Устройство для измерения энергетических параметров световых импульсов

 

п11 533832

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05,06.75 (21) 2140882 25 с присоединением заявки (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.76. Бюллетень Хе 40

Дата опубликования описания 05.11.76 (51) Ч, Кл,- G 013 1/56

Госудврственньй комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытиЙ (53) УДК 534.24:535.8

;(088.8) (72) Автор изобретения

В. Т. Кибовский (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

СВЕТОВЫХ ИМПУЛЪСОВ

Изобретение относится к технике измерения. мощности и энергии световых импульсов.

Известны измерители пиковой мощности световых импульсов i1J, которые содержат аналоговый преобразоватсль, осуществляющий преобразование пиковой мощности в амплитуду напряжения, снимаемого с выхода преобразователя.

Известно фотоэлектрическое устройство для контроля мощности излучения (2J выполненное на базе болометрического датчика. Известные устройства не позволяют одновременно измерять как энергию, так и пиковую мощность светового импульса.

Известно устройство, позволяющее одновременно измерять как пиковую мощность, так и энергию светового импульса (3). Оно содержит фотодиод, соединенный с нагрузочным резистором, подключенным к блокам преобразования энергии и мощности, состоящим из интегратора и усилителя, соединенных со схемой формирования.

В этом устройстве регулировка коэффициента передачи по мощности вызывает соответствующее изменение коэффициента передачи по энергии. Невозможность независимой регулировки коэффициентов передачи по мощности и по энергии затрудняет согласование выходных сигналов этих блоков по амплитуде с динамическим диапазоном последующих устройств измерения амплитуды аналоговых сигналов.

Кроме того, в устройстве необходимо применение внешнего синхроимпульса, что в конечном итоге также снижает точность измерения.

Целью изобретения является повышсние точности измерений путем независимой регулировки коэффициентов передачи устроиства по мощности и по энергии, а также за счет автономности работы устройства и повышения его помехозащищенности. ! 1оставленная цель достигается тем, что схема формирования подключена к IlaÃp) 30÷èÎму резистору, а на входах интегратора и усилителя, а также в цепях нх ооратной связи включены ключи, сосдннснныс с ни ходом схемы формирования.

На чертеже представлена схема предлагаемого устроиства для измерения энергетических параметров световых импульсов.

Оно содержит малопнерционный фотоднод

1, к аноду которого подключены сопротивление нагрузки 2, блок преобразования по мощности 3, блок преобразования по энергии 4 и схема пропусканпя 5. На входе блока 3 включен буферный операционный усилитель 6, неинвертирующий вход которого является входом блока 3, а инвертирующнй вход соединен со средней точкой делителя напряжения, об533832

3 разованного сопротивлениями 7 и 8 и подключенного к выходу усилителя 6. На входе блока 4 включен буферный операционный усилитель 9, неинвертирующий вход которого является входом блока 4, а инвертирующий вход соединен со средней точкой делителя напряжения, образованного сопротивлениями 10 и

11 и подключенного к выходу усилителя 9. i( выходам усилителей 6 и 9 через электронные ключи на полевых транзисторах 12 и 13 и сопротивления 14 и l5 подключены ннвсртнрующие входы операционных усилителей 16 и 17, к неинвертирующим входам которых подключены сопротивления смещения 18 и 19.

Б цепь обратнои связи усилителя 16 включено сопротивление 20, параллельно которому включен электронный ключ на полевом транзисторе 21. Б цепь обратной связи усилителя

17 включен конденсатор 22 и электронный ключ на полевом транзисторе 23. К выходам усилителей 16 и 17 через резисторы 24 и 25, соответственно, подсоединены инвертирующие входы операционных усилителей 26 и 2/, к неинвертирующим входам которых подключены сопротивления смещения 28 и 29, а в цепи обратной связи включены переменные резисторы 30 и 31, обеспечивающие регулировку коэффициентов усиления.

1 а входе схемы пропускания 5 включен буферный операционный усилитель 32, неинвертирующий вход которого является входом запуска схемы пропускания, а инвертирующий вход соединен со средней точкой делителя напряжения, образованного сопротивлениями 33 и 34 и подключенного к выходу усилителя 32. Выход усилителя 32 соединен с усилителем-формирователем 35, с выходом которого через диод

36 соединен затвор полевого транзистора 21.

К выходу 35 подключены также инвертор 37 и блок задержки 38. С выходом 37 соединен затвор полевого транзистора 12 через диод

39. К выходам блоков 37 и 38 подключены

Входы триггера 40, единичный выход которо;"о соединен с затвором полевого транзистора

13 через диод 41, а нулевой выход через диод

42 соединен с затвором полевого транзистора

23. Б исходном состоянии транзисторы 1 и 13 закрыты, а транзисторы 21 и 23 открыты.

11ри попадании на фотодиод 1 световых импульсов Ю (/) длительностью t„с пиковой мощностью Ф и энергией И7 на нагрузочном сопротиВлении 2 Возникает импульс напряжения U,(t) с амплитудой пропорциональной Ф и площадью Ь пропорциональной К. Импульсы U,(t) поступают на неинвсртирующие входы буферных операционны.; усилителей 6, 9, 32, охваченных глубокой отрицательной обратной связью. Усилители 6, 9 и 32 обеспечивают высокое входное сопротивление блоков

3, 4, 5 и уменьшают Взаимное Вл!1яние еэтих блоков. С выхода усилителя 32 и., пульсы поступают на усилитель-формирователь 35, на выходе которого формируются прямоугольные

Hi,(пульсы Ug (3) длитсльностгяо тц, ПоследHiic

23

43

G0

4 инвертируются блоком 37, на выходе которого возникают импульсы U,(t). Одновременно импульсы Ua(t) поступают на блок задержки 38, который срабатывает от отрицательного перепада напряжения в момент окончания импульсов Up(t). При этом на выходе блока 38 формируются прямоугольные импульсы U,(t) длительностью разной времени задержки т, Импульсы U;,(t) поступают также через диод 36 на затвор полевого транзистора 21, при этом транзистор 21 закрывается. Импульсы UÄ(t) поступают на диод 39, при этом диод закрывается, а полевой транзистор !2 открывается.

В результате переключения транзисторов 12 и

21 преобразуемый импульс проходит на вход широкополосного усилителя 16, с выхода которого усиленный сигнал попадает на вход усилителя 26, величина усиления которого может регулироваться с помощью сопротивления 30, обеспечивая тем самым регулировку коэффициента передачи всего блока преобразования по мощности. С выхода блока 3 снимаются аналоговые импульсы U(t), амплитуда которых пропорциональна пиковой мощности Ф измеряемого светового импульса.

Импульсы U,(t) и U,(t) поступаютна входы триггера 40, который перебрасывается от отрицательных перепадов напряжений U,(t) и

U,(t). При этом в момент поступления светового импульса на выходе д триггера напряжение Uq(t) становится равным нулю, а на выходе е триггера напряжение U,(t) становится положительным. Сигналы U<(t) и U,(t) поступают через диоды 41 и 42 за затворы поле.вых транзисторов 13 и 23, соответственно, при этом транзистор 13 открывается, а транзистор

23 закрывается. Длительность импульсов

+(t) и U(t) равна т„+т.. В течение этого времени преобразуемый импульс с буферного усилителя 9 проходит на интегратор, построенный на операционном усилителе 1/.

По прошествии времени т„схема пропускания остается открытой в течение времени тз, что дает возможность сформировать плоскую вершину импульса U>(t), и избежать ошибки преобразования, связанной с недозарядом емкости 22 и вызванной преждевременным срабатыванием усилителя-формирователя 35. 11ри измерении энергии каждого отдельного импульса из некоторой последовательности длительность задержки т, определяется наименьшим возможным временем паузы между соседними световыми импульсами в этой последовательности, причем тэ должно быть в 3 — 5 раз меньше наименьшего времени паузы. При измерении суммарной энергии некоторой серии световых импульсов величина т должна бы гь равна длительности этой серии.

ilo прошествии времени т„+т, транзистор

13 закрывается, транзистор 23 открывается, и конденсатор 22 быстро разряжается. На выходе интегратора формирую1ся импульсы напряжения Ь,(Ц с амплитудой, пропорциональ ной энергии 1F измеряемого светового импульса н длительностью т„+т,. Импульсы U,(t) 533832

Формула изобретения

Составитель Т. Дозоров

Техред М. Семенов Корректор И. Позняковская

Редактор H. Коляда

Заказ 2365/11 Изд. № 1743 Тираж 814 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

11303о, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4, 5

Тппограгг ня, гр Сапу; cB3, 2 поступают на вход усилителя 27, коэффициент усиления которого мож "т регулироваться с помощью сопротивления 31, обеспечивая тем самым регулировку коэффициента передачи всего блока преобразования по энергии 4. С выхода блока 4 снимаются положительные импульсы U„(f), амплитуда которых пропорциопальиa W.

Для измерения амплитуды аналоговых импульсов к выходам ж и и устройства можно подключать различные аналоговые и аналогоцифровые измерительные приборы типа осциллографов, импульсных вольтметров, амплитудных анализаторов.

Устройство для измерения энергетических параметров световых импульсов, содержащее фотодиод, соединенный с нагрузочным резистором, подключенным к блокам преобразования энергии и мощности, состоящим из интегратора и усилителя, соединенных со схемой формирования, отлич ающееся тем, что, с

5 целью повышения точности измерений, схема формирования подключена к нагрузочному резистору, а на входах интегратора и усилителя, а также в их цепях обратной связи вклю1ены ключи, соединенные с выходом схемы

10 формирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

15 1. Патент США № 3495916, кл. 356 †2, 1970.

2. Патент США № 3687558, кл. 356 — 218, 1971.

3. «Приборы и техника эксперпмента», 1974, 20 № 4, с. 165 (прототип).

Устройство для измерения энергетических параметров световых импульсов Устройство для измерения энергетических параметров световых импульсов Устройство для измерения энергетических параметров световых импульсов 

 

Наверх