Двухлучевой фотометр

 

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение преимущественно на аэродромах для измерения прозрачности атмосферы. Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет регистрации яркости фона. Фотометр содержит два источника света, измерительный, эталонный и два дополнительных оптических тракта, две схемы сравнения и источник опорного напряжения, а также хронизатор основного и дополнительного источника света, устройство разделения сигналов основного и дополнительного источников света на выходах фотопреобразователей, регулируемый источник питания основного источника света. Основной источник света выполнен импульсным, а дополнительный - с интенсивностью, пропорциональной питающему напряжению. Устройство разделения сигналов основного и дополнительного фотопреобразователей может быть выполнено в виде импульсного и низкочастотного трансформаторов, первичные обмотки которых соединены последовательно, при этом первичная обмотка низкочастотного трансформатора зашунтирована конденсатором, емкостное сопротивление которого значительно меньше индуктивного сопротивления импульсного трансформатора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения фотометрических параметров, и предназначено, преимущественно, для измерения прозрачности атмосферы на аэродромах. Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет регистрации яркости фона. На фиг.1 приведена блок-схема двухлучевого фотометра; на фиг.2 - вариант выполнения устройства разделения сигналов. Фотометр содержит основной 1 и дополнительный 2 источники модулированного света и хронизатор 3, обеспечивающий поочередное включение этих источников. Свет от основного источника 1 через измерительный 4 и первый дополнительный 5 тракты поступают на измерительный 6 и дополнительный 7 фотопреобразователи соответственно. Свет от дополнительного источника 2 через эталонный 8 второй дополнительный 9 тракты поступает соответственно на те же фотопреобразователи. К выходам фотопреобразователей 6 и 7 подключены соответственно входы устройств 10 и 11 разделения сигналов от источников 1 и 2 света. Первый выход устройства 10 соединен с входом пикового детектора 12, выход которого является выходом фотометра для измерения коэффициента ослабления в измерительном тракте (прозрачности). Непосредственно с выходом фотопреобразователя 6 связан выход измерения яркости фона. Второй выход устройства 10 соединен с первым входом первой схемы 13 сравнения, к второму входу которой подключен второй выход устройства 11. Выход схемы 13 сравнения соединен с управляющим входом фотопреобразователя 6. Первый выход устройства 11 через пиковый детектор 14 соединен с первым входом схемы 15 сравнения, к второму входу которой подключен источник 16 опорного напряжения. Выход схемы 15 подключен к входу регулируемого источника 17 питания, к выходу которого подключен основной источник 1 света. Входы схем 13 и 15 сравнения выполнены с запоминанием уровня сигнала. Устройство разделения сигналов содержит импульсный трансформатор 18, сигнал с которого подается на первый выход, и низкочастотный трансформатор 19, обмотка которого зашунтирована конденсатором, сигнал с вторичной обмотки которого подается на второй выход. Работает фотометр следующим образом. Под воздействием хронизатора 3 обеспечивается непрерывная последовательность световых сигналов от источников 1 и 2 света, которые поочередно через тракты 4 и 5, затем через тракты 8 и 9 поступают на фотопреобразователи 6 и 7. При включении источника 2 света напряжение U₂ с выхода фотопреобразователя 6 подается через второй выход устройства 10 на первый вход схемы 13 сравнения и определяется выражением U₂ = Φ₂K_эK, (1) где Φ₂ - световой поток источника 2; К_э - коэффициент пропускания эталонного тракта; К - коэффициент преобразования фотопреобразователя 6. Одновременно с выхода преобразователя 7 через второй выход устройства 11 на второй вход схемы 13 сравнения подается напряжение U₂', равное U₂' = Φ₂K_д2K_д, (2) где К_д2 - коэффициент пропускания тракта 9; К_д - коэффициент преобразования фотопреобразователя 7. Если это напряжение не равно напряжению U₂, то сигнал разности с выхода схемы 13 сравнения воздействует на управляющий вход фотопреобразователя 6 до наступления этого равенства, т.е. условия, при котором К_э˙К = К_д2˙К_д, (3) или K= · K_д .. (4) При включении источника 2 и включении источника 1 напряжение с выхода фотопреобразователя 6 подается через первый выход устройства 10 и пиковый детектор 12 на выход фотометра U_вых = Φ₁τ˙К, (5) где Φ₁ - световой поток источника 1;
τ- коэффициент пропускания измерительного тракта (среды). Одновременно с выхода фотопреобразователя 7 через первый выход устройства 11 и пиковый детектор 14 на первый вход схемы 15 сравнения подается напряжение U₁, равное
U₁ = Φ₁˙К_д1˙ К_д, (6) где К_д1 - коэффициент пропускания дополнительного тракта 5. На второй вход схемы 15 сравнения подается напряжение от источника 16 опорного напряжения, равное U_оп. Если напряжение U₁ не равно U_оп, то сигнал разности выхода схемы 15 сравнения воздействует на регулируемый источник 17 питания до наступления равенства U₁ = U_оп, при котором
U_оп = Φ₁˙К_д1˙К_д, (7)
Учитывая это равенство и равенство (4), статическую характеристику фотометра (5) можно записать следующим образом:
U_вых= U_оп · τ_o,
(8) откуда видно, что результат измерения не зависит от коэффициентов преобразования фотопреобразователей. Выходной сигнал от воздействия на фотопреобразователь 6 яркости фона можно записать в следующем виде:
U_ф =Φ ˙К . (9)
Учитывая равенство (4), можно написать
U_φ= · φ=K_φ·φ . (10)
Из этого выражения видно, что стабильность статической характеристики фотометра, как измерителя яркости фона, определяется стабильностью дополнительного фотопреобразователя 7. Фотодиоды обладают весьма высокой временной и температурной стабильностью при измерениях переменных световых потоков, поэтому с вполне достаточной для практики достоверностью можно считать К_д = const, если использовать в качестве дополнительного фотопреобразователя фотодиод. Устройство разделения сигналов может быть выполнено в виде общеизвестного синхронного коммутатора, управляемого хронизатором 3. Для исключения необходимости синхронизации цепей предлагается использовать устройство, показанное на фиг.2. При использовании импульсного источника света в качестве основного, а пропорционального и низкочастотного - в качестве дополнительного разделения сигналов в устройстве разделения сигналов, показанном на фиг.2, происходит потому, что при поступлении импульсного сигнала на вход устройства на втором выходе сигнал отсутствует, так как сопротивление цепи параллельно соединенных конденсаторов и первичной обмотки низкочастотного трансформатора 19 пренебрежимо мало для импульсного сигнала, поэтому сигнал - только на первом выходе. Так как коэффициент передачи импульсного трансформатора 18 для низкочастотного сигнала пренебрежимо мал, то при наличии низкочастотного сигнала на входе, например, синусоидальной формы, сигнал - только на втором выходе.

Формула изобретения

1. ДВУХЛУЧЕВОЙ ФОТОМЕТР, содержащий основной и дополнительный источники модулированного света, измерительный, эталонный и два дополнительных оптических тракта, измерительный фотопреобразователь с регулируемым коэффициентом преобразования, дополнительный фотопреобразователь, две схемы сравнения и источник опорного напряжения, при этом выход основного источника света через измерительный и первый дополнительный тракты оптически связан с входами измерительного и дополнительного фотопреобразователей соответственно, выход дополнительного источника света - с указанными фотопреобразователями через эталонный и второй дополнительный тракты соответственно, а выход первой схемы сравнения соединен с управляющим входом измерительного фотопреобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений за счет регистрации яркости фона, в него дополнительно введены хронизатор основного и дополнительного источников света, два устройства разделения сигналов основного и дополнительного источников света, два пиковых детектора и регулируемый источник питания основного источника света, при этом выход измерительного фотопреобразователя соединен с входом первого устройства разделения сигналов, первый выход которого соединен с входом первого пикового детектора, выход которого является выходом фотометра, а второй выход первого устройства разделения сигналов подключен к первому входу первой схемы сравнения, с вторым входом которой соединен второй выход второго устройства разделения сигналов, вход которого соединен с выходом дополнительного фотопреобразователя, а первый выход через второй пиковый детектор соединен с первым входом второй схемы сравнения, второй вход которой соединен с источником опорного напряжения, а выход - с управляющим входом регулируемого источника питания, второй выход измерительного фотопреобразователя является выходом сигнала фона. 2. Фотометр по п.1, отличающийся тем, что основной источник света выполнен импульсным, а дополнительный - с интенсивностью, пропорциональной питающему напряжению, каждое из устройств разделения сигналов выполнено в виде импульсного и низкочастотного трансформаторов, первичные обмотки которых, соединенные последовательно, являются входом устройства разделения сигналов, а вторичные обмотки - первым и вторыми выходами соответственно, при этом первичная обмотка низкочастотного трансформатора зашунтирована конденсатором, емкостное сопротивление которого на частоте импульсов основного источника света много меньше индуктивного сопротивления первичной обмотки импульсного трансформатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 15.04.1994

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2002

Извещение опубликовано: 27.12.2002        

---