Фотометр Советский патент 1993 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к оптоэлектрон- ной и измерительной технике и может использоваться для фотометрирования излучений из любой области оптического диапазона, имеющих широкий динамический диапазон по мощности.

Цель изобретения - расширение области применения.

На чертеже представлена электрическая схема устройства.

Устройство содержит фотопреобразователь 1 освещенность-частота, имеющий оптический вход 2 и электрический выход 3, прямой счетчик 4, элемент И 5 таймер 6, первый 7 и второй 8 формирователи импульсов, регистр 9, дешифратор 10, цифровой индикатор 11, триггер 12, вторую схему И 13, фотопреобразователь 1 содержит фотоприемник 14, биспин-прибор 15, коммутатор 16, резистор 17 нагрузки, формирователь 18 импульсов, конденсатор 19. причем оптический вход 2 фотопреобразователя является оптическим входом устройства и оптически связан с апертурой фотоприемника 14, первый электрод котЬрого вместе с первым выводом резистора 17 нагрузки соединен с шиной 20 питания, второй электрод фотоприемника 14 соединен с выводом 21 подложки биспин-прибора 15, с первым электродом конденсатора 19 и с входом 22 коммутатора 16, выход 23 которого подключен к общей шине 24, с которой также соединены второй электрод конденсатора 19 и запирающий контакт 25 биспин- прибора 15, омический контакт 26 которого соединен с вторым электродом резистора 17 нагрузки и с входом формирователя 18 импульсов, выход которого соединен с управляющим электродом 27 коммутатора 16 и является электрическим выходом 3 фотопреобразователя 1 освещенность- частота, который соединен с первым входом схемы И 5, второй вход которой соединен с выходом таймера 6 и входами первого 7 и второго 8 формирователей импульсов. Выход схемы И 5 соединен со счетin

00

о

СП

ы о

ным входом 28 счетчика 4, вход 29 параллельной загрузки которого соединен с выходом первого 7 формирователя импульсов и с входом установки 30 в единицу триггера 12, на параллельных входах 31 счетчика 4 выставлен начальный код. Выходы счетчика 4 соединены с параллельными входами регистра 9, выход 32 переноса счетчика 4 соединен с входр.м установки 33 в нуль триггера 12, выход которого соединён с первым входом второго элемента 13 И, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя 8 импульсов и входом 34 параллельной загрузки регистра 9, параллельные выходы которого соединены с входами дешифратора 10, выходы которого соединены с входами цифрового индикатора 11, выход второй схемы И соединен с входом 35 сброса в нуль регистра 9.

Устройство работает следующим образом.. . . . г

При отсутствии входного излучения на входе 2 устройства темновой ток фотоприемника 14 не приводит к заряду конденсатора 19, т.к. компенсируется токами утечки перехода подложка 21 - запирающий контакт 25 биспин-прибора 15 и токами утечки разомкнутого коммутатора 16. При этом биспин-прибор 15 находится в закрытом состоянии, поэтому на входе формирователя 18 импул ьсов, который выполняет функцию инвертора-усилителя, высокий потенциал, а на его выходе - низкий потенциал, который держит коммутатор 16 в разомкнутом состоянии и присутствует на выходе 3 фотопреобразователя 1 освещенность-частота. При этом на счетном входе 28 счетчика 4 отсутствуют импульсы. По переднему фронту единичного интервала времени длительностью Т с выхода таймера 6 первым формирователем 7 сформируется короткий импульс записи начального кода с входов 31 счетчика 4. Этот же импульс установит триггер 12 в единичное состояние. Поскольку на входе 2 отсутствует излучение, за время Т в счетчик 4 не поступит ни одного импульса, поэтому по окончании интервала Т с выхода таймера 6 второй формирователь 8 сформирует короткий импульс, который через вторую схему И 13 (т.к. на выходе триггера 12 единица) поступит на вход 35 сброса регистра 9 и обнулит его, что приведет к отобра- жению в следующем цикле (цикле индикации) нулевого значения на цифровом индикаторе 11.

При воздействии на вход 2 излучения, сопротивление фотоприемника 14 уменьшается, от шины 20 питания через фотоприемник 14 течет ток заряда конденсатора 19 и собственной емкости перехода подложказарирающий контакт биспин-прибора 15. При достижении потенциала на конденсаторе 19 значения потенциала омического контакта 26, биспин-прибор 15 переходит в проводящее состояние, при этом потенциал омического контакта 26 уменьшается почти до нуля, т.е. на омическом контакте 26 биспин-прибора 15 сформируется импульс нулевого потенциала который соответствует импульсу высокого потенциала на выходе формирователя 18 импульсов, который (импульс) замыкает вход 22 коммутатора 16 с его выходом 23, ускоряя разряд конденсатора 19 и емкости биспин-прибора 15. Обрат- ная связь, организованная формирователем 18 и коммутатором 16 позволяет укоротить задний фронт генерируемых импульсов. После разряда конденсатора 19 биспин-прибор возвращается в закрытое состояние, коммутатор 16 размыкается и описанный процесс повторяется. Частота импульсов f на выходе 3 фотопреобразователя 1 прямо пропорциональна мощности W входного излучения, т.к.

+ b,(1) где k и b - коэффициенты. Так как частота f - это не что иное как число N импульсов за 1 с, то выражение (1) перепишется

N-k W + b. (2) Чтобы получить значение W из (2), запишем

ь

k k

(3)

N/k - это не что иное как число импульсов за k-тую часть секунды. Аппаратная, реализация вычисления (3) выполнена на основе счетчика 4, в который перед началом цикла измерения с входом 31 заносится дополнительный код числа (-в/к), другими словами величина (V -в/к), где V - емкость счетчика 4. А затем в течение цикла измерения длительностью Т 1/k с, вырабатываемой таймером 6, импульсы с выхода 3 фотопреобразователя 1 поступают в счетчик 4 через схему И 5. В результате в счетчике 4 получаем код числа, пропорционального W. При подсчете импульсов с выхода 3 фотопреобразователя 1 счетчиком 4, на его выходе 32

переноса формируется импульс, который установит триггер 12 в нуль.

По окончании интервала Т второй формирователь 8 сформирует импульс, который не пройдет на вход 35 сброса регистра 9 (т.к.

триггер 12 в нуле), но воздействует на вход 34 параллельной загрузки регистра 9, что приводит к перезаписи кода из счетчика 4 в регистр 9, который затем дешифруется дешифратором 10 в сигналы управления цифровым индикатором 11. По переднему

фронту следующего импульса таймера 6 в счетчике 6 опят установится дополнительный код числа (-в/к), а триггер установится в единицу и процесс измерения повторится. Значение энергии входного излучения, измеренное в текущем периоде, отображается в течение последующего периода работы таймера 6.

Коэффициенты k и b в формуле (1) определяются экспериментальным путем из построенной ватт-частотной характеристики фотопреобразователя 1.

Для надежной работы фотопреобразователя 1 необходимо, чтобы потенциал, накапливаемый на конденсаторе 19 несколько (на 0,1-0,2 В) превышал потенциал омического контакта 26 биспин-прибора 15. Для этого можно первый электрод фотоприемника 14 подключить к источнику питания с напряжением несколько выше, чем напряжение питания, подаваемое на резистор 17 нагрузки.

При использовании в качестве фотоприемника 14 фотодиода фотопреобразователь 1 надежно работает при подаче на первые электроды резистора 17 и фотоприемника 14 одинаковых напряжений питания.

,, Изменяя емкость конденсатора 19, можно смещать диапазон выходных частот фотопреобразователя 1 освещенность-частота.

Фор м у ла изобретения Фотометр, содержащий фотопреобразователь освещенность - частота, прямой счетчик, первый элемент И, таймер, первый и второй формирователи импульсов, регистр, дешифратор, цифровой индикатор, выход фотопреобразователя соединен с первым входом схемы И, выход которой соединен со счетным входом счетчика, второй вход схемы И соединен с выходом таймера и входами первого и второго формирователей импульсов, выход первого формирователя импульсов соединен с входом параллельной загрузки счетчика с начальным ко- дом на параллельных входах, а выходы счетчика соединены с параллельными вхо- 5 дами регистра, вход параллельной загрузки которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, выходы регистра соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с входами цифрового

0 индикатора, при этом фотопреобразователь содержит биспин-прибор, резистор нагрузки, коммутатор, причем подложка биспин- прибора соединена с входом коммутатора, выход которого соединен с общей шиной. о

тличающийся тем, что, с целью расширения области применения, в него дополнительно введены триггер и второй элемент И, причем выход переноса счетчика соединен с входом установки в О триггера,

0 вход установки в 1 которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а прямой выход триггера соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго

5 формирователя импульсов, выход второй схемы И соединен с входом сброса в О регистра, а фотопреобразователь дополнительно содержит фотоприемник, конденсатор и формирователь импульсов, причем

0 первый вывод фотоприемника соединен с шиной питания, а второй вывод-с выводом подложки биспин-прибора, входом коммутатора и первым выводом конденсатора, омический контакт биспин-прибора соеди5 нен с входом формирователя импульсов и через резистор нагрузки с шиной питания, запирающий контакт биспин-прибора и второй вывод конденсатора - с общей ши- ., ной, выход формирователя импульсов

0 соединен с управляющим входом коммутатора и является электрическим выходом фотопреобразователя, а оптическая апертура фотоприемника является оптическим входом фотопреобразователя.

Сущность изобретения: фотометр, содержит фотопреобразователь с частотным выходом, прямой счетчик, первый элемент И, таймер, первый и второй формирователи импульсов, регистр, дешифратор, цифровой индикатор. Фотопреобразователь содержит БИСПИН-прибор, резистор, коммутатор. Введены триггер и второй элемент И. Фотопреобразователь дополнительно содержит фотоприемник, конденсатор и формирователь импульсов. 1 ил.