Фотоэлектрическое устройство Советский патент 1981 года по МПК G01N21/25 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к оптическим устройствам исследования и анализа свойств материалов и может быть использовано преимушественно для контроля одноэкстремального цветного спектра. Оно позволяет непрерывно контролировать положение спектра при его изменении или подстройке в заданном диапазоне длин волн.

Известное контролирующее фотоэлектрическое устройство содержит блок разложения спектра на дискретные участки длин волн по образцовому и контролируемому оптическим каналам и фотоприемник, оптически связанный с обеими названными ,каналами и электрически - с регистрирующим блоком. Контроль спектра производится путем сравнения воздействия на фотоприемник составляющих образцового и контролируемого спектров 1.

Недостаток этого устройства,несмотря на достаточно высокую точность, заключается в наличии механических прецизионных перестраиваемых оптических элементов и больших габаритах, что ограничивает применение этого устройства в некоторых технологических линиях в установках.

Известно также контролирующее фотоэлектрическое устройство, содержа-) щее фотоприемник из трех элементен, спектральная чувствительность которых соответствует трем цветовым зонам МКО, соединенный с вычислительным блоком и регистрирующим устройством. Контроль .положения спектра, с помощью данного устройства, производят

10 по изменению координат цветности 2.

Однако так как в пределах каждой цветовой и соответственно спектральной зоны участки контролируемого спектра интегрируются, то контроль

15 смещения селективного спектра,расположенного в границах какого-либо из зон затруднен. Увеличение числа элементов фотоприемника для повышения точности контроля приведет к усложне20нию вычислительного блока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоэлектрическое устройство, содержащее фотоприемник, выполненный на

25 элементах с последовательно смещенным спектральным распределением чувствительности, и регистрирующий блок 3 .

Однако положение контролируемого

30 спектра с помощью этого устройства определяется с недостаточной точностью, по дискретным интервалам. Все известные устройства обладают или большой сложностью и большими габаритам или низкой точностью. Цель изобретения - повышение точности определения положения спектра в заданном спектральном диапазоне путем программируемого управления спектральным распределением чувствительности устройства и синхронной об работки возникающего при этом элект рического сигнала. Поставленная цель достигается тем что в контролирующем фотоэлектрическом устройстве, содержащем фотоприем ник , выполненный на элементах с последовательно смещенным спектральным распределением чувствительности, и . регистрирующий блок, между фотоприем ником и регистрирующим блоком включе ны время амплитудвый модулятор чувст вительности элементов фотоприемника сумматор, дифференцирующая цепь и из меритель временных интервалов, соеди ненные последовательно, и синхронизатор, подключенный к время-амплитуд ному модулятору чувствительности эле ментов фотоприемника и измерителю временных интервалов. На фиг. 1 изображена функциональ ная схема предлагаемого контролирую щего фотоэлектрического устройства; на фиг. 2 - схематические спектраль ные характеристики; на фиг. 3 - вы ходные сигналы элементов предлагаемого устройства, вырабатываемые за один период. Устройство содержит фотоприемник I,время-амплитудный модулятор 2 чувствительности элементов фотоприем ника, сумматор 3, дифференцирующая цепь 4, измеритель временных интервалов 5, регистрирующий блок б,синх ронизатор 7, спектральная характеристика 8 контролируемого спектра, спектральные характеристики 9, 10, II,12 элементов фотоприемника, спектральные характеристики 13, 14, 15 элементов фотоприемника и сумматора, выходные сигналы 16 сумматора выходные сигналы 17 дифференцирующей цепи, выходные сигналы 18 синхронизатора. Спектральная характеристика 8 контролируемого спектра находится в облас.ти спектрального распределения чувствительности характеристик 9 12 фбтоприемника 1, который в сочетания с сумматором 3 имеет спектрал ную характеристику 13 При статическом положении время-амплитудного мо дулятора 2. Длинноволновый фронт спектральных характеристик 13-15 занимает положение, соответствующее различным состояниям время-амплитуд ного модулятора 2. Устройство работает следующим об разом. Освещают контролируемым спектром лементы фотоприемника 1. Синхронизаором 7 запускают время-амплитудный одулятор чувствительности элеменов фотоприемника, который перемещат фронт спектрального распределения увствительности контролирующего фооэлектрического устройства, наприер длинноволновый, вдоль рабочего пектрального диапазона. Такое переещение фронта достигается путем лавного изменения чувствительности элементов фотоприемника, производимого последовательно со сдвигом во времени для каждого элемента, и последующего суммирования сигналов с этих элементов. Параметры времяамплитудной модуляции при этом вводят в виде программы, обеспечивающей оптимальное согласование элементов фотоприемника для решения задачи оп-. ределения положения конкретного спектра. Когда фронт спектрального распределения чувствительности предлагаемого устройства достигает области, где находится контролируемый спектр, то на выходе сумматора 3 возникает перепад уровня электрического сигнала,который поступает на дифференцирующую цепь 4 .С выхода дифференцирующей цепи 4 при этом вырабатывается импульс 17, поступагадий на вход измерителя временных интервалов 5, на второй вход которого с синхронизатора 7 подается импульс 18, фиксирующий начало запуска время-амплитудного модулятора.Измеритель временных интервалов 5 измеряет временной интервал между импульсом 18, фиксирующим начало рассматриваемого периода и импульсом 17, фиксируклцим положение контролируемого спектра в рабочем спектральном диапазоне, вырабатывая напряжение которое поступает на регистрирующий блок 6. Рассмотренный период работы устройства повторяется с частотой, превышающей частот 1ые характеристики фотоприемника. Таким образом, всякое изменение положения контролируемого спектра фиксируется в регистрирующем блоке предлагаемого контролируемого фотоэлектрического устройства, причем контроль за положением спектра осуществляется непрерывно во всем рабочем диапазоне длин волн. Данное устройство может быть проградуировано по образцовому спектру с целью получения данных об относительном смещении контролируемого спектра или для непосредственного отсчета смещения в д-линах волн. Введение в контролирующее фотоэлектрическое устройство последовательно соединенных время-амплитудного модулятора чувствительности элементов фотоприемника, сумматора, дифференцирующей цепи и измерителя временных интервалов, включенных между фотоприемником и регистрирующим бло ком, а также синхронизатора, подклю ченного к время-амплитудному модуля тору чувствительности элементов фот приемника и измерителю временных ин тервалов, позволило без усложнения оптической и при простом изменении электрической схем осуществить непр рывное слежение за спектром и тем самым существенно повысить точность определения положения спектра в рабочем спектральном диапазоне. В данном контролирующем фотоэлек рическом устройстве положение иссле дуемого спектра в рабочем видимом диапазоне длин волн определялось с точностью « 10 им. Предлагаемое устройство может работать в широком спектральном диа пазоне, так как этот диапазон форми руют из набора частично перекрывающихся спектральных характеристик эле ментов фотоприемника с независимым для каждого из них фотоэлектрическим преобразованием. Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства заключаются в том, что его использование позволяет осуществлять контроль опти ческого спектра в тех случаях, когда применение более простых методов (визуальный контроль, сравнение с эталонной карточкой) недостаточно, а использование более точных устройств, спектрометров, экономически не оправдано или не осуществимо по условиям эксплуатации или больших габаритов. Предлагаемое устройство наиболее применимо при работе с селективными спектрами, вид которых и возможные, положения на шкале дЛин волн известны, но требуется определить это положение в момент контроля или исследования. Оно применимо при оптическом контроле толщин тонких пленок методом сопротивления цветов, при контроле состояния термохромных жидкокристаллических пленок, при контроле излучения полупроводниковых источников света, допускающих подстройку излучаемого света по частоте, при контроле спектра отражения некоторых цветных эмалей, красок, растворов. Формула изобретения Фотоэлектрическое устройство,содержащее фотоприемник, выполненный на элементах с последовательно смещенным спектральным распределением чувствительности, и регистрирукнций блок, отличающееся тем, что, с целью повьаиения точности определения положения спектра в заданном спектральном диапазоне, между фотоприемником и регистрирующим блоком включены время-амплитудный модулятор чувствительности элементов фотоприемника, cytviMaTop, дифференцирую щая цепь и измеритель временных интервалов, соединенные последовательно, и синхронизатор, подключенный к время-амплитудному модулятору чувствительности элементов фотоприемника и измерителю временных интервалов Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии. М., изд-во Московского университета, 1977, с.199203, 376. 2.Джадд Д. и др. Цвет в науке и технике. М., Мир, 1978, с. 155182, 577. 3.Авторское свидетельство СССР № 306403, кл. G01 N 21/58, 1968 (прототип).