Способ определения слабого светового потока в пятне малых размеров
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЛАБОГО СВЕТОВОГО ПОТОКА В ПЯТНЕ МАЛЫХ РАЗМЕРОВ с помощью диссектора, включающий измерение порога амплитудной дискриминации однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора при заданном наклоне плато счетной характеристики, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения их точности, диссектор включают в режим фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), измеряют скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока, после чего измеряют эффективность счета отдельных фотоэлектронов, проводят дифференциатьный амплитудный анализ однофотоэлектронных импульсов тока и при пороге дискриминации, определяемом на пересечении экстраполированной функции распределения - однофотоэлектронных импульсов с осью амплитуд, измеряют скорость счета многоэлектронных импульсов тока и вычисляют световой поток по формуле .-rV(, где е заряд электрона; S| - световая чувствительность фотокатода, А/лм; Q - эффективность счета отдельных фотоэлектронов, отн.ед.} NC - скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока, имп/с; скорость счета многоэлектронных импульсов тока, имп/с.
СОЮЗ СОБЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„11452
1(59 С ОI J 1 42
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ф е (NN ) к
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3568899/24-21 (22) 21.03.83 (46) 15.03.85. Бюл. В 10 (72) А.ф. Бейлин и В;Н. Лукьянов (53) 621.383;292(088.8) (56) 1. Ареччи и др. Измерение световых потоков малой интенсивности методом синхронного счета отдельных фотонов. — "Прибор для научных исследований", 1966, Ф 7, с. 128-134.
2. Ветохин С.С. и др. Обнаружение слабосветящихся объектов с помощью одноэлектронного диссектора.
It
Оптико-механическая промышленность", 1975, В 7, с. 6-7 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЛАБОГО
СВЕТОВОГО ПОТОКА В ПЯТНЕ МАЛЫХ РАЗМЕРОВ с помощью диссектора, включающий измерение порога амплитудной дискриминации однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора при заданном наклоне плато счетной характеристики, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения их точности, диссектор включают в режим фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), измеряют скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока, после чего измеряют эффективность счета отдельных фотоэлектронов, проводят дифференциальный амплитудный анализ однофотоэлектронных импульсов тока и при пороге дискриминации, определяемом на пересечении экстраполированной функции распределения -". однофотоэлектронных импульсов с осью амплитуд, измеряют скорость счета многоэлектронных импульсов тока и вычисляют световой поток по формуле где е — заряд электрона;
5к — световая чувствительность фотокатода, А/лм;
Й вЂ” эффективность счета отдельных фотоэлектронов, отн.ед., Мс — скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока, имп/с; 1С вЂ” скорость счета многоэлектронных импульсов тока, имп/с.
1 1145
Изобретение относится к области измерения слабых световых потоков порядка 10 " -10 " лм в пятне малых размеров, в частности к измерению световых потоков с помощью фотоэлектронных приборов.
Известен способ измерения слабых световых потоков с помощью градуированного ФЭУ, в мотором в качестве измеряемой выходной величины регист- 10 рируется число однофотоэлектронных импульсов тока 1).
В этом способе измерения ФЭУ работает в режиме счета, для которого характерна регистрация выходного сиг- 15 нала в цифровой импульсной форме, причем каждый импульс соответствует отдельному фотоэлектрону. Лля измерения слабых световых потоков в этом случае измеряют зависимость числа однофотоэлектронных импульсов от порога амплитудной дискриминации, затем измеряют и устанавливают порог дискриминации, соответствующий заданному наклону плато счетной ха- д рактеристики, после этого ФЭУ градуируют и устанавливают в нужную плоскость, освещаемую поверяемым источником света, далее измеряют скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока в единицу времени N< и рассчи- тывают световой поток по формуле
Ф=кйс 1 -О где К вЂ” градуировочный коэффициент, лм/имп.с-" 35
Однако этот способ характеризуется недостаточным диапазоном измеря-т -т емого светового потока.(10 -10 лм), что связано с большими шумами ФЭУ, вызываемыми термоэмиссией со всей 4О рабочей площади фотокатода.
Наиболее близким к изобретению является способ измерения слабых световых потоков с помощью диссектора включающий измерение порога амплитудной дискриминации однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора при заданном наклоне плато счетной характеристики. При этом вместо ФЭУ используется граду- 5О ированный диссектор, сканирующий измеряемое оптическое поле по строкам и по кадру (2).
Данный способ также характеризуется недостаточным диапазоном изме- 55
Тряемого светового потока (10
4 1О лм), что связано с наличием в диссекторе строчной и кадровой
252
Ф развертки, ограниччвающ и время регистрации, определяемого элементом телевизионного растра.
Целью изобретения является расширение диапазона измерений и увеличение точности регистрации слабых световых потоков в пятне малых размеров.
Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения слабого светового потока в пятне малых размеров с помощью диссектора, включающему измерение порога амплитудной дискриминации однофотоэлектронных импульсов тока на выходе дис. ,сектора при заданном наклоне плато счетной характеристики, диссектор включает в режим ФЭУ,измеряют скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока измеряют эффективность счета отдельных фотоэлектронов, проводят дифференциальный амплитудный анализ однофотоэлектронных импульсов тока, и при пороге дискриминации, определяемом на пересечении экстраполированной функции распределения амплитуд однофотоэлектронных импульсов с осью амплитуд, измеряют скорость счета многоэлектронных импульсов тока и вычисляют числа световой поток по формуле
Ф= (g -н к где .à — заряд электрона; — световая чувствительность фотокатода, А/лм; 1 — эффективность счета отдельных фотоэлектронов,отн.ед.; — скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока, имп/с;
I — скорость счета многоэлектронных импульсов тока, имп/с.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что пфи измерениях диссектор включают в режим одноэлементного детектора иэображения, т.е. в режим ФЭУ.. С .точки зрения представления о диссекторе, как о передающей трубке, такой режим можно .назвать нерабочим и в обычных условиях это означает выход из строя телевизионной системы. Однако с точки зрения фотометрирования неподвижного объекта этот режим является благоприятным, там как в этом режиме диссехтор превосходит ФЭУ по по2S
Э 1145 роговой чувствительности, что связано с площадью анализатора"и соответ- ственно милыми шумами термоэмиссий,, .т.е. малым количеством термоэлектронов, попадающих наряду с фотоэлектронами во вторично-электронный умножитель через анализатор иэображения.
Площадь анализатора изображения в
-76 диссекторах обычно составляет 5 10
5.10 з м2.
Далее измеряют и устанавливают. порог амплитудной дискриминации однофотоэлектронных импульсов на выходе диссектора при заданном наклоне плато счетной характеристики. Счетной характеристикой обычно называют зависимость числа однофотоэлектронных импульсов в единицу времени от коэффициента усиления ФЭУ, причем коэффициент усиления ФЭУ регулирует, 20 как правило, изменением .напряжения питания. Затем при установленном значении порога дискриминации измеряют число однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора
; эа интервал времени от долей секун,ды до нескольких часов. Для примера можно сказать, что интервал времени регистрации в прототипе определяется. временем элемента телевизионного растра и составляет 1-100 мс.
После этого определяют эффективность счета отдельных фотоэлектронов по отношению скорости счета однофотоэлектрониых импульсов тока на выходе диссектора к скорости счета фотоэлектронов за один и тот же промежуток времени, Далее проводят дифференциальный амплитудный анализ однофотоэлектронных импульсов тока.
Экстраполируют правую ветвь амплитудного распределения до пересечения с осью амплитуд.. Экстраполяцию удобнее проводить по логарифму функции распределения, когда правая ветвь представляет собой прямую линию.
При пороге дискриминации, определяемом на пересечении функции распределения и оси амплитуд, измеряют скорость счета многоэлектронных импульсов И .
Значения Nc u Nc приводят к еди1 ничному интервалу времени 1 с и вычисляют световой поток по формуле
252 4 где 4 — заряд электрона, Кл;
SK — световая fóâñòâèòåëüíoñòü фотокатода диссектора,А/лм.
На фиг ° 1 показана блок-схема устройства для осуществления способа.
Способ осуществляют следующим образом (фиг. 1).
Диссектор 1 подключают к источникам питания 2 и к генераторам развертки 3. По осциллографу 4 диссектор настраивают по световому пятну
5, ориентируясь на максимальную крутизну фронтов видеосигнала. Затем отключают генераторы разверток 3 и закорачивают отклоняющие системы диссектора, включая его в режим ФЭУ.
Используя механическое перемещение светового пятна nо рабочему полЮ фотокатода, вручную добиваются совпадения светового пятна с элементарной рабочей частью фотокатода, определяемой анализатором иэображения диссектора» Затем однофотоэлектронные импульсы тока на выходе диссектора усиливают с помощью усилителя 6 и измеряют их количество на выходе амплитудного дискриминатора 7 с помощью частотомера 8. К выходу усилителя 6 подключен также амплитудный анализатор 9. Для определения порога амплитудной дискриминации измеряют зависимость числа однофотоэлектронных импульсов от величины порога (фиг. 2). Рабочее значение порога дискриминации устанавливают в том месте характеристики, где наклон плато 10 соответствует заданно| му уровню. При установленном значении порога амплитудной дискриминации измеряют скорость счета сигнальных (М ) и темновых М ..одноэлектронных импульсов тока за промежуток времени от нескольких секунд до нескольких часов и приводят значения Ц и h T< к единичному интервалу времени 1с.
Т а
Лзмеряют число И однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора при известном, сравнительно большом потоке Ф, измеряют значение фотопотока Э при известном большом световом потоке Ф и рассчитывают эффективность счета 6 по форме о с
Ффо
Например, определяют при ф = 10 лм
М = 6 10 имп/с, а Зф = 0,16 мкА при Ф 10 лм, тогда и 0,6.
Подключив амплитудный анализатор
9 к выходу усилителя 6, проводят дифференциальный амплитудный анализ однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора.
По полученной функции определяют значение напряжения на шкале амплитуд в месте пересечения правой ветви амплитудного распределения с осью амплитуд, устанавливают величину. порога дискриминации, равную установленному таким образом значению и измеряют при установленном пороге дискриминации скорость счета многоэлектронных импульсов М .
Принято считать, что эти импульсы не являются сигнальньии, а связаны с паразитныии явлениями в приборе, например с ионной бомбардировкой фо- токатода. При уровне дискриминации, меньшем установленного, возможны потери в числе истинных однофотоэлектронных импульсов, при пороге большем установленного возможно искажение числа однофотоэлектронных импульсов
-эа счет паразитных многоэлектронных импульсов.
Световой поток вычисляют по формуле
45252 б где е - заряд электрона, Кл;
5„ — световая чувствительность фотокатода диссектора,А/лм.
Таким образом,при использовании предлагаемого способа на два-три аорядка величины Расширяются диапазоны измеряемых величин в область малых световых потоков вплоть до величины 1 1О -1 10 лм, что поэво10 ляет решить большинство практических задач регистрации слабых эвезд, градуировки имитаторов точечных объек-. тов света и др. Подобные значения зарегистрированных световых потоков
15 получены при проведении исследования пороговых характеристик диссек1 торов.
Кроме того, значительно повышена точность регистрации светового потока в пятне малых размеров. Например, при регистрации светового потока
3 10 1 лм удалось получить точность порядка 8-10Х при доверительной вероятности Р0,95, в то время как дру2S гие способы позволяют зарегистрировать эту величину с погрешностью
20-30Х. указанные технические преимущест« ва позволяют достигнуть определенного экономического эффекта, заключающегося в значительном снижении трудо вых затрат на фотометрирование.
1145252
Фиг.2
Составитель В. Белоконь
Редактор А. Гулько Техред С.йовжий Корректор Л. Пилипенко
Заказ 1162/31 Тираж 897 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4
