Способ измерения светового потока лавинным фотодиодом и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в аппаратуре для регистрации световых потоков, например в пвтомя - т1П1еских микроденситометрах. Данное изобретение позволяет повысить точность измерен М световых потоков лавинным фотодиодом за счет исключения погрешностей, обусловленных температурным изменением его коэффициента лави1пюго умножения. Это достигается тем, что в устройство введены схема 13 умножения, генератор 5 синусоидального напряжения, первый 6 и второй 8 сумматоры, фазоинвертор 7, первый 15 и второй 16 конденсаторы, интегратор 11, схема 20 запоминания уровня, схема 14 сравнения, одновибратор 18, элемент 19 задержки, ком- 1 татор 17, первьш 9 и второй 10 фильтры низкой частоты и дифференциальный ус1шитель 12. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. с V) IS о }t го ЙЙ

СО(03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я) 4 С 01 J 1/44

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3774075/24-25 (22) 20,07.84 (46) 15.07.86. Вюл. 1(- 26 (72) Е.И.-чернов (53) 621.383(088.8) (56) Лещенко Л.И. К вопросу о повышении точности прямоотсчетной системы фотометрирования. -В кн.: Фотометрия и ее метрологическое обеспечение

3 (Тез. докл. Всесоюзной конф.) . 1979, с. 1322.

Гришин 11.И. и др. Автоматический ввод и обработка фотографических изображеппй на ЭВМ, М.: Энергия, 1976, с. 54.

Берлизова О.H. и др. Особенности работы лавинного фотодиода с операционным усилителем. -ОИП, 1977, Ь"- 8. с. 7-11. (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕ11ИЯ СВЕТОВОГО ПОТ0КА ЛЛВИШ1Ь11 ФОТОДИОДОМ И УСТРОИСТВО ДЛЧ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в аппаратуре для регистрации световых потоков, например в автома тических микроденситометрах. Данное изобретение позволяет повысить точность измерения световых потоков лавинным фотодиодом за счет исключения погрешностей, обусловленных температурным изменением его коэффициента лавинного умножения. Это достигается тем, что в устройство введены схема 13 умножения, генератор 5 синусоидального напряжения, первый 6 и второй 8 сумматоры, фазоинвертор 7, первый 15 и второй 16 конденсаторы, интегратор 11, схема 20 запоминания уровня, схема 14 сравнения, одновибратор 18, элемент 19 задержки, коммутатор 17, первый 9 и второй 10 фильтры низкой частоты и дифференциальный усилитель 12. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1 2/4А50 3

Изобретение относится к радиотех- нике и может быть использовано в аппаратуре для регистрации снетовых

IloTîêoI3, например, в автомлтттческих микроденситаметрлх.

Пель изобретения — понышение точности измерения.

На фиг. представле((а структурнаЯ схеt t(t УстРОйства т 13еализ У>ОЩего предлагаемый способ: нл фиг. 2 зп(оры. сигналов, поясняющие способ н работу устройства.

Устройства содержит ллвинный фотодиод 1, источник 2 постоянного напряжения смещения, усилитель 3, регист р пл ео!цнй п1>ибор 4, генератор 5 сипусаидазп ного сигнала, нерзьп» су!»ь(атор 6, фазотнтвертор 7, второй суt(. f;Iòар 8, первый 9 и Второй 10

<1>НЧ, интегратор 11, дифференциальный ус(тлптель 1 2, схему 13 умнажетп»я, .схе«fy <, сратзнети(я, первый » и второii 16 конденсаторы, коммутатор 17, Од:т<з«31(брлтар 18. элемент 9 задержки и схему 20 запампплния уровня.

К гзхаду усилителя 3 подключен сд»lт 1(з 13ьlвадав ллнтпlнОГО Отадlто ,-,а 1. Входы дифференцпллье(ого усилителя I3 саед!»вены с выход;11(и ФНН 9

39 и .1О„л его вьгсод соединен с управз(яющим входом схемы 13 умножения

«ход которой саедттнен с выходом пер«.oI ñ сумматора 6. один из входов котopol подключен к генератору > сн— нусоидального напряжения и первому

Входу схемы 14 сравнения, другой ! <ход — к истачн(»Kv 2 IlocT051«I :! ОГс> наив рттжения смещения, выход схемы умножееи(я падклеочен к второму выводу ла«> Иннага фатодиода 1, перному входу второго сумт»лтора 8 и входу фазоиннсртарл 7, выход которого через Iiepны(! Конденсатор 15 соедттнен с нходам уcl!Jlllтеля 3, Выход которого нодклю>. <з I I к El T 0 p o t 13 х Оду 13 T op o I o с ум мат 0 рл 8, выход каторога соединен с входам первого ФНЧ 9, с ilepiIIIII IJzOJ(oif интегратора II и через второй конденcEITop 16 — с входом второго <13ПЧ 10

1» входам коммутатора !7, выход которогс подключен к общей шине, à управляющий тзхад — к выходу схемы . т>лвнен(вт, соединенной 13тарым «зходом оащей ш(пта, и к входу одновибраторл а, ныхаД котopOrO над(с!т!очен к 55

> прлт>ляеощему входу схемы запаннени«т рот((!51 20 и через элемент задеря;ки

19 — к «3 ropotfy входу интегратора 11 > вь(хад которого через схему 20 запоминлния уровня соединетт с реги< тртзру(о щим прибсром

На фиг. 2 л наказано суммлрнсе

1. 411., 81п<<з(:

1! = 1/ 1 — (- -- -- ), (2) UA где 1> — постоянное напряжение смещения ЛФД;

U —;п»нл;»туда неремеен огс нап— рл«((ее((»я ЛФ<1; частота переметита го напряжения смеще;тия; — текущее значение времени;

U3 — на:(г>яжеттис пробоя ЛФ«(; и — параметр ЛФД.

Тат, клк загзнснмость коэффициента ллезиннаго умножения М ат суммарного напряжения смещсния имеет ярка выражен«!ый нелинейньп"; характер, тс при гс .мнс pQ туp«tot (1 3 ме еlp тlин !if(ï(>ягкения пробоя (Ut ) ме!Еяется форма токового сиге(аз(

Нри эта I Ilë.. fñtt«iåòcÿ атнашенн(3) I, (f:)стая ннля состаьляеощля напряжения смещения); б — с(гнал ц, пропорциональный току

31 !>Ц (C остеизляющля (таптзяже ия на вы— ходе усизнп сля 3) и составляеощая на((ряжения u > нл выходе у<:кг(итег(я 3, обусловленная переменив тм напряжением смсщет(ия ЛФ)(, проттикаю!пим через его

COO CTBPÍÍÓ!О СМЕ.ОСТЬ С -т > В В<э(ХОД«(ОИ

< ст»Гнлп н схс>пеь! 1 i с13аез не i(II51 т

> с игнлл tl„-. нл входе ФН

Сна сОб нэь»PpP III»ß cPcтОЭОГО:тзл1; чен(тя !!<1>т(3 л клеочается н следуеощем.

Нл фотодиод т проецируют (тсс.тедуемый поток. л нл ззтектродьт JI<»Ä падают (Ioc f05II(1top н 11<" рет(Iï(oc 11 11»ряжения с -т Iс ll(pill!я ° >13(я c JI i чая 1 ° 0 г«1(1 такGtf утечки ЛФД можно пренебречь (при работе не с очень малыми световыми патака(в!), тсн< через ЛФ:1

3 =- !" <т> ° 1, ()) где Ф вЂ” светo«3»>i! пат<нс 1»злучс.ния, К вЂ” интегральная чуг<ств((тслт.— е! Ос гь з(1<1>>ч — коз <»(. (1II«»<- е! т >та 131(петого у м на

ХСЕ«15»Е(, 1244505

При отличии этого отношения от эталонлогo значения, соответству1ощего некоторой определенной температуре, например 20 С, одновреме1*,1с и в равной степени изменяют амплитуду пере- 5 меннаго и величину постоянного напряжений с?1ещения дО МОмента равенства отношения токов и эталонного эначе1пи . Как видно иэ соотношения (2), коэффициент лавинного умножения 11 при этом не зависит от изменения напряжения пробоя. В результате этого существенна повышается точность измерения световых потоков ЛФД.

Устройство, реализующее способ работает следу1ощим образом.

На входы первого сумматора 6 поступает с1»нусоидальный сигнал с выхода гс11ератара 5 и постолнное напряжение

Е источи:1ка 2. Cybtr tap t toe»atlpst»;et tile с11ещенпл 11- с выхода схемы 13 ум toкеши поступaer ta JÐÄ 1. Емкостькапделсатора 15 выбираетсл достаточно малой пс сравнeн1во с ссбс 1чзеннай емкост,to ЛФД, чтобы Ile увел 1чить уровень шумов на выходе усилителя 3.

КОэффlп11fеiIT передачи фазОвогО IIHBepтара 7 выбираетсл таким. чтобы ток переменного сигнала с выхода схемы

13 умнсжеши, протекающ1 tf через паразитну1о емкость ЛФД (С ), практически весь ответвлялся в цепь кон денса ора 15. Зта приводит к сущсствеш|сму ослабilcltlt о проникновения переме1и ога напряжения смещения iia 35 выход усилителя 3. Однако полностью подавить его «е удается. Для этого сигнала усилитель 3 является диффере цирующим, что приводит к сдвигу его фазы на выходе усилителя 3 на О 90 (11 фиг. 2). Коэффициенты передачи по входам еум11атора 8 выбираются такими, чтобы практически полностью скомпенсировать сигнал с выхода усилителл 3, обусловленный проникла- 15 вением суммарного напряжения смеце— ния через динамическое сопротивление ЛФД 1.

Во время положительного полупериода переменного сигнала смещения Ut на выходе схемы сравнеши 14 полвллетсл еди11ичный сигнал И„, при котором коммутатор 17 подключает вход ФПЧ 1О к общей шине и конденсатор 16 пере1 заряжается. При этом сигнал с выхода 55 сум.taTopa 8, пропорциональный сигнальному току ЛФД (соотношение (t) ), поступает через конденсатор 16 ня вход ФНЧ 10 только вс время другого нслупериода переменного сигналя смещения (U.). Коэффициенты передачи

Ф11Ч 9 и 10 выбираются такими, чтобы их отношение была равным эталонному значению, определяемому соотношением (3) для определенной температуры (папример, при 20 С). Дифференциальный1 усилитель 12, сумматор 6, схема 13 у ьнажения, усилитель 3, сумbtaTop 8, Ф11Ч 9 и 10 образу1от систему автоматического регулирования, поддерживающую по стоя ш1ым отношение сигналов; определяемое выражением (3), и устраня1ощую погрешность устройства за счет температурного изменения коэффициента. лавинного умножения ЛФД.

По переднему фронту сигнала U C выхода схемы 14 сравнения на выходе однсвибратора 18 появляется импульс, па которому в схеме 2С запоминается выходное напряжение интегратора 11.

При поступл1-1ии1 на управляющий вход интегратора 1! сигнала с выхода элемента 19 задержки ш1тегратор обнуляется. 3а счет усреднения сигнала

v, интеграторе 11 практически полность1о подавллетсл переменная составляющая, абусловлелнал проникновением переменного сигнала ct tet;ett! и через емкость 11ФД на вход усилителя 3.

Пзабретение псзволяет повысить точность измерения световых потоков

ЛФД в результате искл1очен и погрешностей, обусловленных температурным изменением его коэффициента умножен11л. Пр1гмене1ше этого технического решения в устройствах ввода полутоновь:х иэображений в ЗБМ позволяет повысить качество обработки последш:х.

Ф ормула из об ре те ния

1. Способ измерения светового потока лавинным фотодиодом путем проецирования на лавинный фотодпод исследуемого потока излучения, подачи на его электроды постоянного напряжения смещения, усреднения и измеpetttL токового сигнала фотодиода., о а л 11 ч а 1о щ и Й целью. павышен1и точности измерения, на электроды фатодиода дополнительно подают переменное напрлжение смещения и определяют отношение среднего значеш:я тока фотсдиода за период перемен1 ого напряжен1и к среднему значению така:.,"Отадиада за полупериод с !

1 ! !

Состанитель A. Чурбаков

Редактор Л. Пчелинская Техред В.1(адар Корректор В. Бутяга

Тираж 778

Заказ 3906/44

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP но делам )тзобретенийт и откуьш.нй

1!3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производсттэетттто-полтиграфттческое пред,kðkkëòит-.> г. Ужгороц, ул. 1Ероектпая, 4

5 244 пе1хеменного напряжения и при отличии его от эталонного значения одновременно и в равной степени изменяют амплитуду перемештого и величину постоянного напряжений до моиента равенства отношения токов и эталонного значения.

?. Устройство для измерения светового потока, содержащее лавинный фотодиод, источник постоянного напря- !О жения смещения, усшпггель, к входу которого подключен один из выходов лавинного фотодиода, и регистрирующий прибор, о т .л и ч а ю щ е е с я

"ем, что, с целью повышения точности !5 измерения, в него введены смеха умножеши, генератор синусоидального напряжения, первый и второй сумматоры, фазоинвертор, первый и второй конденсаторы, интегратор„ схема за- 20 поминания уровня, схема сравнения, одновибратор„ элемент задержки, коммутатор, первый и второй фильтры низкой частоты (ФВЧ) и дифференци2l альный усилитель, входы которого соединены с выходамтт ФПЧ, а выход подкгпочен к управляющему входу схемы умножения, вход которой соединен с выходом первого сумматора, один из входов которого подключетт к генератору синусоидальпого напрттжеттт я и первому входу схемы сравнения, другой тзход — к нсточнику постоянного напряжения смещения, выход схеиы умножения подкшочеH к второму выводу лавтптного фотодиода, первому вхопу второго сумматора и входу фазоинвертора,, выход которого через первый конденсатор соединен с входом усилителя, выход которого подкл.очен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с входом пертзого ФНЧ, первым входои интегратора и через второй кондеттсатор с входом второго ФПЧ и входом коммутатора, выхоц которото подключен к общей шине, а управляющий вход — к выходу схемы сравнения, соединенной вторым тзходои с общей нитной, и к входу одновибратора, выход которого подключен к упрат ляющему входу схемь запомннантттт уровня и через элемент задержки к второму входу интегратора„ выход

k;ото гого через схему з апо. нгнания уров»я соединен с регттстрирующии прибором,