Способ поверки чувствительности измерительных фотодиодов

 

Изобретение относится к области метрологии и фотометрии. Изобретение позволяет повысить точность поверки чувствительности измерительных фотодиодов, обеспечивает возможность автономной самоповерки в бортовой аппаратуре и автоматизации процесса поверки путем сравнения тепловой и фотоэлектрической чувствительности фотодиода посредством измерения напряжения холостого хода фотодиода в процессе его облучения излучением дополнительного источника света с последующим измерением тока короткого замыкания этого фотодиода и расчета чувствительности S из соотношения S = S<SB POS="POST">0</SB>[(U<SB POS="POST">перв</SB>-U<SB POS="POST">перв</SB>)//U<SP POS="POST">макс</SP>-U]/J<SB POS="POST">перв</SB>, где U<SB POS="POST">перв</SB> - максимальное напряжение холостого хода фотодиода при первичной поверке, U<SB POS="POST">перв</SB> - напряжение холостого хода фотодиода в установившемся режиме при первичной поверке, U<SP POS="POST">макс</SP> - максимальное напряжение холостого хода фотодиода при очередной поверке, U - напряжение холостого хода при установившемся режиме при очередной поверке, J - фототок от дополнительного источника света при очередной поверке, J<SB POS="POST">перв</SB> - фототок от дополнительного источника света при первичной поверке, S<SB POS="POST">0</SB> - чувствительность фотодиода при первичной поверке.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (su 4 С 01 3 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ разом.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4352392/40 — 25 (22) 29.12.87 г (46) 30.07. 89. Бюл. N - 28 (72) Ю.Н.Николаев и А.А.Колесников (53) 535.24 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 629456, кл. G 01 3 5/12, 1978.

Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений световых величин непрерывного и импульсного излучений. ГОСТ 8.023-86. (54) СПОСОБ ПОВЕРКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ФОТОДИОДОВ (57) Изобретение относится к области метрологии и фотометрии. Изобретение позволяет повысить точность поверки чувствительности измерительных фотодиодов, обеспечивает возможность asтономной самоповерки в бортовой аппаратуре и автоматизации процесса поверки путем сравнения тепловой и фотоэлектрической чувствительности фотодиода посредством измерения напряжения холостого хода фотодиода в проИзобретение относится к метрологии и фотометрии, в частности к фотометрам, действующим по принципу сравнения с эталонным световым излучением или электрической величиной.

Целью изобретения является повышение точности измерений, автоматизации поверки и обеспечения возможности самоповерки в бортовой аппаратуре.

Способ осуществляк1т следующим об.Я0„„1497460 A 1 цессе его облучения излучением дополнительного источника света с последующим измерением тока короткого замыкания этого фотодиода и расчета ,чувствительности S иэ соотношения где U „, "» "— максимальное напряжение холостого хода фотодиода при первой поверке, П „ — напряжение холостого хода фотодиода в установившемся режиме при первичной no à кс верке, U — максимальное напряжение холостого ходя фотодиода при очередной поверке, U — напряжение холостого хода в установившемся режиме при очередной поверке, I — фототок от дополнительного источника света при очередной поверке, ? „ — фототок от дополнительного источника света при первичной поверке, S 0 — чувствительность фотодиода при первичной поверке.

Измерительный фотодиод иэ кремния с тепловым сопротивлением корпуса

P = 50 С/Вт освещают при первичной поверке рабочим эталоном единицы потока излучения с мощностью излучения

P = 0,850 мВт и одновременно измеряют фототок I „ = 1,003 .1О мА. Первичную чувствительность фотодиода

S определяют из соотношения

Б = ---- = О 118 А/Вт.

Т о Р э

14 974 60

В поле зрения фотодиода жестко фиксируют относительно фотодиода дополнительный полупроводниковый источник света из арсенида галлия, например типа АЛ 107Б, на все время эксплуатации фотодиода. Дополнительный источник света запитывают прямоугольным импульсом тока силой 100 мА,,при этом мощность излучения дополниIòåëüíîão источника света 10 мВт, Измеряют максимальное напряжение хомакс лостого хода фотодиода U пера цифр вым вольтметром с разрешением 1 10 В ° 15

Максимальное напряжение холостого хода появляется непосредственно после включения источника света, когда фотодиод еще не нагрелся падающим на него излучением. По мере прогрева 20 фотодиода падающим на него излучением, напряжение холостого хода на нем уменьшается с температурным коэффио циентом К = 1,82 /С и по бкончании времени тепловой, релаксации выходит на стационарное значение Б „, соответствующее тепловому равновесию.

При этом изменение напряжения

При разрешении 10 В погрешность измерения напряжения составляет 0,01 .

После этого переключают цепь регист рации фотосигнала в режим измерения фототока и измеряют фототок от допол- 5 нительного источника света I пера °

При чувствительности фотодиода S =

= 0,118 А/Вт величина фототока а

I = Ы Р= 1,18 10 А.

1 перь

При разрешении измерителя тока

1 .10 А погрешность измерения тока не превышает 0,01Х. При очередной поверке последовательность операций измерения с дополнительным источни- 45 ком света повторяется. При этом изменение интенсивности источника света не влияет на результаты измерения чувствительности фотодиода, так как изменение напряжения холостого хода из-за разогрева фотодиода пропорционально падающей мощности излучения (U — U) P. Величина фототока также пропорциональна падающей мощности излучения I P. Поскольку отношение этих величин не эависйт от падающей на фотодиод мощности излучения, дополнительный источник света может обладать меньшей долговременной стабильностью, чем фотодиод. Что касает»

1 ся нестабильности интенсивности излуче ния светодиода во время измерений, то ее величина не превышает

0,001, что обеспечивает вы"окую точность поверки чувствительности фотодиода. Жесткая фиксация дополнительного источника света относительно фотодиода на все время эксплуатации фотодиода обеспечивает неизменное во времени пространственное распределение излучения по фоточувствительной поверхности фотодиода, что исключает влияние зонной характеристики фотодиода на результаты измерений чувствительности при очередной поверке.

Существующая система поверки чувствительности фотоприемников обеспечивает погрешность поверки измерительных фотодиодов на уровне 2-4%. Предлагаемый способ поверки обеспечивает погрешность не более 0,01, что позволяет в десятки раз повысить точность измерений чувствительности фотодиодови других фотометрических величин в оптоэлектронике. Способ позволяет решить проблему измерения стабильности опорных полупроводниковых излучателей и может быть использован в автоматизированной аппаратуре контроля.

Формула из обретения

Способ поверки чувствительности измерительных фотодиодов, заключающийся в том, что проводят операцию первичной поверки, в процессе которой направляют на фотодиод излучение эталонного источника света, измеряют первичное значение фототока и определяют первичное значение S чувствительности фотодиода, при периодической поверке направляют на фотодиод излучение, измеряют значение фототока и судят о текущем значении чувствительности Б фотодиода по первичному значению чувствительности фотодиода и отношению измеренного и первичного значений фототоков, о т л и— чающий с я тем, что, с целью повышения точности измерений, автоматизации процесса поверки и обеспечения возможности автономной самоповерки в бортовой аппаратуре, перед первичной поверкой в поле зрения фотодиода жестко относительно фотодиода фиксируют дополнительный источник света на все время эксплуатации фото1497460 макс иере о ма Кс иерю

U перв угольные импульсы тока, измеряют теСоставитель В.Калечиц

Техред M.Коданич Корректор М.Васильева

Редактор Н.Горват

Заказ 4431/41 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1130 15, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина, 101 диода, направляют на дополнительный источник света прямоугольные импульсы тока, измеряют максимальное напряжение холостого хода фотодиода ма кс

U «pg, измеряют напряжение холостого кода в установившемся режиме U ep и измеРЯют фототок I „ в от дополнительного источника света при периодичес- 10 кой поверке также направляют на дополнительный источник света прямокущее максимал.".нге напряжение холосМаке того хода фотодпода U измеряют текущее значение напряжения холостого хода фотодиода U в установившемся режиме, измеряют фототок I от дополнительного источника света, а текущее значение чувствительности S определяют из соотношения