Фотометр

. Г3 м ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Алтайский политехнический институт им. И. И. Ползуцова(57) Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения интенсивности стационарных световых потоков в широком динамическом диапазоне. Ц .ль - увеличение быстродействия фотометра при низких уровнях освещенности. Фотометр содержит фотодиод 1, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 2 и работаюший в режиме накопления заряда. )х инвертируюшему входу усилителя 2 через коммутирующий элемент 6, управляемый одновибратором 5, полключается либо образцовьй источник 7 напряжения лля заряда барьерной емкости фотолиола, либо генератор 8 компенсирующего тока для компенсации темнового тока фотодцола. Под действием светового потока происхолцт линейный разряд емкости фотолцода 1, что приволит к возрастанию напряжения нд выхоле усилителя 2. Это напряжение сравнивается компаратором 3 с линейно спадающим напряжением генератора 4. Момент рдвенства этих напряжений фиксируется компард.тором 3, импульс с выхола которого запускает олновибратор 5. После этого произволится повторный заряд барьерной емкости а фотодиола 1, и цикл работы устройства повторяется. Период следования импульсов на выходе одновибратора определяется интегральной освещенностью фотодиола 1. 1 пл. СИзобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения интенсивности стационарных световых потоков в широком динамическом диапазоне.Цель изобретения - увеличение быстродействия фотометра при низких уровнях Освещенности. На чертеже приведена функциональная схема фотометра.Фотометр содержит фотодиод 1, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя 2, а анод - с выходом усилитсля 2 и с инвертируюсцим входом компаратора 3, неинвертируюший вход компаратора 3 соединен с выходом генератора 4 линейно спадающего напряжеРРя, а выход соединен с входом одновибратора 5, выход Одновибратора 5 соединен с входом генератора 4 линейно спадающего напряжения и входом управления коммутирующего элемента 6, первый коммутируемый вход коорого соединен с ноложптельным выводом образцового источника 7 напряжения, второй -- с выходом генератора 8 компенсирукщего тока, выход коммутирующего элемента б соединен с инвертируюшим гходом усилителя 2 и с катодом фотоднодапри этом неинвертируюший вход усилителя 2 подключен к шине нулевого потенциала.Генератор 4 линейно спада югцего напряженияия может быть выполнен либо цифровым способом на основе реверсивного двончнсн о счетчика, к выходу которого подклю-ен цифроаналоговый преобразователь, либо аналоговым способо., по любой известной схеме, имеющей вход синхронизации.Устройство работает следуюцсим образом.Б момент включения фотометра одновибатор 5 вырабатывает фиксированный по,.:тельности импульс, который поступаетнравляющий вход коммутирующего эле,нта б. Коммутирующий элемент 6 подклю;асг инвертРрующии вход усилителя 2 к положительному выводу образцозого источника 7 напряжения и на выходе усилителя 2 устанавливается отрицательное напряжение, которое вызывает заряд барьерной емкости фотодиода 1. По окончании им.ульса одновибратора 5 производится запуск генератора 4 линейно спадающего напряжения и коммутирующий элемент 6 подключает к инвертирующему входу усилителя 2 генератор 8 компенсирующего тока. Длительность импульса одновибратора 5 выбирается такой, чтобы полностью обеспечить заряд барьерной емкости фотодиодаВ момент окончания импульса одновибратора 5 барьерная емкость фотодиода начинает разряжаться под действием фото- тока, вызванного падающим на фотодиодсветовым потоком, а также и темновым током фотодиода 1. Одновременно с разр.дом фотодРода 1 п 1 эоизводится Однов; меРпыР 5 1 О 15 2 О 25 ЗО 35 его подзаряд генератором 8 током, равным величине темнового тока. Разность между темновым током фотодиода 1 и током генератора 8 определяет уровень недокомпенсации темнового тока,По мере разряда барьерной емкости фотодиода 1 выходное напряжение усилителя 2 возрастает, одновременно с ним напряжение на выходе генератора 4 линейно убывает. В момент, когда величины этих напряжений будут одинаковы, происходит переключение компаратора 3, сигнал с выхода которого запускает одновибратор 5 и цикл работы фотометра повторяется. Для оценки быстродействия фотометра при малых уровнях освещенности целесообразно рассматривать предельный режим работы, когда световое излучение полностью отсутствует. В этом случае, для известного фотометра, когда световой сигнал с, сравнивается с по. стоянным опорным напряжением ст., максимальный период следования импульсов с выхода одновибратора определяется скоростью нарастания сигнала недокомпенсации и заканчивается в момент достижения напряжением недокомпенсации величинь опор. ного напряжения. Кроме того, на работу устройства влияет температурный дрейф параметров элементов системы, дробовый и радиационный шумы фотодиода. Все эти возмущающие воздействия влияют на длитегьность максимального времени фотометрирования. В силу нестационарности возникающих воздействий максимальное время фотометрирования изменяется в пределах Т Т;, при этом достоверность результатов измерения гарантирована, если Т,( (Тгде Т - время фотометрирования известного фотометра. Для сравнения быстродействия предлагаемого устройства и известного время релаксации генератора линейной спадающего, напряжения выбирается равным Т исходя из граничных условий работоспосооности известного устройства. В этом случае, закон изменения напряжения на выходе генератора Сl, линейно спадающего напряжения описывается выражением где- начальное отрицательное:апряжение на выходе усилителя после за.ряда емкости фотодиода;Твремя фотометрирования предлагаемого устройства.Напряжение на выходе усилителя опре. деляется выражением1404840 отсюда Форлула азобрсганс( Составитель А. ЯстребовРедактор Г. Волкова Техред И. Верее Корректор М. 111 арогпиЗаказ 3091/43 Тираж 499 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 45Произво твенно-полиграфическое предприятие. г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Запуск одновибратора произволится в момент выполнения равенства Ь, = 1.;т, или Т=1/2 Т, .Следовательно, для худшего предельного случая (отсутствие освешенности) при Т= = Т быстродействие предл а гаемого устройства превышает быстродействие известного устройства в 2 раза. С ростом уровня освеценности разница в скорости фотометрирования обоих устройств сокращается. При максимальных условиях освеценности скорости фотометрирования близки и определяются временем разряда барьерной емкости фотолиола, быстродействием элементов устройства и временем релаксации олновибратора.Для общего случая соотношение времен фотометрирования известного Ти предлагаемого Т устройств опрелеляется выраже- нием Дальнейшее увеличение бьсз ч спс гл преллагаемого устройства может бьп ь стпгнуто за счет уменьшения времени рс. лаксацпи генератора линейно си ила кгшего напряжения, но это прпволит к уменьшснию разрешаюцей способности устройства. Фотометр, содержащий фотолиол, катодкоторого соединен с пнвертнрукнцим входом усилителя, непнвертируюший вхол которого соединен с шиной нулевсн о потенциала, а выхол - . с анодом фотолполас инвертируюшим входом компаратора, выход которого соединен с входом олновибратора, 15 выход одновибратора подключен к управляющему входу коммутирующего элемента, первъй и второй коммтируемые входы которого подключены соответственно к образцовому источнику напряжения и и генератору компенсирующего тока. а ияхол - к катоду фотодиола, от.шиаюиш)с тем, чго, с целью увеличения быстродействия фото- метра при низких уровнях освещенности, в него введен генератор линейно спалаошего напряжения, выход которого соединен с 25 неинвертируюшпм входом компаратора, ивхол - с выходом олновибратора.