Устройство для измерения малых оптических потерь импульсно- периодического излучения

 

Изобретение предназначено для измерения малых оптических потерь в различных средах. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений за счет снижения величины неинформативной модуляционной составляющей фотоэлектрического сигнала при реализации балансного способа измерений. Снижение модуляционной составляющей обеспечивается низкочастотной фильтрацией при фоюприеме и вычитанием из сигнала регистрируемого при попеременном пропускании через образец и эталон двух потоков излучения от одного источника, сигнала, дополнительно регистрируемого непосредственно от источника изпучечия. Последний сигнал используется , кроме того, в качестве управляющего в схеме автоматической регулировки усиления, с помощью которой устраняется влияние флуктуации источника, и в схеме стробирования с двумя ключами, предназначенной для снижения влияния шумов фотоприемников, включающей фотоприемники лишь на время, когда величина светового сигнала превышает заданный уровень. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я) 6 01 J 1/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕЧИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4497051/25 (22) 24.10.88 (46) 23.11.91. Бюл, N 43 (71) Московский инженерно-физический институт (72) И.А.Бубличенко (53) 535,24 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 879329„кл, G 01 J 1/10, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1236324, кл. G 01 J 1/44, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ОПТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ИМПУЛЬСНОПЕРИОДИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение предназначено для измерения малых ойтических потерь в различных средах. Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений за счет снижения величины неинформативной модуляционной составляющей фотоэлектричеИзобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения малых оптических потерь в твердых, жидких и газообразных средах.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений малых оптических потерь импульсно-периодического излучения.

На чертеже приведена структурная схема устройства, Устройство содержит оптически связанные источник 1 излучения, оптические каналы 2 и 3, последовательно расположенные обтюратор 4, нулевую заслонку 5 в одном из каналов, светособирающий элемент 6, измерительный 7 и опорный 8 фотоприемни5U 1693395 А1 ского сигнала при реализации балансного способа измерений. Снижение модуляционной составляющей обеспечивается низкочастотной фильтрацией при фотоприеме и вычитанием из сигнала. регистрируемого при попеременном пропускании через образец и эталон двух потоков излучения от одного источника, сигнала, дополнительно регистрируемого непосредственно от источника излучения, Последний сигнал используется, кроме того, в качестве управляющего в схеме автоматической регулировки усиления, с помощью которой устраняется влияние флуктуаций источника, и в схеме стробирования с двумя ключами, предназначенной для снижения влияния шумов фотоприемников, включающей фотоприемники лишь на время, когда величина светового сигнала превышает заданный уровень. 1 ил. ки, последовательно включенные вычитатель 9 и первый дифференциатор 10, управляемый усилитель 11, синхронный детектор

12, измерительный блок 13, последовательно включенные второй дифференциатор 14, схему 15 фиксации уровня сигнала и фильтр

1 нижних частот, компаратор 17 и ключи 18 и 19. При этом опорный фотоприемник 8 оптически сопряжен с источником I излучения, выход фильтра 16 нижних частот подключен к управляющему входу управляемого усилителя 11, сигнальный вход ко орого подключен к выходу первого дифференциатора 10, причем измерительный 7 и опорный 8 фотоприемники выполнены с возможностью реализации режима

1693395 накопления и подключены к входам вычитателя 9, а обтюратор 4 выполнен с темновым интервалом, равным интервалу пропускания, и установлен с возможностью противофазного перекрытия каналов.

Компаратор.17 и ключи 18 и 19 выполняют функцию схемы стробирования, При этом вход компаратора 17 подключен к выходу схемы 15 фиксации уровня сигнала, а выход компаратора 17 — к управляющим входам ключей 18 и 19, сигнальные входы первого (18) из которых подключены к выходу управляемога усилителя 11 и входу синхронного детектора 12, а второго (19) к выходу схемы 15 фиксации уровня сигнала и к входу фильтра 16 нижних частот.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 распространяется по каналам 2 и 3, противофазно прерывается обтюратором. 4 и сводится к светособирающим элементом 6 на измерительный фотоприемник 7, Сравниваемые потоки уравниваются с помощью нулевой заслонки 5. Обтюратор 4 осуществляет переключение каналов потоков без темновых интервалов на частоте, в несколько раз меньшей частоты следования импульсов излучения. Б исходном состоянии, когда равны сравниваемые потоки, световой сигнал на частоте переключения, поступающий на измерительный фотоприемник 7, равен нулю. В случае изменения оптической плотности измеряемого обьекта (возникает разбаланс интенсивностей излучения в каналах устройства, который приводит к появлению светового сигнала на частоте прерывания.

На опорный фотоприемник 8 поступает световой сигнал непосредственно от источника 1, не содержащий информации о поглощении.

Включенные в режим накопления фотоприемники 7 и 8 обеспечивают низкочастотную фильтрацию фотоэлектрического сигнала. Величина неинформативной модуляционной составляющей снижается пропорционально отношению частоты следования импульсов к частоте переключения каналов, Выходные сигналы с фотоприемников 7 и 8 вычитаются а блоке 9 с широкой полосой пропускания, причем сигкали уравниваются по величине а положении, когда открыт канал, свободный от оптических потерь, После дифференциатора 10 подавления неинформативной составляющей за счет вычитания в блоке 9 сохраняется при широкой полосе пропускания электронного тракта фотоприемник-вычитатель — дифференциатор, 20 циент усиления которого обратно пропор3Q ционален напряжению на управляющем входе. В результате обеспечивается посто50

Далее сигнал усиливается шлро;.ополосным усилителем 11 и поступает через синхронный детектор 12 в измерительный блок 13, который измеряет выходное напряжение. Величина оптических потерь определяется по отношению напряжения сигнала ослабления к напряжению полного сигнала, измеренному при внесении 100%ных оптических потерь. Для исключения погрешностей измерений, связанных с изменением мощности источника 1 во времени, устройство снабжено автоматической регулировкой усилением (АРУ), компенсирующей изменения полного сигнала, и включающей в себя блоки 14-16.

Дифференциатор 14 восстанавливает форму светового сигнала на опорном фотоприемнике 8, схемой 15 фиксации уровня осуществляется привязка продифференцированного сигнала к нулевому уровню так, что нулевой мощности соответствует нулеаое напряжение электрического сигнала, С помощью фильтра 16 нижних частот импульсно-периодический сигнал усредняется, и формируется постоянный сигнал, пропорциональный средней мощности источника

1, Полученный постоянный сигнал подается на управляющий вход усилителя 11, коэффиянная величина полного сигнала, независящая г .. флуктуаций мощности источника 1.

Причем, для повышения точности АРУ фильтр 16 нижних частот должен быть идентичен выходному фильтру синхронного детектора 12, Снижение влияния собственных шумов фотоприемников при больших скважностях импульсов осуществляется с помощью схемы стробирования. Сигнал с выхода схемы

15 фиксации уровня поступает на компаратор 17, вырабатывающий прямоугольные управляющие импульсы, длительность которых определяется интервалом, в течение которого величина сигнала превышает задаваемый при настройке схемы уровень 1020% от максимума импульсов. Полученные прямоугольные сигналы подаются на управляющие входы ключей 18 и 19, первый из которых коммутирует сигнал, поступающий на вход синхрон ного детектора 12, а второй — сигнал, поступающий на вход фильтра 16 нижних частот. Схема стробирования фактически включает фотоприемники 8 и 7 лишь на время, когда величина светового сигнала превышает задаваемый уровень, При этом влияние собственных шумов фотоприемников 7 и 8 снижается. Применением ключей

18 и 19 достигается идентичность иэмери1693395 тельного электронного тракта и тракта АРУ, что необходимо для сохранения точности измерений.

Составитель Е. Маколкин

Редактор О. Хрипта Техред M.Moðråíòýë Корректор T. Малец

Заказ 4068 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Формула изобретения

Устройство для измерения малых оптических потерь импульсно-периодического излучения, содержащее оптически связанные источник излучения, два оптических канала и расг;ложенные последовательно обтюратор, нулевую заслонку в одном из каналов, светособирающий элемент, измерительный фотоп риемник, а также последовательно включенные усилитель, синхронный детектор, синхронизованный с частотой вращения обтюратора, и измерительный блок. отл ича ю щееся тем, что,: целью повышения чувствительности и точности, в нею введены опорный фотопри5 емник, оптически сопряженный с источником излучения, последовательно включенные вычитатель и дифференциатор, выход которого подключен к сигнальному входу усилителя, причем измерительный и

10 опорный фотоприемники выполнены с возможностью реализации режима накопления и подключены к входам вычитателя, а обтюратор выполнен с темнЬвым интервалом, равным интервалу пропускания, и установ15 лен с возможностью перекрытия каналов,