Устройство для удержания спектральной линии на щели фотометра

 

Союз Соеетсних

< >5759!8

Сохиглиотичесних

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Реопублин (6I) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.12.75 (21) 2310584/25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.12.81. Бюллетень Хе 46 (45) Дата опубликования описания 5.12.81 (51) М.Кл з G 01 J I/44

Госудгрстоаниый комитет (53) УДК 535.3 (088.8) по делом изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

С. А. ДРужинин и Б. ф. Осак! 1) Звяв;итель

Сибирский институт земного магнетизма, ионисферы и распространения радиоволн Сибирского отделения

АН СССР

f (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ

СПЕК1 РАЛЬНОЙ ЛИНИИ НА ЩЕЛИ фОТОМЕТРА . -.,-*,.; - л :т,.-; Т1т-„" i

1 2

Изобретение относится к автоматическим следящим системам и,цредназначено для удержания спектральной линии |на щели фотометра IIlpH спектрофотометрическ их наблюдениях за небесными телами.

Известны фотоэлект!рические устройства для слежения за краем объекта или спектральной линией (1). Недостатком этих устройств является невысокая точность слежения.

Наиболее близким по техн ической сущности к изобретению является устройство для автоматической компенсации смещения спектральной линии на щели фотометра (2), содержащее плоскопараллельную пластинку, усилитель и электропривод.

Недостатком устройства является, невысокая точность удержания спектральной линии из-за запаздывания сигнала рассогласо1вания на входе схемы усиления и, следовательно, сигнала управления электроприводом, что приводит к перерегулированию и даже к колебательному процессу. Устранить запаздывание в известных устройствах, т. е. повысить точность их работы, можно, уменьшая их быстродействие.

Целью изобретения является повышение точности удержания апектральной линии на щели фотоьметра без снижения быстродействия устройства.

Эта цель достигается тем, что в предложенное устройство введены фильтр-демодулятор, включающий в себя разрядный коммутатор аналогового сигнала, схема определения знака рассогласования, преобразователь «налряженпе — число импульсов» и генератор сигналов управления модуляцией .и демодуляцией. Выходы последнего соединены с управляющими входамн фильтра-демодулятора, сигнальный вход которого подключен к фотометру, а выходы— ко входам усилителя. Выход усилителя соединен со входами схемы определения знака рассогласозания и,преобразователя «на-!

5 пряжение — число импульсов», выходы которых соединены с электроприводом. Разрешающий вход схемы определения знака рассогласования соединен с генератором сигналов управления модуляцией и демоду20 ляцией, а запускающий вход преобразователя «напряжение — число импульсов»вЂ” с выходоьм .разрешения запуска схемы определения знака рассогласования.

На фиг. 1 показана функциональная схема предложенного устройства; на фиг.

2 — эпюры напряжения на выходах блоков схемы.

Устройство содержит плоскопараллельную пластинку 1, дефлектор 2, фотометр 3 з0 со щелью, дифференциальный усилитель 4, 575918 фильтр-демодулято|р 5, выполненный на на,копительных конденсаторах 6 и 7, .резисторе 8 и коммутаторах аналогового сигнала

9 — ll; генератор силналов управления модуляцией .и демодуляцией 12, включающий в себя генератор 13, делитель частоты 14, два ждущих,мультнвибратора 15, 16, элемент запрета 17, иивертор 18 и две схемы

И вЂ” НЕ 19, 20, прео бразо ватель «напряжение — число им|пульсов» 21, включающий в себя линейный вылря м итель 22, преобразователь «напряжение — время» 23, генератор импульсов 24, схему И 25, схему определения знака рассогласования 26, состоящую .из компа раторов 27, 28, схемы ИЛИ

29, схемы И 30, схему управления 31 шаговым двигателем, шаговый двигатель 32 и реду кто,р 33.

Фильтр-демодулятор 5 представляет собой синхронный фильтр,,резистор 8— интегрирующее соп ротивлен ие. Через коммутато ры 9 .и 10 осуществляется поочередное подключение накопительных .конденсато,ров.

Световой поток от спектральной линии проходит через пластинку 1 и падает,на дефлектор 2, который поперемен но пропускает свет от,крыльев спектральной лавинии на щель фотометра 3. Фотометр содержит фотоэлектронный умножитель с,высокоомной нагрузкой, к которой подсоединено согласующее устройство с низкоом ным выходом. Выход фотометра соединен с фильтром-демодулятораM 5.

Выходы фильтра-демодулятора соединены со входами усилителя 4, а выход послед,него подключен к входу линей ного выпрямителя 22 и входам двух регенеративных компараторов 27, 28,,имеющих гистерезис напряжений срабатывания,и отпускания.

Один компаратор срабатывает в том случае, если сигнал с дифференциального усилителя превышает некоторый положительный пороповый ура вень напряжения +U, а другой — если тот же сигнал превышает некоторый отрицательный пороговый уровень напряжен ия — U„-. Напряжения отпускания ком параторов равны нулю.

Усилитель 4 имеет пря|мой и инверсный входы, и в зависимости от знака, разности лапряжений с выходов фильтра-демодулятора 5 на выходе усилителя будет либо положительное, либо отрицательное на пряжение, а при нулевой раз ности выходное нанапряжение равно нулю.

Частота по пе ременного пропускания

=вета от крыльев спектральной линии и частота подключения конденсаторов 6 и 7 во время интегрирования (t„) равны и заданы генератором 12, т. е. на конденсаторе 6 за время интегрирования,накапливается напряжение, пропорциональное световому потоку от одного крыла апектральной линии, а на конденсаторе 7 — напряжение, пропорциональное световому потоку от другого крыла спектральной линии. Выпрямитель

22 преобразует напряжение с выхода усилителя 4 в на пряжение одного знака и по.дает,на вход преобразователя «напряжение — время» («U -t») 23, .работающего по принципу аравнения входного напряжения с пилообразньпм (Ur n,.). Запуск преобразователя 23 осуществляется сигналом со схемы И 30 при срабатывании одного из

10 компараторов 27, 28 через схему ИЛИ 29 по окончаниии времени, измерения, т. е. време,ни интегрирования. Это обусловлено сигналом с выхода генератора 12.

В момент окончания .измерения с ныхо15 да преобразователя 23 поступает разрешающий сигнал на схему И 25, на другой вход которой поступают импульсы от гене,ратора 24. С выходов схемы И 25 н схемы определения знака, рассогласования 26 сигналы поступают на схему управления 31 шатовым двигателем 32.

У правляющий вход разрядного коммутатора аналогового сигнала 11, входящего .в фильтр-демодулятор 5,подключен к генератору 12, разряд ко нденсаторов 6 и 7 происходит каждый раз .перед .началом измере,н,ия.

Работает устройство следующим образом.

Если спектральная линия находится точно на щел.и фото, метра, т. е. от каждого крыла линии при поочередном,пропускании падают од инаковые световые IIIoTOKH, то на выходе фотометра 3 переменного сигнала

55 нет. Генератор 12 периодически вырабатывает и апульсы,разряда фильтра-демодулятора 5, а также сигналы управления фильтром-демодулятором на время интегрирова,ния и импульсы разрешения запуска преоб40 разователя 21. Незавиаимо от сигнала .рассогласования коммутатор 11 разряжает взаимно конденсаторы б и 7. Потом в течение времени интегрирования (времени измерения) коммутаторы 9 и 10 поочередно

45 подключают конденсаторы 6 и 7 к резистору 8. Затем по окончании интегрирования схема определения знака .рассогласования

26 и преобразователь 21 измеряют накопившуюся;разность,напряжений на конден5О саторах 6 и 7.и преобразуют ее в число импульсов. При этом,нацряжения срабатывания компараторов 27 и 28 (+ Urtop u — U.„ð) задают зону нечувствительности устройства.

55 При отсутствии смещения спектральной линии или при смещении, когда за время интегрирования разность нааряжений иа конденсаторах б и 7, усиленная усилителем

4, не превышает Unop,,ни один из,компара50 торов 27, 28 не сработает, и по окончании

1„п ри разрешающем сигнале и нвертора 18 на входе схемы И 30 преобразователь 21 не запускается, т. е.,нет отработки.

Если же усиленная, разность напряжений на конденсаторах 6 и 7 (и дифферен575918

3О

55 банального усилителя), Пропорциональная

:смеще ни1о спектральной линии, превышает U„pp, то сработает оди н из компараторов

27, 28 в зависимости от того, каков знак разности напряжений. При этом по окончании „произойдет за пуск преобразователя

23, и напряжение усилителя У„будет сравниваться с пилообразным напряжением г. и н

В течение времени нарастания напряже:ния Ur. с преобразователя 23 будет пода и разрешающий сигнал .на вход схемы

И 25, с выхода KOToipoH сигналы поступят на схему управления 31 шаговым двигателем 32. С момента времени когда U; ., = U „ разрешающий сигнал на схему И 25 не по.дается, т. е. отработка рассогласования электроприводом прекратится. Направление вращения плоскопараллельной пластинки при этом определяется тем, какой из компараторов сработал.

Следует отметить, что,во время преобразования напряжения в число .импульсов напряжение U,.„à следовательно, m напряжение конденсаторов 6 и 7 должны оставаться неизменными. Это достигается за счет того, что при отсутствии управляющих напряжений коммутаторы 9,и 10 .имеют большое сопротивление (порядка 108—

10 Ом), и напряжение конденсаторов 6, 7 практически остается неизменным, т. е. фильтр-демодулятор сохраняет,накоплен,ную разность напря кений конденсаторов

6, 7.

Фильтр-демодулятор в динамике обладает свойствами синхронного фильтра и,во время преобразования измеряемой велич ины является элементом па мяти.

Постоянная времени т „, фильтра-демодулятора определяет величину напряжений конденсаторов 6, 7 за период 1„, а продолжительность времени,интегрирования /„определяет отношение сигнал/шум.

При отстройке устройства, изменяя коэффициент усиления дифференциального усилителя 4 и пороговое:напряжение комаараторов 27, 28, можно п ривести в соответствие величину отрабатывающего,воздействия и величину, рассогласования на входе, т. е. если сместить спектральную лин.ию скачком на величину, не выходящую за диапазон регулирования, за одно измерение устройство измерит это рассогласование и в течение времени преобразования отработает его.

В отличие от прототипа, где скорость отработки зависит от,постоянной времени элемента запаздывания, в предложенном устройстве скорость отработки можно выбирать максимальной, так как нет необходимости ждать реакции сигнала,рассогласования,на,входе дифференциального усилителя на отработку,в предыдущем цикле, поскольку перед каждым .измерением фильтр-демодулятор разряжается.

При одинаковом быстродействии в предложенном устройстве можно выбрать время интегрирования больше, чем постоянная времени интегрирующих звеньев в прототипе, т. е. с лучшим отношением сигнал/шум измерить сигнал смещения спектральной линии и тем самым повысить точность слежения.

Форм ла изобретения

Устройство для удержания спектральной линии на щели фотометра, содержащее плоскопараллельную пластинку, усилитель и электропривод, о тл ич а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности удержания без снижения быстродействия, в него введены фильтр-демодулятор, включающий в себя разрядный коммутатор аналогового сигнала, схема определения знака рассогласования, преобразователь «напряжение— число импульсов», генератор сигналов управления, модуляцией .и демодуляцией, выходы которого соединены с управляющими входами фильтра-демодулятора, сигнальный вход которого соединен с фотометром,,a выходы подключены .ко входам усилителя, выход которого соединен со входами схемы определения знака рассогласования и .преобразователя «напряжение — число,импульсов», выходы которых соединены с электроприводом, разрешающий .вход схемы определения знака рассогласования соединен с генератором сигналов управления модуляцией и демодуляцией, а запускающий вход преобразователя «напряжение— число импульсов» соединен с выходом,разрешения запуска схемы определения знака рассогласования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Оптическое устройство для измерения положения. Акцептованная заявка Великобритании № 1370809, кл. G 05 d 3/06, 1974.

2. Компенсатор лучевых скоростей. Изв.

КрАО, т. 31, 1964, с. 209 (прототип).

575918

///а//г. 1! с

Редактор Л. Утехина

НГ10 «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытие

Заказ 27/30 Изд. № 653 Тираж 915 Подписное

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4!5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» Р///лх и, аЬ// a ) 1 °!

1! ((«

Тсхред Л. Куклина Корректор И. Осиновская .