Фотометр

 

Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения стационарных световых потоков в различных областях оптоэлектроники.- Целью изобретения является увеличение разрешающей способности фотометра . Фотометр содержит фотодиод I , катод которого подключен к инвертирующему входу усилителя 2, а анод - к его выходу, компаратор 3, генератор 4 напряжения квадратичнойформы (и,. Up + At ) , коммутиг1тощий элемент 6, который подктпочает катод фотодиода 1 либо к образцовому источ - нику напряжения 7 и заряжает eMKOctb фотодиода 1, либо к генератору компенс ир пощего тока для компенсации темнового тока во время фотометрировзния. Под действием светового потока происходит разряд емкости фотодиода 1 и линейно возрастающее напряжение на выходе усилителя 2 сравнивания компаратором 3 с напряжением генератора 4, В момент равенства напряжений запускается одновибратор 5 и на его выходе формируется импульс фиксированной длительности, которым про1 зводится переключение коммутирующего элемента 6, стробирование компаратора 3 и запуск генератора 4. Период следования импульсов на выходе одновибратора 5 прямо пропорционален мощности оптического излучения. 2 ил. а AftSSSU IL tnn .4 со ОО

dl""

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (;1) g 4 01 Õ 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4179691/31-25 (22) 14. 01.87

46) 1 5.1 0.88. Бюл. 11-" 38

71) Алтайский политехнический институт им. И.И,Ползунова (72) П.И.Госьков, М .А.Царегородцев и А.Г.Якунин (53) 621 .381(088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 857780, кл. G 01 3 1/44,,1981, Авторское свидетельство СССР

У 1116325, кл. G 01 3 1/44, 1984. (54) ФОТОИЕТР (57) Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения стационарных световых потоков в различных областях оптоэлектроники. Целью изобретения является увеличение разрешающей способности фотометра. Фотометр содержит фотодиод

1, катод которого подключен к инвертирующему входу усилителя 2, а анод— к его выходу, компаратор 3, генера„,ЗО„„ИЗО76З А1 тор 4 напряжения квадратичной формы (1. „= 110 + At )Ф коммутирующий элемент б, который подключает катод фотодиода 1 либо к образцовому источ нику напряжения 7 и заряжает емкость фотодиода 1, либо к генератору компенсирующЕго тока для компенсации темнового тока во время фотометрирования ° Под действием светового потока происходит разряд емкости фотодиода 1 и линейно возрастающее напря— жение на выходе усилителя 2 сравнивания компаратором 3 с напряжением генератора 4. В момент равенства напряжений запускается одновибратор

5 и на его выходе формируется импульс фиксированной длительности„ которым производится переключение коммутирующего элемента 6, стробирование компаратора 3 и запуск генератора 4, Период следования импульсов на выходе одновибратора 5 прямо пропорционален мощности оптического излучения. 2 ил.

1430763

Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения стационарных световых потоков в различных областях оптоэлектроники.

Целью и3обретения являе Tcя увеличение разрешающей способности фотометра за счет линеаризации его выходной характеристики.

На фиг. 1 приведена функциональная схема фотометра„ на фиг. 2 временные дчаграммы работы при различных условиях освещенности.

Фотометр содержит фотодиод 1, каотод которого соединен с инвертирующим входом усилителя 2„, а анод с его выхоцом и с инвертирующнм вхо-. дом компаратора 3, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора 4 напряжения квадратичной формы, а его выход — с входом одновибратора 5. Выход одновибратора 5 соединен с входом генератора 4 напряжения квадратичной формы и входом управления коммутирующего эле- 25 мента 6, первый коммутируемый вход которого соединен с положительным выводом образцового источника 7 напряжения, а второй — с выходом генератора 8 компенсирующего тока. Выход 30 коммутирув.щего элемента 6 подключен к инвертирующему входу усилителя 2 и к катоду фотодиода 1, причем неинвертирующий вход усилителя 2 соединен с шиной нулевого потенциала, Кроме того, вход элемента 9 задержки обьединен с входом генератора 4 напряжения квадратичной формы, а его выход подключен к стробирующему входу компаратора 3.

Генератор напряжения квадратичной формы реализует следующую функциональную зан исимос rq:

U„=U +At 1 )

45 где U — напряжение на выходе генег ратора 4;

U — напряжение смещения;

А — коэффициент; время.

Генераторы такого типа могут быть

50 реализованы либо с помощью цифровых вычислительных устройств (т,е, вычислением функции в .цифровом коде с последующим его преобразованием в аналоговую форму)„. либо с применением аналоговых методов, используемых в аналоговых вычислительных устройствах.

К Тф

U + (2) илa КС

U g.„= где К вЂ” коэффициент усиления уси. лителя," — максимальное отрицательное напряжение на выходе

Устройство работает следующим образом.

В момент включения фотометра одновибратор 5 вырабатывает фиксированный по длительности импульс, который поступает на управляющий вход коммутирующего э,"емента 6. Последний подключает инвертирующий вход усилителя 2 к положительному выводу образцового источника 7 напряжения, и на выходе усилителя 2 устанавливается отрицательное напряжение, которое вызывает заряд барьерной емкости фотодиода 1 . По окончании импульса одновибратора 5 производится запуск генератора 4„ вырабатывающего напряжение вида U = U + At

Э и коммутирующий элемент 6 подключа-, ет к инвертирующему входу усилителя

2 генератор 8 компенсирующего тока °

Длительность импульса одновибратора 5 выбирается такой, чтобы полностью обеспечить заряд барьерной ем-, кости фотодиода 1. В момент окончания импульса одновибратора 5 барьерная емкость фотодиода 1 начинает разряжаться под действием фототока, вызванного падающим на фотодиод световым потоком, а также темновым током фотодиода 1. Однако одновременно с разрядом фотодиода 1 производится его доэаряд током генератора, равным по величин темновому току, т.е. осуществляется компенсация темнового тока.

По мере разряда емкости фотодиода

l линейно возрастает напряжение на выходе усилителя 2, одновременно с нам возрастает напряжение по квадрагичному закону на выходе генератора 4. Оба эти напряжения с >авниваются компаратором 3, который запускает одновибратор в.момент равенства этих напряжений. При этом длительность временного интервала между окончанием импульса на выходе одновибратора 5 и моментом переключения коммутатора 3 линейно зависит от мощности оптического излучения.

Напряжение на выходе усилителя

U „, определяется выражением

1 430763

Хф

Так жается откуда

Р = А/р усилителя в момент окончания импульса одновибратора; — емкость фотодиода; — время разряда емкости фотодиода фототоком; ток фотодиода (фототок). как емкость фотодиода разрялинейно, то

Хф = с P (3) где Р— мощность оптического излучения; о(— коэффициент пропорциональности.

Напряжение на выходе усилителя может быть описано следующим выражением

Пиь(х = По + p Р (4) U0,= U»с

К

С(К +

Если напряжение на выходе усилителя 2 определяется формулой (4), а напряжение на выходе генератора 4 формулой (1), то условие равенства этих напряжений определяется выражением и, + р Р = U< + At . (5) где А/p — коэффициент пропорциональности

Так как в начальный момент времени напряжения на выходах усилителя 2 и генератора 4 очень близки по своему значению, то для устранения ложных срабатываний компаратора, которые могут быть вызваны пульсациями питания устройства, температурным дрейфом параметров элементов устройств и дру" гими нестационарными возмущениями, он выполнен стробируемым, При этом запуск компаратора осуществляется с задержкой относительно начала запуска генератора 4, определяемой параметрами элемента 9 задержки.

После повторного запуска одновибратора 5 цикл работы фотометрирующего устройства повторяется.

Выбор коэффициента А при квадратичном члене выражения (5) определяется оптимальной мощностью оптического излучения Р„ц„,с (см. фиг. 2). При этом минимальное время T за которое напряжение на выходе усилителя 2 достигает величины U q, определяемой величиной линейного участка выходной

5 характеристжси фотодиода 1 определяФ ется из (4) выражением

„=- (U,„- U,)/P Р .„.

Для того, чтобы выполнялось равенство U = U „при t = Т, коэффициен" А при квадратичном члене U äîëжен быть равен А = fi P „, /(U U ) . г

Таким образом, при параметрах уст" ройства, определяемых по указанному алгоритму, длительность временного интервала фотометрирования прямо пропорциональна мощности оптического излучения. При этом величина Т, не может быть меньше величины t опрезад деляемой элементом 9, В качестве иллюстрации работы устройства на фиг. 2 показаны значения временных интервалов Т, и Т> соответствующие мощностям оптического излучения Р2 и Рз .

25 Для наглядности и удобства восприятия уровни всех напряжений приведены в одних координатных осях.

На фиг. 2 использованы следующие обозначения: U 6 — уровень выходно б го сигнала сбразцового источника 3 напряжения 1; U „ — уровень постоянного опорного напряжения, ограничивающего линейный участок выходного сигнала усилителя 2; П „, — максималь35 ное отрицательное напряжение на выходе усилителя 2 при полностью заряженной емкости фотодиода;

U ö„ — выходное напряжение на выходе усилителя 2 при различных мощностях оптического излучения Р,-P>, Т вЂ” временные интервалы, соответс raующиe различным мощностям оптического излучения Р, — P>, U „. — напряжение на выходе генератора 4; — величина задержки вктпочения генератора 4 относительно начала разряда емкости фотодиода, при этом величина задержки несоизмеримо мала с временем фотометрирования, поэтому она не влияет на метрологические качества фотометра; Р„„„ — максимальная измеряемая мощность излучения при заданном коэффициенте А генератора 4ч

55 формула изобретения фотометр, содержащий фотодиод, ка" тод которого соединен с инвертирую14307 б3 ки, в него дополнительно введены элемент задержки и генератор напряжения квадратичной формы, Б реализующий функцию

11о + фиг 2

Составитель А, Ястребов

Редактор F.. Копча Техред A. Кравчук Корректор С. Черни ( краж 439 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, )K-35., Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5332/41

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Укгсрод, ул, Проектная, 4 щим входом усилителя, а анод — с выходом усилителя, неинвертирующий вход которого .соединен с шиной нулевого потенциала, а выход — с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с входом одновибратора, выход одновибратора подключен к управляющему входу коммутирующего элемента, первый и второй коммутируемые входы которого подключены соответственно к образцовому источнику напряжения и генератору компенсирующего тока, а выход коммутирующего элемента соединен с катодом фотодиода отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности фотометра за счет линеаризации его выходной характеристигде Т1 - напряжение смещения;

А — постоянный коэффициент; время, а компара", р выполнен стробируемым, при этом выход генератора напрях<ения квадратичной формы подключен к неинвертирующему входу компаратора, выхоц элемента задержки соединен со стробирующим входом компаратора, а входы генератора и элемента задержки объединены и подключены к выходу одновибратора,