Фотометр

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТВУ К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Научно-исследовательский институприкладных физических проблем имА,Н.Севченко(57) Изобретение относится к оптико-электронной технике и может использоваться для фотометрирования стационарных световых потоков, имеющих широкий динамический диапазон по освещенности, Целью изобретения является повышение точности измерений интенсивности стационарных световых потоков. Устройство содержит операционный усилитель 2 с фотодиодом 1, компаратор 3, генератор 4 линейно спадающего напряжения, одновибратор 5, линию 6 задержки, коммутирующий элемент 7, образцовый источник 8 напряжения, генератор 9 компенсирующего тока, устройство 11 выборки-хранения, в котором происходит запоминание значения напряжения, соответствующего начальному напряжению на барьерной емкости фотодиода 1. Это значение является опорным для генератора 4 линейно спадающего напряжения. 3 ил.40 Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано при фотометрировании стационарных световых потоков, имеющих широкий динамический диапазон по освещенности.Известен фотометр на основе фотодиода, включенного в цепь обратной связи операционного усилителя, в котором под действием светового потока происходит разряд предварительно заряженной барьерной емкости фотодиода, При этом момент равенства значений линейной функции, описывающей разряд барьерной емкости фотодиода, величине некоторой заданной опорной функции, реализуемой специальным генератором, фиксируется на временной оси (1).Такой фотометр характеризуется существенной зависимостью точности измерений от стабильности уровня заряда барьерной емкости фотодиода (Он) и начального напряжения специального генератора (О оп).Наиболее близким по технической сущности к изобретению явпяется фотометр содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход - с катодом фотодиода, а выход - с анодом последнего и инвертирующим входом компаратора, вторым входом подключенного к выходу генератора линейно спадающего напряжения, а выходом - к входу одновибратора, подключенного к управляющим входам генератора линейно Спадающего напряжения и коммутирующего элемента, коммутируемые входы которого подключены к образцовому источнику напряжения и генератору компенсирующего тока, а выход - к катоду отодиода (2). Сущность рассматриваемой схемы состоит в определении моментов равенства напряжений; определяемого интегральной освещенностью фотодиода с выхода операционного усилителя и линейно спадающего напряжения генератора, Частота указанных событий, фиксируемых компаратором, каждое переключение которого инициирует повторный заряд барьерной емкости фотодиода и, следовательно, повторение цикла работы устройства, пропор. циональна интенсивности измеряемого излучения.Известному устройству присуща погрешность измерений, обусловленная не".табильностью параметров схемы, и прежде всего уровнем заряда барьерной емкости фотодиода(Он) и начального напряжения генератора линейно спадающего на. пряжения (Ооп) иэ-за температурного дрейфа системы, дробовых и радиационных шумов фотодиода, других нестационарных внешних воздействий, При относительном изменении Он, равном 6 Он, относительное изменение периода следования выходных импульсов известной схемы составляет6 Т = бОн/(1+ ОопИн,а поскольку для известного устройства принимается Он = Ооп, то 6 Т = 6 Он/2.Целью изобретения является повышение точности измерений интенсивности стационарных световых потоков,В устройство, содержащее операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход - с катодом фотодиода, а выход - с анодом последнего и первым входом компаратора, вторым входом подключенного к выходу генератора линейно спадающего напряжения, а выходом - к входу одновибратора, коммутирующий элемент, первый и второй коммутируемые входы которого подключены соответственно к образцовому источнику напряжения и к генератору компенсирующего тока, а выход - к катоду фотодиода, введены формирователь уровня опорного напряжения, устройство выборки- хранения и линия задержки, при этом формирователь уровня опорного напряжения входом соединен с анодом фотодиода, а выходом - с информационным входом устройства выборки-хранения, подключенного управляющим входом к выходу одновибратора, а выходом - к входу уровня опорного напряжения генератора линейно спадающего напряжения, линия задержки входом соединена с выходом одновибратора, а выходом - с управляющими входами генератора линейно спадающего напряжения и коммутирующего элемента.На фиг.1 приведена структурная схема фотометра; на фиг.2 - схема формирователя уровня опорного напряжения; на фиг.З - то же, вариант.Фотометр содержит фотодиод 1, операционный усилитель (ОУ) 2, компаратор 3, генератор 4 линейно спадающего напряжения, одновибратор 5, линию б задержки, коммутирующий элемент 7, образцовый источник 8 напряжения, генератор 9 компенсирующего тока, формирователь 10 уровня опорного напряжения, устройство 11 выборки-хранения (УВХ).Фотометр работает следующим образом,Начало цикла измерений инициирует импульс с выхода одновибратора 5, который переводит УВХ 11 в режим хранения, и чеаез временной интервал, необходимый дляуверенного срабатывания УВХ, обеспечиваемый линией 6 задержки, подключает инвертирующий вход усилителя 2 через коммутирующий элемент 7 к образцовому источнику 8 напряжения. На выходе операционного усилителя 2 устанавливается отрицательное напряжение Он, вызывающее заряд барьерной емкости фотодиодэ 1, На основе формирователя 10 уровня опорного напряжения формируется опорный потенциал Ооп для генератора 4, фиксируемый на время одного цикла измерения УВХ 11. Ооп представляет собой сдвиг относительно Он в положительную область на фиксируемый интервал Осдв = 2 Он, что не только стабилизирует интервалОн, Ооп= Осдв, но и обеспечивает равенствоОн=Ооп.По окончании импульса одновибратора 5 производится запуск генератора 4 линейно спадающего напряжения и коммутирующий элемент 7 подключает к инвертирующему входу усилителя 2 генератор 9 компенсирующего тока. При этом барьерная емкость фотодиода начинает разряжаться под действием падающего светового потока и темнового тока фотодиода. Компенсация последнего производится током генератора 9. В момент пересечения возрастающего напряжения с выхода усилителя 2 и убывающего с выхода генератора 4 происходит переключение компаратора 3, что приводит к перезапуску одновибратора 5 и повторению цикла работы фотометра, В силу неопределенного состояния на выходе операционного усилителя 2 в момент включения устройства первый цикл измерения не учитывается, что не сказывается на общей точности измерения, поскольку периодичность последующих циклов постоянна и зависит лишь от интенсивности светового потока.В соответствии с п редлагаемой структурой напряжение Ооп для генератора линейно спадающего напряжения есть функция величины Он(Ооп = (Он. Вид оператора 1 выбирается так, что обеспечивается стабильность разностиОн = Ооппри различныхх внешних воздействиях (флуктуациях параметров системы), При этом суммарная погрешность формирования интервала Т, обусловленная нестабильностью Он и Ооп, как следует из соотношенияТ=Ь Ф-ЫО-Ооп,где Ф- световой поток;с 1 и с 2 - коэффициенты, характеризующие разряд барьерной емкости под действием света и формирование линейно 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 спадающего напряжения соответственно,стремится к нулю.Возможные схемы реализации формирователя 10 уровня опорного напряженияприведены на фиг.2 и 3. В случае использования только операционного усилителя напряжение смещения Тс выбирается исходяиз условия ЕсмОоп.В отличие от известных фотометровпредлагаемый обладает повышенной точностью измерений в широком динамическомдиапазоне за счет введения и использования зависимости опорного потенциала генератора линейно спадающего напряженияОоп от начального напряжения заряда барьерной емкости Он при формировании Ооп,При этом благодаря стабильности разностиОн - Ооп погрешность измерений, обусловленная изменениями Он и Оо из-за температурного дрейфа параметров электронныхузлов устройства, собственных шумов фотоприемника стремится к нулю. Применениепредлагаемого устройства особенно эффективно при измерении интенсивности слабых световых потоков.Формула изобретенияФотометр, содержащий операционныйусилитель, неинвертирующий вход которогосоединенс шиной нулевбго потенциала, инвертирующий вход - с катодом фотодиода,э выход - с анодом последнего и первымвходом компаратора, вторым входом подключенного к выходу генератора линейноспадающего напряжения, а выходом - к входу одновибратора, коммутирующий элемент, первый и второй коммутируемыевходы которого подключены соответственно к образцовому источнику напряжения ик генератору компенсирующего тока, а выход - к катоду фотодиода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точностиизмерений интенсивности стационарныхсветовых потоков, в него введены формирователь уровня опорного напряжения, устройство выборки-хранения и линиязадержки, при этом формирователь уровняопорного напряжения входом соединен санодом фотодиода, а выходом - с информационным входом устройства выборки-хранения, подключенного управляющимвходом к выходу одновибратора, а выходом- к входу уровня опорного напряжения генератора линейно спадающего напряжения,линия задержки входом соединена с выходом одновибратора, а выходом - с управляющими входами генератора линейноспадающего напряжения и коммутирующего элемента,1696894 Составитель А.ГрузиновТехред М,Моргентал КорректоР Н,Ревская едактор И,Шул оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 4297 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 1130,35, Москва, Ж-ЭБ, Раушская наб., 4/5