Фотоэлектрическое устройство

 

Союз Советских

Соцмалнстических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCKOMY СВИДатюльСтвю (61) Дополнительное к авт, свмд-ву (22) Заявлено 111179 (21) 2839087/18-25 (51) M с присоединением заявим Но (23) Приоритет

G 01 и 21/25

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 535. 242 (088. 8) Опубликовано 2308.81. Ьюллете<+ "®

Дата опубликования описания 23.0881 (72) Авторы изобретения

C. В. Свечников и A. Г. Синицын

Институт полупроводников АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к оптическим устройствам исследования и анализа свойств материалов и может быть использовано преимущественно для контроля одноэкстремального цветного спектра. Оно позволяет непрерывно контролировать положение спектра при его изменении или подстройке в заданном диапазоне длин волн.

Известное контролирующее фотоэлектрическое устройство содержит блок разложения спектра на дискретные участки длин волн по образцовому и контролируемому оптическим каналам и фотоприемник, оптически связанный с обеими названными,каналами и электрически — с регистрирующим блоком.

Контроль спектра производится путем сравнения воздействия на фотоприемник составляющих образцового и контролируемого спектров (1 ).

Недостаток этого устройства,несмотря на достаточно высокую точность, заключается в наличии механических прецизионных перестраиваемых оптических элементов и больших габаритах, что ограничивает применение этого устройства в некоторых технологических линиях в установках. 30

Известно также контролирующее фотоэлектрическое устройство, содержа1 щее фотоприемник иэ трех элементсн, спектральная чувствительность которых соответствует трем цветовым зонам ИКО, соединенный с вычислительным блоком и регистрирующим устройством.

Контроль .положения спектра, с помощью данного устройства, производят по изменению координат цветности (2).

Однако так как в пределах каждой цветовой и соответственно спектральной эоны участки контролируемого спектра интегрируются, то контроль смещения селективного спектра,расположенного в границах какого-либо из зон затруднен. Увеличение числа элементов фотоприемника для повышения точности контроля приведет к усложнению вычислительного блока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоэлектрическое устройство, содержащее фотоприемник, выполненный на элементах с последовательно смещенным спектральным распределением чувствительности, и регистрирующий блок (3 ).

Однако положение контролируемого спектра с помощью этого устройства

857796 определяется с недостаточной точностью, по дискретным интервалам.

Все известные устройства обладают или большой сложностью и большими габаритам или низкой точностью.

Цель изобретения — повышение точности определения положения спектра в заданном спектральном диапазоне путем программируемого управления спектральным распределением чувствительности устройства и синхронной обработки возникающего при этом электрического сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в контролирующем фотоэлектрическом устройстве, содержащем фотоприемник, выполненный на элементах с последовательно смещенным спектральным распределением чувствительности, и регистрирующий блок, между фотоприемником и регистрирующим блоком включены время-амплитудный модулятор чувствительности элементов фотоприемника, сумматор, дифференцирующая цепь и измеритель нременных интервалов, соединенные последовательно, и синхронизатор, подключенный к время-амплитудному модулятору чувствительности элементов фотоприемника и измерителю временных интервалов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого контролирующего фотоэлектрического устройства; на фиг. 2 — схематические спектральные характеристики; на фиг. 3 — выходные сигналы элементов предлагаемого устройства, вырабатываемые за один период.

Устройство содержит фотоприемник

1, время-амплитудный модулятор 2 чувствительности элементов фотоприемника, сумматор 3, дифференцирующая ц пь 4, измеритель временных интервалов 5, регистрирующий блок б,синхронизатор 7, спектральная характеристика 8 контролируемого спектра, спектральные характеристики 9, 10, 11, 12 элементов фотоприемника, спектральные характеристики 13, 14, 15 элементов фотоприемника и сумматора, выходные сигналы 16 сумматора, выходные сигналы 17 дифференцирующей цепи, выходные сигналы 18 синхронизатора.

Спектральная характеристика 8 контролируемого спектра находится в области спектрального распределения чувстнительности характеристик 9

12 фотоприемника 1, который в сочетаний с сумматором 3 имеет спектральную характеристику 13 при статическом положении время-амплитудного модулятора 2. Длинноволновый фронт спектральных характеристик 13-15 занимает положение, соответствующее различным состояниям время-амплитудного модулятора 2.

Устройство работает следующим образом.

Освещают контролируемым спектром элементы фотоприемника 1. Синхронизатором 7 запускают время-амплитудный модулятор чувствительности элементон фотоприемника, который перемещает фронт спектрального распределения чувствительности контролирующего фотоэлектрического устройства, например длинноволноный, вдоль рабочего спектрального диапазона. Такое перемещение фронта достигается путем плавного изменения чувствительности элементов фотоприемника, производи.—, мого последовательно со сдвигом но времени для каждого элемента, и последующего суммирования сигналов с этих элементон. Параметры времяамплитудной модуляции при этом вводят в виде программы, обеспечивающей оптимальное согласование элементов фотоприемника для решения задачи оп2р ределения положения конкретного спектра.

Когда фронт спектрального распределения чувствительности предлагаемого устройства достигает области, где 5 находится контролируемый спектр, то на выходе сумматора 3 возникает перепад уровня электрического сигнала,который поступает на дифференцирующую цепь 4.C выхода дифференцирующей цепи

4 при этом вырабатывается импульс 17, поступающий на вход измерителя временных интервалов 5, на второй вход которого с синхронизатора 7 подается импульс 18, фиксирующий начало запуска время-амплитудного модулятора.Измеритель временных интервалов 5 измеряет временнои интервал между импульсом 18, фиксирующим начало рассматриваемого периода и импульсом 17, фиксирующим положение контролируемого

40 спектра в рабочем спектральном диапазоне, вырабатывая напряжение которое поступает на регистрирующий блок 6.

Рассмотренный период работы устройства повторяется с частотой, преф5 нышающей частотные характеристики фотоприемника.

Таким образом, всякое изменение положения контролируемого спектра фиксируется в регистрирующем блоке

5у предлагаемого контролируемого фотоэлектрического устройства, причем контроль за положением спектра осуществляется непрерывно во всем рабочем диапазоне длин волн. Данное устройстно может быть проградуировано по образцовому спектру с целью получения данных об относительном смещении контролируемого спектра или для непосредственного отсчета смещения в длинах волн.

60 Введение в контролирующее фотоэлектрическое устройство последовательно соединенных время-амплитудного модулятора чувствительности элементов фотоприемника, сумматора, диф65 ференцирующей цепи и измерителя нре857796 менных интервалов, включенных между фотоприемником и регистрирующим блоКоМ а также синхронизатора, подключенного к время-амплитудному модулятору чувствительности элементов фотоприемника и измерителю временных ин- 5 тервалов, позволило без усложнения оптической и при простом изменении электрической схем осуществить непрерывное слежение за спектром и тем самым существенно повысить точность определения положения спектра в рабочем спектральном диапазоне.

B данном контролирующем фотоэлектоическом устройстве положение исслеауемого спектра в рабочем видимом диапазоне длин волн определялось с точностью 10 нм.

Предлагаемое устройство может работать в широком спектральном диапазоне, так как этот диапазон формируют из набора частично перекрываю- 20 щихся спектральных характеристик элементов фотоприемника с независимым для каждого из них фотоэлектрическим преобразованием.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства заключаются в том, что его использование позволяет осуществлять контроль оптического спектра в тех случаях, когда применение более простых методов 30 (визуальный контроль, сравнение с эталонной карточкой) недостаточно, а использование более точных устройств, спектрометров, экономически не оправдано или не осуществимо по условиям .эксплуатации или больших габаритов. Предлагаемое устройство наиболее применимо при работе с селективными спектрами, вид которых и возможные положения на шкале дЛин волн известны, но требуется опреде- 40 лить это положение в момент контроля или исследования. Оно применимо при оптическом контроле толщин тонких пленок методом сопротивления цветов, при контроле состояния термохромных жидкокристаллических пленок, при контроле излучения полупроводниковых источников света, допускающих подстройку излучаемого света по частоте, при контроле спектра отражения некоторых цветных эмалей, красок, растворов.

Формула изобретения

Фотоэлектрическое устройство,содержащее фотоприемник, выполненный на элементах с последовательно смещенным спектральным распределением чувствительности, и регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьыения точности определения положения спектра в заданном спектральном диапазоне, между фотоприемником и регистрирующим блоком включены время-амплитудный модулятор чувствительности элементов фотоприемника, сумматор, дифференцирую щая цепь и измеритель временных интервалов, соединенные последовательно, и синхронизатор, подключенный к время-амплитудному модулятору чувствительности элементов фотоприемника и измерителю временных интервалов

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии. М., изд-во Московского университета, 1977, с.199203, 376.

2. Джадд Д. и др. Цвет в науке и технике. N., "Мир", 1978, с. 155182, 577.

3. Авторское свидетельство СССР

М 306403, кл. G 01 М 21/58, 1968 (прототип).

857796 фиа. Я фиа3

Составитель А. Шуров

Техред А, Ач Корректор Г. Решетник

Редактор Н. Рогулич

Заказ 7230/70 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4