Фотометр

 

Использование: при построении высокочастотных фотоэлектронных преобразователей светового потока. Сущность изобретения: устройство состоит из последовательно соединенных приемника излучения , коммутатора, интегратора, компаратора, первой схемы И, двоичного счетчика, программируемого делителя частоты , второй схемы И, регистратора, последовательно соединенных инвертора, третьей схемы И, первого триггера, формирователя импульса, а также источника тока, связанного с вторым входом коммутатора, генератора опорной частоты (соединенного с вторыми входами первой схемы И, программируемого делителя и формирователя импульса), второго триггера, выход и первый вход которого соединены соответственно с вторым входом и выходом третьей схемы И. Выход компаратора соединен с третьим входом коммутатора, входом инвертора , вторым входом первого триггера. Выход формирователя импульса соединен с вторыми входами второй схемы И, двоичного счетчика и второго триггера. Измеряется время заряда интегратора, пропорциональное световому потоку; кроме того, интегратор разряжается источником тока при отключенном приемнике излучения. 1 з.п.флы, 1 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 J 1/44

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ () (л) (21) 4833972/25; 4833971/25 (22) 04,06,90 (46) 23.01,93, Бюл. М 3 (71) Особое конструкторское бюро "Радуга" (72) В.Н,Румянцев, А.В.Семенихин, B.Н.Устинов и С.С,Розанов (73) В.Н.Румянцев, А.В.Семенихин и В.Н.Устинов (56) Патент США N 4104654, кл, G 01 J 1/44, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N857730,,кл,,G 01 J 1/44, 1979. (54) ФОТОМЕТР (57) Использование; при построении высокочастотных фотоэлектронных преобразователей светового потока. Сущность изобретения; устройство состоит из последовательно соединенных приемника излучения, коммутатора, интегратора, компаратора, первой схемы И, двоичного счетчика, программируемого делителя час=---Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при построении высокочастотных фотоэлектронных преобразователей светового потока.

Известен фотометр, содержащий фотодиод, соединенный катодом с шиной нулевого потенциала, а анодом — с инвертирующим входом интегратора, выход которого связан с инвертирующим входом компаратора, инвертирующим входом связанного с источником опорного напряжения.

Недостатком известного устройства является ограниченная точность преобразования световых потоков в частоту, что

ÄÄ5UÄÄ 1790741 АЗ таты, второй схемы И, регистратора, последовательно соединенных инвертора, третьей схемы И, первого триггера, формирователя импульса, а также источника тока, связанного с вторым входом коммутатора, генератора опорной частоты (соединенного с вторыми входами первой схемы И, программируемого делителя и формирователя импульса), второго триггера, выход и первый вход которого соединены соответственно с вторым входом и выходом третьей схемы И. Выход компаратора соединен с третьим входом коммутатора, входом инвертора, вторым входом первого триггера.

Выход формирователя импульса соединен с вторыми входами второй схемы И, двоичного счетчика и второго триггера. Измеряется время заряда интеГратора, пропорциональное световому потоку; кроме того; интегратор разряжается источником тока при отключенном приемнике излучения. 1 з.п,флы,1 ил, обусловлено нестабильностью времени восстановления интегратора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фотометр, содержащий последовательно соединенные фотодиод, интегратор, компаратор, одновибратор, генератор тока, оптрон, выход которого соединен с входом интегратора, а выход одновибратора является выходом фотометра.

Преимуществом прототипа по сравнению с аналогом является компенсация погрешности, обусловленной нестабильностью интегратора, за счет переэаряда интегратора током фотодиода оптрона, 1790741

Недостатками прототипа являются сравнительно низкая точность при измерении высоких интенсивностей светового потока и малый диапазон измерения, обусловленные накладываемым ограничением на измеряемый световой поток 44, который должен быть много меньше светового потока излучателя оптрона Ф,, так как время разряда интегратора tp является систематической погрешностью при преобразовании светового потока в частоту:

tp +сз где тз — время заряда интегратора, которое обратно пропорционально интенсивности светового потока, К недостатку прототипа относится также нестабильность тока разряда емкости интегратора, равного разности токов измерительного фотодиода и фотодиода оптрона, Целью изобретения является повышение точности измерения при одновременном расширении диапазона измеряемых мощностей и упрощении конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в фотометр, содержащий приемник излучения, последовательно соединенные интегратор, ком паратор и регистратор, дополнитЕльно введены последовательно соединенные источник тока и аналоговый коммутатор, первый и третий входы которого соединены соответственно с выходами приемника излучения и компаратора, выполненно)одвухпороговым, при этом выход аналогово?о коммутатора соединен с входом интегратора, Положительный эффект заключается в том, что на время разряда емкости интегратора отключается приемник излучения от входа интегратора и разряд его емкости происходит на одну и ту же величину за » стабильный промежуток времени, определяемый п6 формуле

P где 0ол, Oooo — первый и второй уровни двухпорогЬвого компаратора;

С вЂ” емкость интегратора.

Введение источника стабильного тока позволят получить ток разряда интегратора, значительно больший максимального возможного тока фотодиода, а следовательно, использовать весь динамический диапазон приемника излучения.

Предлагаемая схема по своему составу и содержанию значительно проще известной.

С целью повышения точности за счет компенсации систематической погрешности, обусловленной временем разряда интегратора, регистратор выполнен в виде генератора опорной частоты, программируемого делителя частоты, двоичного счетчика, трех схем И, двух триггеров, формирователя импульса, инвертора и индикатора, при этом выход компаратора через последовательно соединенные первую схему И, двоичный счетчик, программируемый делитель частоты и вторую схему И соединен с входом индикатора, выход генератора опорной частоты соединен с вторыми входами первой схемы И, программируемого делителя частоты и формирователя импульсов, выход компаратора соединен с вторым входом первого триггера и через ин вертор — с первым входом третьей схемы И, выход формирователя импульсов соединен с вторыми выходами второй схемы И и двоичного счетчика, а также с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с выходом третьей схемы

И, à его выход — с вторым входом третьей схемы И, выход которой соединен с первым входом первого триггера. выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов и с третьим входом первой схемы

И, Положительный эффект достигается тем, что световой поток измеряется непосредственно по времени интегратора, которое затем преобразуется в количество импульсов, пропорциональное измеряемому световому потоку, при этом очевидно, что время разряда интегратора источником тока не вносит дополнительной погрешности и может быть любым.

На чертеже приведена схема фотометра.

Устройство содержит последовательно соединенные приемник 1 излучения, аналоговый коммутатор 2, интегратор 3, компаратор 4, регистратор 5 и источник тока 6, соединенный с вторым входом аналогового коммутатора 2, третий вход которого соединен с выходом компаратора 4. Регистратор

5 может быть выполнен в виде генератора 7 опорной частоты, программируемого делителя 8 частоты, двоичного счетчика 9, трех схем И 10 — 12, двух триггеров 13 и 14, формирователя импульса 15, инвертора 16 и индикатора 17. В ыход компаратора 4 через последовательно соединенные первую схему И 10, двоичный счетчик 9, программируемый делитель 8 и вторую схему И 11 соединен с индикатором. Выход генератора

7 опорной частоты соединен с вторыми входами первой схемы И 10, программируемого

1790741 делителя частоты 8 и формирователя импульсов 15. Выход компаратора 4 соединен с вторым входом первого триггера 13 и через инвертор 16 — с первым входом третьей схемы И 12. Выход формирователя 15 импульсов соединен с вторыми входами второй схемы И 11 и двоичного счетчика 9, а также с первым входом второго триггера 14, второй вход которого соединен с выходом третьей схемы И 12, а его выход — с вторым входом третьей схемы И 12. Выход последней соединен с первым входом первого триггера 13, выход которого соединен с перsblM входом формирователя 15 импульсов и с третьим входом первой схемы И 10.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии измеряемогосветового потока Ф на приемник 1 излучения ток!ф приемника 1 излучения через аналоговый коммутатор 2 заряжает емкость интегратора 3 от первого до второго уровня двухпорогового компаратора 4. Время заряда тэ определяется следующим выражением:

Uong <оn) 1 ь= С --; .

1ф Íï

При достижении выходным напряжением интегратора 3 уровня Uon компаратора

4 приемник излучения 1 отключается от интегратора 3, а к нему подключается источник стабильного тока 6 через коммутатор 2, происходит разряд емкости интегратора 3 до первого уровня компаратора 4. Затем процесс повторяется, В результате в системе возникнут незатухающие колебания, частота следования которых прямо пропорциональна измеряемому световому потоку с точностью до систематической погрешности, обусловленной временем разряда интегратора 3: (h, 1 сз+тр

В первом случае регистратор 5 измеряет эту частоту.

Во втором случае регистратор 5 измеряет непосредственно время заряда интегратора 3 тз, пропорциональное измеряемому световому потоку Ф, что позволяет повысить точность, Для этого регистратор 5 выполнен в представленном выше виде.

Устройство в данном случае работает следующим образом, 3а время заряда t> интегратора 3 через первую схему И 10 на двоичный счетчик 9 с генератора 7 опорной частоты поступит N импульсов:

N = тз г, где fn — частота следования импульсов с ге5 нератора 7, При достижении напряжения интегратора 3 Uont начинается разряд интегратора 3 током источника тока 6, первый триггер 13 переводится в нулевое состояние, закрывается первая схема И 10, а по срезу импульса с триггера 13 запускается формирователь 13 импульса, который формирует импульс длительностью 1ф.<, например 1с, При этом частота следования выходных импульсов программируемого делителя 8 частоты, коэффициент деления которого равен цифровому выходному коду

fr 1 счетчика 9, равна fn,<. = — = —, а на вход

N сз индикатора 17 поступят импульсы в количестве

t, Nt = fn.д 1ф.и сз

К !Фм Фь, где К вЂ” константа.

Таким образом, на индикатор 17 приходит количество импульсов, прямо пропорциональное измеряемому световому потоку, На время пересчта т, триггер 13 блокируется импульсом с формирователя 15 через второй триггер 14 и третью схему И 12.

По срезу импульса с формирователя 15 обнуляется двоичный счетчик 9 и снимается блокировка с триггера 13. Схема возвращается в исходное состояние. Фронтом же импульса двухпорогового компаратора 4 триггер 13 переключается в единичное состояние и цикл измерения повторяется.

Схема фотометра может быть реализована на базе известных элементов, в качестве приемника 1 излучения может быть использован фотодиод ОД7К, коммутатора 2 — коммутатор 564 КП2. Интегратор 3 и компаратор 4 выполнены на операционных усилителях 544УД2А, счетчик 9, индикатор

17 и программируемый делитель 8 частотына счетчиках 1533ИЕ7, формирователь 15 импульсов — на счетчиках 1533ИЕ7 и триггере 1533ТВ9.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность и расширить динамический диапазон измерения, 1790741! ! ! ! ! ! !

Составитель В.Румянцев

Техред М,Моргентал Корректор Q.Юрковецкая

Редактор Т.Иванова

Заказ 373 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

1, Фотометр, содержащий приемник излучения, последовательно соединенные интегратор, компаратор и регистратор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном расширении диапазона измеряемых мощностей и упрощении конструкции, в него введены последовательно соединенные источник тока и аналоговый коммутатор, пер- вый и третий входы которого соединены соответственно с выходами приемника излучения и компаратора, выполненного двух-! пороговым, при этом выход аналогового ! коммутатора соединен с входом интегратора.

2. Фотометр по п.1, о т л и ч а ю щ и й— с я теМ, что, с целью повышения точности за счет компенсации систематической погрешности, регистратор выполнен в виде генератора опорной частоты, программируемого делителя частоты, двоичного счетчика, трех схем И, двух триггеров, формирователя импульса, инвертора и индикатора, при этом выход компаратора через последовательно соединенные первую схему И, двоичный счетчик, программируемый делитель частоты и вторую схему И соединен с входом индикатора, выход генератора опорной частоты соединен с вторыми входами первой схемы И, программируемого делителя частоты и формирователя импульсов, выход компаратора соединен с вторым входом первого триггера и через инвертор — с первым входом третьей схемы И, выход формирователя импульсов соединен с вторыми входами второй схемы

И и двоичного счетчика, а также с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с выходом третьей схемы И, а его выход — с вторым входом третьей схемы И, выход которой соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов и третьим входом первой схемы И,