Двухлучевой фотометр Советский патент 1980 года по МПК G01J1/44 

1

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в измерениях, требующих высокую точность определения рассеивающих, отражающих и поглощающих свойств различных объектов, в частности, в двухлучевых фотометрах и спектрофотометрах.

Известен двухлучевой фотометр, содержащий источник излучения, оптическую систему разделения излучения на основной и опорный каналы, фотоприемник, усилитель, синхронные детекторы аналого-цифровой преобразователь и регистратор 1.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является двухлучевой фотометр, содержащий источник излучения, оптич кую систему разделения излучения на основной и опорный каналы, последовательно связанные фотоприемник, усилитель с системой автоматического регулирования усиления, два параллельно, включенных синхронных детектора с фотоэлектрической системой синхронизации, аналого-цифровой преобразователь и устройство обработки и регистрации сигналов 2.

Недостатком известного устройства является невысокая точность, обусловленная

широким динамическим диапазоном изменения входного сигнала детекторов.

Цель изобретения - повышение точности.

5 Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве система автоматического регулирования усиления выполнена из последовательно включенных полосового фильтра, усилителя с регулируемым коэффициентом усиления и детектора, выход которого связан с управляющими входами основного и дополнительного усилителей, а вход полосового фильтра связан со входом основного усилителя.

15 Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема устройства.

Двухлучевой фотометр содержит источник излучения 1, устройство 2 для образования рабочего и контрольного лучей, зеркало 3, модулятор 4, исследуемый объект 5, зеркало 6, устройство совмещения контрольного и рабочего лучей 7, объектив 8, последовательно соединенные приемник 9,

25 усилитель 10, основной регулируемый усилитель 11 с контуром регулирования коэффициента усиления, включенным между информационным и управляющим входом основного регулируемого усилителя и со30 стоящим из последовательно соединенных

вспомогательного фильтра 12, дополнительного регулируемого усилителя 13, детектора 14, выход которого также соединен с управляющим входом дополнительного регулируемого усилителя; две параллельные по входу цепи, соединенные с выходом основного регулируемого усилителя и состоящие из последовательно соединенных полосовых фильтров 15, 16, синхронных детекторов 17, 18 с цепями синхронизации, состоящими, в свою очередь, из последовательно соединенных дополнительных ириемников света 19, 20, облучаемых донолнительными источниками 21, 22 и формирователей опорных напряжений 23, 24 и АЦП 25, 26, соединенными с входами цифрового устройства 27, выходное устройство 28, подключенное к выходу делительного устройства, многоканальный самописец 29, подключенный к выходам выходного устройства, устройства сопряжения с внешними цифровыми устройствами 30, подключенное также к выходу делительного устройства 27.

Устройство работает следующим образом. Излучение из источника 1 попадает на устройство 2 для образования контрольного и рабочего лучей. Половина общей мощности проходит через него и образует рабочий луч, вторая половина отражается и образует контрольный луч, который падает на зеркало 3, отражающее примерно часть мощности, где Л - динамический диапазон изменения исследуемого параметра. Отраженный луч направляется на модулятор 4, туда же направляется и рабочий луч. Оба луча модулируются одним модулятором 4 на разных частотах. Промодулированный рабочий луч нанравляется на исследуемый объект 5 и взаимодействует с ним, теряя часть своей мощности. Оставщаяся часть мощности попадает на зеркало 6, а с него на устройство совмещения рабочего и контрольного лучей 7, на которое направляется также и контрольный луч. Совмещенные лучи фокусируются объективом 8 на приемник 9. Электрический сигнал, пропорциональный сумме обоих лучей, усиливается усилителем 10, а затем поступает на вход основиого регулируемого усилителя 11 и на вход вспомогательного фильтра 12, выделяющего рабочий сигнал. С выхода вспомогательного фильтра 12 сигнал поступает на вход дополнительного регулируемого усилителя 13, на выход которого включен детектор 14. Вынрямленное напрялсение с выхода детектора 14 поступает на управляющие входы обоих регулируемых усилителей И, 13 и регулирует их коэффициенты таким образом, что диапазоны изменения амплитуд выходных сигналов на выходах регулируемых усилителей 11, 13 для контрольного и рабочего сигналов становятся примерно равными.

Это происходит за счет того, что управляющее напряжение, снимаемое с выхода

детектора 14 одно и тоже для обоих регулируемых усилителей 11, 13, а дополнительный усилитель 13 с детектором 14 образуют замкиутую систему автоматического регулирования усиления. При динамическом диапазоне рабочего сигнала на входе регулируемых усилителей 11, 13, равном N раз, динамический диапазон того же сигнала на выходе ссотавляет примерно YN раз, т. е. 10 коэффициенты усиления регулируемых усилителей 11, 13 при максимальном значении рабочего сигнала принимают значенне в

,

yjr раз меньщее своего начального.

За счет этого контрольный сигнал, отличаЕощнйся на входе основного регулируемого усилителя 11 отиосительиым постоянством, на выходе его также может меняться в VN

0 раз. Так как сигналы усиливаются одним усилителем I, то их отнощение на выходе остается таким же, как и на входе этого усилителя 11. С выхода основного регулируемого усилителя ,11 сигнал поступает на

5 два параллельных по входу резонансных фильтра 15 и 16, настроенных на частоты рабочего и контрольного каналов. Отфильтрованные сигналы подаются на синхронные детекторы 17 и 18 соответственно. Опорные

0 напряжения для синхронных детекторов 17, 18 снимаются с донолнительных приемников излучения 19 и 20, принимаемых модулированные модз лятором 4 излучения от дополнительных источников света 21 и 22

5 и формируются в формирователях опорного напряжения 23 и 24 для рабочего и контрольного сигналов соответственно. Выпрямленные напряжения с выходов синхронных детекторов 17, 18 поступают на входы АЦП

д 25 и 26 в рабочем и контрольном каналах, которые через равные промежутки времени выдают коды чисел, пропорциональные входным напряжениям. Цифровое делительное устройство 27 принимает эти числа и

Э делит число из рабочего канала на число из контрольного канала и выдает через равные промежутки времени код числа, пропорциональный отнощению этих чисел. Отнощение двух сигналов в цифровом виде

0 поступает на входы выходного устройства 28, которое состоит из пяти трехразрядных цифро-аналоговыхпреобразователей

(ЦАП). Разрядность ЦАПов определяется точностью применяемого самописца, а количество каналов - разрядностью выходного числа цифрового делительного устройства. В нащем случае 15-ти разрядное двоичное чнсло подается на входы пяти трехразрядных ЦАПов, выход из которых соединен с соответствующим входом пятиканального самописца 29, который регистрирует по каждому каналу значение соответствующих разрядов числа в виде суммы квантованных уровней. С выхода

цифрового делительного устройства 27 числа также поступают на блок сопряжения 30 с внешними цифровыми устройствами, позволяющими автоматизировать дальнейшую обработку информации. Данное изобретение позволяет повысить точность обработки сигналов в широком динамическом диапазоне, так как динамические диапазоны рабочего и контрольного сигналов на выходе основного регулируемого усилителя равны квадратному корню из исходного значения для рабочего сигнала на входе электронной части устройства, что в свою очередь позволило применять несложные фильтры и синхронные детекторы. Формула изобретения Двухлучевой фотометр, содержащий источник излучения, оптическую систему разделения излучения на основной и опорный каналы, последовательно связанные фотоприемник, усилитель с системой автоматического регулирования усиления, два паралдельно включенных синхронных детектора с фотоэлектрической системой синхронизации, аналого-цифровой преобразователь и устройство обработки и регистрации сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, система автоматического регулирования усиления выполнена из последовательно включенных полосового фильтра, усилителя с регулируемым коэффициентом усиления и детектора, выход которого связан с управляющими входами основного и дополнительного усилителей, а вход полосового фильтра связан со входом основного усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство № 535469, кл. G 01 j 1/44, 1974. 2. Зубов В. А. «хЧетоды нзмеренпя характеристик лазерного излучения, М., Наука, 1973, с. 47-48 (прототип),