Устройство для измерения энергетических параметров световых импульсов Советский патент 1976 года по МПК G01J1/56 

Изобретение относится к технике измерениямощности и энергии световых импульсов.

Известны измерители пиковой мощности световых импульсов 1J, которые содержат аналоговый преобразователь, осуществляющий преобразование пиковой мощности в амплитуду напряжения, снимаемого с выхода преобразователя.

Известно фотоэлектрическое устройство для контроля мощности излучения 2, выполненное на базе болометрического датчика. Известные устройства не позволяют одновременно измерять как энергию, так и пиковую мощность светового импульса.

Известно устройство, позволяющее одновременно измерять как пиковую мощность, так и энергию светового импульса . Оно содержит фотодиод, соединенный с нагрузочным резистором, подключенным к блокам преобразования энергии и мощности, состоящим из интегратора и усилителя, соединенных со схемой формирования.

В этом устройстве регулировка коэффициента передачи по мощности вызывает соответствующее изменение коэффициента передачи по энергии. Невозможность независимой регулировки коэффициентов передачи по мощности и по энергии затрудняет согласование выходных сигналов этих блоков по амплитуде с динамическим диапазоном последующих устроиств измерения амплитуды аналоговых сигналов.

Кроме того, в устройстве необходимо применение внещнего синхроимпульса, что в конечном итоге также снижает точность из.мерения.

Целью изобретения является иовыщение точности измерений путем независимой регулировки коэффициентов передачи устройства по мощности и по энергии, а также за счет автономности работы устройства и повышения его помехозащищенности.

Поставленная цель достигается тем, что схема формирования подключена к нагрузочному резистору, а на входах интегратора и усилителя, а также в цепях их оОратной связи включены ключи, соединенные с выходом схемы формирования.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для измерения энергетических параметров световых импульсов.

Оно содержит малопнерционный фотодиод 1, к аноду которого подключены сопротивление нагрузки 2, блок преобразования по мощности 3, блок преобразования по энергии 4 и схема пропускания 5. На входе блока 3 включен буферный операционный усилитель б, неинвертирующий вход которого является входом блока 3, а инвертирующий вход соединен со средней точкой делителя напряжения, образованного сопротивлениями 7 и 8 и подключенного к выходу усилителя 6. На входе блока 4 включен буферный операционный усилитель 9, неинвертирующий вход которого является входом блока 4, а инвертирующий вход соединен со средней точкой делителя напряжения, образованного сопротивлениями 10 и 11 и подключённого к выходу усилителя 9. К выходам усилителей 6 и 9 через электронные ключи на полевых транзисторах 12 и 13 и сонротивления 14 и 15 подключены инверт рующие входы операционных усилителей 16 и Г/, к неинвертирующим входам которых подключены сопротивления смещения 18 и 19. Б цепь обратной связи усилителя 16 включено сопротивление 20, параллельно которому включен электронный ключ на полевом транзисторе 21. Б цепь обратной связи усилителя 17 включен конденсатор 22 и электронный ключ на полевом транзисторе 23. К выходам усилителей 16 и Г/ через резисторы 24 и 25, соответственно, подсоединены инвертирующие входы операционных усилителей 26 и 2/, к неинвертирующим входам которых подключены сонротивления смещения 28 и 29, а в цепи обратной связи включены переменные резисторы 30 и 31, обеспечивающие регулировку коэффициентов усиления.

hi а входе схемы пропускания 5 включен буферный операционный усилитель 32, неинвертирующий вход которого является входом запуска схемы пропускания, а инвертирующий вход соединен со средней точкой делителя напряжения, образованного сопротивлениями ci3 и 34 и подключенного к выходу усилителя 32. Выход усилителя 32 соединен с усилителем-формирователем 35, с выходом которого через диод 36 соединен затвор нолевого транзистора 21. К выходу 35 нодключены также инвертор 37 и блок задержки 38. С выходом 37 соединен затвор полевого транзистора 12 через диод 39. К выходам блоков 37 и 38 подключены входы триггера 40, единичный выход которого соедииен с затвором полевого транзистора 13 через диод 41, а нулевой выход через диод 42 соединен с затвором полевого транзистора 23. Б исходном состоя1ши транзисторы 12 и 13 закрыты, а транзисторы 21 и 23 открыты.

11ри нонадании на фотодиод 1 световых импульсов Ф(/) длительностью „ с пиковой мощностью Ф и энергией W на нагрузочном сонротивлении 2 возникает импульс нанряжения Ua(t) с амплитудой пропорциональной Ф и площадью S пропорциональной W. Импульсы Ua(i) поступают на неинвертирующие входы буферных операционных усилителей 6, 9, 32, охваченных глубокой отрицательной обратной связью. Усилители 6, 9 и 32 обеспечивают высокое входное сопротивление блоков 3, 4, 5 и уменьшают взаимное влияние этих блоков. С выхода усилителя 32 импульсы поступают на усилитель-формирователь 35, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы 6б(0 длительностью т„. Последние

инвертируются блоком 37, на выходе которого возникают импульсы Uz(t). Одновременно импульсы llf,(t) поступают на блок задержки 38, который срабатывает от отрицательного перепада напряжения в момент окончания импульсов f/afO- При этом на выходе блока 38 формируются прямоугольные импульсы Ur(t) длительностью равной времени задержки Тз. Импульсы LJfi(t) поступают также через диод 36

на затвор полевого транзистора 21, нри этом транзистор 21 закрывается. Импульсы t/u(0 постунают па диод 39, при этом диод закрывается, а полевой транзистор 12 открывается. В результате переключения транзисторов 12 и

21 преобразуемый импульс проходит на вход широкополосного усилителя 16, с выхода которого усиленный сигнал попадает на вход усилителя 26, величина усиления которого может регулироваться с номощью сопротивления 30,

обеспечивая тем самым регулировку коэффициента передачи всего блока преобразования по мощности. С выхода блока 3 снимаются аналоговые импульсы Um(i), амплитуда которых пропорциональна пиковой мощности Ф

измеряемого светового импульса.

Импульсы 17в(0 и Ur(t) постунают на входы триггера 40, который перебрасывается от отрицательных перепадов напряжений ) и c/r(/J. Ири этом в момент поступления светового импульса на выходе д триггера напряжение UQ(t) становится равным нулю, а на выходе е триггера нанряжение Ue(i) становится положительным. Сигналы f/a(0 и е(0 поступают через диоды 41 и 42 за затворы поле вых транзисторов 13 и 23, соответственно, при этом транзистор 13 открывается, а транзистор 23 закрывается. Длительность импульсов UQ(t) и Uu(t) равна . В течение этого времени преобразуемый импульс с буферного

усилителя 9 проходит на интегратор, построенный на операционном усилителе 17.

По прошествии времени Ти схема пропускания остается открытой в течение времени Тз, что дает возможность сформировать плоскую

вершину импульса U&(t), и избежать ошибки преобразования, связанной с недозарядом емкости 22 и вызванной преждевременным cpiiбатыванием усилителя-формирователя 35. При измерении энергии каждого отдельного импульса из некоторой последовательности длительность задержки Тз определяется наименьшим возможным временем паузы между соседними световыми имиульсами в этой последовательности, причем Тэ должно быть в 3-5

раз меньше наименьшего времени наузы. При измерении суммарной энергии некоторой серии световых импульсов величина Тз должна быть равна длительности этой серии. По прошествии времени транзистор

13 закрывается, транзистор 23 открывается, и конденсатор 22 быстро разряжается. На выходе интегратора формируются импульсы напряжения (УзГО с амплитудой, пропорциональной энергии W измеряемого светового импульса и длительностью Тп+Тз. Импульсы /з(0

поступают на вход усилителя 27, коэффициент усиления которого может регулироваться с помощью сопротивления 31, обеспечивая тем самым регулировку коэффициента передачи всего блока преобразования по энергии 4. С выхода блока 4 снимаются положительные импульеы Uif(t), амплитуда которых пропорциональна W.

Для измерения амплитуды аналоговых импульсов к выходам ок и и устройства можно подключать различные аналоговые и аналогоцифровые измерительные приборы типа осциллографов, импульсных вольтметров, амплитудных анализаторов.

Формула изобретения

Устройство для измерения энергетических параметров световых импульсов, содержащее фотодиод, соединенный с нагрузочным резистором, подключенным к блокам преобразования энергии и мощности, состоящим из интегратора и усилителя, соединенных со схемой формирования, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, схема формирования подключена к нагрузочному резистору, а на входах интегратора и усилителя, а также в их цепях обратной связи включены ключи, соединенные с выходом схемы формирования.

Источники ииформации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США ЛЬ 3495916, кл. 356-215, 1970.

2.Патент США № 3687558, кл. 356-218,

1971.

3.«Приборы и техника эксперимента, 1974, № 4, с. 165 (прототип).