Способ повышения чувствительности приемника излучения в процессе измерения Советский патент 1976 года по МПК G01N21/00 

тоты модуляции излучения и температуры окружающей среды.

Недостатком известного приема получения onOipHoro сигнала для управления 1си,нхронным детектированием является то, что под действием колебаний частоты модуляции и температуры окружающей среды фазы опорного сигнала и измеряемого сигнала, возникающего iB рабочем теле, изменяется неодинаково. Это объясняется тем, что 1принципы действия фоторезисторов и преобразователя рабочего тела различны. Поэтому технические характеристики (постоянная времени, температурный коэффициент изменения выходного сигнала и др.) также неодинаковы. Неодинаковое изменение фаз сигналов приводит iK увеличению погрешности измерения и ограничивает возможность .компенсации одного гармонического при наличии другого неизменного В результате также ограничивается сверху относительное увеличение мощ ности .зыходмого сигнала.

Для уменьшения погрешности измерения ло предлагаемаму способу в .качестве управляющего сигнала для синхронного детектирования измеряемого сигнала и в качестве электротепловой обратной связи используют сигнал, который получают облучением смодулированным потоком излучения второго -рабочего тела.

При осуществлении предложенного способа параллельно основному измеряемому потоку излучения и тепловому потоку обратной связи создают дополнительный модулированный поток излучения, устанавливают в пего дополнительное рабочее тело, идентичное рабочему телу приемника излучения, снимают с дополнительного рабочего тела сигнал и подают его в качестве управляющего сигнала для синхронного детектирования измеряемого сигнала и сигнала обратной связи, направляемого ,к электротепловому (элвктрооптическому) нреобразователю теплообменника (э-крана) обратной связи.

На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Измеряемое излучение, обозначенное на чертеже вертикальной стрелкой, модулируется .вращающимся дисковым обтюратором 1, который прЕводится в движение синхронны:. электродвигателем 2. Модулированный поток воспринимается рабочим телом 3, где и возникает электрический сигнал. Последний после выпрЯ|.мления синхронным детектором 4 измеряется регистрирующим прибором 5. Электрооптический преобразователь 6 -служит для создания регулируемого дополнительного потОКа обратной связи (в частности, преобразователь 6 предназначен для регулирования интенсивности дополнительного попеременного притока тепла к рабочему телу -и оттока тепла от него). Обратная тепловая связь может осуществляться, напри-мер, с использованием эффектов Джоуля-Ленца или Пельтье. Во

втором случае сигнал обратной связи (изменение температуры теплообменника преобразователя 6) оказывается практически пропорциональнььм выходному сигналу -рабочего тела J

5 так-1ка:к тепловая мощность (и п-оложительная и отрицательная) пря;м-о пропорциональна величине электрического тока, пропускаемого через спаи различных материалов. Благодаря линейной зависимости погрешность измерения

0 уменьшается.

Модуляция интенсивности радиационного теплооб|мена мгжду рабочим телом 3 и преобразователем 6 (.В результате этой модуляции возникает пере/менный сигнал обратной свя5 зи) осуществляется при вращении второго обтюратора 7, закрепленного па одной оси 8 с первым обтюратором /, фаз-ы .модуляции .обтюраторами / и 7 различаются, например на угол, близкий к -f90°. Радиационный холодильник совмещен с обтюратором 7 радиационного теплообмена. Последний при этом можно вшполнить, например, в виде дискозо го обтюратора с зачерненной поверхностью, обращен1 ой к рабочему телу 3 приемника.

25 При вращении обтюратора (диака) 7 в течение одного полупериода .модуляции излучение от преобразователя 6 направляется к рабочему телу 5, а в течение другого полупериода - от рабочего тела ,к холодильнику - об0тюратору 7. Регулр рование интенсивности циклического теплообмена рабочего тела с преобразователем 6 и обтюратором 7 автоматически осуществляется с помощью сигнала обратной связи. Последний получается после

5 выпрямления выходного сигнала рабочего тела 3 с помощью синхро-НПого детектора 9, фаза ком-мутации которого отличается от фазы детектора 4 на 90°. Вьытрямленный сигнал усиливают усилителем 10 и подают на электрический вход электрооптичеокого преоб-разователя 6. Ита.к, из выходного электрического сигнала рабочего тела 3 выделяют с помощью синхронного детектирования два гармоннческих сигнала с фа:5ами, различающимися на 90°, один из сигналов тосле выпрямления измеряют, а второй компенсируют до нуля путем регулирования интенсивности циклического теплообмена рабочего тела.

g При отсутствии обратной связи фаза сигнала, возникающего в рабочем теле 3 под действием измеряемого лотока (поток обратной связи отсутствует), совпадает с фазой коммутации-синхронного детектора 9. Введением

g дoпoлниteльнoгo теплового потока обратной связи эта составляющая сигнала комиенсируется практически до нуля (любой сигнал всегда можно разложить на две взаимоортогональные составляющие так, что фаза одной

g из составляющих сов-падает с фазой коммутации синх/ровного детектора 9).

В процессе, измерения амплитуда дополнительного переменного потока тепла, поступающего в рабочее тело через электрооптический преоб-разо.ватель 6, в конечном итоге автоматически устанавливается такой, чтобы постоянная составляющая сигнала на выходе синхро«и01го детектора 9 была практически равна нулю. При этОМ независимо от величины измеряемого потомка излучения фаза .установившепося сигнала ,на выходе рабочего тела 3 о-казывается сдвинутой относительно фазы первоначального сигнала (он наблюдается при отсутствии цепи обратной связи) на угол, близкий ,к ±90°. Итак, разделение измеряемой и компенсируемой гармоиик ОСуидествляется с помощью синхронных детекторов 4 и 9. Для у празления работой последних служат датчики II н 12 опорных сигналов. Опорные напряжения возникают одновременно, но с различными фазами с вращением модулятора/. Онорныесигналы получают путем облучения потоком излучения от источни1ка 13 рабочего тела 14, идентичного по характеристикам рабочему телу 3 Возникающий в рабочем теле 14 сигнал увеличивается усилителем 15 -и подается на датчики // и 12 опорных сигналов. При этом, по крайней мере, один из этих датчиков может Включать в себя устройство для изменения (регулирования) фазы сигнала. Опорные напряжения возникают при вращении обтюратора /. Регулировка фаз этих сигналов осуЩест.вляется поворотам источника излучения 13 и рабочего тела 14 относительно оси вращения обтюратора. Посколыку технические характеристики рабочих тел 3 и 14 близки (практически одинаковы), то и фазовые изменения ,при воздействии внещних факторов также одинаковы. Погрешность синхронного детбктирова«ия уменьшается, что позволяет увеличивать отношение сигнала, измеряемого регистрирующим прибором 5, к остаточному нескомпе|НсироваПно,му сигналу на выходе детектора 9. В результате погрешность измерения уменьшается и мощность выходного электрического сигнала .приемника еще увеличивается. Наиболее простая «астрой,ка измерительной схемы приемника заключается в следующем. Пусть, например, сигнал, регистрируемый прибором 5 при обычном измерении (цепь 9-10-6 обратной связи отсутствует), необходимо увеличить на порядок. Источник 13 и рабочее тело 14 уста.павливают в такое положение, при котором фаза коммутации синхронного детектора 9 совпадает с фазой измеряемого сигнала (постоянная составляющая сигнала на выходе синхронного детектора 9 при этом маассимальная). Затем угловое положение обтюратора 7 относительно оси 8 падбирают таким, чтобы устновившийся измеряемый электрический сигнал, регистрируемый прибором 5, увеличился на порядок по сравнению с первоначальным значением. Для достижения максимального измеряемого сигнала .при настройке описанного устройства фазу модуляции излучения обратной связи обтюратором 7 рекомендуется подбирать до тех пор, пока сигнал на выходе спнxpOiHHoro детектора 9 станет во много раз меньше измеряемого сигнала на выходе детектора 4, т. е. практически сигнал на выходе детектора 9 можно считать равным нулю. При этом достигается наибольшее усиление выход ного сигнала приемника. Затем, после проведения испытаний уточняют угловое положение обтюратора 7 и при необходимости фазы опорных сигналов для управления синхронным детектированием, так 1как при чрезмерно большом усилении начинает проявляться нестабильность работь и увеличивается погрешность измерения. В результате подрегулировки обеспечивают допустимое значение погрешности измерения. Формула изобретения Способ повышения чувствительности приемника излучения в процессе измерения по авт. свид. № 277311, отличающийся тем, что, с .целью уменьшения погрешности измерения, в качестве управляющего сигнала для спн.хрон.ного детектирования измеряемого сигнала и в качестве сигнала электротепловой обратной связи используют сигнал, который получают облучением модулированным потоком излучения второго рабочего тела. Псточники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Ю. Г. Якушенков «Физические OCHOBIJI оптико-электронных приборов, М., 1965 г., стр. 173. 2.Р. Смит «Обнаружение и измерение пнфракрасного излучения, М., 1959 г., стр. 423.