Способ регистрации локального светового потока на световом фоне Советский патент 1977 года по МПК G01J1/42 

1

Изобретение относится к регистрации локального светового потока на фоне интенсивного пространственного шума.

Известны способы и реализующие их устройства регистрации потоков излучения (например, астрономия слабых звезд на ночном небе, регистрация люминесцентных следов), в которых в качестве приемников излучения используются фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). По известному способу для регистрации локального светового потока излучения на фоне пространственного шума этот поток подвергают предварительно модуляции с целью придания регистрируемому локальному потоку свойств, отличных от свойств окружающего его фона. Практически эта операция сводится к приданию разных законов модуляции локальному потоку и фону. Затем суммарный модулированный поток преобразуют в электрический сигнал с помощью ФЭУ, и, применяя различные схемы обработки, обеспечивающие разделение информационного сигнала и шума, измеряют этот сигнал в течение определенного промежутка времени, т. е. производят накопление периодической последовательности электрических сигналов с известным законом их следования.

Недостатком известных способов регистрации является существенное снижение точности регистрации при увеличении интенсивности

светового фона и уменьшении величины регистрируемого локального светового потока.

Известен способ регистрации локального светового потока на световом фоне, реализованный в схеме автоматической регулировки ФЭУ по шумам, включающий модуляцию этого нотока, нреобразование его в электрический сигнал с помощью ФЭУ, затем из выходного сигнала ФЭУ выделяют шумовую составляющую и регулируют коэффициент усиления ФЭУ таким образом, что величина шумовой составляющей поддерл ивается на постоянном уровне при изменении интенсивности фоновой засветки.

Такой способ расширяет световой диапазон регистрации, однако он не обеспечивает максимально возможный коэффициент усиления ФЭУ в широком дианазоне изменения суммарного потока излучения, что значительно снижает точность регистрации локальных нотоков слабого излучения, особенно при наличии интенсивного нространственного шума.

На чертеже нредставлена зависимость выходного тока In (сплошная линия) и шума 1ш

(пунктирная линия) от нанряжения питания Up ФЭУ прн разных значениях суммарного потока излучения PA Fi fz FnПрямая 1 на чертеже характеризует работу устройства по известному способу с использованием автоматической регулировки чувствительности ФЭУ по шумам. Выходной ток с ФЭУ поддерживается на постоянном уровне /л, причем величина /А задается исходя из максимально возможного суммарного потока излучения FA. Для всех других значений потоков, меньших FA (например, FI, FZ, Fn), рабочая точка на характеристиках ФЭУ перемещается по прямой 1, обеспечивая постоянство выходного сигнала.

Таким образом, по известному способу нельзя поддерживать максимально-возможный коэффициент усиления ФЭУ для каждого значения суммарного потока, что является суш,ественным недостатком при регистрации локального светового потока на фоне интенсивного пространственного шума, изменяюш,емся в большом диапазоне (порядка 40-60 дБ), так как при этом величина и качество информационного сигнала являются значительно меньшими по сравнению с максимально возможным. Чем меньше величина потока (. ), тем больше разность между реализуемым по известному способу коэффициентом усиления ФЭУ (прямая 1) и коэффициентом усиления, полученным при нахождении рабочей точки на вершинах линейных участков характеристик ФЭУ (точки А, В, С на прямой 2).

Экспериментально установлено, что величина шума в выходном сигнале ФЭУ (/ш) при постоянном потоке зависит прямо пропорционально от напряжения питания t/p в области линейного усиления и обратно пропорционально в области насьодения ФЭУ. Зависимости () для разных значений потоков (Рл, FI, FZ, РП) приведены на чертеже (пунктирные линии). Указанные зависимости при работе ФЭУ в широком диапазоне изменения Up к Р имеют ярко выраженные экстремумы (максимумы в точках Л, В, С) для каждого значения потока. Каждому экстремальному значению /ш соответствует максимально допустимый коэффициент линейного усиления ФЭУ, поскольку рабочая точка тогда находится на верхнем пределе линейного участка характеристик ФЭУ (точки А, В, С). Путем поддержания максимального значения шума в выходном сигнале ФЭУ при каждом значении потока излучения возможно осушествить максимизацию выходного сигнала ФЭУ по амплитуде, и тем самым значительно повысить точность регистрации локального светового потока на фоне интенсивного пространственного шума.

С целью повышения точности регистрации локального светового потока при изменении интенсивности светового фона по предлагаемому способу величину шумовой составляющей в выходном сигнале поддерживают максимальной. Этим обеспечивается максимизация информационного регистрируемого сигнала во всем диапазоне изменения интенсивности фоновой засветки, что повышает точность регистрации локального светового потока.

Пример. Проводят регистрацию локального светового потока величиной , модулированного частотой 6 кГц, на световом фоне, интенсивность которого изменяется в пределах Лм предложенным и известным способами. Результаты эксперимента показывают, что предлагаемый способ обеспечивает регистрацию локального светового потока в диапазоне изменения интенсивности фоновой засветки Лм, а известный способ- 10-9-10-8 Лм.

Таким образом, при использовании предлагаемого способа для регистрации локальных световых потоков повышается точность регистрации при изменении величины фоновой засветки в больших пределах и расширяется динамический диапазон работы аппаратуры.

Формула изобретения

Способ регистрации локального светового потока на световом фоне, включающий модуляцию этого потока, преобразование его в электрический сигнал с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), выделение шумовой составляющей в выходном сигнале с ФЭУ, регулирование коэффициента усиления ФЭУ при изменении щумовой составляющей и регистрацию электрического сигнала с выхода ФЭУ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации при изменении интенсивности светового фона, величину шумовой составляющей в выходном сигнале поддерживают максимальной.

1тн.

0,6

0.6