Фотометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ ЕСПУБЛИК 1) 4 б 01 1 1 44 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЯЕБ,ТВ(56) Авторское свидетел949347, кл. 6 01 1 3Авторское свидетельс1116325, кл. 6 01 1 3хнический институ А. Царегородцев ьство СССР/44, 1984. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(57) Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано для фотометрирования оптических полей, имеющих широкий динамический диапазон по освещенности. Цель - увеличение быстродействия фотометра при низких уровнях освещенности. Фотометр содержит фотодиод 1, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 2, на инвертирующий вход которого через коммутатор 5 подключается либо компенсатор 7 темнового тока. либо источник 8 эталонного напряже,БО 140483 ния для перезаряда фотодиода, работающего в режиме накопления заряда. Световой сигнал на выходе усилителя 2 сравнивается компаратором 3 с опорным напряжением источника 4. Момент переключения компаратора фиксируется счетчиком 10. Если уровень освещенности низкий и величина светового сигнала не достигает величины опорного напряжения, то максимальное время накопления определяется счетчиком 9, на вход которого подается код Т Тактирование счетчика осуществляется задающим генератором 16. Таким образом, цикл фотометрирования завершается либо к моменту переключения компаратора, либо по истечении времени накопления, после чего вычислитель 11 определяет тангенс угла наклона а энергетической характеристики фотодиода 1 как частное от деления времени накопления фу на промежуток времени между перезарядом %УФ фотодиода 1 и моментом переключения ком- С" паратора 3. Формирование выходного сигнала осуществляется умножением светового д сигнала на коэффициент пропорциональности, после чего вновь производится пере- заряд фотодиода 1. 1 ил.30 35 40 л О 55 Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано для фотометрирования оптических полей, имеюгцих широкий динамический диапазон по освещенности.Целью изобретения является увеличение быстродействия фотометра при низких уровнях освещенности.На чертеже изображена функциональная схема фотометра.фотометр содержит фотодиод 1, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 2, причем анод фотодиода 1 подключен к выходу усилителя 2, а его катод - к инвертирующему входу усилителя 2, компаратор 3, источник 4 опорного напряжения, коммутаторы 5 и 6, компенсатор 7 темнового тока, источник 8 эталонного напряжения, счетчик 9 реверсивный, счетчик 10 прямой, вычислитель 11, умножитель 12, элемент 2 ИЛИ 13, элемент 14 задержки, элемент 3 И 15, задающий геьератор 16 и одновибратор 17. Неинвертирующий вход усилителя 2 подключен к общей шине источника питания устройства, а его инвертирующий вход - к выходу коммутатора 5, первый и второй входы ко;-рсго подключены соот ветственно к компенсатору 7 темпового тока и источнику 8 эталонного напряжения, Выход усилителя 2 соединен с первым входом коммутатора 6 и инвертирующим входом компаратора 3, неинвертирующий вход которого объединен с вторым входом коммутатора 6 и подключен к источнику 4 опорного напряжения. Кроме того, выход коммутатора 6 соединен с первым зходом умножителя 12, Вьход компаратора 3 подключен к управляющему входу компаратсра 6, первому входу элемента 3 И 15 и Второму входу элемента 2 ИЛИ 13, первый вход которого соединен с выходом счетчика 9, а его выход - с инициирующим входом вычисли-:ля 11 и через элемент4 задержки - с установочным входом счетчика 10, синхронизируюгцим входом счетчика 9 и через последовательно включенный одновибратор 17 с управляющим входом коммутатора 5.Вычитающий вход счетчика 9 и суммирующий вход счетчика 10 объединены и подключены к выходу элемента 3 И 15, второй Вход которого подключен к задающему генератору 16, а третийк выходу одновибратора 17. При этом выход счетчика 10 подключен к информационному входу Х вычисЛИТЕЛя 11, а ииформацИОНный ВХОДВЫ- числителя 1 объединен с информационньп; Входом счетчика 9 и является управляющи . Входом фотометра. Выходом фотометра является выход умножи;еля 12, к второь:у информационному входу которого иодключе.: выход 2 вычислителя 11.Задающий генератор 16 имеет типовуго схему и может быть реализован на микросхемах широкого применеьия (на в ;р, 155 серии). Счетчики 9 и 10 выпускаются промыш.ленностью в интегральном исполнении (например, 155 ИЕ 7) и их прямой или инверсный режим работы определяется соответствующей коммутацией управляющих вывсдов микросхем.В качестве умножителя 12 можно использовать умножающий цифроаналоговый преобразователь (например, 572 ПА 1), величина выходного сигнала которого прямо пропорциональна ."аличинам входного сигналаи коэффициенту пропорциональности, задаваемому двоичным кодом,Вычислитель 11 реализует операциюделения У=У/Л, причем значения делителяи делимого задаются двоичным кодом. Операция деления может производиться по изВЕСтНЫМ аЛГОрнтМам, а СаМ ВЫЧИСли СЕЛЬможет быть выполнен по типовой схеме.В простейшем случае для реализацииоперации деления можно использовать матрицу постоянного запоминающего устройства, в которой двоичная комбинация входныхсигналов однозначно определяет комбин.цию выходного кода. Использование матричного постоянного запоминающего устройства позволяет задавать необходимый зх-"О;:соответствия между уровнем осзещеннос 1 ифотометрируемого объекта и величиной выходного сигнала.Устройство работает следующим образом.Световой поток, падая на фотодиод 1,работающий в режиме накопления заряда,определяет уровень светового сигнала навыходе усилителя 2, причем в ломент разряДа ЙОТОДИОДа 1 ИНВЕртируЮГций ВХОД аСИЛИтеля 2 через кОммутатор 5 подклгочастсяк компенсатору 7 темнового тока. Выходноенапряжение усилителя 2 сравнивается с опорным напряжением источника 4 на компараторе 3 и, если величина опорного напряжения источника 4 превышает уровень светового сигнала, то элемент 3 И 15 разрешаетпрохождение тактовых импульсов с выходагенератора 16 на вычитающий и суммирующий входы соответственно счетчиков 9 и 10.Г)ри фотометрированин слабых световыхпотоков, когда уровень светового сигналасоизмерим с уровнем сигнала недокомпенсации темнового тока фотодиода 1 и его величина не достигает Величины Опорного напряжения источника 4, счетчик 9 определяетМаксимально допустимое время накоплениязаряда на фотодиоде 1. Это время задае 1 сядвоичным кодом Т.,-,=-( ь Ть , У:, ) на уп.равляющем входе Вотометра. Лбсол ", с.-.значение времени накоплепи Оп-, .е.,:,яе с.-.,соотношениемнак. А -Ргде Т- абсолютное значение времен:,.накопления заряда;Р - частота задающего генератсраМ - число двоичных разря чОВ ч;"В случае интенсивных световых потоков, когда уровень сигнала на выходе усилителя 2 превышает величину опорного напряжения источника 4, момент переключения компараратора 3 фиксируется счетчиком 10, так как уровень сигнала на выходе компаратора 3 после его переключения запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент ЗИ 15.Таким образом, цикл фотометрирования завершается либо в момент переключения компаратора 3, либо по истечении времени накопления, после чего на выходе элемента 2 ИЛИ 13 появляется сигнал, который производит запуск вычислителя 11 и через время, необходимое для завершения работы вычислителя и определяемое параметрами элемента4 задержки, устанавливает счетчик 10 в нулевое состояние. По этому же задержанному сигналу в счетчик 9 записывается код, находящийся на его информационных входах, а также производится запуск одновибратора 17, который пер ключает коммутатор 5, подключающий инвертирующий вход усилителя 2, а следовательно, и катод фстодиода 1 к источнику 8 эталонного напряжения, в результате чего происходит перезаряд фотсдчода 1. Длительность импульса сдновибратора 17 выбирается, исходя из максимального времени перезаряда фотсдиода 1. Причем на время перезаряда фотсдиода 1 блокируется прохождение тактовых импульсов через элемент 3 И 5.Пс истечении времени релаксации одновибратора 17 цикл работы устройства повторяется. Для формирования выходного сигнала вычислитель 11 Определяет тангенс угла наклона энергетической характеристики фотодиода 1 как частное от деления времени накопления на промехлуток времени между моментом выключения одновибратора 17 и моментом переключения компаратора 3 или моментом окончания времени накопления (т. е. =1 г/Л 1. Результат вычисления в цифровом коде псст, пает на второй вход умножителя 12. а на его первый вход подается сигнал с выхода коммутатора 6, управляемого ксмпараторсм 3, Если за ремя накопления происходит переключение компаратора 3, то на правый вход умножителя 12 подается опорное напряжение источника 4, в противном случае - световой сигнал с выхода усилителя 2. Таким образом, с помонтью КСМ Мума н Сра 5 СЕаЛИЗлЕТСЯ фуНКцняг,ф оп ,вЭ: -он- ,во ев - лф опгде,гl - капая кен; е на выходе коммутатспа б;с/,и- величина опорного напряженияисточника 4;Уев в - величина световсгс сигнала, Формирование вы."одного сигнала осуществляется умноже, ием этого сигнала на тангенс угла наклона Л и определяетсясоотношениемВремя фотометрирования при большихуровнях освещенности определяется минимальным временем нарастания светового сигнала до величины опорного напряжения, а при малых интенсивностях - временем накопления, задаваемым двоичным кодом на управляющем входе фотометра. Величина времени накопления выбирается в зависимости от нижнего порога регистрируемого сигнала. Так как уровень светового сигнала в предлагаемом устройстве не может превышать величины опорного напряжения, тс динамическни .:иапазсн сигнала на выходе усилителя 2 определяется из соотношения0=-1 - "У3невок20 где он - уровень опорного напряжения;Ьнон в уровень сигнала недокомпенсации к концу времени накопления.Поскольку5 РТнаке С )евгде Р - мощность оптического излучения(Вт);5 - токовая чувствительность фотодиода (Л/В);С - емкость фотодиода;К - коэффициент усиления усилителя,то для известного устройства фотометрирование осуществляется при выполнении равенстваа для предлагаемого устройства5 РТнакК -.- кедок.Так как в равенствах варьируемым параметром является только время накопления,тоГппл 1/7 нак 2т. е. максимально допустимое время накопления известного устройства превышает максимально допустимое время накопления предлагаемого фотометра в 0 раз.Так как для большинства фотодиодовВ:20, то и быстродействие предлагаемого устройства по сравчению с известным при 50 фотометрировании оптических нолей с низким уровнем освегценности увеличивается примерно в 20 раз.В связи с тем, что определение тангенсаугла наклона характеристики фотодиода осуществляется цифровым методом, то динамический диапазон устройства ограничивается лиль аналоговой частью умножителя 12. Для дальнейшего расширения дина1404839 Формула изобретения Составитель А. ЯстребовРедактор Г. Волкова Текред И. Верес Корректор Л. ПилипенкоЗаказ 309/43 Ти раж.499 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно. полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мического диапазона необходимо на выходе коммутатора 6 поставить аналого-цифровой преобразователь и применить цифровой умножитель. фотометр, содержащий фотодиод, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход - к аноду фотодиода и к инвертирующему входу компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, коммутатор, первый и второй коммутируемые входы которого подключены соответственно к компенсатору темнового тока и к источнику эталонного напряжения, управляющий вход коммутатора соединен с выходом одновибратора, а выход - с катодом фотодиода, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия фотометра при низких уровнях освещенности, в него введены второй коммутатор, прямой и реверсивный двоичные счетчики, вычислитель, умножитель, элемент ЗИ, элемент 2 ИЛИ, элемент задержки и задающий енератор, при этом первый и второй коммутируемые входы второго коммутатора подключены соответственно к выходу усилителя и к источнику опорного напряжения, его управляющий вход соединен с первым входом элемента ЗИ, вторым входом элемента 2 ИЛИ и выходом компаратора, выход второго коммутатора соединен с первым входом умножителя, выход которого является выходом фотометра, выход элемента 2 ИЛИ подключен к инициирующему входу вычислите ля и через последовательно включенныйэлемент задержки соединен с входом одновибратора, синхронизирующим входом реверсивного счетчика и установочным входом прямого счетчика, выход которого подключен к информационному входу Х вычислителя, выход реверсивного счетчика соединен с первым входом элемента 2 ИЛИ, выход вычислителя подключен к второму входу умножителя, вычитающий и суммирующий входы соответственно реверсивного и прямо-.20 го счетчиков объединены и подключены квыходу элемента ЗИ, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, третий вход - с выходом одновибратора, а информационный вход У вычислителя и информационный вход реверсивного счетчика объединены и являются управляющим входом фотометра,