Способ измерения отношения двух световых потоков

 

СПОСОБИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ СВЕТОВЫХ ПОТОКОВ путем преобразования непрерывных световых потоков в прерывистые и световых сигналов в электрические, отличающийс я тем, что, с целью повьшения точности, чувствительности и стабильности измерений, прерьшают И раз каждый световой поток поочередно, усиливают электрический сигнал на частоте следования световых импульсов , выделяют сигнал с частотой в 2 п раз меньшей частоты следования световых импульсов, усиливают его, воздействуют им на один из световых потоков до исчезновения этого сигнала и по величине изменения светового потока от начального уровня судят об измеряемом параметре.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) З(50 G OI J 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3408834/24-25 (22) 17.03.82 (46) 23.12.84.Бюл. ¹ 47 (72) В.И.Горьппин (71) Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова (53) 535.24 (088.8) (56) 1.. Патент Великобритании № 1451381, кл. G IА, опублик. 1976.

2. Попов О.И. Фотометрическая установка для измерения прозрачности воздуха. — "Светотехника", 1957, № 1, . с, 15 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ

ДВУХ СВЕТОВЫХ ПОТОКОВ путем преобразования непрерывных световых потоков в прерывистые и световых сигналов в электрические, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и стабильности измерений, прерывают l1 раз каждый световой поток поочередно, усиливают электрический сигнал на частоте следования световых импульсов, выделяют сигнал с частотой в

2 и раз меньшей частоты следования световых импульсов, усиливают его, воздействуют им на один из световых потоков до исчезновения этого сигнала и по величине изменения светового потока от начального уровня судят об измеряемом параметре.

1130743

Изобретение относится к оптическим измерениям (фотометрии) и может быть использовано при создании фотометров и спектрофотометров, предназначенных для измерения световых 5 величин, например яркости, силы света, отношения освещенностей и других, и производных световых величин, например прозрачности атмосферы, дальности видимости и др.

Известен нулевой способ измерения отношения двух световых потоков, заключающийся в формировании с помощью оптической системы двух световых пучков, преобразовании непрерыв- 15 ного потока пучков в прерывистый с помощью одного фотоприемника, усилении разностного сигнала, т.е. сигнала, пропорционального разности потоков, например, с помощью измери- 20 тельной диафрагмы, до момента исчезновения разностного сигнала.

Величина изменения потока пучка, определяемая изменением положения диафрагмы, является мерой измеряе- 25 мого отношения. Этот способ измерения отношения потоков является компенсационным, нулевьм, т.е. наиболее точным (1)

Однако данный способ не позволяет Зр реализоаать в чистом виде светокомпенсационный способ измерения отноа шечия и не обеспечивает высокую устойчивость и точность измерений.

Наиболее близким по технической З5 сущности к изобретению является способ измерения отношения двух световых потоков путем преобразования непрерывных световых потоков в прерывистые и световых сигналов в элект- 40 рические,(2)

Однако известный способ обладает рядом недостатков, снижающих чувствительность и точность способа.

Если модулируются два равных све- 45 товых пучка, то в момент открывания одного светового пучка и закрывания, другого возникают дополнительные световые импульсы помехи, амплитуда которых пропорциональна интенсивнос- 50 ти модулируемых потоков, а частота равна частоте модуляции.

Однако согласно способу никаких сигналов помехи в этом случае не должно быть. Возникают световые 55 импульсы помехи потому, что невозможно выполнить условие, чтобы в любой момент открывания одного светового пучка и закрывания другого суммарный световой поток, попадающий на фотоприемник, был точно равен световому потоку одного из пучков.

При модуляции двух различных по интенсивности световых потоков, кроме разностного сигнала, возникает и сигнал помехи, по тем же причинам.

Электрический сигнал помехи суммируется с электрическим пульсационным сигналом, возникает искажение фазы сигнала на входе устройства автоматического регулирования, приводящее к появлению погрешностей и искажению градуировки из-за того, что равновесие в системе автоматического регулирования начинает наступать не при равенстве световых потоков, а при некотором равновесии электрических сигналов. Градуировка начинает зависить от параметров усилителя, уровня .световых потоков, точности изготовления модулятора и других при,чин.

При наличии на входе усилителя напряжения модуляционной помехи, частота которой точно равна частоте пульсационного сигнала, требуется, чтобы коэффициент усиления усилителя был не более того, при котором напряжение помехи на выходе не превьппает напряжения трогания исполнительного устройства,а так как напряжение модуляционной помехи в 300-500 раз больше напряжения собственных шумов усилителя, то сильно снижается чувствительность способа и точность, особенно при измерении отношения двух слабых световых потоков.

При измерении отношения двух малых световых потоков требуется большое усиление (порядка 10 и

5 более}, в этом случае возникают значительные затруднения с обеспече— нием малого уровня помех.и стабильности работы усилителя на частоте модуляции. При больших коэффициентах усиления и избирательном усилении фазовая характеристика усилителя оказывается недостаточно стабильной.

Цель изобретения — повьппение чувствительности, точности и стабильности измеренийэ

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения отношения двух световых. потоков путем преобразования непрерывных световых потоков в прерывистые и световых

»130743 4 нения светового потока от начального уровня судят об измеряемом параметре.

Последовательность операций состоит в том, что с помощью моду— лятора и раз прерывают путь первого светового потока так, что время (t») полного закрытия и полного открытия светового потока и период следования световых импульсов остаются одинаковыми. По окончании времени (t ) и-закрытия первого по1 тока открывают путь второго потока, который также и раз прерывают, причем время полного открытия и полного закрытия второго светового потока в период следования импульсов равны параметрам .для первого потока..На этом отрезке времени, когда осуществляют и прерываний второго потока, 1 путь первого потока перекрыт, По окончании времени (t ) n-ro закрытия

» второго потока открывают путь первого светового потока и далее процесс повторяется.

В результате прерывания двух световых потоков возникают следующие друг за другом серии из и световых импульсов для каждого потока, которые .воспринимаются фотоприемником и преобразуются в электрические сигналы. При равенстве световь;. потоков все импульсы имеют одинакову,: ампли-., туду, и в составе сигнала есть только одна частота f» = TIT, где Т период следования импульсов, при неЭ равенстве потоков амплитуды импульсов серий различны и в составе сигнала возникает вторая частота — f 1/2п, сигнал которой исчезает в момент равенства световых потоков.

При таком процессе прерывания потоо ков отсутству1от какие-либо световые импульсы помехи в момент перехода от прерывания первого потока к прерыванию второго.

Электрические сигналы фотоприемника избирательно усиливают на час3 сигналов в электрические прерывают и раз каждый световой поток поочередно, усиливают электрический сигнал на частоте следования световых импульсов, выделяют сигнал с частотой в 2п раз меньшей частоты следования световых импульсов, усиливают

его, воздействуют им на один из световых потоков до исчезновения этого сигнала и по величине изметоте следования импульсов f и по» дают на селективный фильтр, выделяю щий разностный сигнал частоты f2, который усиливают избирательным усилителем. Этот сигнал воздействует на устройство, восстанавливающее световое равновесие. По вел»»чине изменения светового потока до исчезновения разностного сигнала судят об

»р измеряемом отношении.

Так как избирательное усиление осуществляют двумя ступенями на двух частотах различающихся в 2 и раз, то сквозная характеристика уси.лителя становится непрозрачной для электрических шумов усилительного устройства, вследствие чего резко снижается напряжение шума на выходе.

Коэффициент усиления каждой ступени выбирают во много раз меньшим, чем при известном способе измерения отношения. Это обеспечивает стабильность работы усилителей. Общий коэффициент усиления двух усилителей, разделенных избирательным фильтром, равный произведению коэффициентов усиления каждого из них, может быть очень большим без потери стабильности их работы.

Ввиду того, что нестабильность фазовой характеристики усилителя на частоте f1 приводит к появлению фазовых сдвигов разностного сигнала в 2 и раз меньших, чем на частоте а на исполнительное устройство

35 воздействует сигнал с частотой Е, для стабилизации фазовой характеристики усиление на частоте f делают в несколько раз большим, чем на час4р тоте f .,Все это обеспечивает высо2 кую стабильность фазовой характеристики усилителя в целом.

На фиг. 1 представлен вид световых сигналов при неравенстве свето4 вых потоков; на фиг. 2 — то же, при равенстве световых потоков; на фиг. 3 — схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения отношения двух световых потоков; на фиг. 4 — профиль модулятора, обеспечивающего прерывание световых потоков с описанной последовательностью.

На фиг, 1 и 2 обозначены Т период следования импульсов; у время полного закрытия и время полC ного открытия световых потоков, Т вЂ” период следования серий импуль2 сов; f» — частота следования им1130743

5 пульсов, f — частота следования серий импульсов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит оптические элементы 1-6 и 7-11, формирующие два световых потока, опорный — от лампы 12, другой — от поверхности, яркость которой измеряют, измерительную диафрагму 13, мотор 14 с модулятором 15, фотоумножитель 16

Ь светофильтрами 6, избирательный усилитель 17 сигналов с частотой Е, селективный фильтр 18 частоты fy,, избирательный усилитель 19 сигналов с частотой Й,исполнительный.двигатель 20, механически связанный через редуктор с измерительной диафрагмой 13.

Устройство работает следующим образом.

При вращении модулятора 15 световые потоки прерывают (фиг.1 и 2) .

Световые импульсы попадают на фотоумножитель 16, сигналы с фотоумножителя поступают на избирательный усилитель 17, настроенный на полосу частот f< + f< . Далее усиленные сигналы поступают на селективный фильтр 18, выделяющий сигнал с час1ц тотой f . Этн сигналы усиливают избирательным усилителем 19 и подают на исполнительный двигатель 20, перемещающий измерительную диафрагму

13> до момента восстановления свето15 вого равновесия.. Положение диафрагмы определяет измеряемое отношение потоков.

Изобретение позволяет повысить точность, чувствительность и стабиль20 ность измерений.!!30743

Составитель А. Шеломова

Редактор С.Саенко Техред А.Бабинец Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 9600/29 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

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