Устройство для измерения потока оптического излучения Советский патент 1981 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для точного измерения малых количеств энергии излучения. По основному авт. св. № известно устройство для измерения поток оптического излучения, содержащее ФЭУ с модулятором источника питания, оптическую систему, детектор напряжения частоты модуляции источника питания, регистрирующий прибор, автогенератор, амплитудный детектор высокочастотного напряжения автогенератора, вход которого соединен с промежутком анод-динод ФЭУ, причем анод ФЭУ соединен с общей шиной указанного источника питания, выход автогенератора через амплитудный детектор высокочастотного напряжения автогенератора связан с детектором напряжения частоты модуляции источника питания, при этом ав-. тогенератор выполнен на транзисторе с общей базой с двухконтурной колебательной системой коллекторной цепи и снабжен кварцевым резонатором. Недостатком устройства является его ограниченная чувствительность. Цель изобретения - повышение чувствительности. Для достижения указанной цели в известном устройстве измерения потока оптического излучения, содержащем ФЭУ с модулятором источника питания, оптическую систему, детектор напряжения частоты модуляции источника питания, регистрирующий прибор, автогенератор, амплитудный детектор высокочастотного напряжения автогенератора, вход которого соединен с промежутком анод-динод ФЭУ, причем,анод ФЭУ соединен с общей шиной указанного источника питания, выход автогенератора через амплитудный детектор высокочастотного напряжения автогенератора связан с детектором напряжения частоты модуляции источника питания, автогенератор выполнен параметрически 3 и состоящим из трех варикапов, высокочастотного трансформатора, генератора накачки, переменного конденсатора и последовательной цепочки из резистора и катушки индуктивности, соединяющей динод ФЭУ, катоды двух варикапов и выход генератора накачки со входом генератора накачки и анодом третьего варикапа, причем с обкладками переменного конденсатора связаны соответствующие катоды двух варикапов и входная обмотка высокочастотного трансформатора, средняя точка которой связана с общей шиной устройства, а входная обмотка - со входом детектора. На чертеже показана структурная схема устройства Устройство содержит ФЭУ 1, источник питания 2 умножителя, модулятор напряжения 3 источника питания, высо кочастотный трансформатор k, первич ная обмотка которого совместно с конденсатором 5 и двумя варикапами 6 7 образует параллельный резонансный контур, переходный конденсатор 8, генератор частоты накачки 9, параллельно колебательному контуру 10, 1 которого последовательно с разделительным конденсатором 12 подключен варикап 13, разделитег1ьную цепь, со тоящую из резистора 1t и катушки ин дуктивности 15, промежуток анод-динод 16 подключен между общей шиной устройства и анодами варикапов резонансного контура, амплитудный детектор высокочастотного напря)кения автогенератора 17, на вход которого подключена вторичная обмотка высоко частотного трансформатора, фильтр частоты модуляции фототока 18, детектор 19 напряжения частоты модуля ции источника питания и регистрирую щий прибор 20. Элементы в сумм представляют собой автогенератор. Первичная обмотка высокочастотно трансформатора отводом от средней точки, подсоединена к общей шине уст ройства, а ее концы соединены с обкладками переменного конденсатора 5 и с катодами варикапов 6, 7. Выход генератора накачки 9 через переходной конденсатор 8 подключен к соеди ненным совместно анодам варикапов 6 7. К той же точке, соединенной с ди нодом ФЭУ, подключена также раздели тельная цепь1 Ц, 15 для подачи смещения на анод варикапа 13 в контуре генератора накачки 9. 8 Устройство работает следующим образом. До измерения потока излучения резонансный контур k-7 настраивается с помощью конденсатора 5 на частоту, равную половине частоты генератора накачки 9. Резонансный контур параметрического генартора выполнен по алансной симметрической схеме, поэому на выходной обмотке высокочастотного трансформатора напряжение частоты накачки практически отсутствует. На варикапы 6, 7 подаются небольшие смещения, соответствующие области большой крутизны характеристики нелинейной емкости варикапов. Параметрический генератор находится в недовозбужденном состоянии; для недовозбужденной системы, когда еще можно пренебречь нелинейными эффектами, амплитуда колебаний в контуре пропорциональна амплитуде внешней силы, это нарастание колебаний в присутствии малого сигнала, лежащее в основе параметрических усилителей, проявляется наиболее резко вблизи нулевого состояния равновесия, что соответствует нашему случаю измерения малых и сверхмалых потоков излучения. В качестве сигнала, воздействующего на контур параметрического усилителя , в устройстве принято изменение напряжения на промежутке анод-динод. При измерении потока оптического излучения протекающий через ФЭУ фототок приводит к изменению величины сопротивления промежутка анод-динод 16 и к уменьшению напряжения на диноде ФЭУ, а также на анодах варикапов 6, 7. Возникающий сигнал на частоте, равной половине частоты накачки, после усиления в параметрическом усилителе подается на вход детектора 17. Далее сигнал поступает на фильтр частоты модуляции 18 и после детектора 19 низкой частоты - на регистрирующий прибор 20. Изменяющееся в процессе измерений напряжение на промежутке анод-динод 1б через резистор It и индуктивность 15 подается также на анод варикапа 13, включенного в качестве элемента частото-задающего контура генератора накачки 9. Такое включение позволяет уменьшить до минимума снижение чувствительности параметрического усилителя из-за расстроечного механизма ограничения амплитуды субгармоники частоты накачки. Расстроечный 58 механизм обусловлен ростом средней емкости варй капов, в результате чего собственная частота уходит, при этом ухудшаются условия передачи энергии от генератора накачки к возбужденным колебаниям субгармоники. В процессе измерений изменяющееся напряжение на промежутке анод-динод воздействует на контур параметрического усилителя и одновременно автоматически корректирует Частоту генератора накачки, препятствуя расстройке. Все это вместе, включая использование резистивных свойств промежутка анод-динод ФЭУ, позволяет значительно увеличить чувствительность фотометра. Данное изобретение позволяет получить информацию о сигнале при высоком уровне шумов. Параметрическое усиление, при котором энергия черпается из источника напряжения накачки обладает преимуществом перед полупроводниковыми и другими усилителями, в которых уровень шумов относительно высок из-за дробовых, диффузных и других эффектов. 8 формула изобретения Устройство для измерения потока оптического излучения по авт.св. № , отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, автогенератор выполнен параметрическим и состоящим из трех варикапов, высокочастотного трансформатора, генератора накачки, переменного конденсатора и последовательной цепочки из резистора и катушки индуктивности, соединяющей динод ФЭУ, катоды двух варикапов и выход генератора накачки и анодом третьего варикапа, причем с обкладками переменного конденсатора связаны соответствующие катоды двух варикапов и входная обмотка высокочастотного трансформатора, средняя точка которой связана с общей шиной устройства, а выходная обмотка - со входом детектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР ff 614336, кл. G 01 Z l/if, 1978 (прототип) .