Фотометр

 

ФОТОМЕТР, содержащий фотодиод , катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя, неинвергирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с инвертирующим входом компаратора , неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения , а выход - с входом одновибратора , и генератор компенсирующего тока, отличающийся тем, что, сцелью расширения динамического диапазона и упрощения устройства, в него введены образцовый источник напряжения и коммутирующий элемент, вход управления которого соединен с выходом одновибратора, два его входа соединены соответственно с образцовым источником напряжения и генератором компенсирующего тока, а его выход соединен с инвертирующим вхо (Л дом усилителя,, вьгход которого соединен с анодом фотодиода.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) am С 01 J 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " "

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3623927/18-25 (22) 15.07.83 (46) 30.09.84. Бкл . y- 36 (72) Л.П.Гурьев, А.Г.Коэачок и В.Г.Нечаев (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.381 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 949347, кл. G 01 J 1/44, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

В 857780, кл. С 01 J 1/44, 1981 (прототип) . (54) (57) ФОТОИЕТР, содержащий фотодиод, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход — с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход — с входом одновибратора, и генератор компенсирующего тока, отличающийсятем, что, с целью расширения динамического диапаэона и упрощения устройства, в него введены обраэцовый источник напряжения и коммутирующий элемент, вход управления которого соединен с выходом одновибратора, два его входа соединены соответственно с образцовым источником напряжения и генератором компенсирующего тока, а его Е

Р выход соединен с инвертирующим входом усилителя, выход которого соединен с анодом фотодиода. С:

1 1116325

Изобретение относится к области л фотометрии, связанной с цифровой а обработкой оптической информации, и может быть использовано для построе- с ния устройств ввода оптических изображений в ЭВИ. к

Известен фотометр, содержащий усилитель, инвертирующий вход которо- в го соединен с одним электродом фото- щ диода, пороговое устройство, вход 10 т которого соединен с выходом усили- и теля и с другим электродом фотодиода, н причем неинвертирующий вход усилите- о ля соединен с общей шиной источника с питания f1) . т

Недостатком известного устройства р является невозможность измерения ж постоянных осевых потоков.

Наиболее близким по техническому д решению к предлагаемому является фо- к тометр, содержащий фотодиод, катод с которого соединен с инвертирующим у входом усилителя, неинвертирующий н вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход — с инверти-25 рующим входом компаратора, неинвер- р тирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а н выход — с входом одновибратора, и п генератор компенсирующего тока )2j .

Недостатками указанного фотометра являются сложность схемы и невозмож" ность измерения малых световых потоков, так как в нем не производится

3$ компенсация темнового тока фотодиода.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона и упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что в фотометр, содержащий фотоциод, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход

45 инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход — с входом одновибратора, и генератор компенсирующего тока, вве- 50 дены образцовый источник напряжения и коммутирующий элемент, вход управления которого соединен с выходом сщновибратора, два его входа соединены соответственно с образцовым источником напряжения и генератором компенсирующего тока, а его выход соединен с инвертирующим входом усиителя, выход которого соединен с н одом ф от одиода .

На чертеже показана схема устройтва.

Устройство содержит фотодиод атод которого соединен с инвертирующим входом усилителя 2, а анод — с

ыходом усилителя 2 и с инвертируюим входом компаратора 3, неинверирующий вход компаратора 3 соедиен с источником опорного напряжеия 4, а выход соединен с входом дновибратора 5, выход одновибратора оединен с входом управления коммуирующего элемента б, первый коммутиуемый вход которого соединен с полоительным BblBGpoM образцового источника напряжения 7, второй — с выхоом генератора 8 компенсирующего тоа, выход коммутирующего элемента б оединен с инвертирующим входом силителя 2 и с катодом фотодиода еинвертирующий вход усилителя 2 содинен с шиной нулевого потенциала.

Устройство работает следующим обазом.

В момент включения фотометра одовидратор 5 вырабатывает стабильный о длительности импульс, который поступает на управляющий вход коммутирующего элементà 6. .Коммутирующий элемент б подключает инвертирующий вход усилителя 2 к положительному выводу образцового источника напряжения 7, и на выходе усилителя

2 устанавливается отрицательное напряжение, которое вызывает заряд барьерной емкости фотодиода 1. По окончании импульса одновибратора 5 коммутирующий элемент б подключает к инвертирующему входу усилителя 2 источник 8 компенсирующего тока.

Длительность импульса одновибратора 5 выбирается такой, чтобы полностью обеспечить заряд барьерной емкости фотодиода 1. В момент окончания импульса одновибратора 5. барьерная емкость фотодиода начинает разряжаться под действием фототока, вызванного падающим на фотодиод 1 световым потоком, а также и темновым током фотодиода 1.

По мере разряда барьерной емкости, фотодиода 1 выходное напряжение усилителя 2 возрастает, и когда оно ста нет равным напряжению опорного источника 4, происходит cpàáàòûâàíèå компаратора 3, имнул .с с выхода

16325

Следовательно

К .

ВЫХ К-1

К 1

"Вы g (U.макс Оьр С) t

t )dt о

1 о а входное напряжение

Usx с Вьц

Составитель А.Чубаков

Редактор Л.Веселовская Техред А.Бабинец Корректор С.Черни

Заказ 6920/33 Тираж 822 Подписное

ВННН1ТН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 11 которого запускает одновибратор 5 и, следовательно, цикл работы фотометра повторяется.

В момент и окончания импульса одновибратора 5 напряжение на выходе усилителя 2 достигает максимального отрицательного значения

У напряжение на его инвертирующеи входе равно напряжению образцового источника 6 (Uosp) следовательно, барьерная емкость С фотодиода 1 заРЯжена до напРЯжениЯ Пмокс + U06p °

Если усилитель 2 полностью сбалансирован и его входные токи малы, то емкость Ср с одной стороны разряжается фототоком I и темновым током I< фотодиода 1, а с другой стороны подзаряжается током генератора

Э

8 компенсирующего тока. Следовательно, напряжение U на барьерной емкости фотодиода 1 равно

1

" =Цс1кс 1оБ (р т ком1 о

Если выбрать ток компенсации Т„„м равный темновому току фотодиода I то выражение упрощается

t ! î

Выходное напряжение усилителя с коэффициентом усиления К равно

Подставляя И, из (1) получим l0

Учитывая что цикл работы фотометЪ ра повторяется при равенстве выходного напряжения усилителя 2 и напряжения опорного источника 4 (U> ), из выражения (2) легко определить пери-. од этого цикла для постоянного свето1S вого потока

20 Таким образом, период следования импульсов определяется интегральной освещенностью фотодиода за время периода.

Предел измерения больших яркостей

25 определяется в основном быстродействием коммутирующего элемента 6, усилителя 2, компаратора 3. Погрешность преобразования малых освещенностей определяется в основном дрейфами смещ щения нуля усилителя и темнового тока фотодиода. Компенсация темнового тока фотодиода значительно расширила диапазон в сторону малых освещенностей.

Применение предлагаемого фотометра позволяет повысить точность преобразования и расширить диапазон преобразования световых потоков .