Высокочастотный импульсный лазерный дозиметр

 

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к приборам, предназначенным для высокоточных измерений энергетических параметров лазерного излучения службами техники безопасности, органами Госсаннадзора, а также в качестве образцового средства измерения службами Росстандарта и для научных исследований на лазерных установках в широком диапазоне частот повторения и длительностей импульсов излучения. Сущность изобретения: в устройство, содержащее источник напряжения смещения, фотоприемник, интегрирующую RC-цепь, усилитель напряжения, регистратор и блок памяти, состоящий из компаратора, ключа памяти, запоминающего конденсатора, введены блок автоматической компенсации фона и погрешностей, состоящий из ключа компенсации, источника компенсирующего напряжения, интегрирующей RC-цепи, повторителя напряжения, и блок сброса, состоящий из ключа блокировки сброса, двух дифференцирующих RC-цепей, ждущего мультивибратора, первого ключа сброса, дополнительного ключа сброса, разделительного диода, ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом, интегрирующей RC-цепи, компаратора, кроме того, в блок памяти введены второй усилитель напряжения, третий усилитель напряжения, дополнительный ключ памяти, вторая интегрирующая RC-цепь, разделительный диод, а в качестве ключа памяти используется ключ памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к приборам, предназначенным для высокоточных измерений энергетических параметров лазерного излучения службами техники безопасности, органами Госсаннадзора, а также в качестве образцового средства измерения службами Росстандарта и для научных исследований на лазерных установках в широком диапазоне частот повторения и длительностей импульсов излучения.

Известен лазерный дозиметр [1] содержащий фотоприемник с источником напряжения смещения, выход которого соединен с интегрирующим конденсатором, ключом сброса, устройством компенсации фона и входом усилителя напряжения, причем выход усилителя напряжения соединен с входом блока памяти, состоящего из компаратора, полевого транзистора, запоминающего конденсатора, повторителя напряжения и регистратора, неинвертирующий вход компаратора соединен со стоком полевого транзистора, затвор которого соединен с выходом компаратора, а исток полевого транзистора соединен с запоминающим конденсатором и входом повторителя напряжения, выход которого соединен с регистратором и инвертирующим входом компаратора.

Указанный лазерный дозиметр не обеспечивает необходимую для целей дозиметрии точность измерений, т. к. в нем отсутствует синхронизация момента сброса напряжения на интегрирующем конденсаторе с моментом окончания интегрирования импульса фототока фотоприемника. При этом преждевременный сброс напряжения может привести к погрешности измерения, превышающей 100% кроме того, если проводятся измерения импульса излучения лазеров с модулированной добротностью и короткий импульс излучения поступит на фотоприемник во время действия импульса сброса, возможна полная потеря информации. Этот прибор может работать лишь при сравнительно небольших частотах повторения импульсов, поскольку максимальная допустимая частота повторения импульсов лазера должна быть значительно меньше частоты повторения импульсов сброса, чтобы уменьшить вероятность потери информации. Реально допустимая частота повторения в этом приборе десятки герц.

Существенным недостатком прибора является малый динамический диапазон единичного измерения. В указанном приборе он составляет 1:50. Если при измерениях не удалось "попасть" в этот диапазон, необходимо провести новое измерение с другой нагрузкой в цепи фотоприемника. Отсутствие синхронизации момента сброса напряжения на интегрирующем конденсаторе с моментом окончания интегрирования импульса фототока фотоприемника и малый динамический диапазон единичного измерения приводят к необходимости выполнения большого числа повторных измерений до 50 измерений в одной точке, для получения достоверного, надежного результата, что создает значительные трудности при дозиметрическом контроле лазерного излучения. В указанном лазерном дозиметре перед измерениями уровней лазерного излучения необходимо произвести компенсацию фонового света, которая осуществляется вручную многооборотным, прецизионным потенциометром при одновременном нажатии и удержании кнопки "сброс". Момент компенсации отмечается по прекращению движения стрелки регистратора при подходе к нулевой отметке и по началу движения стрелки от нулевой отметки при обратном вращении ручки потенциометра. Выполнение данной операции при наведенном на источник излучения лазерном дозиметре требует тщательности и большого опыта работы, чтобы не сместить наведенный прибор с направления визирования, особенно если мал "угол зрения" фотоприемника (например, болометрические приемники с германиевыми линзами имеют "угол зрения ±3^o). Возможны субъективные ошибки оператора при компенсации фона.

Аналогичные схемные решения компенсации фона приведены в [2] Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является "Простой лазерный дозиметр" [3] содержащий фотоприемник с источником напряжения смещения, выход которого соединен с интегрирующей RC-цепью, устройством компенсации фона и входом усилителя напряжения, выход которого соединен с блоком памяти, а в нем с неинвертирующим входом компаратора и через ключ с запоминающим конденсатором и входом повторителя напряжения, выход которого соединен с регистратором и инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с управляющим выводом ключа.

Указанный "Простой лазерный дозиметр" может работать при частоте повторения импульсов излучения лазера не превышающей 10 Гц, при длительности импульсов излучения до 5 мс. Компенсация фонового света выполняется вручную прецизионным потенциометром, при этом в приборе имеется специальный переключатель "компенсация фона". Компенсация фона может быть выполнена достаточно точно, но не исключены субъективные ошибки оператора и необходимы многочисленные переключения, нажатия кнопки "сброс" и тщательные вращения потенциометра при компенсации фона.

Для значительного повышения, более чем в 50 тысяч раз, допустимой частоты повторения импульсов излучения лазера, при которой возможно проведение измерений, исключения субъективных ошибок оператора при ручной компенсации фонового света, расширения диапазона длительностей импульсов лазерного излучения, при которых можно проводить измерения, значительного снижения погрешностей измерения, значительного сокращения времени подготовки к измерениям за счет исключения операции "компенсации фона", обеспечения возможности проведения измерений в полной темноте, обеспечения возможности непрерывного контроля уровней импульсного лазерного излучения при полной автоматизации процесса измерения, значительного упрощения наладки прибора при его изготовлении, градуировке и поверке, расширения пределов компенсации фонового света, повышения точности компенсации и соответственно уменьшения погрешности измерений, совершенно не достижимых при ручной компенсации,
значительного снижения температурной зависимости темнового тока фотоприемника, а также погрешностей балансировки и температурной зависимости усилителя напряжения,
исключения прецизионного, многооборотного потенциометра для компенсации фона и соответствующего переключателя,
реализации возможности использования полного динамического диапазона единичного измерения от ≈0,1 мВ до 10 000 мВ или 1:100 000,
исключения необходимости при выпуске приборов индивидуальной подгонки напряжения питания болометрических фотоприемников из-за их разных соотношений Rизм. и Rкомп. в "Высокочастотный, импульсный лазерный дозиметр", содержащий источник напряжения смещения, фотоприемник, интегрирующую RC-цепь, усилитель напряжения, регистратор и блок памяти, состоящий из компаратора, ключа памяти, запоминающего конденсатора, причем источник напряжения смещения подключен к фотоприемнику, выход которого соединен с интегрирующей RC-цепью и со входом усилителя напряжения, выход которого соединен с входом блока памяти, к которому подключены неинвертирующий вход компаратора и вход ключа памяти, выход которого соединен с запоминающим конденсатором, в предлагаемый "Высокочастотный, импульсный лазерный дозиметр" введен блок автоматической компенсации фона и погрешностей, состоящий из ключа компенсации, источника компенсирующего напряжения, четвертой интегрирующей RC-цепи, повторителя напряжения, а также введен блок сброса, состоящий из ключа блокировки сброса, первой дифференцирующей RC-цепи, ждущего мультивибратора, первого ключа сброса, дополнительного ключа сброса, второго разделительного диода, ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом, третьей RC-цепи, второго компаратора, второй дифференцирующей RC-цепи, и, кроме того, в блок памяти введены второй усилитель напряжения, третий усилитель напряжения, дополнительный ключ памяти, вторая интегрирующая RC-цепь, первый разделительный диод, а в качестве ключа памяти используется ключ памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом, при этом выход ключа памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом и запоминающий конденсатор соединены со входом второго усилителя напряжения, выход которого соединен с регистратором и входом третьего усилителя напряжения, выход которого соединен через последовательно включенный дополнительный ключ памяти с управляющим выводом ключа памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом, кроме этого, выход второго усилителя напряжения соединен через вторую интегрирующую RC-цепь с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с управляющим выводом дополнительного ключа памяти и одновременно через последовательно включенный первый разделительный диод соединен с управляющим выводом ключа памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом, выход компаратора также соединен с блоком сброса, к которому подключен управляющий вывод ключа блокировки сброса, а также подключен через первую дифференцирующую RC-цепь вход ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющими выводами первого ключа сброса, дополнительного ключа сброса и через включенный последовательно второй разделительный диод с управляющим вводом ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом, вход последнего соединен с входом усилителя напряжения, к выходу которого присоединен включенный последовательно с дополнительным ключом сброса управляющий вывод ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом, выход которого присоединен к общей заземляющей шине также с выходом усилителя напряжения соединен включенный последовательно с третьей RC-цепью неинвертирующий вход второго компаратора и также с выходом усилителя напряжения соединен включенный последовательно с первым ключом сброса инвертирующий вход второго компаратора, подключенный одновременно к общей заземляющей шине, выход же второго компаратора через последовательно включенные ключ блокировки сброса и вторую дифференцирующую RC-цепь присоединен к входу ждущего мультивибратора, кроме этого, выход второго компаратора соединен с блоком автоматической компенсации фона и погрешностей, к которому подключен управляющий вывод ключа компенсации, кроме этого, с блоком автоматической компенсации фона и погрешностей соединен также и выход усилителя напряжения, который подключен к инвертирующему входу источника компенсирующего напряжения, неинвертирующий вход которого присоединен к общей заземляющей шине, а выход которого через последовательно соединенные ключ компенсации, четвертую интегрирующую RC-цепь, повторитель напряжения и интегрирующую RC-цепь подключен ко входу усилителя напряжения.

Предложенное устройство не известно из уровня техники, следовательно, оно является новым.

Предложенное устройство явным образом не следует из уровня техники, следовательно, оно имеет изобретательский уровень.

Предложенное устройство может быть использовано в промышленности, в частности, при выпуске лазерных дозиметров, для контроля уровней лазерного излучения, необходимость которого предписывается "Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров". М. 1991. Там же предписывается обязательное оснащение лазерных установок 3-4 классов опасности приборами контроля энергетических параметров лазерного излучения, в качестве которых может быть использован предлагаемый лазерный дозиметр. Но наиболее важным применением предлагаемого прибора будет использование его в качестве образцового средства измерения при поверке и градуировке лазерных дозиметров, используемых в качестве рабочих средств измерения. Следовательно, предназначенное устройство является промышленно применимым.

На фиг. 1 представлена блок-схема "Высокочастотного импульсного лазерного дозиметра", где: 1 источник напряжения смещения; 2 фотоприемник; 3 интегрирующая RC-цепь; 4 усилитель напряжения; 5 блок питания; 6 - компаратор; 7 ключ памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом; 8 запоминающий конденсатор; 9 второй усилитель напряжения; 10 - регистратор; 11 третий усилитель напряжения; 12 дополнительный ключ памяти; 13 вторая интегрирующая RC-цепь; 14 первый разделительный диод; 15 блок сброса; 16 ключ блокировки сброса; 17 первая дифференцирующая RC-цепь; 18 ждущий мультивибратор; 19 первый ключ сброса; 20 - дополнительный ключ сброса; 21 второй разделительный диод; 22 ключ сброса исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом; 23 третья RC-цепь; 24 второй компаратор; 25 вторая дифференцирующая RC-цепь; 26 блок автоматической компенсации фона и погрешностей; 27. ключ компенсации; 28 - источник компенсирующего напряжения; 29 четвертая интегрирующая RC-цепь; 30 повторитель напряжения.

Предлагаемый "Высокочастотный импульсный лазерный дозиметр", содержащий источник напряжения смещения 1, фотоприемник 2, интегрирующую RC-цепь 3, усилитель напряжения 4, регистратор 10 и блок памяти 5, состоящий из компаратора 6, ключа памяти 1, подключен к фотоприемнику 2, выход которого соединен с интегрирующей RC-цепью 3 и со входом усилителя напряжения 4, выход которого соединен с входом блока памяти 5, к которому подключены неинвертирующий вход компаратора 6 и вход ключа памяти 7, выход которого соединен с запоминающим конденсатором 8, отличающийся тем, что в предлагаемый "Высокочастотный импульсный лазерный дозиметр" введен блок автоматической компенсации фона и погрешностей 26, состоящий из ключа компенсации 27, источника компенсирующего напряжения 28, четвертой интегрирующей RC-цепи 29, повторителя напряжения 30, а также введен блок сброса 15, состоящий из ключа блокировки сброса 16, первой дифференцирующей RC-цепи 17, ждущего мультивибратора 18, первого ключа сброса 19, дополнительного ключа сброса 20, второго разделительного диода 21, ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом 22, третьей RC-цепи 23, второго компаратора 24, второй дифференцирующей RC-цепи 25, и, кроме того, в блок памяти 5 введены второй усилитель напряжения 9, третий усилитель напряжения 11, дополнительный ключ памяти 12, вторая интегрирующая RC-цепь 13, первый разделительный диод 14, а в качестве ключа памяти 7 используется ключ памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом 7, при этом выход ключа памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом 7 и запоминающий конденсатор 8 соединены со входом второго усилителя напряжения 9, выход которого соединен с регистратором 10 и входом третьего усилителя напряжения 11, выход которого соединен через последовательно включенный дополнительный ключ памяти 12 с управляющим выводом ключа памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом 7, кроме этого, выход второго усилителя напряжения 9 соединен через вторую интегрирующую RC-цепь 13 с инвертирующим входом компаратора 6, выход которого соединен с управляющим выводом дополнительного ключа памяти 12 и одновременно через последовательно включенный первый разделительный диод 14 соединен с управляющим выводом ключа памяти исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом 7, выход компаратора 6 также соединен с блоком сброса 15, к которому подключен управляющий вывод ключа блокировки сброса 16, а также подключен через первую дифференцирующую RC-цепь 17 вход ждущего мультивибратора 18, выход которого соединен с управляющими выводами первого ключа сброса 19, дополнительного ключа сброса 20 и через включенный последовательно второй разделительный диод 21 с управляющим выводом ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом 22, вход последнего соединен с входом усилителя напряжения 4, к выходу которого присоединен включенный последовательно с дополнительным ключом сброса 20 управляющий вывод ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с p-n переходом 22, выход которого присоединен к общей заземляющей шине, также с выходом усилителя напряжения 4 соединен включенный последовательно с третьей RC-цепью 23 неинвертирующий вход второго компаратора 24 и также с выходом усилителя напряжения 4 соединен включенный последовательно с первым ключом сброса 19 инвертирующий вход второго компаратора 24, подключенный одновременно к общей заземляющей шине, выход же второго компаратора 24 через последовательно включенные ключ блокировки сброса 16 и вторую дифференцирующую RC-цепь 25 присоединен к входу ждущего мультивибратора 18, кроме этого, выход второго компаратора 24 соединен с блоком автоматической компенсации фона и погрешностей 26, к которому подключен управляющий вывод ключа компенсации 27, кроме этого, с блоком автоматической компенсации фона и погрешностей 26 соединен также и выход усилителя напряжения 4, который подключен к инвертирующему входу источника компенсирующего напряжения 28, неинвертирующий вход которого присоединен к общей заземляющей шине, а выход которого через последовательно соединенные ключ компенсации 27, четвертую интегрирующую RC-цепь 29, повторитель напряжения 30 и интегрирующую RC-цепь 3 подключен ко входу усилителя напряжения 4.

Предложенное устройство работает следующим образом. В исходном состоянии ключ памяти на полевом транзисторе с p-n переходом 7 закрыт, дополнительный ключ памяти 13 закрыт, ключ сброса на полевом транзисторе с p-n переходом 22 закрыт, дополнительный ключ сброса 20 закрыт, первый ключ сброса 19 закрыт, ключ компенсации 27 открыт, ключ блокировки сброса 16 открыт. Такие состояния ключей устанавливаются балансировкой компаратора 23, 6 и ждущего мультивибратора 18, которые управляют работой ключей. Кроме этого, в исходном состоянии запоминающий конденсатор 8 разряжен кнопкой "сброс", на фиг. 1 не показанной.

Блок автоматической компенсации фона и погрешностей 26 работает следующим образом. Фоновый свет преобразуется фотоприемником 2 в постоянное напряжение, которое после усиления усилителем напряжения 4 поступает на инвертирующий вход источника компенсирующего напряжения 30, с выходом которого через открытый ключ компенсации 27 поступит в виде напряжения обратной входному полярности и с полной выходной амплитудой 10 В через четвертую интегрирующую RC-цепь 28, которая демпфирует компенсирующее напряжение, на вход повторителя напряжения 29, с выхода которого компенсирующее напряжение поступает через интегрирующую RC-цепь 3 на выход фотоприемника 2 и на вход усилителя напряжения 4. Изменением параметров четвертой интегрирующей RC-цепи 28 добиваются появления колебаний напряжения малой амплитуды ±20 мкВ с частотой до 30 Гц на выходе фотоприемника 2. При поступлении на фотоприемник 2 светового лазерного импульса на его выходе появляется импульс напряжения, которое после усиления усилителем напряжения 4 поступает на неинвертирующий вход второго компаратора 23 и переключает его, при этом выходное напряжение второго компаратора 23 закрывает ключ компенсации 27 и отключает компенсирующее напряжение, в этом случае четвертая RC-цепь 28 сохраняет ранее действующее значение компенсирующего напряжения на время, в течение которого произойдет выравнивание напряжений на входах второго компаратора 23, после чего он вернется в исходное состояние и вновь откроет ключ компенсации 27. При применении в качестве источника компенсирующего напряжения 30 прецизионного операционного усилителя, компенсируется не только фоновый свет, но и неточности балансировки усилителя напряжения 4, флуктуации темновых токов фотоприемника 2 и другие погрешности.

Блок памяти 5 работает следующим образом.

При поступлении на фотоприемник 2 светового лазерного импульса на его выходе возникает импульс напряжения, которое после необходимого усиления, устанавливаемого при градуировке или поверке, усилителем напряжения 4 поступает в блок памяти 5, а в нем на неинвертирующий вход компаратора 6, переводя его в противоположное состояние, при этом его выходное напряжение открывает ключ памяти на полевом транзисторе с p-n переходом 7 и дополнительный ключ памяти 12 и закрывает ключ блокировки сброса 16. Через открытый ключ памяти на полевом транзисторе с p-n переходом 7 выходное напряжение усилителя напряжения 4 заряжает запоминающий конденсатор 8 и одновременно через второй усилитель 9 поступает на вход третьего усилителя напряжения 11, с выхода которого через открытый дополнительный ключ памяти 12 усиленное напряжение поступает на управляющий вывод ключа памяти на полевом транзисторе с p-n переходом 7 и вызывает появление прямого тока управляющего вывода затвора ключа 7. В полевых транзисторах с p-n переходом затвор образует с каналом сток-исток диодную систему, и, если затвор получит положительное смещение относительно канала, возникнет диодная проводимость с прямым током затвора и малым сопротивлением канала. В полевых транзисторах с изолированным затвором прямой ток затвора невозможен, а возможен только в полевых транзисторах с p-n переходом, поэтому в заявке постоянно подчеркивается, что ключ памяти 7 и ключ сброса 22 должны быть выполнены исключительно на полевых транзисторах с p-n переходом, хотя это и загромождает описание и формулу изобретения. Первый разделительный диод 14 препятствует поступлению прямого открывающего напряжения компаратора 6 на управляющий вывод ключа памяти на полевом транзисторе с p-n переходом 7. Назначение второй интегрирующей RC-цепи 13 удержать запомненное напряжение на инвертирующем входе компаратора 6 до появления равенства с напряжением на его неинвертирующем входе и даже создать разность напряжений обратного знака на его входах за счет спада напряжения на входе усилителя напряжения 4 после окончания интегрирования входного импульса фототока фотоприемника 2 на интегрирующей RC-цепи 3. Отсутствие этой RC-цепи на инвертирующем входе компаратора в лазерном дозиметре [1] ограничило его динамический диапазон единичного измерения величиной 1:50 и потребовало принудительного, случайного несинхронизированного сброса напряжения с конденсатора интегрирующей RC-цепи.

Значительное повышение быстродействия предлагаемого устройства по сравнению с прототипом [3] стало возможным благодаря уменьшению времени запоминания амплитуды импульса в блоке памяти 5, а именно значительному уменьшению сопротивления канала открытого ключа памяти на полевом транзисторе с p-n переходом 7 и соответственно уменьшению времени заряда запоминающего конденсатора 8.

Назначение второго усилителя напряжения 9 ограничить амплитуду напряжения на запоминающем конденсаторе 8 и тем самым сократить время его заряда. Замена повторителя напряжения как в прототипе на усилитель напряжения как в предлагаемом устройстве позволила уменьшить время, за которое напряжения на обоих входах компаратора 6 станут равны и он переключится в режим "хранения" информации, не дожидаясь окончания "хвоста" заряда запоминающего конденсатора 8. Коэффициент усиления второго усилителя ≈1,02. Время заряда запоминающего конденсатора 8 до максимальной амплитуды не превышает 1 мкс.

Введение в предлагаемое устройство блока сброса 15 также позволило значительно увеличить быстродействие прибора и снять противоречивое требование увеличение постоянной времени интегрирующей RC-цепи 3, для повышения диапазона длительностей измеряемых импульсов, при одновременном уменьшении погрешности измерений. Суть работы блока сброса 15 состоит в том, что сразу после запоминания амплитуды пришедшего импульса в блоке памяти 5 блок сброса 15 разряжает конденсатор интегрирующей RC-цепи 3. Работает блок сброса 15 следующим образом. После возврата компаратора 6 в исходное состояние на первой дифференцирующей RC-цепи 17 выделяется импульс от заднего фронта импульса компаратора 6. Этот импульс запускает ждущий мультивибратор 18, который переключается в противоположное состояние и открывает ключи 22, 20, 19, при этом выходное напряжение усилителя напряжения 4 через дополнительный ключ сброса 20 поступает на управляющий вывод ключа сброса на полевом транзисторе с p-n переходом 22, а так как это напряжение всегда больше напряжения на конденсаторе интегрирующей RC-цепи 3, то возникает прямой ток затвора и значительное падение сопротивления канала ключа сброса на полевом транзисторе с p-n переходом 22 и соответственно быстрый разряд конденсатора интегрирующей RC-цепи 3. Второй разделительный диод 21 препятствует проникновению открывающего напряжения ждущего мультивибратора 18 на затвор ключа 22. Время разряда конденсатора третьей RC-цепи 23 через первый ключ сброса 19 не превосходит времени разряда конденсатора интегрирующей RC-цепи 3 ввиду его малой величины. Прибор готов к приему следующего импульса напряжения с фотоприемника 2. Следующий импульс напряжения сравнивается по амплитуде с запомненным в блоке памяти 5, и если окажется таким же, как и предыдущий, или меньше, то в этом случае компаратор 6 не переключится и не закроет ключ блокировки сброса 16, тогда действует второй компаратор 24. Второй компаратор 24 переключается в противоположное состояние каждым импульсом, приходящим с выхода усилителя напряжения 4. Время его пребывания в переключенном состоянии определяется величиной постоянной времени третьей RC-цепи 23, которая устанавливается такой, чтобы время пребывания второго компаратора 24 в переключенном состоянии было меньше максимального времени запоминания импульса в блоке памяти 5. Это обеспечивает большее быстродействие прибора, т.к. время запоминания больше времени сравнения, а гарантией от преждевременного сброса служит ключ блокировки сброса 16. Дальнейшая работа второго компаратора 24 состоит в том, что, если компаратор 6 остался в исходном состоянии сравнение амплитуд и не размыкая ключа блокировки сброса 16, то второй компаратор 24 при возврате в исходное состояние задним фронтом своего выходного импульса, выделенным второй дифференцирующей RC-цепью 25, запустит ждущий мультивибратор 18 для разряда конденсаторов интегрирующей RC-цепи 3 и третьей RC-цепи 23 и т.д. Применение быстродействующих операционных усилителей 574УД1 и 154УД2, а также отобранных операционных усилителей 544УД2 позволило получить время обработки импульса ≈1 мкс, т.е. предложенное устройство может измерять максимальную энергию лазерного импульса из последовательности импульсов, следующих с частотой повторения до 1 МГц.

Составные элементы схемы в примере конкретного выполнения следующие: фотоприемник 2 ФЭУ, фотодиоды; усилитель напряжения 4 операционный усилитель 544УД2; компаратор 6 операционный усилитель 544УД2; ключ памяти на полевом транзисторе с p-n переходом 7 половина сдвоенного полевого транзистора КПС104А; запоминающий конденсатор 7 конденсатор К73-11; второй усилитель напряжения 9 отобранный операционный усилитель 544УД2А с током утечки ≈4 пА; регистратор 10 милливольтметр постоянного тока стрелочный или цифровой; третий усилитель напряжения 11 операционный усилитель 544УД2А; дополнительный ключ памяти 13 вторая половина сдвоенного полевого транзистора с p-n переходом КПС104А; ключ блокировки сброса 16 - полевой транзистор с p-каналом КП103Л; ждущий мультивибратор 18 операционный усилитель 544УД2А; первый ключ сброса 19 полевой транзистор КП302В; дополнительный ключ сброса 20 половина сдвоенного полевого транзистора КПС104А; ключ сброса на полевом транзисторе с p-n переходом 22 вторая половина сдвоенного полевого транзистора КПС104А; второй компаратор 23 - операционный усилитель 544УД2А; ключ компенсации 27 полевой транзистор с p-каналом КП103Л; конденсатор третьей интегрирующей RC-цепи 28 конденсатор К73-11; повторитель напряжения 29 отобранный операционный усилитель 544УД1А с током утечки ≈4 пА; источник компенсирующего напряжения 30 операционный усилитель 140УД25А.

Формула изобретения

Высокочастотный импульсный лазерный дозиметр, содержащий источник напряжения смещения, фотоприемник, интегрирующую RC-цепь, усилитель напряжения, регистратор и блок памяти, состоящий из компаратора, ключа памяти, запоминающего конденсатора, причем источник напряжения смещения подключен к фотоприемнику, выход которого соединен с интегрирующей RC-цепью и входом усилителя напряжения, выход которого соединен с входом блока памяти, к которому подключены неинвертирующий вход компаратора и вход ключа памяти, выход которого соединен с запоминающим конденсатором, отличающийся тем, что в него введены блок автоматической компенсации фона и погрешностей, состоящий из ключа компенсации, источника компенсирующего напряжения, четвертой интегрирующей RC-цепи, повторителя напряжения, и блок сброса, состоящий из ключа блокировки сброса, первой дифференцирующей RC-цепи, ждущего мультивибратора, первого ключа сброса, дополнительного ключа сброса, второго разделительного диода, ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с р - n-переходом, третьей интегрирующей RC-цепи, второго компаратора, второй дифференцирующей RC-цепи и, кроме того, в блок памяти введены второй и третий усилители напряжения, дополнительный ключ памяти, вторая интегрирующая RC-цепь, первый разделительный диод, а в качестве ключа памяти используется ключ памяти исключительно на полевом транзисторе с p n-переходом, при этом выход ключа памяти исключительно на полевом транзисторе с p n-переходом и запоминающий конденсатор соединены с входом второго усилителя напряжения, выход которого соединен с регистратором и входом третьего усилителя напряжения, выход которого соединен через последовательно включенный дополнительный ключ памяти с управляющим выводом ключа памяти исключительно на полевом транзисторе с p n-переходом, кроме этого, выход второго усилителя напряжения соединен через вторую интегрирующую RC-цепь с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с управляющим выводом дополнительного ключа памяти и одновременно через последовательно включенный первый разделительный диод с управляющим выводом ключа памяти исключительно на полевом транзисторе с p n-переходом, выход компаратора соединен с входом блока сброса, к которому подключен управляющий вывод ключа блокировки сброса, а также подключен через первую дифференцирующую RC-цепь вход ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющими выводами первого и дополнительного ключей сброса и через включенный последовательно второй разделительный диод с управляющим выводом ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с p n-переходом, вход последнего соединен с входом усилителя напряжения, к выходу которого присоединен включенный последовательно с дополнительным ключом сброса управляющий вывод ключа сброса исключительно на полевом транзисторе с p n-переходом, выход которого присоединен к общей заземляющей шине, также с выходом усилителя напряжения соединен включенный последовательно с третьей RC-цепью неинвертирующий вход второго компаратора последовательно с первым ключом сброса, инвертирующий вход второго компаратора, подключенный одновременно к общей заземляющей шине, выход же второго компаратора через последовательно включенные ключ блокировки сброса и вторую дифференцирующую RC-цепь присоединен к входу ждущего мультивибратора, кроме этого, выход второго компаратора соединен с управляющим выводом ключа компенсации блока автоматической компенсации фона и погрешностей, выход усилителя напряжения подключен к инвертирующему входу источника компенсирующего напряжения этого блока, неинвертирующий вход которого присоединен к общей заземляющей шине, а выход через последовательно соединенные ключ компенсации, четвертую интегрирующую RC-цепь, повторитель напряжения и интегрирующую RC-цепь подключен к входу усилителя напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1