Система экстремального регулирования фотоэлектрических преобразователей

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (») 511564 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено13.06.74 (21) 2033079/26-25

2 (51) М. Кл. G 05B 11/01 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано25.04 76 Бюллетень №15 ! (е5) Дата опубликования описания 07 07 7 (53) УДК 535.50 (088.8) Т. E. Замора, В. П. Маринец, Б. В. Осыка и А. А. Смердов (72) Авторы изобретении

1 (71) Заявитель Физико-механический институт АН Украинской ССР (54) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к системам автоматического регулирования фон лектрического преобразования с использованием фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

Работа известных устройств с использованием ФЭУ основана на расширении динамического диапазона фотопреобразователя с помощью системы автоматического регулирования усиления (а.р.у.), стабилизирук шей выходной сигнал с ФЭУ. В таких слу- т0 чаях выходной сигнал поддерживается на заданном уровне схемой, в которой источник питания ФЭУ и регулирующий элемент включены последовательно, а коэффициент усиления ФЭУ изменяется автоматически в зависимости .от-величины освещенности путем регулирования напряжения питания его.

Для повышения световой чувствительности в сист=ме экстремального регулирования фотоэлектрических преобразователей 20 выход ФЭУ через последовательно соединенные фильтр-детектор и избирательныйфильтр подключен к первому входу фазового дискр, ин,ора, ко второму входу которого и к первому входу сумматора подключен ге- 25 нератор низкочастотных гармонических колебаний, а выход фазового дискриминатора через частотный фильтр подключен ко второму входу сумматора, выход которого соединен с базой транзистора схемы сравнения источника питания ФЭУ.

На фиг. 1 представлена зависимость выходного тока I ö „, и шума Uù сФЭУ от напряжения питания его U„ при разных значениях светового потока F ; на фиг. 2блок-схема предложенного устройства.

Прямая 1 (см. фиг. 1) характеризует работу известных устройств с использованием а.р.у. Из чертежа видно, что такие устройства поддерживают выходной ток с

ФЭУ на постоянном уровне 1н,, причем величина 1А задается схемой а.р.у. исходя из верхнего предела диапазона изменения светового потока.

Для всех других значений светового потока, падающего на ФЭУ, меньших РА напримерР;„(T ((д (см. фиг. 1), рабочая точка на характеристиках ФЭУ при работе известных устройств с регулированием перемешается по прямой 1, обеспечи511564

3 вая постоянство выходного сигнала. Известные устройства обладают достаточчо широким динамическим диапазоном работы фотопреобразователя по свету, но при этом не позволяют поддерживать максимально возможный коэффициент усиления ФЭУ для каждого значения светового потока.

Это свойство известных устройств с а.р,у. является сушественным недостатком при работе со световыми потоками, изменяющимися в большом диапазоне, порядка

40-80 дб., так как при этом величина и качество информационного сигнала будут значительно меньшими по сравнению с максимально возможными. Из фиг. 1 видно, что чем меньше величина светового потока, падаюшего на фотокатод, тем больше разница между реализуемым известными устройствами, коэффициентом усиления фотопреобразователя (прямая 1) и коэффициентом усиления, полученным при нахождении рабочей точки на вершине линейного участка световых характеристик ФЭУ (прямая2).

В порядке поиска возможностей устранения этого недостатка авторами были проведены исследования работы ФЭУ при разных значениях световых потоков, падаюших на фотокатод, и различных напря>кениях питания ФЭУ. B результате экспериментов установлено, что величина шума в выходном сигнале ФЭУ (Uù) при постоянном световом потоке, падаюшем на фотокатод, зависит прямо пропорционально от напряжения питания U в области линейного усиления и обратно пропорциональнов режиме насышения ФЭУ.

Таким образо м, завис лмости 5 -$ (U ), приведенные на фиг. 1 (штриховые линии) для значений светового потока 7,7,7,Р,, имеют ярко выраженные экстремумы (максимумы) .

Каждому экстремальному значению соответствует максимально допустимый коэффициент линейного усиления ФЭУ, поскольку рабочая точка тогда находится на верхнем пределе линейного участка све.товой характеристики ФЭУ, поэтому путем поддерживания максимального значения шума в выходном сигнале ФЭУ при каждом входном световом потоке возможно осуществление максимизации выходного сигнала ФЭУ по амплитуде.

Принцип работы высокочувствительного устройства с использованием ФЭУ заключается в том, что фотоэлектрический преобразователь работает согласно характеристике, проходящей через вершины линейных участков световых характеристик ФЭУ (прямая 2 на фиг. 1).

Поисковые колебания синусоидальной формы японок, генерируемые внешним источником поисковых колебаний 1, поступают с сигналом управления ) уп через сумматор 2 на базу транзистора 3 схемы сравнения 4 источника питания 5 ФЭУ 6, Источник питания 5 включает стабилиза тор напряжения 7 и преобразователь напряжения 8.

Детектор-фильтр 9 выделяет из выходного сигнала с ФЭУ 6 шумовую составляющую. Постоянная С-цепи выбрана так, что схема реагирует на изменяюшуюся фо15 новую засветку и не срабатывает по информационному сигналу. Продетектированные шумы с выхода ФЭУ поступают на избирательный фильтр 10 „пропускающий сигнал с частотой поисковых колебаний, о после чего усиливаются и подаются на вход фазового дискриминатора 11, на второй вход которого поступают поисковые колебания, Сигнал на выходе фазового дискриминатора 11 состоит из переменной составляющей с частотой поисковых колебаний и изменяюшейся в зависимости от величины светового потока " постоянной составляющей U знак которой положителен, если ФЭУ работает в режиме линейного усиления, и отрицателен, если ФЭУ переходит в режим насыщения. Этот управляющий сигнал, отфильтрованный фильтром низших частот 12 от переменной составляющей, воздействуя на источник питания

5, обеспечивает такое напряжение питания ФЭУ при данном световом потоке, что коэффициент усиления его принимает максимальное значение. Причем работа ФЭУ

40 обеспечивается на .тределе линейной характеристики, не заходя в режим насыщения.

Таким образом, предложенное устройство, автоматически отслеживая за макси4> мальным значением шума в выходном сигнале ФЭУ при изменении светового потока, задает положение рабочей точки на верхней границе линейного участка световых характеристик ФЭУ. Этим обеспечивает

50 ся независимо от величины измеряемого светового потока максимально возможное значение выходного сигнала с ФЭУ, что эквивалентно повышению световой чувствительности системы в целом при одновременной работе ее в большом диапазоне изменения светового потока, При исследовании в лабораторных условиях сравнительных характеристик чув60 ствительности предложенного устройства и

51 1564

Выходной сигнал, в

Световой поток, лм

Известное устройство

Предложенное ус тр ойс тво

10 5

10-7

l0

30

08 вао

1800 ранее известных устройств в диапазоне работы ФЭУ по свету 10-4 лм -10 7 лм

Эксперимент показывает, что предложен- 2О ное устройство при уменьшении освещенности его фотоэлектрического преобразователя на три порядка обладает световой чувствительностью в три раза выше чувствительности известных устройств. 25

Ф о р м у ла из о бр е те н и я

Система экстремального регулирования фотоэлектрических преобразователей, состоя- О щая из фотопреобразовательного канала с фотоэлектронным умножителем ФЭУ и источником питания его, содержащим схему сравнения напряжения с выхода ФЭУ с опор35 получены результаты, приведенные в таблице, ным напряжением, низковольтный стабилизатор и высоковольтный преобразователь, отличающаяся тем,что,с целью повышения световой чувствительности, выход ФЭУ через последовательно соединенные фильтр-детектор и избирательный фильтр подключен к первому входу фазового дискриминатора, ко второму входу которого и к первому входу сумматора подключен генератор низкочастотных гарМонических колебаний, а выход фазового дискриминатора через частотный фильтр подключен ко второму входу сумматора, выход которого соединен с базой транзистора схемы сравнения источника питания ФЭУ.

511564

Изд. М Тираж Подписное

Лаказ Ы82

ИНИ 1ПИ Гос дарственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушскаи наб., 4

Филиал ППП "Патент", r. /æãîðoä, ул. Проектная, 4

Составитель Ю.Веселовский

Редактор lI. !ародная Техред И.Карандашова1 орректор М.Лейзерман