Фотоприемное устройство Советский патент 1993 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в фотометрии.

Целью изобретения является повышение стабильности показаний, расширение динамического диапазона, повышение надежности устройства в целом.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема заявленного устройства: на фиг.-2 - функциональная электрическая схема фотоприемника; на фиг. 3 - функциональная электрическая схема блока управления.

Устройство содержит последовательно соединенныефотоприемник 1, блок2управ- ления, счетчик 3, дешифратор 4 и индикатор 5, причем фотоприемник 1 состоит из двойного БИСПИН-приемника б на открытом БИСПИН-элементе 7 и затемненном БИС- ПИН-элементе 8. первого источника тока 9, второго источника тока 10, первого и второго блоков 1-1 и 12 частотной коррекции, первого резистора 13 нагрузки, второго резистора 14 нагрузки, первого усилителя 15, второго усилителя 16, первого одновибратора 17, второго одновибратора 18, причем первый и второй источники 9 и 10 соответственно тока состоят каждый из полевого транзистора 19 и 20 соответственно, исток которого соединен с выходом соответствующего источника 9 и 10 тока, затвор каждого полевого транзистора 19 и 20 соединен с входом соответствующего источника 9 и 10 тока, а сток каждого полевого транзистора 19 и 20 подключен к потенциометру 21 и 22 соответственно регулирующему напряжение. Формирователь 2 сигналов управления состоит из первого элемента 23 совпадения, входы которого соединены с соответствующими входами блока 2 управления и соответствующими входами управляемого ключа 24, выход которого соединен с первым входом формирователя 53 сигналов счета, выход элемента 23 совпадения соедисо

с

со

О V4

OJ

-л

о

31807319 4

нен с первым входом блока 25 запуска гене- но поступают на соответствующие первый и ратора, выход которого соединен с входом второй одновибраторы 17 и 18 соответст- управляемого генератора 26, первый выход венно, на выходах которых формируются которого соединен с первым входом форми- импульсы одинаковой длительности и амп- рователя 27 сигнала опроса выход которого 5 литуды.. соединен с вторым входом формирователя Когда на открытый БИСПИН-элемент 7 52 сигнала счета, третьим входом управляв- поступает свет мощностью выше пороговой, мого ключа 24 и первым входом формирова- на нагрузочном резисторе 13 вырабатывается теля 28 сигнала разрешения счета и сигнал частотой, пропорциональной мощно- индикации, первый выход которого соеди- 10 сти падающего света, а именно большей, нен с первым входом формирователя 29 чем на нагрузочном резисторе 14 затемнен- сигнала сброса и вторыми входами форми- ного БИСПИН-элемента 9. Следовательно, рователей 52 и 53, а второй выход через на выходах первого и второго одновибрато- дифференцирующую цепочку 31 с выходом ров 17 и 18 соответственно так же выраба- Е блока управления 2, а выход формиро- 45 тываются импульсы с частотами, отличными вателя 30 сигнала пуска-измерения соеди- друг от друга,

нен с входом разрешения формирователяВ исходном состоянии первый элемент 29 сигнала сброса, а также формирователь 23 совпадения пропускает на четвертый D- 52 сигнала управления. Кроме этого, управ- триггер 43 блока 25 запуска генератора им- ляемый ключ 24 содержит первый и второй 20 пульсы с первого и второго входов блока 2 элементы И-НЕ 33 и 34 соответственно, управления. По первому импульсу на инвер- первый элемент 32 НЕ, второй элемент 35 сном выходе четвертого D-триггёра 43 уро- совпадения, формирователь 53 сигнала сче- вень лог. О поступает на пятый D-триггер та содержит первый элемент 36 И, формиро- 44, на прямом выходе которого в этот мо- ватель 52 сигнала управления содержит 25 мент присутствует уровень лог. О, а на второй элемент 37 И, формирователь 27 сиг- инверсном соответственно - уровень лог. нала опроса содержит первый D-триггер 38, 1. По второму импульсу на С-входе четвер- формирователь 28 сигнала разрешения сче- того D-триггера 43 последний переходит в та и индикации содержит второй D-триггер исходное состояние, то есть на его инверс- 39, формирователь 29 сигнала сброса содер- 30 ном выходе устанавливается уровень лог. жит двоичный счетчик 40 и третий элемент Г, при этом пятый 0-триггер44 по положи- 41 совпадения, формирователь 30 сигнала тельному фронту на его С-выходе м°еняет пуска-измерения содержит третий D-триг- свое состояние, то есть на его прямом выхо- гер42, двухпозиционную кнопку 51, первый де устанавливается уровень лог. 1, что и второй резисторы 54. 55 соответственно, 35 препятствует дальнейшему изменению со- блок запуска 25 содержит четвертый и пя- стояния четвертого D-триггера 43, а уровень тый D-триггеры 43 и 44 соответственно, а лог. 0й на инверсном выходе пятого D-триг- управляемый генератор 26 содержит мик- гера 44 разрешает запуск управляемого ге- росхему 45, переменный и постоянный нератора 26 на микросхеме 45. На выходе А конденсаторы 46 и 47 соответственно, квар- 40 микросхемы 45 вырабатываются импульсы с цевый резонатор 48 и первый и второй ре- частотой fi типа меандр, а на выходе F2 зисторы 49 и 50 соответственно. вырабатываются импульсы частотой fa. Пер- Устройство работает следующим обра- вый D-триггер 38 делит частоту поступаю- зом. щих на его С-вход импульсов на два, то есть В исходном состоянии свет на открытый 45 на его прямом выходе формируются импуль- БИСПИН-элемент 7 фотоприемника 1 не по- сы с периодом и скважностью два. падает или он меньше порогового уровня. Этот сигнал поступает на управляемый ключ Частоты напряжений, вырабатываемые от- 24 и проходит через не го при наличии уров- крытым и затемненным БИСПИН-элемента- ней лог. 1 на входе первого элемента 32, ми 7 и 8 соответственно, равны. Они 50 выполняющий функцию НЕ, и на втором задаются токами от соответствующих уп- входе первого элемента 34 И-НЕ, что выво- равляемых источников 9 и 10 соответствен- дит блок 2 управления из режима ожидания, но. так как на R-входах первого, второго, треть- Конденсаторы блоков 11 и 12 частотной его, четвертого и пятого D-триггеров и R- коррекции служат для выравнивания накло- 55 входе счетчика 40 появляется уровень лог. на ватт-частотной характеристики открыто- 0я.

го и затемненного БИСПИН-элементов 7 иПод воздействием светового излучения

8 соответственно.изменяется частота импульсов на выходе

Усиленные импульсы с выходов первого открытого БИСПИН-элемента 7, следоваи второго усилителей 15 и 16 соответствен- тельно. за единицу времени количество импульсов на первом входе блока 2 управления будет больше, чем количество импульсов на втором входе блока 2 управления.

Счетчик 40 формирует сигнал сброса. Третий D-триггер 42 формирует сигнал пус- ка-изМерения при нажатии на двухпозици- онную кнопку 51.

Блок 3 счетчиков состоит из реверсивных двоично-десятичных счетчиков и определяет разницу в количестве импульсов на вышеуказанный входах блока 2 управления. Далее посредством блоков 4 и 5 индикации эта разница индицируется.

Блок 4 дешифраторов состоит из микросхем дешифраторов двоично-десятичного кода в семисегментный код. Блок 5 индикации содержит жидкокристаллическую индикаторную панель и узлы обеспечения ее работы - генератор, источники питания и преобразователи уровней. По сравнению с прототипом предложенное устройство имеет на 2 порядка меньшую дискретность в представлении информации; упрощенную схему фотоприемной части: отсутствие дросселей, резистора связи, дополнительного (третьего) источника тока, транзисторного ключа все это позволяет повысить надежность устройства и стабильность его показаний. Кроме того в прототипе отсутствуют блоки управления, счета и индикации, что приводит к необходимости подключать на выход устройства дополнительные узлы, либо счетное устройство - частотомер, с возможностью синхронизации от фотоприемной части. Предложенное устройство, являясь фактически законченным фотометрическим прибором имеет на порядок меньшую себестоимость по сравнению с аналогичными серийно выпускаемыми приборами.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я

1. Фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные фото- приемник и блок управления, причем фотоприемник состоит из открытого и затемненного БИСПИН-элементов, расположенных на одной подложке,- первого и второго источников тока, первого и второго блоков частотной коррекции, первого и второго усилителей и первого и второго резисторов нагрузки, включенных между общей шиной и запирающим выводом соответствующего БИСПИН-элемента, причем выходы первого и второго источников тока объединены, их входы соединены с управляющими выводами соответственно открытого и затемненного БИСПИН-элементов, вход первого усилителя соединен с запирающим выводом открытого БИСПИН-элемента, а блок управления содержит элемент совпадения, выходы которого соединены с

соответствующими входами блока управления, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в устройство введены последовательно вклю- 5 ченные блок счетчиков, блок дешифраторов и блок индикации, входы блока счетчиков подключены к соответствующим выходам блока управления, в фотоприемник введены первый и второй одновибраторы, входы

0 которых подключены к выходам соответственно первого и второго усилителей, вход второго усилителя подключен к запирающему выводу затемненного БИСПИН-элемента, омические выводы открытого и

5 затемненного БИСПИН-элементов подключены к положительной шине питания, первый и второй блоки частотной коррекции включены между общей шиной и управля- ющими выводами открытого и затемнен0 ного БИСПИН-элементов соответственно, выходы источников тока и усилителей подключены к положительной шине питания, а выходы первого и второго одновибраторов - к соответствующим выходам фотоприемни5 ка, в блок управления введены управляемый ключ, управляемый генератор, блок запуска управляемого генератора и формирователя сигналов опроса, сброса, пуска-измерения, счета, управления, разрешения счета и ин0 дикации, а также дифференцирующая цепочка, причем первый и второй выходы управляемого ключа подключены к соответствующим входам элемента совпадения, вход управления управляемого ключа под5 ключей к выходу формирователя сигнала опроса, входу формирователя сигнала разрешения счета и индикации, а также к информационному входу формирователя сигнала управления, информационный вход

0 формирователя сигнала счета подключен к выходу управляемого ключа, выходы формирователей сигнала счета и сигнала управления подключены к соответствующим выходам блока управления, а вход управ5 ления формирователя сигнала управления подключен к входу управления формирователя сигнала счета и к первому выходу формирователя сигнала разрешения счета и индикации и входу сброса фор0 мирователя сигнала сброса, выход элемента совпадения подключен к информационному входу блока запуска, выход которого подключен к входу управляемого генератора, а вход сброса подключен к входам сброса формиро5 вателей сигналов опроса и разрешения счета и индикации, выход формирователя сигнала сброса подключен к соответствующему выходу блока управления, первый вы- . ход управляемого генератора подключен к информационному входу формирователя

игнала опроса, а-второй выход - к инфорационному входу формирователя сигнала броса, выход формирователя сигнала пуска- змерения подключен к входу разрешения ормирователя сигнала сброса, а второй выод формирователя сигнала разрешения счеа и индикации через дифференцирующую цепочку подключен к соответствующему выоду блока управления.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- я тем, что управляемый ключ содержит первый и второй элементы И-НЕ, элемент НЕ и элемент совпадения, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И-НЕ, второй вход подключен к выходу второго элемента И-НЕ, первый вход первого элемента И-НЕ подключен к первому входу управляемого ключа, второй вход которого подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, а вход управления управляемого ключа подключен к второму входу первого элемента И-НЕ и через элемент НЕ - к второму входу второго элемента И-НЕ, выход элемента совпадения подключен к выходу управляемого ключа.

3. Устройство по п.1,отл ича ющее- с я тем, что формирователь сигнала счета выполнен в виде элемента И, первый вход которого подключен к информационному входу формирователя сигнала счета, второй вход - к входу управления формирователя сигнала счета, а выход - к выходу формирователя сигнала счета.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что формирователь сигнала управления выполнен в виде элемента И, первый вход которого подключен к информационному входу формирователя сигнала управления, второй вход - к входу управления формирователя сигнала управления, а выход - к выходу формирователя сигнала управления.

5. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что формирователь сигнала опроса выполнен в виде D-триггера, S-вход которого подключен к общий шине, D-вход - к его инверсному выходу, С-вход - к информационному входу формирователя сигнала опроса, R-вход подключен к входу сброса формирователя сигнала опроса, а неинвертирующий выход - к выходу формирователя сигнала опроса,

6. Устройство по п.1, отличаю щ е е- с я тем, что формирователь сигнала разрешения счета и индикации выполнен в виде D-триггера, инверсный выход которого подключен к его D-входу и второму выходу формирователя сигнала разрешения счета и индикации, S-вход - к общей шине, С- вход - к информационному входу формирователя сигнала разрешения счета и индикации, R-вход подключен к входу сброса формирователя сигнала разрешения счета и индикации, а неинвертирующий выход - к первому выходу формирователя сигнала разрешения счета и индикации.

7. Устройство поп.Ч.отличающее- с я тем, что формирователь сигнала сброса содержит элемент совпадения и двоичный

0 счетчик, счетный вход которого подключен к информационному входу формирователя сигнала сброса, вход сброса подключен к входу сброса формирователя сигнала сброса, выход - к первому входу элемента совпа5 дения, второй вход элемента совпадения, подключен к входу разрешения формирователя сигнала сброса, выход которого подключен к выходу элемента совпадения.

8. Устройство поп.1,отличающее- 0 с я тем, что формирователь сигнала пуска-измерения содержит двухпозиционную кнопку и D-триггер, R-входы которого подключены соответственно к нормально замкнутому и нормально разомкнутому выводам двухпо- 5 зиционной кнопки, переключаемый вывод двухпозиционной кнопки подключен к общей шине, D- и С-входы D-триггера подключены к общей шине, а инверсный выход D-триггера - к выходу формирователя сиг- 0 нала пуска-измерения.

9. Устройство по п.1. о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок запуска генератора сбдер- жит два D-триггера, S-входы которых подключены к общей шине, С-вход первого

5 D-триггера подключен к информационному входу блока-запуска генератора, R-вход - к неинвертирующему выходу второго D-триггера, D-вход подключен к его инверсному выходу и С-входу второго D-триггера, R-вход

0 которого подключен к выходу сброса блока запуска генератора, а D-вход - к его инверсному выходу и выходу блока запуска генератора.

10. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- 5 с я тем, что управляемый генератор содержит микросхему генератора-делителя, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы и кварцевый резонатор, первый вывод которого подключен к Z-входу 0 микросхемы, через первый резистор - к Z- выходу микросхемы и через второй конденсатор - к общей шине, второй вывод кварцевого резонатора подключен через второй конденсатор к общей шине и через 5 второй резистор - к Z-выходу микросхемы, вход R1 которой подключен к плюсовой шине, вход R2 - к входу управления управляемого генератора, а выходы А и F подключены соответственно к первому и второму выходам управляемого генератора.

кварцевого резонатора подключен черезне, вход R2 - к входу управления упрэвляевторой конденсатор к общей шине и черезмого генератора, а выходы А и F2 подключевторой резистор - к Z-выходу микросхемы,ны соответственно к первому и второму

вхоД Р которой подключен к плюсовой ши-выходам управляемого генератора.

Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные двойной БИСПИН-фотоприемник, блок управления, блок счетчиков, блок дешифраторов и блок индикации. В фотоприемник введены два одновибратора, а в блок управления-управляемые ключ и генератор, блок запуска управляемого генератора и формирователя сигналов опроса, сброса, пуска- измерения, счета управления, разрешения счета и индикации, дифференцирующая цепочка. 3 ил.

Pff/irffn/HWWM

Блях управления

фиг.

ZL.J