Способ контроля линейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя светового коэффициента пропускания

 

Изобретение относится к технике измерения оптических характеристик атмосферы с целью определения метеорологической дальности видимости при метеообеспечении взлета и посадки воздушных судов, а именно к технике контроля линейности световых характеристик фотоэлектрических преобразователей светового коэффициента пропускания. Устанавливают N начальных уровней светового потока при помощи регулируемого аттенюатора и измеряют соответствующие уровни электрического сигнала на выходе фотоэлектрического преобразователя при установке нейтрального светофильтра на пути светового потока Iф и без него Iо, перекрывают световой поток непрозрачным экраном, определяют абсолютную величину систематической погрешности (Δ) (смещение "нуля"), по уточненным значениям Iф' и Iо' вычисляют отношения Xn = Iф'/Iо' для каждого уровня светового потока, вычисляют X, X = (X1 + X2 + X3 + ... + Xn)/n, а также величины абсолютных значений отклонения от среднего Xn-X, по которым выявляют наличие и степень нелинейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя, по минимальным абсолютным значениям отклонений Xn-Xсред определяют линейный (с заданной погрешностью) участок градуировочной характеристики. По среднему значению Xn для линейного участка устанавливают коэффициент пропускания нейтрального светофильтра и выполняют окончательную калибровку фотоэлектрического преобразователя по аттестованному таким образом нейтральному светофильтру. Технический результат заключается в повышении точности контроля линейности. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к технике измерения оптических характеристик атмосферы с целью определения метеорологической дальности видимости при метеобеспечении взлета и посадки воздушных судов, а именно к технике контроля линейности световых характеристик фотоэлектрических преобразователей светового коэффициента пропускания.

Широко известны способы контроля линейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя с использованием устройств, обеспечивающих изменение потока в известном отношении [1, 2]. Для этого наиболее часто используют нейтральные светофильтры, которые помещают в световой поток, падающий на фотопреобразователь, как описано в [2].

Такой способ приемлем при выполнении поверки фотометрических преобразователей, но мало пригоден при контроле линейности их градуировочной характеристики особенно при большом количестве используемых приборов из-за следующих недостатков: - необходимости предварительной градуировки светофильтров с точностью, превышающей точность проверяемого прибора; - необходимости использования по крайней мере нескольких светофильтров, чтобы охватить весь диапазон световой характеристики фотоэлектрического преобразователя.

Задача изобретения заключается в повышении точности контроля линейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя при упрощении и удешевлении проведения операций, составляющих способ.

Для решения поставленной задачи предлагается следующий способ контроля линейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя светового коэффициента пропускания, основанный на ослаблении светового потока фотоэлектрического преобразователя при помощи нейтрального светофильтра и измерении соответствующих электрических сигналов на выходе фотоэлектрического преобразователя.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что устанавливают N начальных уровней светового потока при помощи регулируемого аттенюатора и измеряют соответствующие уровни электрического сигнала на выходе фотоэлектрического преобразователя при установке нейтрального светофильтра на пути светового потока I_ф и без него I_о, перекрывают световой поток непрозрачным экраном, определяют абсолютную величину систематической погрешности (Δ) (смещение "нуля"), по уточненным значениям вычисляют отношения X_n = I'_ф/I'_о для каждого уровня светового потока, вычисляют X X = (X₁ + X₂ + X₃ + ... + X_n)/n, а также величины абсолютных значений отклонения от среднего X_n-X, по которым выявляют наличие и степень нелинейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя. По минимальным абсолютным значениям отклонений X_n - X_сред определяют линейный ( с заданной погрешностью) участок градуировочной характеристики. По среднему значению X_n для линейного участка устанавливают коэффициент пропускания нейтрального светофильтра и выполняют окончательную калибровку фотоэлектрического преобразователя по аттестованному таким образом нейтральному светофильтру.

Сущность изобретения заключается в повышении точности контроля линейности градировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя, поскольку отсутствует погрешность аттестации светофильтра. Кроме того, при использовании одного и того же светофильтра в разных точках диапазона световой характеристики систематическая погрешность измерительного прибора, подключенного к выходу преобразователя, не оказывает влияния на оценку линейности градуировочной характеристики. По предлагаемому способу возможна оценка прозрачности светофильтра с высокой степенью точности.

На фигуре 1 показана функциональная схема устройства для реализации способа. Согласно схеме способ реализуется с помощью фотоэлектрического преобразователя, например, по [3], содержащего источник и приемник света а также световозвращатель. Конструкция световозвращателя (светозамыкателя) показана на фигуре 2. В приложении 1 показана таблица результатов измерений линейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя.

Как видно из фигуры 2, конструкция светозамыкателя представляет собой плато 1, на которое крепится основание 2, содержащее оптическое устройство и устройство отсчетное 3. Оптическое устройство включает в себя прямоугольную призму с крышей 4, линзу 5, матовое стекло 6, заглушку 7 и ирисовую диафрагму 8. При работе комплекта в светозамыкатель вместо заглушки 7 вставляются сменные светофильтры. Отсчетное устройство 3 представляет собой винтовой механизм, размер ирисовой диафрагмы 8 устанавливается при помощи отсчетного барабана 9. На отсчетном барабане 9 и на корпусе отсчетного устройства 3 нанесены деления для отсчета размера диафрагмы в относительных единицах. Отсчетное устройство 3 закрыто кожухом 10 от попадания пыли и грязи. Изменяемый световой поток от фотоэлектрического устройства вместо излучения в атмосферу проходит через линзу 5, преломляется призмой 4 и через матовое стекло 6 возвращается в фотоэлектрическое устройство.

Работа вышеописанного устройства по предлагаемому способу заключается в следующем. С помощью ирисовой диафрагмы последовательно устанавливают несколько уровней светового потока, соответствующих точкам градуировочной характеристики внутри диапазона измерения фотоэлектрического преобразователя. Измеряют соответствующие уровни электрического сигнала на выходе фотоэлектрического преобразователя при установке нейтрального светофильтра на пути светового потока I_ф и без него I_о. Перекрывают световой поток непрозрачным экраном, определяют абсолютную величину систематической погрешности (Δ) (смещение "нуля"), по уточненным значениям ,
вычисляют отношения
X_n= I'_ф/I'_о
для каждого уровня светового потока, вычисляют X
X = (X₁ + X₂ + X₃ + ... + X_n)/n,
а также величины абсолютных значений отклонения от среднего X_n-X, по которым выявляют наличие и степень нелинейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя, по минимальным абсолютным значениям отклонений определяют линейный (с заданной погрешностью) участок градуировочной характеристики. По среднему значению X_n для линейного участка устанавливают коэффициент пропускания нейтрального светофильтра и выполняют окончательную калибровку фотоэлектрического преобразователя по аттестованному таким образом нейтральному светофильтру. Коэффициент пропускания нейтрального светофильтра при измерениях выбирают в районе значений 0,5 - 0,75.

Конкретный пример определения линейности градуировочной характеристик фотоэлектрического преобразователя, выполненного по [3], приведен в приложении 1. Поверка выполнялась с помощью поверочного комплекта по [4]. Для поверки использовался регулируемый аттенюатор-ирисовая диафрагма и фильтр N 2 с коэффициентом пропускания, равным 69,3% [4]. На выходе фотометрического преобразователя ток измерялся цифровым вольтметром В7-38. Максимум тока соответствовал 100% светового потока и составил 10 мА. Поверка проводилась в 6 точках внутри диапазона измерения светового потока. С помощью непрозрачного экрана было определено абсолютное значение систематической погрешности, равное 0,3 мА. Установили "0" на выходе фотоэлектрического преобразователя и повторно определили отношение каждого уровня светового потока с применением нейтрального фильтра и без него, т.е. X'_n. Рассчитали среднее значение X для линейного участка (с минимальными отклонениями X_n от X), которое является коэффициентом пропускания применяемого для поверки нейтрального светофильтра (68,96% - 68,56%). Как видно, более точное значение наблюдается в случае учета систематической погрешности. Судить об этом можно по величинам относительной и абсолютной погрешности линейности градуировочной характеристики (X-X_n) и D. При этом абсолютная погрешность D выражается в процентах и относится к максимальному значению светового потока в измеряемом диапазоне, как делается это при аттестации светофильтров и определяется по формуле
D = (I_оn - I_о1)/(X - X_n).

Основным техническим результатом предлагаемого способа является возможность поверки линейности градуировочной характеристики фотоэлектрического фотопреобразователя без применения дорогой аттестации светофильтров, которую необходимо регулярно проводить по ныне действующим методикам поверки.

Литература
1. М. И.Эпштейн. Измерения оптического излучения в электронике, Москва, "Энергоатомиздат", 1990, стр. 175-176.

2. В. В.Кудрявцев, А.В.Смирнов, М.В.Чадеев "Методика определения градуировочных характеристик фотометров". Измерительная техника, 1986, N 9, стр. 26 (прототип).

3. Сертификат Госстандарта России об утверждении типа средств измерений N 2991 от 10.10.97.

4. Комплект поверочный КПФИ-2 N 95001.

Формула изобретения

Способ контроля линейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя светового коэффициента пропускания, основанный на ослаблении светового потока фотоэлектрического преобразователя при помощи нейтрального светофильтра и измерении соответствующих электрических сигналов на выходе фотоэлектрического преобразователя, отличающийся тем, что устанавливают N начальных уровней светового потока при помощи регулируемого аттенюатора и измеряют соответствующие уровни электрического сигнала на выходе фотоэлектрического преобразователя при установке нейтрального светофильтра на пути светового потока I_ф и без него I_о, перекрывают световой поток непрозрачным экраном, определяют абсолютную величину систематической погрешности (Δ) (смещение "нуля"), по уточненным значениям

вычисляют отношения
X_n = I_ф'/I_о'
для каждого уровня светового потока, вычисляют X,
X = (X₁+X₂+X₃+...,+X_n)/n,
а также величины абсолютных значений отклонения от среднего X_n - X_сред, по которым выявляют наличие и степень нелинейности градуировочной характеристики фотоэлектрического преобразователя, при этом по среднему значению X_n для линейного (с заданной погрешностью) участка градуировочной характеристики определяют коэффициент пропускания нейтрального светофильтра и по аттестованному таким образом светофильтру выполняют поверку фотоэлектрического преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3