Фотометр
Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерений стационарных световых потоков в раз-, личных областях оптоэлектроники. Целью изобретения является повьшение разрешающей способности фотометра за счет линеаризации его выходной характеристики при одновременном повышении быстродействия при низких уровнях освещенности. Фотометр содержит фотодиод J катод которого подключен к инвертируннцему входу усилителя 2, а анод - к его выходу , компаратор 3, генератор 4 напряжения квадратичной формы (Up -К t + - Up), коммутирующий элемент 6, которьй подключает катод фотодиода 1 либо к образцовому источнику напряжения, либок генератору компенсирзпощего тока для компенсации темнового тока во время фотометрирования. Под действием светового потока происходит разряд емкости фотодиода 1 и линейно возрастающее напряжение на выходе усилителя 2 сравнивается компаратором 3 с напряжением, вырабатьшаемым генераторбм 4. В момент равенства напряжений переключается компаратор 3 и запускается одновибратор 5, сигнале которого производит перезаряд емкости фотодиода, и цикл работы устройства повторяется. С помощью реверсивного счетчика 9, задающегого генератора 13, элемента 2И 11 длительность импульса на выходе компаратора 3 преобразуется в цифровой код, который после окончания цикла фотометрирования переписьгоается в регистр 12. 2 ил. S tssak
Оal03 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
1ЕСПжЛИК
ГОС.ДА СТВЕНИЬ и ИОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 :, 4179671/31-25
; 12 ., 0 1 87 (46! 07.11.88. Бюл. 11г 41 (7Ij Алтайский политехнический институт им. И,И, Ползунова (72) Н.И. Госьков, М.А. Царегородцев и А.Г. Якунин (53) 621.381(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 857780„ кл. С 01 Х 1/44, 1981.
Авторское свидетельство СССР
Ф 1116325, кл. 0 01 Х l/44, 1984. (54) ФОТОМКТР (57) Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения стационарных световых потоков в раз-. личных областях оптоэлектроники. Целью изобретения является повышение разрешающей способности фотометра за счет линеаризации его выходной характеристики при одновременном повышении быстродействия при низких уровнях освещенности. Фотометр содержит фотодиод 1, катод которого подключен к инвертирующему входу усилителя 2, а анод — к его выхо. SU 1435956 ду, компаратор 3, генератор 4 напряжения квадратичной формы (U ,z
-K <> + 1435956 Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения стационарных световых потоков в различных областях оптоэлектроники. Цель изобретения — повышение раз решающей способности фотометра за счет линеаризации его выходной характеристики при одновременном увеЛичении быстродействия. 10 На фиг. 1 приведена функциональная схема фотометра; на фиг. 2 графики выходного напряжения генератора напряжения квадратичной форМы и усилителя. 15 Фотометр содержит фотодиод 1, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя 2, а анод — с Его выходом и с инвертирующим входом компаратора 3, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора 4 напряжения квадратичной формы, а его выход — с входом одновибратора 5. Также в состав фотометра входит коммутирующий эле- 25 лепт 6, первый и второй коммутируемые входы которого соединены соответственно с образцовым источником 7 напряжения и выходом генератора 8 компенсируюшего тока, а его выход 30 Подключен к инвертирующему входу усилителя 2 и катоду фотодиода Кроме того, фотометр содержит реверсивный счетчик 9, установочньпI вХод которого подключен к выходу элемента 10 задержки, вычитающий вход — к выходу. элемента 2И 11,, а выход " к информационному входу регистра 12, синхронизирующий вход которого объединен с входом генератора 4, управляющим входом коммутирующего элемента 6, входом элемента 10 задержки и подключен к выхОду одновибратора 5. Первый и второй входы элемента 2 И 11 подключены соответственно к выходу компаратора 3 и выходу задающего генератора 13 а выход регистра 12 является выходом устройства. Генератор 4 напряжения квадратичной формы, реализующий функцию U „ = К с — К t: -- U, может быть реали2 1 зован с помощью цифрового вычислителя с последующю преобразованием цифрового кода в аналоговую форму цифро-. 55 аналоговым преобразователем, выпускаемым в интегральном исполнении. Возможен и аналоговый способ воспроизведения напряжения квадратичной формы с заданными параметрами. Подо " ;ые методы используются при воспроизве— дении квадратичных зависимостей в аналоговых вычислительных машинах. Фотометр работает следующим образом. В момент включения фотометра одновибратор 5 вырабатывает фиксированный по длительности импульс, по переднему фронту которого содержимое реверсивного счетчика 9 записывается в регистр 12, запускается генератор 4и через время, необходимое для запи— си информации в регистр 12 и определяемое параметрами элемента 10 задержки. реверсивный счетчик 9 устанавливаегся в нулевое состояние. Кроме того, этот же импульс поступает на управляющий вход коммутирующего эпемента 6, который подключает инвертирующий вход усилителя 2 к положительному выводу обЪ разцового источника 7 напряжения,и на выходе усилителя 2 устанавливается отрицательное напряжение, вызывающее за— ряд барьерной емкости фотодиода 1. По окончании импульса одновибратора 5 коммутирующий элемент 6 подключает к инвертируЮщему входу усилителя 2 генератор 8 компенсирующего тока. Длительность импульса Т одно— вибратора 5 выбирается такой, чтобы полностью обеспечить заряд барьерной емкости фотодиода 1. В момент окончания импульса одновибратора 5 барьерная емкость фотодиода имеет максимальный заряд, чему соответствует отрицательное напряжение U на выходе усилителя 2 ° Затем под действием фототока, вызванного световым потоком, и под действием темноного тока фотодиода I происходит разряд его емкости. Однако одновременно с разрядом емкости фотодиода 1 производится ее дозаряд током генератора 8, равным по величине темновому току. Таким образом осуществляется компенсация темнового тока. По мере разряда емкости фстодиода 1 линейно возрастает напряжение на выходе усилителя 2 (фиг. 2). Одновременно с ним возрастает напряжение по квадратичному закону на выходе генератора 4 (фиг. 2). Эти напряжения сравниваются компаратором 3. Так как в начальный момент времени оба напряжения имеют одинаковые значения Ц с, для обеспечения стабиль1435956 ТФ =cl P где КС (t-t., )Ф »ой работоспособности фотометрирующего устройства запуск генератора 4 осуществляется раньше момента начала фотометрирования на время Т„ длительности выходного импульса одновибратора 5 (фиг. 2) Поскольку длительность этого импульса намного меньше периода фотометрирования, опережение запуска генератора 4 практически не влияет на линейность выходной характеристики устройства. Начальный уровень сигнала на выходе компаратора 3 разрешает прохождение тактирующих импульсов с выхода генератора 13 через элемент 2И 11 на вычитающий вход реверсивного счетчика 9. В момент равенства напряжений на входах компаратора 3 происходит его переключение. При этом запрещается прохождение импульсов на вычитающий вход реверсивного счетчика 9 и производится запуск одновибратора 5, выходной импульс которого переписывает содержимое счетчика 9 в регистр 12, после чего цикл работы фотометра повторяется ° Таким образом, после завершения цикла фотометрирования величина двоичного цифрового кода, хранящегося в регистре 12, прямо пропорциональна мощности оптического излучения, так как длительность разрешающего уровня сигнала, стробирующего прохождение тактирующих импульсов на вычитающий вход счетчика 9, линейно зависит от мощности оптического излучения. Доказательство линейности следует из равенства У ц„ и U,, т.е. из условия равенства напряжений на входе компаратора. Действительно, напряжение на выходе усилителя U определяется выражением К Бык = -- (к,1)с-1 *Ф о коэффициент усиления усилителя1 максимальное отрицательное напряжение на выходе усилителя в момент окончания импульса одновибратора емкость фотодиода; время разряда емкости фотодиода фототоком; ток фотодиода (фототок). Так как емкость фотопиоца разряжается линейно для источника постоянного излучения, то где Р— мощно с ть оп тиче с ко го излучения; o(— коэффициент пропорциональности. Напряжение на выходе усилителя может быть описано следующим выражением 1 р х 11о + K ь где U, = U„„, p = С(К+1) Из равенства U» = Б„следует К„к, где Т вЂ” время фотометрирования. Ф Поскольку время релаксации генератора 4 напряжения квадратичной формы 25 фиксировано и независимо от мощности светового потока определяется величиной Т „ (фиг. 2), то по сравнению с известным фотометром, у которого .время фотометрирования, значительно gp увеличивается при фотометрировании оптических полей с низким уровнем ocl вещенности, увеличивается быстродействие при низких уровнях освещенности. При выборе коэффициентов К, и К 35 следует соблюдать следующие требования. Максимальное выходное напряже-. ние генератора 4 не должно превышать величины опорного напряжения Uon уровень которого ограничивает линей4о ный участок выходного напряжения усилителя 2 (фиг.2),и максимальное время фотометрирования должно быть меньше ипи равно времени Т„, „,(фиг.2 ), выбираемого,исходя из требований к точно45 сти фотометрирования.Из этих же соображений выбирается количество двоичных разрядов реверсивного счетчика 9 и регистра 12. Частота тактовых импульсов задающего генератора 13 должна быть такой, чтобы при отсутствии освещенности (т.е., по истечении времени Т с, ), содержимое реверсивного счетчика 9 было равно нулю. При цифровой реализации генератора 4 и при использовании десятиразрядного цифроаналогового преобразователя нелинейность фотомет1435956 Пирования в диапазоне 0,1-- йт/мсоставляе .. О, 27.. Формула изобретения Составитель А. Ястребов Редактор Н. Тупица Техред N.äèäbæ Корректор В. Гирняк Заказ 5636/40 Тираж 499 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 Фотометр, содержащий фотодиод, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход— с анодом фотодиода и с инвертирую, щим входом компаратора, выход которого соединен с входом одновибратора, выход одновибратора подключен к управляющему входу коммутирующего элемента, первый и второй коммутируемые входы которого соединены соответственно с образцовым источником напряжения и с генератором компенсирующего тока, а выхоц — с инвер тирующй входом усилителя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности фотометра за счет линеаризации его выходной характеристики при одновремекном увеличении быстродейств1:,, н него введены задающий генератор, ревер- сивный счетчик, элемент эадержки, элемент 2И, регистр и генератор напряжения квадратичной формы, реализующий функцию U = Kzt — К„С вЂ” U,, где U0— напряжение смещения, К 1, Kz- постоянные коэффициенты, t — время, при этом выход генератора напряжения квадратичной формы подключен к неинвертирующему входу компаратора, а вход этого генератора объединен с синхронизирующим входом регистра, входом элемента задержки и подключен к 1 ) выходу одновибратора, установочный вход реверсивного счетчика соединен с выходом элемента задержки, а е"o вычитающий вход подключен к выходу элемента 2И, первый и втсрой входы которого соединены соответственно с выходом компаратора и с вь.ходом задающего генератора, выход реверсивного счетчика подключен к информационному входу регистра, выход которого является выходо л фотометра.
