Логарифмический время-импульсный фотометр Советский патент 1975 года по МПК G01J1/00 

1

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано в устройствах, измеряющих величину светового потока.

Известны устройства для преобразования светового потока в интервал времени, осуществляющие развертку во времени коэффициента усиления фотоэлектронного умножителя путем изменения во времени питающего фотоэлектронный умножитель напряжения от нуля до максимального значения, при котором анодный ток фотоэлектронного умножителя достигает заданной величины. Временной интервал, отсчитанный от момента начала изменения питающего напряжения, до момента достижения анодным током заданной величины, функционально связан с величиной преобразуемого светового потока.

Недостатками известных устройств, затрудняющими их использование в переносной и бортовой аппаратуре, предназначенной для точного измерения световых потоков, являются значительная нелинейность характеристики преобразования и большая потребляемая мощность.

Изобретение позволяет получить линейную, в логарифмическом масштабе градуировочную характеристику фотометра и уменьшить потребляемую мощность по цепи источника высокого напрял ения.

Достигается это за счет параллельного соединения клемм питания фотоэлектронного умножителя с запоминающим конденсатором, который заряжается коротким высоковольтным импульсом от ждущего импульсного

генератора. Заряд конденсатора производится до напряжения /7ф, при котором анодный ток фотоэлектронного умножителя достигает заданной величины. Временной интервал при этом не отсчитывается. Величина напряжения f/ф определяется световым потоком Фо, падающим на фотокатод фотоэлектронного умножителя. Аналитическую связь этого напряжения со световым потоком можно определить путем совместного решения уравнеНИИ, выражающих коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя Л1 через величину питающего напряжения U и через отношение анодного тока /а к току фотокатода /ф, равного произведению постоянного коэффициента /Сф на величину светового потока Ф

(1)

/ф КфФ,

/я

(2)

л:ф-Ф

Уравнение, связывающее коэффициент усиления электронного умножителя с питающим напряжением, имеет вид:

Ж Э(Л-ие-;),

(3)

30 где и - напряжение, приложенное между каскадами электронного умножителя;А и |.1 - константы; в - коэффициент, .характеризующий эффективность работы электронного умножителя; п - число каскадов электронного умножителя. Член можно положить равным единице (максимальная погрешность при этом составляет 3% для в). Подставив уравнение (2) в уравнение (3), разрешив полученное равенство относительно и и, учитывая, что получим и - п , где Ко - . Как из выражения (4), напряжение и при заданной величине анодного тока /а однозначно определяется величиной светового потока Ф. Фиксация напряжения f/ф производится в момент достижения анодным током заданной величины путем переключения запоминаюшего конденсатора на разряд через эталонный резистор при помощи высоковольтного ключа. Момент, в который напряжение t/o на запоминаюшем конденсаторе достигает заданного значения, фиксируется схемой фиксации заданного напряжения. Время разряда t запоминающего конденсатора от напрял ения f/ф до напряжения Uo будет равно: :--т1п- -,(5) где - постоянная времени разрядной цепи запоминающего конденсатора. Подставив равенство (4) в уравнение (5), получим: / - г In « -f т Г.-Чп - т: Д-Чп Ф - т In /о- (6) Обозначим С т 1пи +-л-Чп- - г Inf/o, (- С -w-ЧпФ. Следовательно, согласно уравнению (7), градуировочная характеристика фотометра линейна в логарифмическом масштабе. Поскольку при заряде конденсатора временной интервал не фиксируется, отпадает необходимость в стабилизации параметров высоковольтного импульса ждущего импульсного генератора. Кроме этого, значительно снижается потребляемая фотометром мощность, так как заряд запоминающего конденсатора происходит в течение очень короткого промежутка времени, а в режиме ожидания запускающего импульса по цепи питания фотоэлектронного умножителя мощность не потребляется. На чертеже изображена принципиальная схема предложенного логарифмического время-импульсного фотометра. Логарифмический время-импульсный фоте метр включает в себя ждущий импульсный генератор, вынолненный на транзисторе 1, импульсном трансформаторе 2, диод,ах 3, 4, 5, конденсаторе 6 и резисторах 7, 8, 9; запомииающий конденсатор 10; высоковольтный ключ, собранный на диоде 11 и динисторах 12; эталонный резистор 13; фотоэлектронный умножитель 14 с нагрузочным резистором 15; схему фиксации анодного тока фотоэлектронного умножителя, состоящую из компаратора 16, стабилитрона 17, резистора 18; схему запуска высоковольтного ключа, выполненную на транзисторе 19, конденсаторе 20, импульсном трансформаторе 21, резисторах 22, 23, схему фиксации заданного напряжения на запоминающем конденсаторе, собранную на компараторе 24, стабилитроне 25 и резисторе 26. На клеммы 27, 28 подается запускающий импульс, на клемму 29 - питающее напряжение, а с клемм 30 и 31 снимается выходной сигнал. Импульс, поданный на клеммы 27, 28, запускает ждущий импульсный генератор, генерирующий высоковольтный импульс, в результате чего через открытые диоды 4, 5, высоковольтиую обмотку импульсного трансформатора 2 и резистор 9 начинает заряжаться запоминающий конденсатор 10. Напряжение питания фотоэлектронного умножителя 14 начинает расти, так как он подключен параллельно запоминающему конденсатору 10. Это приводит к росту анодного тока фотоэлектронного умножителя 14 и пропорционального ему напряжения на резисторе 15. В момент достижения этим напряжением заданной величины компаратор 16 выдает имиульс, который через схему запуска высоковольтного ключа открывает динисторы 12 и подается на выходную клемму 30. Запоминающий конденсатор 10 начинает разряжаться через эталонный резистор 13, диод И, ди1нисторы 12. В момент достижения напряжением на эталонном резисторе 13 заданного значения Uo компаратор 24 выдает на выходную клемму 31 импульс. Далее запоминающий конденсатор 10 разряжается до нуля, и динисторы 12 закрываются. Временной интервал между импульсами, выданными на выходных клеммах 30 и 31, пропорционален логарифму светового потока. С приходом следующего запускающего импульса процесс повторяется аналогично описанному. Количество динисторов 12 выбирается в зависимости от максимальной величины напряжения питания фотоэлектронного умножителя 14.

Предмет изобретения

Логарифмический время-импульсиый фотометр, содержащий фотоэлектронный умножитель и блок преобразования, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, блок преобразования выполнен из ждущего импульсного генератора, высоковольтного ключа, запоминающего конденсатора, эталонного резистора, схемы фиксации заданного напряжения на запоминающем конденсаторе, схемы фиксации анодного тока и схемы запуска высоковольтного

ключа, причем клеммы питания фотоэлектронного умножителя соединены параллельно € запоминающим конденсатором, выходом ждущего импульсного генератора и через высоковольтный ключ с эталонным резистором, параллельно которому включена схема фиксации заданного напряжения на запоминающем конденсаторе, а выход фотоэлектронного умножителя соединен с входом схемы фиксации анодного тока, выход которой соединен через схему запуска высоковольтного ключа с управляющим электродом высоковольтного ключа.