения и пропускания оптических элементов. Сущность изобретения: устройство содержит 2 фотодиода (1, 14), 1 коммутатор (2), 1 интегратор (3), 1 компаратор (4), 1 блок управления (5), 3 схемы И (6, 16, 17), 2 реверсивных счетчика (7, 11), 1 резистор (15), 1 триггер (9), 1 делитель частоты (10), 1 регистр (8), 1 вычитающее устройство (12), 1 регистратор (13). 2 ил.

-xj

ел ся о о о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения отношения мощностей в двух каналах оптического излучения, например при измерениях коэффициентов отражения и пропускания оптических элементов.

Известен фотометр, содержащий два измерительных канала, каждый из которых включает последовательно соединенные фотодиод, операционный усилитель, регистратор и резистор, подключенный между входом и выходом операционного усилителя.

Недостатками этого фотометра являются низкая точность и малый динамический диапазон измерения, обусловленные неидентичностью каналов и ограничениями по точности измерения отношения аналогового делителя.

Наиболее близким к предлагаемому является фотометр, содержащий два измерительных канала, включающих последовательно соединенные первый фотодиод, коммутирующий элемент, интегратор, компаратор, триггер, генератор импульсов, счетчик, а также второй фотодиод с преобразователем ток - напряжение, и одновибратор, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход - с коммутирующим элементом и вторым входом триггера.

Недостатками такого фотометра являются сравнительно низкая точность измерения, обусловленная неидентичностью двух каналов, нелинейностью интегрирующего каскада и большой погрешностью при измерении сравниваемых мощностей оптического, излучения, а также малый диапазон измерения, ограниченный применением аналоговых элементов - интегратора и преобразователя ток - напряжение, задающего уровень заряда интегратора.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения от- ношения мощностей оптического излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в фотометр, содержащий последовательно соединенные первый фотодиод, коммутатор, интегратор, компаратор, а также второй фотодиод, резистор, триггер, генератор импульсов, счетчик и блок управления, дополнительно введены последовательно сое- диненные с первым выходом блока управления первая схема И, первый реверсивный счетчик и регистр, последовательно соединенные с вторым выходом бло- к а управления вторая схема И, второй реверсивный счетчик, вычитающее устройство и регистратор, а также третья

схема И и устройство деления, при этом компаратор выполнен двухпороговым, резистор включен между третьим входом коммутатора и выходом интегратора, второй

фотодиод подключен к второму входу коммутатора, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления, первый вход которого соединен с выходом

0 компаратора, а второй вход - с первыми входами третьей схемы И и устройства деления и выходом триггера, первый вход которого соединен с вторым выходом второго реверсивного счетчика, а второй вход с пер5 вым входом второй схемы И и вторым выходом блока управления, генератор импульсов соединен с вторым входом первой, второй и третьей схем И и устройства деления, выход которого соединен с вторым

0 входом второго реверсивного счетчика, второй, третий и четвертый входы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с выходом третьей схемы И, его третьим выходом и выходом регистра,

5 второй и третий выходы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с вторым входом вычитающего устройства и входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом регистратора,

0 На фиг. 1 представлена схема фотометра; на фиг. 2 - временные диаграммы работы фотометра.

Фотометр содержит последовательно соединенные фотодиод 1, коммутатор 2, ин5 тегратор 3, компаратор 4, блок 5 управления, первую схему И 6, первый реверсивный счетчик 7, регистр 8, последовательно соединенные триггер 9,устройство 10 деления (делитель частоты), второй реверсивный

0 счетчик 11, вычитающее устройство 12, регистратор 13, а также второй фотодиод 14, соединенный с вторым входом коммутатора 2, резистор 15, установленный между выходом интегратора 3 и третьим входом комму5 татора 2, вторую схему И 16, выход которой соединен с первым1 входом второго реверсивного счетчика 11, третью схему И 17, выход которой соединен с вторым входом первого реверсивного счетчика 7, генератор

0 18 импульсов, соединенный с вторыми входами делителя 10 частоты и схем И и счетчик 19, вход которого соединен с третьим входом и выходом первого реверсивного счетчика 7, а выход - с вторым входом

5 регитратора 13, при этом второй вход блока 5 управления соединен с первым входом третьей схемы И 17 и выходом триггера 9, второй выход - с первым входом второй схемы И 16 и вторым входом триггера 9, третий и четвертый выходы соответственно - с четвертым и пятым входом коммутатора 2.

Устройство работает следующим образом.

Оптическое излучение мощностью PI и Ра попадает соответственно на первый и второй фотодиоды 1 и 14, в цепях которых вырабатываются фототоки loi Ki Pi и ф К2Р2 (Ki и К2 - коэффициенты пропорциональности).

В исходном состоянии фотодиод 1 подсоединен через коммутатор 2 к интегратору 3, интегрирующая емкость которого заряжается фототоком 1Ф1 до напряжения (фиг. 2в).

Uom -Ј 1Ф1 t

где С - емкость конденсатора;

t-текущее время.

При достижении напряжения Uom срабатывает компаратор 4, при этом на нем устанавливается второй порог, равный Uon2. а коммутатор 2 подключает к интегратору 3 второй фотодиод 14, фототок которого 1Ф2 начинает разряжать интегрирующий конденсатор до напряжения

Uom - Uori2 -Q 1Ф2 t2

где t2 - время разряда.

При достижении напряжения Uori2 срабатывает компаратор 4, при этом на нем устанавливается первый порог Uom, блок 5 управления выдает команды на подключение к интегратору 3 фотодиода 1 и проход импульсов с генератора 18 через первую схему И б на счетчик 7 (фиг. 2и), который подсчитывает импульсы за время заряда интегрирующей емкости от Uori2 до Uom:

Ni ti-UoVUOn2-C UT p°n2-C

1Ф1М ri

При достижении на выходе интегратора напряжения Uon2 процесс повторяется с той лишь разницей, что уже счетчик 11 подсчитывает импульсы за время разряда:

N2 „ t2 Uomi;2Uon2 с с

Как видно из формул, отношение N2 к NI прямо пропорционально отношению потоков Pi к Р2:

N2 Ki Pi

Ж К2 и не зависит от параметров интегратора 3.

Для реализации операции деления N2 : NI блокируется интегратор 3 (фиг. 2з) подключением к его входу резистора 15, а на вторые входы (обратного счета) счетчиков 7 и 11 поступают импульсы с генератора 18 импульсов соответственно с

частотой f и - f, (n - коэффициент деления

делителя 10). Как только на втором выходе счетчика 11 установится нулевой код, т.е.

пройдет Na импульса, триггер 9 возвращает фо гометр в исходное положение За это время на счетчик 7 проходит п№ импульсов, при этом счетчик 18 регистрирует количество импульсов

Pi

Nг-j Тт-

NI P2

Регистр б необходим для хранения результата и перезаписи его в счетчик 7. Так как числа NI и N2 представлены в

Формате Е, то вычитающее устройство 12

определяет степень результата измерения

N путем вычитания степеней чисел N2 и NL

Результаты измерений со счетчика 18 и

вычитающего устройства 12 поступают на

регистратор 13.

Число n определяет точность деления N2 на NI, так например, при п 10000 погрешность не более 0,1%.

Формула изобретения

Фотометр, содержащий последовательно соединенные первый фотодиод, коммутатор, интегратор, компаратор, а также второй фотодиод, резистор, триггер, генератор импульсов, счетчик и блок управления,

отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения отношения оптических мощностей, в него введены последовательно соединенные с первым входом блока управления первая схема И, первый реверсивный счетчик и регистр, последовательно соединенные с вторым выходом блока управления вторая схема И, второй реверсивный счетчик, вычитающее устройство и регистратор, а также третья схема И и устройство деления, при этом компаратор выполнен двухпороговым, резистор включен между третьим входом коммутатора и выходом интегратора, второй фотодиод

подключен к второму входу компаратора, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления, первый вход которого соединен с выходом компаратора,

а второй вход - с первыми входами третьей схемы И и устройства деления и выходом триггера, первый вход которого соединен с вторым выходом второго реверсивного счетчика, а второй вход - с первым входом

второй схемы И и вторым выходом блока управления, генератор импульсов соединен с вторыми входами первой, второй и третьей схем И и устройства деления, выход которого соединен с вторым входом второго

реверсивного счетчика, второй, третий и четвертый входы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с выходом третьей схемы И, его третьим выходом и выходом регистра, второй и третий 5 регистратора.

.&

«4

в)

и„

г)

Ц

&

и±

ffj

Us,

JK}

Vst

)

V, )

-UH )

Ц, )

Составитель Ю. Гринева Редактор Л. Веселовская Техред М.МоргенталКорректор 3. Салко

Заказ 2883ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

выходы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с вторым входом вычитающего устройства и входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом

I

Фиг. 2