Фотометр

 

ФОТОМЕТР, содержапщй источник света, оптическую систему для формирования измерительного и опорного каналов, установленные по ходу излучения, модулятор, вьтолненнь1й в . виде дкска, фотопреобразователь с подключенными к нему последовательно усилителем, фильтром, синхронным детектором, схемой обработки выходного сигнала и регистратором, a также систему для формирования двух дополнительных опорных каналов с двумя фотопреобразователями, отличающийся тем, .что, с целью повьшения чувствительности, в нем фильтр выполнен, полосовым. резонансная частота которого соответствует частоте минимального уровня шумов фотопреобразователя, в модуляторе на отдельных концентрических окружностях вьтолмены полукольцевая прорезь, на одной половине модулятора, 1 отверстий для модуляции лучей, расположенных на полуокружности другой половины модулятора равномерно с расстояниями между отверстиями, равными их диаметру, я 2г отверстий, размещенш-тх равномерно по окружности, расположенной между окружноетяьда, на которых выполнены полукольцевая прорезь ип отверстийтак , что половина их находится на одних радиусах с отверстиями для модуляции лучей, где п«10-40, a схема обработки выходного сигнала выполнена из соединенных последовательно фильтра низких частот, компаратора , к второму входу которого подключен генератор экспоненциального напряжения и реверсивного счетчика, к второму входу которого подключ.ен выход генератора-тактовой частоты, при этом к второму входу синхронного детектора и третьему входу реверсивного счетчика подсоединены выходы дополнительных фотопреобразователей.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) ЗЮ9 G 01 J 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

»»» с

Ф;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOhlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3620211/18-25 (22) 15.06.83 (46) 23.10.84. Вюл. В 39 (72) В.В.Спиридонов и А.И.Чепьюкенко (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН Украинской ССР (53) 621.383.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 827983. кл, G 01 J 1/44, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

9 817488, кл. С 01 J 1/44, 1981 (прототип) . (54)(57) ФОТОМЕТР, содержащий источник света, оптическую систему для формирования измерительного и опорного каналов, установленные по ходу излучения, модулятор, выполненный в виде диска, фотопреобразователь с подключенными к нему последовательно усилителем, фильтром, синхронным детектором, схемой обработки выходного сигнала и регистратором, а также систему для формирования двух дополнительных опорных каналов . с двумя фотопреобразователями, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в нем фильтр выполнен. полосовья, резонансная частота которого соответствует частоте минимального уровня шумов фотопреобразователя, в модуляторе на отдельных концентрических окружностях выполнены полукольцевая прорезь, на одной половине модулятора,п отверстий для модуляции лучей, расположенных на полуокружности другой половины модулятора равномерно с расстояниями между отверстиями, равными их диаметру, и 2п отверстий, размещеннкх равномерно по окружности, расположенной между окружностяии, на которых выполнены полукольцевая прорезь и и отверстий так„ что половина их находится Е на одних радиусах с отверстиями для модуляции лучей, где и 10-40, а схема обработки выходного сигнала выполнена из соединенных последовательно фильтра низких частот, компарато- Я ра, к второму входу которого подключен генератор экспоненциального напряжения и реверсивного счетчика, к второму входу которого подключен выход генератора-тактовой частоты, при этом к второму входу синхронного детектора и третьему входу реверсивного счетчика подсоединены выходы дополнительных фотопреобразователей.

1120176

Изобретение относится к оптикоэлектронному приборостроению и может быть использовано в оптических измерителях прозрачности и в спектрофотометрах, 5

Известен двухлучевой фотометр, содержащий установленные последовательно источник света, светоделительное устройство, оптические тракты, модулятор, фотопреобразователь с регули- 10 руемым коэффициентом усиления, электрический коммутатор и дифференциальный усилитель 1.1 3.

Недостатком фотометра является наличие неисключенной шумовой состав- 15 ляющей фотопреобраэоателя, что снижает точность измерений. При этом в фотометрах используется обтюрация (прерывание) светового луча. Это позволя-. ет исключить влияние внешней засчет 2п ки от посторонних источник (солнца, фонари, и т.п.), но не устраняет влияния шумовой составляющей фотопреобразователя, так как во время прохождения опорного либо измерительного р5 лучей электрические сигналы с вьмода фотопреобразователя кроме полезной информации содерЖат весь спектр шума фотопреобразователя в полосе частот от нуля до предельной частоты, опре- 30 деляемой свойствами самого фотопреобразователя. Величина этого шума может достигать нескольких сотен милливольт для фотоэлектронных умножителей и десятков милливольт для фотодисщов.

Таким образом, собственный шум фотопреобраэователя:ограничивает чувствительность фотометров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 40 фотометр, содержащий источники света, оптическую схему для формирования измерительного и опорного каналов установленных по ходу излучения модулятор, выполненный в виде диска, фотопреобразователь с подключенным к нему последовательно усилителем, фильтром, синхронным детектором, схемой обработки выходного сигнала и регистратором, а также систему для формирования двух дополнительных опорных каналов с двумя фотопреобраэователями 23.

К недостаткам устройства следует отнес1и невысбкую чувствительность, 55 сложность устройства и на ичие погрешностей измерения, что обусловлено следующими причинами.

Использование модуляции световых лучей не исключает низкочастотную шумовую составляющую, так как применен фильтр верхних частот, который пропускает весь низкочастотных сигнал от нуля до полосы среза фильтра, а основная часть шумовой составляющей фотопреобразователей лежит в об- . ласти низких частот (от 0 до 1 кГц).

Поэтому схема выделения и обработки сигнала не позволяет получить оптимальное соотношение сигнал/шум и тем самым добиться высокой чувствительности измерения.

Модуляция измерительного и опорного сигналов осущеСтвляется на разных частотах. Это приводит к необходимосс ти применения двух фильтров (или коммутируемого фильтра) для выделения электрических сигналов измерительно,— го и опорного лучей, что усложняет устройство.

Минимальный уровень шума фотопреобразователя соответствует одной частоте (для каждого типа фотопреобразователя значение этой частоты может изменяться). Поэтому модуляция двух сигналов одновременно на разньм частотах не позволяет уменьшить шумовую составляющую по одному из сигналов.

Применение параллельной схемы прохождения опорного и измерительного лучей, при которой на вход фотопреобразователя поступает сумма мощностей обоих лучей, приводит к необходимости обеспечить динамический диапазон фотопреобразователя и усилителя, почти вдвое больший по сравнению с последовательной схемой, что ведет к усложнению электронной. схемы.

Для обеспечения погрешности измерения в пределах 13 коммутируемый фильтр должен иметь коэффицйент затухания неосновной гармоники не менее 40 дБ. Получение такой характеристики фильтра простым переключением одного конденсатора для низких частот представляется сложной задачей.

Применение в оптической системе зеркал и устройств для формирования двух лучей (призмы или светоделительные пластины) является причиной наличия в фотометре рассеянного света, который, попадая на фотопреобразователь, служит источником дополнительных погрешвостер измерения. Для исключения этого рассеянного света необходимо

3 11201 использовать дополнительные устройства, усложняющие конструкцию фотометра.

Применение двух дополнительных источников света для формирования управляющих сигналов .приводит к увеличению потребляемой мощности фотометра, что ограничивает применение фотометра особенно в автономных изме.рительных комплексах. 10

Цель изобретения — повышение чувствительности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в фотометре, содержащем 15 источник света, оптическую систему для формирования измерительного и опорного каналов, установленные по ходу излучения, модулятор, выполненный в виде диска, фотопреобразователь с подключенными к нему последовательно усилителем, фильтром, синхронным детектором, схемой обработки выходного сигнала и регистратором, 25 а также систему для формирования двух дополнительных опорных каналов с двумя фотопреобразователями, в нем фильтр выполнен полосовым, резонансная,частота которого соответствует частоте минимального уровня шумов фотопреобразователя, в модуляторе на отдельных концентрических окружностях выполнены полукольцевая прорезь, на одной половине модулятора tLотверстий для модуляции лучей,, распо-З5 ложенных на полуокружности другой половины модулятора равномерно с расстояниями между отверстиями, равными их диаметру и 2п отверстий, размещенных равномерно по-окружности, распо- <0 ложенной между окружностями, на которых .выполнены полукольцевая прорезь и и- отверстий так, что половина их находится на одних радиусах с отверстиями для модуляции лучей, где и = 10"<5

40, а схема обработки выходного сигнала выполнена из соединенных последовательно фильтра низких частот, компаратора, к второму входу которого подключен генератор экспоненциально- 50 го напряжения и реверсивного счетчика, к второму входу которого подключен выход генератора тактовой частоты, при этом к второму входу синхронного детектора и третьему входу ре- 55 версивного счетчика подсоединены выходы дополнительных фотопреобразователей.

На фиг. 1 приведена структурная схема фотометра; на фиг. 2 — вариант выполнения модулятора; на фиг. 3 временные диаграммы напряжений на выходах блоков измерительного тракта; на фиг. 4 — усредненная спектральная характеристика шумов фотопреобразователя.

Фотометр содержит источник 1 света, световоды 2 — 5 конденсатор 6, модулятор 7, объектив 8, рабочий объем 9, фотопреобразователи 10 — 12, усилитель 13, полосовой фильтр 14, синхронный детектор 15, фильтр 16 низких частот, компаратор 17, реверсивный счетчик 18, регистратор 19, генератор 20 экспоненциального напряжения и генератор 21 тактовой частоты.

Световоды 2-5, конденсор 6 и объектив 8 образуют оптическую систему для формирования измерительного и опорного световых лучей. По ходу измерительного светового луча установлен конденсор 6, объектив 8, рабочий объем 9, фотопреобразователь 10.

К выходу фотопреобраэователя 10 подключены последовательно усилитель 13., полосовой фильтр 14, синхронный детектор 15, фильтр 16 низких частот, компаратор 17, реверсивный счетчик 18, регистратор 19.

К второму входу синхронного детектора 15 подключен выход дополнительноro фотопреобразователя 12, к второму входу компаратора 17 — генератор 20 экспоненциального напряжения.,К второму и третьему входам реверсивного счетчика 18 подсоединены выход допол- . нительного фотопреобразователя 11 и генератора 21 тактовой частоты.

Между конденсором 6 и объективом 8 установлен модулятор 7. Он предназначен для последовательной модуляции измерительного и опорного лучей .и для формирования управляющих световых сигналов для измерительного тракта. Модулятор выполнен в виде плоского диска, вращаемого с постоянной скоростью, например, электродвигателем типа ДМП-20 (не показан).

В модуляторе выполнены полукольцевая прорезь с радиусом 2О мм и шириной 2 мм, десять отверстий диаметром

5 мм на полуокружности радиусом

31,83 мм другой половины диска, с расстояниями между отверстиями, равными диаметру отверстий 5 мм

1120176 двадцать отверстий диаметром 3,9 мм расположенных на окружности радиусом 25 мм равномерно и таким образом, что половина отверстий находится на одних радиусах с окружностями диамет- э ром 5 мм (фиг. 2).

Отверстия, диаметром 5 мм предназначены для модуляции измрительного и опорного лучей, отверстия диаметром 3,9 мм — для синхронизации работы синхронного детектора 15, полукольцевая прорезь — для синхронизации работы реверсивного счетчика 18.

С одной стороны модулятора 7 (фиг. 1) установлены: световод 2 от источника 1 света до кольцевой прорези, световод 3 от источника 1 света к отверстиям диаметром 3,9 мм, световод 4 от источника 1 света к отверстиям диаметром 5 мм.

С другой стороны модулятора 7 расположены: фотопреобразователь 11 против прорези, фотопреобразователь 12 против отверстий диаметром

3,9 мм.

20

Источник 1 света предназначен для создания светового потока измерительного и опорного лучей и дополнительных лучей для фотопреобраэователей 11 и 12. В качестве источника используется, например, лампа накаливания типа ОПЗ вЂ” 0,25.

Световоды 2 — 5 служат для передачи световой энергии от источника 1 света к модулятору 7 и от мо улято35 ра 7, к фотопреобразователю 10 (световод 5 установлен между модулятором 7 и фотопреобраэователем 10).

Световоды выполнены из набора стеклянных волокон. диаметром 20-40 мкм, количество волокон в наборе — около 200. Диаметр световодов должен быть меньше диаметров отверстий в модуляторе.

Конденсор 6 предназначен для формирования тела накала источника 1 света в плоскости модулятора 7 и представляет собой линзу с фокусным расстоянием 15 мм. Объектив 8 служит для формирования параллельного изме50 рительного луча для направления его в рабочий объем 9. Фокусное расстояние объектива 8 равно 180 мм, при этом угол расхождения параллельного луча составляет 10 мин., Фотопрефбразователь 10 предназначен для преобразования световых сигналов в пропорциональные значения электрического тока. В качестве его используется, например, фотоэлектронный умножитель типа ФЭУ вЂ” 100.

Фотопреобраэователи 11 и 12 служат для преобразования дополнительных световых лучей в электрические импульсы управления и синхронизации работы измерительного тракта и могут быть представлены фотодиодами типа ФД-23.

Усилитель !3 используется как повторитель напряжения для согласования выходного сопротивления фотопреобразователя 10 и выходного сопротивления полосового фильтра 14.

В качестве усилителя 13 может быть использован операционный усилитель типа 544УД1Б.

Полосовой фильтр 14 предназначен для выделения первой гармоники частоты модуляции из входного электрического сигнала и может быть выполнен, например, на микросхемах серии 298 ФВ и 298 ФН.

Синхронный детектор 15 служит дйя преобразования синусоидального электрического сигнала с выхода полосового фильтра 14 в пропорциональное постоянное напряжение, которое фильтруется фильтром 16 низких частот, Синхронный детектор 15 представляет собой управляемый ключ серии 590 КН5, а фильтр 16 низких частот — резистор и интегрирующий конденсатор.

Компаратор 17 предназначен для преобразования постоянного напряжения, поступающего с выхода фильтра -16 низких частот, в импульс, длительность которого пропорциональна натуральному логарифму входного напряжения. Он может быть выполнен на операционном усилителе серий К140.

Реверсивный счетчик 18 служит для преобразования длительности импульса в пропорциональный двоичный код и выполнен на микросхеме серии

564 ИЕ 11.

Регистратор 10 осуществляет наглядную индикацию выходного сигнала, он включает в себя цифроаналоговый преобразователь.и световое табло.

Генератор 20 предназначен для вырабатывания импульсов напряжения, задние фронты которьк изменяются по экпоненциальному закону. Для этой цели может быть использован ключ и конденсатор. Ключ периодически

1120176 подключает напряжение+9 В конденсатору, который заряжается до этого напряжения. В следующий момент ключ отключает питание, и происходит разряд конденсатора через нагруэочный 5 резистор. Это напряжение подается на второй вход компаратора 17.

Генератор 2 1 формирует сигнал в виде меандра частотой 1 мГц и подает еro на второй вход реверсивного счетчика 18. Генератор 21 может быть выполнен на микросхеме серии К 564.

Фотометр работает следующим образом.

Излучение от источника 1 света конденсором 6 фокусируется в плос-кость модулятора 7 и попадает в объектив 8, где преобразуется в параллельный пучок. Проходя рабочий объем 9 и испытывая при этом 20 ослабление исследуемой средой, излучение попадает на вход фотопреобразователя 10. Вращающийся модулятор 7, периодически перекрывая измерительный световой луч, модулирует его на частоте 10 кГц.

Опорный световой луч по световоду 4 поступает на -модулятор 7 одновременно с измерительным и в течение времени прохождения измеритель- 30 ного луча модулятором 7 перекрыт.

С выхода фотопреобразователя 10 через усилитель 13 сигнал с частотой 10 кГц поступает на вход полосового фильтра 14 (фиг. Зд) . В сигнале, поступающем на вход фильтра 14, кроме полезной информации содержится весь спектр шума сигнала фото,преобраэователя 1О. Полосовой фильтр 14 выделяет первую гармонику частоты модуляций IO кГц, тем самым максимально уменьшая шумовую составляющую сигнала фотопреобразователя.

С выхода фильтра 14 сигнал поступает на первый. вход синхронного детекто- 45 ра 15, на второй вход которого поступает синхронизирующий сигнал с фотопреобразователя 12 (фиг.. 3 ), на вход которого поступает ио световоду 3 световой луч, модулированный двадцатью отверстиями модулятора 7.

Продетектированный сигнал с выхода детектора 15 поступает на вход фильтра 16 низких частот, где преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное измерительному сигналу на входе фотопреобразователя 10 (фиг. 3 g). С выхода фильтра 16 постоянное напряжение поступает на первый вход компаратора 17, на второй вход которого с генератора 20 поступает напряжение, изменяющееся по экслоненциальному закону (фиг. 3 ь ), В момент совладения напряжений на первом и втором входах компаратора 17 на его выходе формируется импульс, длительность которого пропорциональна натуральному логарифму постоянного напряжения по первому входу компаратора (фиг. 3 у ) .

Этот импульс поступает на первый вход реверсивного счетчика 18, на второй вход которого с выхода генератора 21 подается тактовая частота

1 мГц. На третий вход счетчика 18 в течение всего времени прохождения измерительного сигнала поступает управляющий импульс с виде логической единицы с выхода дополнительного фотопреобразователя 11, на вход которого через полукольцевую прорезь в модуляторе 7 подается световой луч от источника 1 света по световоду 3 (фиг. 3 g ). Таким образом, в счетчике 18 записывается количество импульсов, пропорциональное длительности импульса по первому входу счетчика.

По истечении времени поворота модулятора 7 на 180 на фотопреобразователь 10 по световоду 5 поступает опорный луч, модулируемый модулятором 7 с частотой 10 кГц (как и измерительный луч). Путь и время прохождения опорного сигнала те же самые, что и для измерительxoro. Отличие заключается лишь в управляющем сигнале с дополнительного фотопреобразователя 11. В течение всего speMeни прохождения опорного луча на третий вход счетчика 18 поступает управляющий сигнал в виде логического нуля, так как на этой полуокружности модулятора 7 прорези нет, и световой сигнал са световода 2 перекрыт. При этом реверсивный счетчик 18 производит вычитание из кода измерительного сигнала код опорного сигнала.

Следовательно, после каждого полного оборота модулятора 7 в реверсив; ном счетчике 18 записывается код, равный разности натуральных логарифмов опорного и измерительного сигналов, по которому на регистраторе 19 получают информацию о вели9 1120176 1О

Диаметр. модулятора ограничивается внутренним диаметром корпуса фотометчине ослабления светового сигнала исследуемой средой, Оптическая схема содержит световоды, установленные между источником света и модулятором, модулятором 5 н фотопреобразователем, и диаметры световодов меньше диаметров отверстий в модуляторе.

В предлагаемом фотометре вместо параллельной схемы прохождения све- 10 тового и электрических сигналов применена последовательная схема, при которой модуляция опорного и измерительного световых лучеи осуществляется одним модулятором на одной часто- f5 те, соответствующей минимальному. уровню шума фотопреобразователя, что позволяет увеличить чувствительность фотометра;

Пределы для и числа отверстий в модуляторе установлены следующим образом.

Для каждого фотопреобразователя существует область мнимального уровня собственных шумов, частотный спектр 25 которых определяется дробовыми шумами фотокатода и эмнттеров, эффектом .мерцания (фликкер-эффект) катода и эмиттеров, а также термошумами сопротивления нагрузки. Определяется З0 зта область для каждого фотоприемника индивидуально, и минимальное значение уровня шума имеет различное абсолютное значение (изменяется от 0,5 до 10 мкВ/Гц) .

Таким образом, формулировка "минимальный уровень шума фотопреобразователя" обозначает минимальное значение шума для данного фотопреобразователя или типа фотоприемника.

Именно этот шум ограничивает чувствительность фотометров.

Исследованы спектральные характе-, ристики шумов для фотопреобразователей типов ФЭУ-100 и ФЭУ-86 {партии по 10 шт.). Усредненная спектральная характеристика шумов фотопреобразоваэеля представлена на фиг. 4.

Полученные результаты показали, что для.фотопреобразователей ука- 5О занных типов минимальный уровень собственных шумов соответствует частотам, равным или превышающим 1 кГц.

Следовательно, и частота модуляции лучей Fpr должна находиться в этом диапазоне. ра. Для создания малогабаритных, компактных фотометров (в частности, для океанографии) диаметр модулятора не должен превышать 70 — 80 мм.

Реально изготовленный модулятор имеет диаметр 72 мм, а отверстия для модуляции лучей выполнены на окружности диаметром D, равным 68 мм.

Так как расстояния между отверстиями должнц быть равны диаметру отверстий (для обеспечения постоянной частоты модуляции со скважностью 2), можно записать

-=---=2nd ф МП

2 2 (1) где — длина окружности, на которой расположены отверстия для модуляции лучей; = 3,14;

D — - диаметр этой окружности,,D -- 68 мм; п — число отверстий для модуляцйи лучей;

d — диаметр отверстия для модуляции лучей.

Отсюда число отверстий для модуляции лучей и (—.

ХЭ

4п (2)

Диаметр отверстия d для модуляции лучей ограничивается световым диамет-, ром световода и коэффициентом заполнения отверстия.

Световой диаметр световода d ц г не может быть менее 1 мм (по технологическим соображениям). Коэффициент заполнения отверстия К „„ для исключения влияния биения узла модулятора целесообразно выбирать равным 0,8.

Поэтому диаметр отверстия

dcsel

d Ъ вЂ” — — i >i 1,25 мм.

1,„„0,8

Следовательно, число отверстий м 68 и 4 — -» —. 4 40.

4 .1,25

Частота модуляции лучей F может быть записана как

Уаод=2п РАЬиг» (З) где F+Ier частота вращения двигателя модулятора.

Обычно применяют двигатели (например, типа ДПИ-09, ЛПИ-25) с числом оборотов от (2500 750) до (6000И1200) об/мин.

Для обеспечения частоты модуляз ции Р = 1 кГц (согласно п.1) число отверстий и соответствующая скорость

1120176

12 вращения двигателя приведены ниже: и 40 10 9 8 6 5

Рррнг 750 3000 3300 3750 5000 6000

Таким образом, чтобы обеспечить требуемую частоту модуляции лучей, соответствующую минимальному уровню шумов фотопреобразователя, и при этом использовать стандартные электродви- 1О гатели и получить небольшие габариты фотометра, целесообразно применять модулятор с числом отверстий п =10 — 40.

Выполнение модулятора с п 9 на- 15 кладывает ограничения на применяемый электродвигатель. Выполнение числа отверстий более 40 также требует выбора специальйого двигателя и вызывает увеличение габаритов фотометра. 20

Выполнение в модуляторе отверстий, расположенных равномерно по полуокружности с расстояниями между отверстиями, равными их диаметру (и отсутствие отверстий на другой полови- 25 .не этой полуокружности) позволяет модулировать измерительный и опорный лучи поочередно. и на одной частоте.

Выбор числа этих отверстий (например, не менее 10) дает возможность подбо- 50 ром соответствующей скорости вращения модулятора обеспечить такую частоту модуляции Лучей, на которой собственные шумы выбранного фотопреобразователя будут минимальными, что и обусловливает повышение чувствитель ности фотометра.

Вследствие осуществления мОдуляции световых лучей на одной частоте отпадает необходимость использования

40 двух фильтров или выполнения коммути.руемого фильтра (как в известном).

Использование последовательной схемы прохождения световых лучей снижает . требования к динамическому диапазону

45 фотопреобраэователя и усилителя, что ведет к упрощению устройства (исключены два управляемых ключа и кондейсаторы as канала обработки сигнала) .

Выполнение схемы обработки выход50 ного сигнала из соединенных последовательно фильтра низких частот, компаратора и реверсивного счетчика, позволяет достаточно просто получать выходной сигнал в форме, удобной для передачи его по кабелю, например, иэ погружаемого фотометра в бортовое устройство (в океанографии).

Выполнение в модуляторе полукольцевой прорези H отверстий, расположенных равномерно по окружности так, что половина из числа находится на одних радиусах с отверстиями для модуляции лучей; а также то, что против них установлены дополнительные фотопреобразователи, один из которых подключен к синхронному детектору, а другой — к реверсивному счетчику, позволяет обеспечить синхронизацию работы измерительного тракта при последовательном подключении измерительного и опорного лучей.

Использование световодов для опорного луча, установленных между источником света и модулятором, модулятором и фотопреобразователем„ дает возможность исключить дополнительные источники света и систему зеркал и тем самым упростить оптическую схему фотометра, устранить погрешности измерения от рассеянного света внутри фотометра и снизить потребляемую мощность. Выполнение световодов с диаметром, меньшим диаметра отверстий в модуляторе, позволяет обеслечить более правильную форму промодулированного луча, близкую к меандру, что обеспечивает лучшую фильтрацию сигнала полосовым фильтром и тем самым снимает погрешность измерения.

Практическая реализация предложенного фотометра прзволила повысить чувствительность в несколько раз.

Это можно подтвердить следующими расчетами.

Отсутствие конкретной величины чувствительности у известного фотометра приводит к.необходимости рассчитать для него эту характеристику ориентировочно. Задавшись частотами модуляции измерительного и опорного сигналов 1 кГц и 10 кГц, частотной характеристикой спектральной плотности шума, фотопреобразователя, а также частотныж характеристиками примененных фильтров, можно предположить, что уровень шума в полосе пропускаиия фильтров будет не менее

10 мВ.

В предлагаемом фотометре применен фотоэлектронный умножитель типа к

ФЭУ- 100, который, как показали измерения, имеет в полосе частот от 1 до 10 мГц уровень шума 0,5 мкВ/Гц.

При ширине полосы пропускания полосового фильтра 100 Гц на частоте моду13 ляции 10 кГц уровень шума составляет

250 мкВ (так как оказывают влияние высшие гармоники 50 Гц). С учетом шумовой составляющей нагруэочного резистора фотопреобразователя уровень шума .на вьжоде фильтра низких частот составляет не более 1 мВ.

1120176

Таким образом, применение последовательной модуляции измерительного и опорного лучей на частоте минимального шума фотопреобразователя и использование полосового фильтра позволяет повысить чувствительность по с равнению с известным примерно в 10 раэ, 1120176

1120176

tfut икв Гцl/

2Я М 7

Заказ 7729/29 Тирак 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал БИЙ "Патент", г.укгород, ул.Проектная, 4

Составитель Н.Стукова

Редактор Е.Лушникова Ъисред М.Надь . Корректор И.Роэман