Устройство для удержания спектральной линии на щели фотометра Советский патент 1981 года по МПК G01J1/44 

фильтр-демодулятар 5, .выполненный на на.копительных конденсаторах 6 ,и 7, .резисторе 8 « коммутаторах алалогового с,ипнал.а 9-11; генерато.р сиг1Налов управления модуляцией .и демодуляцией 12, в-ключающий в себя генератор 13, делитель частоты 14, два ждущих .мультивибратора 15, 16, элемент залрета 17, .И1нве)рто|р 18 и две схемы И-НЕ 19, 20, преобразователь «напряжение - число импульсов 21, включающий в себя Линейный выпрямитель 22, преобразователь « Напряжение - Бремя 23, генератор импульсов 24, схему И 25, схему определения знака рассогласования 26, состоящую .из компараторов 27, 28, схемы ИЛИ 29, схемы И 30, схему управления 31 шаговым двигателем, шаговый двигатель 32 и редуктор 33.

Фильтр-демодулятор 5 представляет собой синх.рон1ный фильтр, резистор 8 - интегрирующее соиротивление. Ч-арез коммутаторы 9 :и 10 осуш;ествляется поочередное подключение накопителыных конденсаторов.

Световой поток от спектральной линии проходит -через яластинку 1 и падает на .дефлектор 2, который поперем енно пропускает свет от жрыльев спектральной линии на щель фотометра 3. Фотометр содержит фотоэлектронный умножитель с высокоомной нагрузкой, к которой подсоединено со гласуюшее устройство с низкоомным выходом. Выход фотометра соединен с ф,ильтром-дамодулятором 5.

Выходы фильтра-демодулятора соединены со входами усилителя 4, а выход последнего подключен к входу линейного выпрямителя 22 и входам двух регенеративных компараторов 27, 28, иадеюплих гистерезис напряжений срабатывания и отпускания. Один компаратор срабатывает в том случае, если сигнал с дифференциального усилителя превышает некоторый положительный поротовый уровень наяряж ения +U,,o-, а другой - если тот же оигиал превышает некоторый отридателыный пороговый уровень напряжения -Una:.. Напряжения от1туска.н.ия ко,мпа.рато:ров нулю.

Усилитель 4 имеет пря1мой и инверсный зходы, и в зависимости от знака разности напряжений с выходов фильтра-демодулятора 5 на выходе усилителя будет либо положительное, либо отрицательное напряжение, а при «улевой разности выходное налапряжение равно нулю.

Частота попеременного пропускания света от крыльев спектральной линии и часгота подключения конденсатаров 6 и 7 во 1фемя интегрирования (и) ратаны и заданы генератором 12, т. е. на кояденсаторе 6 за Бремя И1нт-егрирования накапливается напряжение, пропорциональное световому шотоку от одного крыла спектральной линии, а ва конденсаторе 7 - напряжение, пропо,рпиональное световому потоку от другого

крыла спектральной линии. ВыпряМИтель 22 преобразует напряжение с выхода усилителя 4 в напряжение одного знака и ло.дает на вход преобразователя «напряжение - время () 23, ра5отаю;1цего по пркнципу оравнения входного напряжения с пилообразным (Um.-a). Запуск преобразователя 23 осушествляется сигналом со схемы И 30 при срабатывании одного из

компараторов 27, 28 через схему ИЛИ 29 .по окончании времени измерения, т. е. щремени интегрирования. Это обусловлено сигналом с выхода генаратора 12.

В момент окончания измерения с вьгхода преобразователя 23 поступает разрешаюш,ий сигнал на схему И 25, на другой вход которой поступают импульсы от генератора 24. С выходов схемы И 25 и схемы определения знака рассогласования 26 сигналы поступают на схему управления 31 шаговым .двигателем 32.

Управляющий вход разрядного к0м.мутатора аналогового сигнала 11, входящего в фильтр-демодулятор 5, подключен к генератору 12, разряд коиденсаторов 6 и 7 происходит каждый раз перед началом измерения.

Работает устройство следующем образом.

Если спектральная линия находится точно на щели фотометра, т. е. от каждого крыла линии при поочередном пропускании падают одинаковые световые потоки, то на выходе фотометра 3 переменного сигнала

нет. Генератор 12 периодически вььрабатывает и.М1пульсы разряда ф.ильтра-демодулятора 5, а также сигналы управления фильтром-демодулятором на время интегрирования и И1мпульсы разрешения запуска преобразователя 21. Незав.иаимо от сигнала .рассогласования коммутатор 11 разряжает взаимно конденсаторы 6 и 7. Потом в течение времени интегрирования (времени измерения) коммутаторы 9 и 10 поочередно

подключают конденсаторы 6 и 7 к резистору 8. Затем по окончании .интегрирования схема определения з-нака рассогласовакия 26 и преобразователь 21 измеряют .накопившуюся разность напряжений на конденсаторах 6 и 7 и преобразуют ее в число импульсов. При этом напряжения срабатывания компараторов 27 л 28 ( и - t/nop) задают зону нечувствительности устройства.

При отсутствии смещения спектральной линии или при смещении, когда за время интегрирования разность напряжений аа конденсатО)рах 6 и 7, усиленная усилителем 4, не превышает f/nop, ни один из компараторов 27, 28 не сработает, и по окончании /и при разрешающем сигнале инвертора 18 на входе схемы И 30 преобразователь 21 не запускается, т. е. нет отработки.

Бели же усиленная разность напряжеНИИ на конденсаторах 6 и 7 (и днффереигциалького усилителя), 1дро:по,рцнональная смещению спектральной линия, превышает t/nop, то сработает один из компараторов 27, 28 в зависимости от того, каков зяак .разности (Напряжений. Пр.и этом по окоачаНИИ /и произойдет запуск преобразователя 23, и напряжение Зсилителя U„ будет сравниваться с пилообразным напряжением

tr.n н

в течение времени нарастания напряжеяия f/r.n.H с преобразователя 23 будет подан разрешающий сигнал иа вход схемы И 25, с выхода которой сигналы по-ступят на схему управления 31 шаговым двигате.лем 32. С момента времени когда t/r п.н U разрешающий сигнал на схему И 25 не подается, т. е. отработка рассогласования электроприводом прекратится. Направление вращения плоскопараллельной -пластинки 0ри этоМ определяется тем, какой из компараторов сработал.

Следует отметить, что во время преобразования (напряжения в число .импульсов напряжение U.,, а следовательно, и напряжение конденсаторов 6 и 7 долж,иы оставаться неизменными. Это достигается за счет того, что при отсутствии управляющих напряжений коммутаторы 9 ,и 10 .имеют большое сопротивление (порядка 10 Ом), и напряжение конденсаторов 6, 7 практически остается пеизаденным, т. е. фильтр-демодулятор сохраняет накопленную разность напряжений конденсаторов б, 7.

Фильтр-демодулятор в динамике обла.дает свойствами синХ|ронного ф.ильтра и во время преобразования изме(ряемой величины является элементом памяти.

Постоянная времени Тф фильтра-демоду.лятора определяет величину напряжений конденсаторов 6, 7 за период „, а продолжительность времени интегрирования /„ определяет отнашение оипнал/шум.

При отстройке устройства, изменяя коэффициент усиления дифферен-циального усилителя 4 и пороговое напряжение компарато.ров 27, 28, можно привести в соответствие величину отра батывающего воздейст-вия и величину рассогл-асовамия на входе, т. е. если сместить спектральную линию скаЧК01М на величину, не выходящую за диапазон регулирования, за одно измерение устройство измерит это раосогласо.вание и В течение времени преобразования отработает его.

В отличие от прототипа, где скорость отработки зависит от постоянной в:ремени

элемента запаздывания, в предложенном устройстве скорость отработки можно выбирать максимальной, так как нет необходимости ждать реакции сигнала рассогласования на входе дифференциального усилителя на отработку в предыдущем цикле, поскольку перед каждым измерением фильтр-демодулятор разряжается.

При одипаковом быстродействии в предложеннол устройстве можно выбрать время интегр.ирования больще, чем постоянная времени интегрирующих звеньев в прототипе, т. е. с лучшим отношением сигнал/ш ад измерить сигнал смещения спектральной линии и тем самым повысить точность слежения.

Формула изобретения

Устройство для удержания спектральпой линии на щели фотометра, соде.рж.ащее плоскопараллельную пластинку, усилитель и электропривод, отличающееся тем, что, с целью повышения точности удержания без снижения быстродействия, в негсх введены фильтр-демодулятор, включающий в себя разрядный коммутато.р аналогового сигнала, схема определения знака рассогласования, преобразователь «напряжение - число импульсов, генератор сигналов управления модуляцией и демодуляцией, выходы которого соединены с управляющими входами фильтра-демодулятора, сигнальный вход которо.го соединен с фотометром, л выходы подключены .ко входам усилителя, выход которого соединен со вхо.дами схемы определения знака рассогласоваПИЯ и преобразовате.тя «напряжен.ие - число импульсов, выходы которых соединены с электроприводом, разрещающий вход схемы определения знака рассогласования соединен с генератором сигналов управления модулядией и демодул.яцией, а запускающий вход преобразователя «.напряжение - число импульсов соединен с выходом .разрешения запуска схемы определения знака рас согл асов а н и я.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Оптическое устройство для измерения положения. Акцептованная заявка Великобритании jYo 1370809, кл. G 05 d 3/06, 1974.

2. Ком.пенсатх)р лучевых скоростей. Изв. КрАО, т. 31, 1964, с. 209 (прототип).

bUJ LJ IlJ4-H

grv u Ц.,

ПГЬ..п.--IS in

- I r-) I

IT M -} tzi