Электрофотометр для наблюдения движущихся объектов Советский патент 1993 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к фотометрии, а именно к устройствам для измерения фотометрических величин, в частности мощности оптического излучения, движущихся источников излучения, и может быть исполь- зовано для наблюдения- искусственных спутников Земли.

Известен одноканальный фотометр для наблюдения астрономических объектов с фотоумножителем (ФЭУ), измеряющий световой поток от источника света на фоне помех, создаваемых свечением неба. Во время наблюдений собранный объективом телескопа свет используется для измерений светового потока в режиме счета фотонов, что обеспечивает высокую точность измерений. Точное наведение телескопа с таким фотометром на движущийся объект возможно только с помощью задиафрагменного под- смотра, т.е. при прекращений измерений. (Применение офсетного гида, обычного при наблюдениях звезд, бесполезно при наблюдениях движущихся объектов). Для проведения фотометрических наблюдений движущихся объектов с одноканальным фотометром используются спаренные телескопы - два телескопа, собранные на одной монтировке и жестко связанные между собой, причем один телескоп используется только для точного наведения, а другой - только для фотометрических наблюдений движущегося объекта.

Наиболее близким к изобретению является электрофотометр для наблюдения дайVI

00

VI к о

4

СО

жущихся объектов, содержащий последовательно установленные друг за другом диафрагму поля и фотоприемник, к которому подключен счетчик фотонов и который содержит модулятор, блок синхронизации, схему вычитания, схему деления, схему умножения, коммутатор, ячейку памяти, ключевую схему и сумматор. В этом электрофотометре обеспечиваются предельно возможные проницающая сила и точность измерений благодаря применению режима счета фотонов и измерению фона неба непосредственно в окрестности измеряемого объекта при непрерывном измерении потока от наблюдаемого объекта. Недостатком данного фотометра является невозможность контроля его наведения на движущийся объект во время измерений.

Целью изобретения является повышение точности путем удержания движущегося объекта в поле зрения телескопа (в рабочей диафрагме) во время измерений его яркости в режиме счета фотонов.

Цель достигается тем, что в электрофотометр, содержащий установленные последовательно диафрагму поля наблюдения телескопа и первый фотоприемник, к которому подключен первый счетчик фотонов, а также модулятор, блок синхронизации, схему вычитания, схему деления, схему умножения, коммутатор, ячейку памяти, ключевую схему и сумматор, введены светоделительная пирамида, три фотоприемника, три счетчика фотонов, блок суммирования, два блока вычитания, две схемы сравнения, делитель, блок памяти и два усилителя мощности/при этом светоделительная пирамида установлена за диафрагмой поля и ориентирована ребрами, основания параллельно проекциям больших кругов небесной сферы на плоскость диафрагмы, вершина пирамиды направлена к диафрагме, а ось симметрии пирамиды проходит через центр диафрагмы, четыре фотоприемника оптически связаны через грани светоделительной пирамиды с диафрагмой поля, выходы первого и второго, третьего и четвертого фотоприемников подключены попарно к входам соответственно первого и второго блоков вычитания, выходы которых подключены к первым входам первой и второй схем сравнения, вторые входы схем сравнения подключены соответственно к первому и второму выходам делителя, вход которого подключен к выходу блока памяти, выходы первой и второй схем сравнения подключены к входам первого и второго усилителей мощности соответственно, выходы которых подключены к приводам осей телескопа,

вход блока памяти подключен к второму выходу ключевой схемы, второй вход которой объединен с вторым входом схемы вычитания и подключен к выходу блока суммирования, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого счетчиков фотонов, причем входы второго, третьего и четвертого счетчиков

0 фотонов подключены к выходам второго, третьего и четвертого фотоприемников соответственно.

На чертеже показана структурная схема электрофотометра для наблюдения движу5 щихся объектов.

Электрофотометр для наблюдения движущихся объектов содержит диафрагму 1 поля, четыре приемника 2, 3, 4,-5, четыре счетчика б, 7, 8, 9 фотонов, модулятор 10,

0 блок 11.синхронизации, схему 12 вычитания, схему 13 деления, ключевую схему 14, коммутатор 15, ячейку 16 памяти, схему 17 умножения, сумматор 18, светоделительную пирамиду 19, блок 20 суммирования, два

5 блока 21, 22 вычитания, две схемы 23, 24 сравнения, делитель 25, блок 26 памяти и два усилителя 27, 28 мощности.

В положении делительной призмы, в котором нормали противолежащих граней ле0 жат в плоскостях, ортогональных осям вращения телескопа, разность отраженных противолежащими гранями призмы световых потоков будет мерой отклонения центра . тяжести изображения объекта от центра ди5 афрагмы поля. Абсолютное значение этой разности зависит не только от указанного отклонения, но и от яркости самого объекта, поэтому измеренная разность должна быть нормирована на среднее значение яркости

0 объекта. Поскольку распределение фотонов отточечного источника по фокальной поверхности телескопа является гауссовым, то при шаге смещения оси визирования телескопа его рабочим приводом меньшим, чем

5 характерный размер изображения, может быть задано пороговое значение нормированной разности сигналов от противолежащих ФЭУ, превышение которого служит основанием для выработки команды на

0 смещение телескопа на величину единичного шага. (Если дискреты приводов телескопа по разным осям не совпадают, то пороговые значения нормированных разностей для выработки управляющих команд

5 могут различаться). Выбор коэффициента деления позволяет задать такое значение порогового уровня, при котором выполнение разовой команды на поворот телескопа в случае применения шаговых двигателей соответствует смещению изображения наблюдаемого объекта, а в случае асинхронных или коллекторных двигателей - величине поворота телескопа при подаче стандартного импульса на двигатели,

Устройство работает следующим образом.

Изображение участка неба строится объективом телескопа (не показан) в плоскости диафрагмы 1 поля. Прошедший через отверстие диафрагмы свет разделяется светоделительной пирамидой 19, ось симметрии которой проходит через центр диафрагмы поля, на четыре пучка, выделяющие равные по площади секторы в плоскости диафрагмы поля. Светоделительная призма ориентирована так, что грани ее основания параллельны проекциям осей вращения телескопа на фокальную плоскость, поэтому при перемещении светового пятна от наблюдаемого источника вдоль одной из осей разность сигналов двух проти волежащих фотоприемников останется близкой к нулю, а разность сигналов другой пары противолежащих светоприемников изменяется пропорционально величине смещения пятна и его яркости. На вход блока 21 (22) вычитания подаются импульсы из пары противолежащих фотоприемников, которые преобразуют оптический сигнал в электрический и работают в однофотонном режиме. Выходной сигнал блока вычитания, равный, разности числа зарегистрированных в фотоприемниках 2 и 4 (3 и 5) фотонов, в схеме 23 (24) сравнения сравнивается с величиной порогового уровня, задаваемого делителем 25 по величине поступающего в него из блока 26 памяти сигнала, равного полному числу регистрируемых фотометром фотонов при действующей величине диафрагмы поля. По достижении выходным сигналом блока 21 (22) вычитания порогового уровня на усилитель 27 (28) мощности подается импульс, который после усиления подается на двигатель привода соответствующей оси, а выходной сигнал блока 21 (22) вычитания обнуляется, При этом телескоп поворачивается так, чтобы центр тяжести точечного измеряемого изображения совпал с центром диафрагмы поля.

Выходные сигналы от всех четырех фотоприёмников 2, 3, 4, 5 поступают соответственно в счетчики б, 7, 8, 9 фотонов и суммируются в блоке 20 суммирования. Выходной сигнал блока 20 суммирования равен значению полного светового потока, прошедшего через измерительную диафрагму 1.

Блок 11 синхронизации, выполненный в виде генератора тактовых импульсов, выдает последовательность импульсов. Нечётному сигналу блока синхронизации, посту- пающему.в модулятор 10, соответствует установка управляемой диафрагмы в положение, при котором ее отверстие равно за- 5 данной площади SL Четному значению сигнала с блока 11 синхронизации соответствует установка модулятором 10 величины диафрагмы 1, соответствующей заданной площади Sa. t.

0 Одновременно с другого выхода блока 11 синхронизации тактовые импульсы поступают на входы схемы 12 вычитания, ключевой- : схемы 14 и коммутатора 15. В результате по нечетному сигналу блока 11

5 синхронизации с выхода блока 20 суммирования сигналы AI и А2, пропорциональные числу фотонов при диафрагмах Si и $2 соот: ветственно, образуют разность Ai-A2 в схеме 12 вычитания. Эта разность поступает на

0 вход схемы 13 деления, которая осуществляет деление разности площадей Si-S2, записанной в ячейке 16 памяти. Выходной сигнал из схемы 13 деления поступает на один из входов схемы 17 умножения, нэ

5 другой вход которой поступает из ячейки 16

памяти значение S через коммутатор 15

для каждого нечетного импульса блока 11

синхронизации. Результат перемножения в

схеме 17 поступает на один из входов блока

0 18 суммирования, на другой вход которого поступает сигнал А1 из блока 20 суммирования через ключевую схему 14 для каждого нечетного импульса блока 11 синхронизации. Одновременно по нечетному импульсу

5 блока синхронизации из блока 20 суммирования через ключевую схему 14 на вход блока 26 памяти поступает значение AL Для четных импульсов ключевая схема 14 подает на вход сумматора 18 и на вход блока 26

0 памяти соответственно значение А2, а коммутатор 15 в схеме 17 умножения из ячейки . 16 памяти выдает сигнал, пропорциональный значению S2. На выходе сумматора 18 для нечетного и четного тактовых импульсов

5 соответственно имеем значения сигналов, которые пропорциональны величине световых потоков Ф| и фг

0 ; - -- - -8«

44-A2-- r--S2. 1Si -82

5 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Электрофотометр для наблюдения движущихся объектов, содержащий последовательно установленные диафрагму поля наблюдения телескопа и первый фотоприемник, к которому подключен первый счётчик фотонов, а также модулятор, блок синх- ронизации, схему вычитания, схему деления, схему умножения, коммутатор, ячейку памяти, ключевую схему in сумматор, при этом первый выход блока синхронизации через модулятор связан с входом диафрагмы поля, второй выход подключен к первым входам ключевой схемы, блока вычитания и коммутатора, второй вход которого подключен к первому выходу .ячейки памяти, второй выход которой подключен к первому входу блока деления, второй вход которого подключен к выходу схемы вычитания, выход блока деления подключен к первому входу схемы умножения, второй вход которой подключен к выходу коммутатора, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к первому выходу ключевой схемы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем удержания движущегося объекта в поле зрения телескопа во время измерений его яркости в режиме счета фотонов, в него введены светоделительная пирамида, три фотоприемника, три счетчика фотонов, блок суммирования, два блока вычитания, две схемы сравнения, делитель, блок памяти и два усилителя мощности, при этом светоделительная пирамида установлена за диафрагмой поля и ориентирована ребрами основания параллельно проекциям больших кругов небесной сферы на плоскость диафрагмы, вершина пирамиды направлена к диафрагме, а ось симметрии пирамиды проходит через центр диафрагмы.

четыре фотоприемника оптически связаны через грани светоделительной пирамиды с диафрагмой поля, выходы первого и второго, третьего и четвертого фотоприемников подключены попарно к входам

соответственно, первого и второго блоков вычитания, выходы которых подключены к первым входам первой и второй схем сравнения, вторые входы схем сравнения подключены, соответственно к первому и

второму выходам делителя, вход которого подключен к выходу блока памяти, выходы первой и второй схем сравнения подключены к входам первого и второго усилителей мощности, соответственно, выходы которых

подключены к приводам осей телескопа, вход блока памяти подключен к второму выходу ключевой схемы, второй вход которой «объединен с вторым входом схемы вычитания и подключен к выходу блока суммирования, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого счетчиков фотонов, причем входы второго, третьего и четвертого счетчиков

фотонов подключены к выходам второго, третьего и четвертого фотоприемников соответственно.

Использование: для измерения фотометрических величин, в частности мощности оптического излучения, движущихся источников излучения, для наблюдения искусственных спутников Земли. Сущность изобретения: устройство содержит четыре светоприемника, регистрирующих световые потоки в четырех секторах рабочей диафрагмы. Разность сигналов противолежащих по отношению к центру поля зрения светоприемников используется для управления движением телескопа вдоль соответствующей оси, сумма сосчитанных счетчиками фотонов световых потоков, зарегистрированных всеми четырьмя светоприемниками, полагается равной прошедшему через диафрагму потоку. Для определения уровня фона неба во время измерений использован принцип пульсирующей диафрагмы. 1 ил. ел с