Фотометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 601 1/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ и дцев ство ССС 41 981, во СССР 44, 1984 фот оков тротсяти фтоди инв ераноде ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится кметрии и предназначено для иния стационарных световых пов различных областях оптоэленики. Целью изобретения являличение разрешающей способнотометра. фотометр содержит ф1, катод которого подключентирующему входу усилителя 2,к его выходу, компаратор 3,тор 4 напряжения квадратичной формы (1;= 1 о + А ), коммутирующий элемент б, который подключает катод фотодиода 1 либо к образцовому источнику напряжения 7 и заряжает емкостьфотодиода 1, либо к генератору компенсирующЕго тока для компенсациитемнового тока во время фотометрированияПод действием светового потока происходит разряд емкости фотодиода 1 и линейно возрастающее напряжение на выходе усилителя 2 сравнивания компаратором 3 с напряжениемгенератора 4, В момент равенстванапряжений запускается одновибратор5 и на его выходе формируется импульсфиксированной длительности которымпроизводится переключение коммутирующего элемента 6, стробирование компаратора 3 и запуск генератора 4, Период следования импульсов на выходеодновибратора 5 прямо пропорционаленмощности оптического излучения. 2 ил.Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерениястационарных световых потоков в раз"личных областях оптоэлектроники.5Целью изобретения является увеличение разрешающей способности фотометра за счет линеаризации его выходной характеристики.На фиг. 1 приведена функциональная схема фотометра. на фиг, 2временные дчаграммы работы при различных условиях освещенности,Фотометр содержит фотодиод 1,каотод которого соединен с инвертирующим входом усилителя 2, а анодс его выхоцом и с инвертирующнм вхо-.дом компаратора 3, неинвертирующийвход которого соединен с выходом генератора 4 напряжения квадратичнойформы, а его выход - с входом одновибратора 5. Выход одновибратора 5соединен с входом генератора 4 напряжения квадратичной формы и входом управления коммутирующего элемента 6, первый коммутируемый входкоторого соединен с положительнымвыводом образцового источника 7 напряжения, а второй - с выходом генератора 8 компенсирующего тока. Выход 30коммутирующего элемента 6 подключенк инвертирующему входу усилителя 2и к катоду фотодиода 1, причем неинвертирующий вход усилителя 2 соединен с шиной нулевого потенциала, Кроме того, вход элемента 9 задержкиобьединен с входом генератора 4 напряжения квадратичной формы, а еговыход подключен к стробирующему входу компаратора 3.Генератор напряжения квадратичной формы реализует следующую функциональную зависимость:П = Б + Ас 1 )45 где Б - напряжение на выходе генератора 4;Ц - напряжение смещения;А - коэффициент,время.Генераторы такого типа могут быть50 реализованы либо с помощью цифровых вычислительных устройств ,т,е, вычислением функции в цифровом коде с последующим его преобразованием в аналоговую форму), либо с применением аналоговых методов, используемых в аналоговых вычислительных устройствах, где К- коэффициент усиления уси. лителя,"- максимальное отрицательное напряжение на выходе Устройство работает следующим образом.В момент включения фотометра одновибратор 5 вырабатывает фиксированный по длительности импульс, который поступает на управляющий вход коммутирующего э,"емента 6, Последний подключает инвертирующий вход усилителя 2 к положительному выводу образцового источника 7 напряжения, и на выходе усилителя 2 устанавливается отрицательное напряжение, которое вызывает заряд барьерной емкости фотодиода 1, По окончании импульса одновибратора 5 производится запуск генератора 4 вырабатывающего напряжение вида Б = 0 + Асщ р 1 и коммутирующий элемент 6 подключа-, ет к инвертирующему входу усилителя 2 генератор 8 компенсирующего токаДлительность импульса одновибратора 5 выбирается такой, чтобы полностью обеспечить заряд барьерной ем-, кости фотодиода 1. В момент окончания импульса одновибратора 5 барьерная емкость фотодиода 1 начинает разряжаться под действием фототока, вызванного падающим на фотодиод световым потоком, а также темновым током фотодиода 1. Однако одновременно с разрядом фотодиода 1 производится его доэаряд током генератора, равным по величин темновому току, т.е. осуществляется компенсация темнового тока.По мере разряда емкости фотодиодалинейно возрастает напряжение на выходе усилителя 2, одновременно с них возрастает напряжение по квадрагичному закону на выходе генератора 4. Оба этинапряжения сравниваются компаратором 3, который запускает одновибратор в.момент равенства этих напряжений. При этомдлительность временного интервала между окончанием импульса на выходе одновибратора 5 и моментом переключения коммутатора 3 линейно зависит от мощности оптического излучения,Напряжение на выходе усилителя Б , определяется выражениемК 1 фусилителя в момент окончания импульса одновибратора;- емкость фотодиода;- время разряда емкости фотодиода фототоком;ток фотодиода (фототок). как емкость фотодиода разрялинейно, то Тф Так жается1 = с Р, (3) где Р - мощность оптического излучения;о - коэффициент пропорциональности.Напряжение на выходе усилителя может быть описано следующим выраже- нием 11 бых = "о + /Ъ Р, (4) По = Чцскс,КС(К +Если напряжение на выходе усилителя 2 определяется формулой (4), а напряжение на выходе генератора 4 формулой (1), то условие равенства этих напряжений определяетсявыраже- нием П + РРЕ =11 +АС . (5) откуда Р =А/р где А/р - коэффициент пропорциональностиТак как в начальный момент временинапряжения на выходах усилителя 2и генератора 4 очень близки по своемузначению, то для устранения ложныхсрабатываний компаратора, которые могут быть вызваны пульсациями питанияустройства, температурным дрейфом параметров элементов устройств и дру" гими нестационарными возмущениями,он выполнен стробируемым, При этомзапуск компаратора осуществляется сзадержкой относительно начала запуска генератора 4, определяемой параметрами элемента 9 задержки.После повторного запуска одновибратора 5 цикл работы фотометрирующего устройства повторяется,Выбор коэффициента А при квадратичном члене выражения (5) определяется оптимальной мощностью оптического излучения Рц (см, фиг, 2), Приэтом минимальное время Т, за которое напряжение на выходе усилителя 2 достигает величины Пог 1, определяемойвеличиной линейного участка выходной 5характеристики фотодиода 1 определяется из (4) выражениемДля того, чтобы выполнялось равенство 11 = Упри Т = Т, коэффициент А при квадратичном члене У должен быть равен А = 1 Рис /Ц 13 о)г гТаким образом, при параметрах уст"ройства, определяемых по указанному 15 алгоритму, длительность временногоинтервала фотометрирования прямо пропорциональна мощности оптического излучения. При этом величина Т, не может быть меньше величины й. опрезадделяемой элементом 9, В качестве иллюстрации работы устройства на фиг, 2показаны значения временных интервалов Т, и Т, соответствующие мощностям оптического излучения Рг и Рз .25Для наглядности и удобства воспри"ятия уровни всех напряжений приведены в одних координатных осях.На фиг. 2 использованы следующиеобозначения: Бр - уровень выходного сигнала сбразцового источника 3напряжения 1; У- уровень постоянного опорного напряжения, ограничивающего линейный участок выходного сигнала усилителя 2; 11 , - максимальное отрицательное напряжение на выходе усилителя 2 при полностью заряженной емкости фотодиода;Пцз - выходное напряжение на выходе усилителя 2 при различных мощностях оптического излучения Р,-Р,Т- временные интервалы, соответствующие различным мощностям оптического излучения Р, - Рз, 11, - напряжение на выходе генератора 4;- величина задержки вктпочениягенератора 4 относительно началаразряда емкости фотодиода, при этомвеличина задержки несоизмеримо малас временем фотометрирования, поэтомуона не влияет на метрологические качества фотометра; Р - максимальная измеряемая мощность излученияпри заданном коэффициенте А генератора 455Формула изобретенияФотометр, содержащий фотодиод, ка"тод которого соединен с инвертирую14307 б 3 По + Фог 2 Составитель А, ЯстребовТехред А, Кравчук Коррект Черни Р, Копча ед Подписн каз 5332/ митета СССоткрытийя наб., д. ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и 3035, Иосква, 1 Е., Раушск 5 водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектн щим входом усилителя, а анод - с выходом усилителя, неинвертирующий входкоторого .соединен с шиной нулевогопотенциала, а выход - с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с входом одновибратора,выход одновибратора подключен к управляющему входу коммутирующего элемента, первый и второй коммутируемыевходы которого подключены соответственно к образцовому источнику напряжения и генератору компенсирующего тока, а выход коммутирующегоэлемента соединен с катодом фотодиода, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения разрешающейспособности фотометра за счет линеаризации его выходной характеристики, в него дополнительно введены элемент задержки и генератор напряжения квадратичной формы, Б реализующий функцию где П - напряжение смещения;А - постоянный коэффициент;время,а компара".р выполнен стробируемым,при этом выход генератора напряхения квадратичной формы подключен кнеинвертирующему входу компаратора,выхоц элемента задержки соединен состробирующим входом компаратора, авходы генератора и элемента задержки объединены и подключены к выходуодновибратора,