Фотоприемное устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 G О1 J 1 44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬС ГВУ (54) ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Фотоприемное устройство относит.. ся к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в различных измерителях оптических характеристик рассеивающих сред.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерений. Фотоприемное устройство содержит фотоумножитель 5, регистратор 9, автоматический переключатель 10 диапазонов, программный регулятор 11, регулируемый высоковольтный источник 12, делитель напряжения 13. Первый выГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3827642/24- 25 (22) 18 ° 12.84 (46) 30-.06.86. Бюл. У 24 (71) Специальное конструкторскб-технологическое бюро Морского гндрофйзического института АН УССР и Иорской гидрофизический институт АН УССР (72) В.В.Спиридонов, А.И.Чепыженко, Е.И.Афонин и М.Е.Ли (53) 535.24(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 827982, кл; С 01 J 1/44, 1979.

Патент США В 3905706, кл. С 01 J 1/42, опублик. 1973.

„„SU„„A1

1241070 ход автоматйческого переключателя 10 диапазонов соединен с входом програм-. много регулятора 11. Первый выход программного регулятора 11 соединен с .вторым входом регулируемого высоковольтного источника 12, выход которого соединен с входом делителя напряжения .13. Выходы деяителя напряжения 13 соединены с динодами фотоумножителя 5. Второй выход автомати. ческого переключателя 10 Диапазонов соединен с вторым входом регистратора 9. В устройство введены источник опорного излучения, 1, модулятор 2, световоды 4.1 и 4.2 опорного и измерительного каналов, формирователь 6, компаратор 7 с источником опорного напряжения 8 и стабилизатор тока 14 °

Модулятор 2 и световоды 4.1 и 4.2 установлены по ходу измерительного потока и потока источника опорного

Изобретение относится к оптикоэлектронному приборостроению.и может быть использовано в различных измерителях оптических характеристик рассеивающих сред. 5

Цель изобретения — повьппение быстродействия и точности измерений.

На чертеже изображена структурная схема фотоприемного устройства.

Фотоприемное устройство содержит 1О источник 1 опорного излучения, механический модулятор 2 с двигателем 3, световоды 4.1 и 4.2, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), формирователь 6, компаратор 7 с источником 8 опорного 15 напряжения, регистратор 9, автоматический переключатель 10 диапазонов, программный регулятор 11, регулируемый высоковольтный источник 12, делитель 13 напряжения и стабилизатор 14 20 тока, через который программный регулятор 11 соединен с источником 1 опорного излучения, оптически связанного со световодом 4.2 через модулятор 2. Оба световода 4 оптически свя- 2 заны с ФЭУ. 5, выход которого связан с формирователем 6. Причем один выход формирователя б соединен с входом. регистратора 9 и с входом автоматичес излучения 1. Выходы обоих световодов 4.1 и 4.2 соединены с входом фотоумножителя 5, выход которого соединен с входом формирователя 6. Первый выхбд формирователя 6 соединен с первым входом компаратора 7, выход которого соединен с первым входом регулируемого высоковольтного источника 12.

Второй выход формирователя 6 соединен с первым входом регистратора 9 и ,с входом автоматического переключателя 10 диапазонов. Второй вход компара пора 7 соединен с выходом источника опорного напряжения 8. Второй выход программного регулятора 11 соединен с входом стабилизатора то ка 14, выход которого соединен с вхо дом источника опорного излучения 1.

Введение этих элементов и их связей позволило повысить быстродействие и точность измерений; 1 ил. кого переключателя 10 диапазонов, а другой выход — с одним входом компаратора 7, другой вход которого сое динен с источником 8 опорного напряжения, а выход — с первым входом регулируемого высековольтного источника 12, к выходу которого подключен делитель 13 напряжения, выходы которого соединены с динодами ФЭУ 5. Второй выход автоматического переключателя 10 диапазонов сое- динен с входом программного регулятора 11, первый выход которого соединен а вторым входом регулируемого высоковольтного источника 12.

Фотоприемное устройство работает следующим образом.

Измеряемый световой ноток, попадая на вход устройства, модулируется модулятором 2 и по световоду 4.1 поступает на фотокатод фотоумножителя 5. В нем световой сигнал преобразуется в пропорциональный электрический сигнал, причем коэффициент пропорциональности опредеряется на пряжением питания ФЭУ 5. Этот. элект-. рический сигнал в виде синусоиды, с первая гармоника которой соответствует частоте, на которой уровень шу- .

70 4 параторе 7. Поскольку опорное напряжение с выхода формирователя пропорционально опорному излучению источника 1, то постоянно происходит сравнение опорного излучения, преобразованного фотоумножителем 5 и формирователем 6 в постоянное напряжение, с опорным напряжением источника 8

-э опорного напряжения. Время 17 10 с определяется конструкцией модулятора и скоростью вращения приводного двигателя 3, В том случае, когда напряжение на первом входе компаратора 7 равно напряжению на его втором входе, электрический сигнал с выхода этого компаратора не изменяется и напряжение питания фотоумножителя постоянно.

Если под воздействием каких-либо внешних факторов изменятся характеристи-. ки любого из узлов 5,6,7,12 или 13, это вызовет изменение напряжения на первом входе компаратора 7. На выходе последнего изменится электрический сигнал, который дает команду регу. лируемому высоковольтному источнику 12 напряжения на противофазное,изменение напряжения питания фотоумножителя 5. Это изменение продолжается до тех пор, пока напряжения на входах компаратора 7 не сравняются. Момент равенства входных сигналов компаратора 7 соответствует восстановлению коэффициента передачи измерительного тракта фотоприемного устройства. Таким образом осуществляется стабилизация коэффициента передачи всего измерительного тракта. Степень стабильности определяется характеристиками источников 1 и 8. опорного излучения и .напряжения.

При ступенчатом изменении напряжения питания ФЭУ 5 при переходе с диаI % пазона на диапазон одновременно пропорционально изменяется опорный элект-. рический сигнал с выхода фотоумножителя 5, что должно привести к появлению сигнала на выходе компаратора 7.

Однако диапазон изменения выходного сигнала фотоумножителя 5 под воздействием напряжения питания может составить 8 или 9 десятичных порядков, в то время как любой компаратор может обеспечить работу не более трех порядков. . Для выполнения измерений в .необходимом динамическом диапазоне в фотоприемном устройстве предусмотрено ступенчатое изменение тока светодио3 . 12410 ма ФЭУ минимален, поступает на вход формирователя б. В нем выделяется первая гармоника модулированного сигнала, она преобразуется в постоянное напряжение и последнее передается

5 на его выход.

Это постоянное напряжение является выходным напряжением фотоприемного устройства и поступает на первый вход регистратора 9. Параллельно это напряжение поступает на вход автоматического переключателя 10 диапазонов, который обеспечивает*оптимальный режим работы фотоприемного устройства, соответствующий величине измеряемого светового потока.

В случае, когда измеряемое напряжение не более U <>z и не менее U

U с первого выхода этого перео6 ключателя появится сигнал, дающий команду программному регулятору 11 на ступенчатое уменьшение сигнала управления регулируемым высоковольтным источником 12. Последний уменьшаI

30 ет напряжение на делителе 13 и коэф- фициент усиления фотоумножителя 5 ступенчато уменьшается. В результате измеряемое напряжение на входе переключателя 10 входит в режим устойчивой работы. 35

В случае, когда напряжение на входе переключателя 10 меньше UÄ с его выхода сигнал через програм- мный регулятор 11 дает команду на увеличение напряжения питания ФЭУ и 4О коэффициент усиления фотоумножителя 5 возрастает. Входной сигнал переключателя 10 входит в режим устойчивой работы. Это сравнение осуществляет компаратор 7. Б„о, и U< > определяет.

45 . верхнюю и .нижнюю границы линейности световой характеристики фотоумножителя и ограничивают изменение измеряемого светового потока на одном диапазоне в пределах двух десятичных порядков.

Во время устойчивого режима работы фотоприемного устройства на каждом диапазоне через каждые 17. 10 с проис— ходит сравнение выходного опорного напряжения с первого выхода формирователя .6 с опорным напряжением источника 8. Сравнение происходит на ком1241070 узлов, входящих в измерительный тракт, т.е. повышена точность.

Формула изобретения

15

Составитель А.Чурбаков

Редактор М.Келемеш Техред Л.Олейник Корректор A.;Зимокосов

Заказ 3478/35 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул.Проектная, 4, да при изменении напряжения питания

ФЭУ. Для этой цели с вторЬго выхода программного регулятора 11 электрический сигнал одновременно с сигналом выхода поступает на вход стабилизатора 14 тока, который ступенчато изменяет ток через источник 1 в противофазе изменению напряжения питания ФЭУ 5. Таким образом, при переходе с диапазона на диапазон опорный световой поток источника 1 изменяется обратно пропорционально изменению чувствительности фотоумножителя, а сигнал на первом входе компаратора 7 остается при этом постояннымым

Для определения диапазона работы фотоприемного устрбйства с второго 20 выхода переключателя 10 электричес- .. кий сигнал поступает на втор и вход, регистратора 9. Этот сигнал несет в себе информацию о номере диапазона и может быть представлен двумя разря- 25 дами двоичного кода.

В предложенном устройстве повышено быстродействие за счет исключения влияния эффекта "усталости фотокатода" ФЭУ. Время восстановления З0 чувствительности фотокатода, которое и определяет быстродействие фотоприемника, в зависимости от условий освеще%ия составляет 35-40 ч. Фотоприемное устройство обеспечивает восстановление чувствительности фотокатода за 20 10 с, причем эта велиз чина определяется постоянной времени регулируемого высоковольтного источника, так как все остальные узлы, входящие в цепь обратной связи, имеют постоянные времени значительно меньшие.

Кроме .того, в устройстве увеличена стабильность коэффициента передачи измерительного тракта за счет включения в цепь обратной связи всех

Фот оприемное устр ойст во, с одержаще фотоумножитель, р е гис трат ор, автоматический переключатель диапазонов, программный регулятор, регулируемый высоковольтный источник, делитель напряжения, причем первый выход автоматического переключателя диапаэонов соединен с входом программного регулятора, первый выход которого соединен с .вторым входом регулируемого высоковольтного источника, выход которого соединен с входом делителя напряжения, выходы которого соединены с динодами фотоумножителя, второй выход автоматического переключателя диапазонов соединен с вторым входом регистратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, в него введены источник опорного излучения, модулятор, световоды опорного и измерительного каналов, формирователь, компаратор, источник опорного напряжения и стабилизатор тока, причем модулятор и световоды установлены по ходу измерительного потока и потока источника опорного излучения, выходы обоих световодов соединены с входом фотоумножителя, выход которого соединен с входом формирователя, первый выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом регулируемого высоковольтного источника, второй выход формирователя соединен с первым входом регистратора и с входом автоматического переключателя диапазонов, второй вход компаратора соединен с выходом источника опорного напряжения, второй выход программного регулятора соединен с входом стабилизатора тока, выход которого соединен с входом источника опорного излучения, 1