Фотометр

021955 А СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 091 (11 1 44 ЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 4 ПИСАНИЕ ИЗО РСНОМУ СВИД:ТЕЛЬСТВ(72) А. Л. Колокольцева, В. И. Корот кий, С, И. Круглый, Ф. Й. Оберман, Л. Я. Полонский и Л. Н. Пятницкий (71) Институт высоких температур АИ СССР(56) 1 Авторское свидетельство СССР В 857730,.кл, 6 01 1 1/44, 1981.2; Волькенштейн А. А., Кувалдин Э. В. Фотоэлектрическая импульсная Фотометрия (теория, методы, приборы). Л., "Машиностроением, 1975, с, 124 (прототип)(54)(57) ФОТОИЕТР, содержащий Фото приемник, к выходу которого подключены резистор, конденсатор, устройство линейного разряда и вход сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом блока управления и с управляющим входом ключевой схеви, через которую генератор гактовыхимпульсов подключен к регистратору, причем один выход блока управления подключен к управляющему входу устройства линейного разряда, а второй. вывод резистора и вторая обкладка конденсатора соединены с общей шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьпаения чувствительности и точности измерений, устрой-. ство линейного разряда выполнено в виде источника опорного напряжения, аналогового ключа и операционного усилителя с тремя резисторами через один из которых осточник опорного напряжения соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через второй резистор соединен с выходом операционного усилителя, а выход через последовательноФ соединенные аналоговый ключ, вход которого является управляющим входом устройства линейного разряда, и третий резистор соединен с неинвертирующим входом операционнсго усилителя, являющимся выходом устройства линейного разряда, причем другой выход блока управления соединен с модулирующим электродом Фотоприемникаж, через которую генератор тактовыхимпульсов подключен к регистратору,причем один выход блока управленияподключен к управляющему входу устройстна линейного разряда, а второйвывод резистора и вторая обкладкаконденсатора соединены с общей шиной.Известный фотометр позволяет проводить измерения в более широком динамическом диапазоне, так как импульс тока разряда в нем не зависитот величины напряжения на конденсаторе нагрузки 2,Недостатком известного устройстваявляется повышенная погрешность измерений, связанная с нестабильностьюамплитуды тактовых импульсов, подаваемых на перничную обмотку импульсного трансформатора, а также недостаточно высокая для измерения энер 35 40 45 50 гии предельно слабых световых импуль" сов чунствительность, что связано с ограничением величины постоянной времени резистивноемкостиой цепи нагрузки, которая для этого фотометра должна быть значительно (в 10-100 раз) больше полного времени измерения,Цель изобретения повышение чув ствительности и точности измерений.Для достижения указанной цели 55 60 н Фотометре, содержащем фотоприемник,к выходу которого подключены резистор, конденсатор, устройство линейИзобретение относится к оптичес-ким измерениям, а именно к фотометрам, и может найти применение вустройствах автоматической регистрации спектров рассеяния оптическогоизлучения при диагностике плазжи плазмоподобных,сред,Известен фотометр, содержащийфотоприемник, реэистивно-емкостнуюцепь нагрузки, сравнивающее устройство, генератор тактовых импульсов, 10ключевую схему, счетчик и цепь раэряда, состоящую из резистора и диода.Известный фотометр позволяет измерять энергию импульсов оптическогоизлучения в широком диапазоне длительностей импульсов (от единиц додесятков мкс) и отличается простотойпринципиальной схемы и надежностьюЦ,Недостатками укаэанного устройства являются малый динамический диапазон измерений и высокая погрешность измерений,Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретениюявляется фотометр, содержащий фотоприемник, к выходу которого подключены резистор, конденсатор, устройство линейного разряда и вход сравнивающего устройства,выход которогосоединен с входом блока управленияи с управляющим входом ключевой схеного разряда и вход сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом блока управления и с управляющим входом ключеной схеье, через которую генератор тактовых импульсов подключен к регистратору, причем один выход блока управления подключен к управляющему входг устройства линейного разряда, а второй выводрезистора и вторая обкладка конденсатора соединены с общей шиной, устройство линейного разряда выполнено ввиде источника опорного напряжения,аналогового ключа и операционногоусилителя с тремя резисторами, черезадин из которых источник опорногонапряжения соединен с инвертирующимвходом операционного усилителя, который чурез второй резистор соединенс выходом операционного усилителя,а выход через последовательно соединенные аналоговый ключ, вход которогоявляется управляющим входом устройства линейного разряда, и третий резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, являющимся выходом устройства линейного разряда, причем другой выход блока управления соединен с модулирующим электродом Фотоприемника.Такое выполнение фотометра позволяет повысить его чувствительность до предельной (на уровне регистрации единичных фотоэлектронов) и снизить погрешность измерений до 0,1 за счет компенсации с помощью устройства линейного разряда тока утечки через резистор нагрузки, что позволяет значительно снизить (до десятков пФ) величину емкости конденсатора нагрузкипри сохранении большого времени разряда (до 1 мс), Режим импульсной модуляции чувствительности фотоприемника н таком фотометре позволяет, кроме того измерять не только энергию единичных световых импульсов, но и интенсивность непрерывных световых потоков.На чертеже представлена функциональная схема фотометра. Устройство содержит фотоприемник, выполненный в виде ФЭУ 1 с модулиру ющим электродом 2, к выходУ ФЭУ 1 подключены резистор 3, конденсатор 4, устройство 5 линейного разряда и вход сравнивающего устройства 6, выход которого соединен с входом блока 7 управления и с управляющим входом ключевой схемы 8, через которую генератор 9 тактовых импульсов подключен к регистратору 10, причем один выход блока 7 управления подключен к управляющему входу устройства 5 линейного разряда, а второй вывод резистора 3 и вторая обкладка конденсатора 4 соединены с общей шиной. Устройстно 5 линейного разря(10 ительешносда выполнено в виде источника 11опорного напряжения,. аналогового ключа 12 и операционного усилителя 13с тремя резисторами 14-16 через резистор 14 источник.11 опорного напряжения соединен с инвертнрующимвходом операционного усилителя 13,который через второй резистор 15 соединен с выходом операционного усилителя 13, а выход через последова.тельно соединенные аналоговый ключ 12,вход которого является управляющимвходом устройства 5 линейного разряда, и третий резистор 16 соединенс неинвертирующим входом операцион.ного усилителя 13, являющимся выходом устройства 5 линейного разряда,причем другой выход блока 7 управления соединен с модулирующим электро;цом 2 Фотоприемника,Фотометр работает следующим образом.В исходном состоянии управляемюйФотоприемник заперт и напряжение наконденсаторе 4 Сн равно нулю. Сравнивающее устройство 6 под действиемнулевого входного напряжения обеспечивает запертое состояние ключевойсхемы 8, а аналоговый ключ 12 приэтом заперт соответствующим сигналомс блока 7 управления.При подаче импульса управлениядлительностью м с блока 7 управления на мэдулирующий электрод 2 Фотоприемника происходит заряд конденсатора 4 нагрузки Сн импульсом Фотоь 1айтака 1,до ваиряиения О-й: -пропорционального энергии световогоимпульса (или интенсивности иепрерывного светового потока) при выполнении условия й С Т.ьй, где й - сопротивление резистора 3 (далеее индекс соответствует позиции резистора). Йод действием напряжения Осравнивающее устройство 6 изменяетсвое состояние, открывая ключевую схему 8 и счетчик 10 регистратораначинает счет тактовых импульсов ге-,нератора 9.Одновреме зо с этим блок 7 управления замыкает аналоговый ключ 12 5 н начинается линейно изменяющийсяво времени разряд конденсатора 4 током, протекающим через резистор 16цепи положительной обратной связиоперационного усилителя 13.10 Линейность разряда конденсатора 4обеспечивается выполнением условияК . йй В, а полное время разЪ Иряда(О - напряжение источника 11 опорного напряжения) не зависит от вели чины С, что позВоляет путем выбора Достаточно малого значения С 100 пф) достичь высокой чувств .ности Фотометра при малой погр ти измерения.При достижении на конденсаторе 4.нулевого значения напряжения, сравнивающего устройство 6 возвращается в исходное состояние, размыкая через блок 7 управления аналоговый ключ 12 и запирая ключевую схему.8. Число имЗ 0 пульсов, накопленных в счетчике регистратора 10, оказывается при этом пропорциональнымизмеряемой величине энергии светового импульса или интенсивности светового потока.35Лреплагаемое изобретение позволяет повысить чувствительность,до уровня регистрации единичных Фотонов и снизить погрешность измерений до 40 0,1 за счет компенсации тока утечкичерез резистор нагрузки, что позволяет работать Фотометру при малой величине емкости нагрузки и одновременно с этим при большом (до 1 мс) времени 45 разряда на,ней,1021955 В. Чурбакоягель Сост ави Редактор Н. Рогулич ТехредМКорректор М. Иар Тираж 873сударственного комитета СССРам изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб., д. крэ 4025/31ВНИИПИ дпи оное