Способ повышения чувствительности приемника излучения в процессе измерения

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1535490 Союз Советских Социалистических Республик) М,Кл,в 6 О 1 М 21/О присоединением з гасударственным комитет 3) Приорит Совета Министров СССР6. Бюлле нь42 43) Опубликова делам изобретенн м открытмм(72) Автор Сал ретенця 7) Заявитель иальное конструкт прибоское бюро аналитическогостроения ОСОБЕЛЬНОСТИ ПРИЕМНИКАЦЕССЕ ИЗМЕРЕНИЯ(54) ОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВ ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРтетора служит датчик опорного сигнала. Опорное напряжение возникает прц вращешги модулятора. Обычно используемые фотоэлек трческие датчики опорцых сигналов сицхроццых детекторов включают в себя лампу накаливания, фоторезистор ц вращающийся обтюратор. Послелний с цеобхолмой частотой ц фазой молулирует поток излучения, цаправлясмый на фоторезистор. Возникающий прц этом сигнал усиливается ц подается на лат,к опорного сигнала. Регулировка фазы этого сигнала осуществляется, поворотом лампы цакалцвацця с фоторезцстором относительно осц вращения обтюратора.11 звестец способ повышения чувствительности тепловых приемников по основному авт. св.277311 который является, наиболее близким технчеоким решением к преллагаемому изобретению. По этому способу применяют принудительные циклические нэмеценцп температуры рабочего тела путем изменения температуры, по крайней мере, одного из тел (теплообменцика цли экрана), цепосрелстве 11- но окружающих рабочее тело,олновремецное применение цзвест ба повышения чувствительности излучения в процессе измерения и о летектированця,приводит к воз.погрешности прц колеоанцях часОднако ного спос приемчика сцнхроцног шккцовециюлзобретецце относится к области теплового гриема модулированного электромагнитного излучениякоторый основан на поглощенц излучения рабочим телом с последующим преооразованием поглощенной энергии излу чеция в электрическую. Это преобразование осуществляют в рабочем теле приемника из. лучеция.Прц измерении электромагцитого излучеця обычно требуется, чтобы сигнал, посту-паощий с рабочего тела приемника на вход усилителя, был переменным, что достигается с помощью различных видов модуляции 1.Наиболее рвснространен способ, который осуществляют путем механического прерыва нця лучистого потока обтюраторами самой различной формынапример вращающимся радиальным обтюратором с чередующимися прозрачными непрозрачными секторами,Для уменьшения влияния шумов перемен цый элетрцчесий сигнал синхронно летектируют, для чего, кроме измеряемого излучения, имеется вспомогательный световой поток, который молулцруется тем же прерывающим диском ц затем падает на фотоэлемент, 2 Выходной сигнал фотоэлемента усиливают и используют в качестве управляющего при син. хроцном детектировании измеряемого сиги а ла 121.Для управления работой синхронного ле 3 Взамен раннее изданноготаты модуляции излучения и температуры окружающей среды.Недостатком известного приема получения опорного сигнала для управления синхронным детектированием является то, что под дейст вием колебаний частоты модуляции и темпе. ратуры оиружающей среды фазы опорного сигнала и измеряемого сигнала, возникающего ,в рабочем теле, изменяйтся неадинаково, Это объясняется тем, что,принципы действия фотарезисторов и преобразователя рабочего тела различны, Поэтому технические характеристики (постоянная времени, температурцыи коэффициент изменения выходного сигнала и др,) также неодинаковы. Неодинаковое изменение фаз сигналов приводит к увеличению нопрешности измерения и ограничивает воз. можность,компенсации одного гармонического сигнала при наличии другого неизменного В результате также ограничивается сверху относительное увеличение мощности ныходно го сигнала.Для уменьшения погрешности измерения по предлагаемому способу в,качестве управ ляющего сигнала для синхронного детектирования измеряемого сигнала и в качестве сигЬала электротепловой обратной связи используют сигнал, который получают облучением лодулированным потокам излучения второго рабочего тела.При осуществлении предложенного спосо. ба параллельно основному измеряемому потоку излучения и тепловому потоку обратной связи создают дополнительный модулировац. ный поток излучения, устанавливают в пего дополнительное рабочее тело, идентичное рабочему телу приемника излучения, снимают с догюлнительного рабочего тела сигнал и подают его в казачестве управляющего сигнала для синхронного детектирования измеряемого сигнала и сигнала обратной связи, направляемого ,к электротепловому (электрооптическо. му) преобразователю теплообмеццика (экрана) обратной связи.На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Измеряемое излучение, обозначенное из чертеже вертикальной стрелкой, модулируег. ся,врашающимся дисковым обтюратором который приводится в движение синхронным электродвигателем 2. Модулированный поток воспринимается рабочим телом 3, где и возникает электрический сигнал. Последний после выпрямления синхронным детектором 4 измеряется регистрирующим прибором б. Элек трооптический преобразователь б служит для создания регулируемого дополнительного потока обратной связи (в частности, преобразователь б предназначен для регулирования интенсивности дополнительного попеременного притока тепла к рабочему телу .и оттока тепла от него). Обратная тепловая связь может осуществляться, например, с использованием эффектов Джоуля - Ленца или Пельтье, Во втором случае сигнал обратной связи (изменение температуры теплообмеццика преооразователя б) оказывается практически пропорциональным выходному сигналу рабочего тела,35 так.как тепловая мощность (и положительна;1и отрицательная) прямо пропорциональна величине электрического тока, пропускаемогочерез спаи различных материалов. Благодарялинейной зависимости погрешность измерения1 О уменьшается,Модуляция интенсивности радиационноготеплообмеца м:жду рабочим телом 3 и преобразователем б (в результате этой модуляциивозникает переменный сигнал обратной связи) осуществляется при вращении второго обтюратора 7, закрепленного ца одной оси 8 спервым обтюратором 1, фазы, модуляции обтюраторами 1 и 7 различаются, например наугол, близкий к +90. Радиационный холодильник совмещен с обтюратором 7 радиационного теплооомена. Последний прц этомможно вь 1 полнить, например, в виде дисково.- го обтюратора с зачерненной поверхностью,обращенной к рабочему телу 3 приемника.5 При вращении обтюратора (диска) 7 в течение одного полупериода модуляции излучениеот преобразователя б направляется и рабочему телу 3, а в течение другого полупериозОда - от рабочего тела,к холодильнику - оотюратору 7, Регулирование интенсивностициклического теплообмеца рабочего тела спреобразователем б и обтюратором 7 автоматцчсски осуществляется с помощью сигналя35обратной связи. Последний получается послевыпрямлеция выходного сигнала рабочего тела 3 с помощью синхронного детектора 9, фаза коммутации, которого отличается от фазыдетектора 4 на 90. Выпрямленный сигнал40усиливают усилителем 10 ц подают на элек.тричеокцй вход электрооптичеокого преобразователя 6. Итак, из выходного электрическо.го сигнала рабочего тела 3 выделяют с помощью сцнхроццого детектирования два гармонических сигнала с фазами, различаю;цимцся ца 90, олин из сигналов 1 после выпрямления измеряют, а второй компенсируют донуля путем регулирования интенсивности циклического теплообмена рабочего тела.Прц отсутствии обратной связи фаза сигнала, возникающего в рабочем теле 3 под действием измеряемого нотока (поток обратнойсвязи отсутствует), совпадает с фазой коммутации синхронного детектора 9. Введениемдополнительного теплового потока обратнойсвязи эта составляющая сигнала комлецсцруется практически до нуля (любой сигналвсегда можно разложить на две взаимоорто.гоцальцые составляющие так, что фаза однойиз составляющих совпадает с фазой коммута.ции синхронного детектора 9).В процессе измерения амплитуда допол.нительного переменного потока тепла, посту.пающего в рабочее тело через электрооптический преобразователь б, в конечном итогеавтоматически устанавливается такой, чтобы постоянная составляющая сигнала на выходе синхронного детектора 9 была практически равна нулю. При этом независимо от величины измеряемого потока излучения фаза. установившепося сигнала на выходе рабочего тела 3 оказывается сдвинутой относительно фазы первоначального сигнала (оц цаблюлается при отсутствии цепи обратной связи) ца угол, близкий,к -+90,Итак, разделение измеряемой ц компецсируемой гармоник осуществляется с помощью синхронных детекторов 4 и 9, Для управления работой последних служат датчики 11 и 12 опорных сигналов, Опорные напряжения воз. никают одновременно, но с различнымц фазами с вращением модулятора 1. Опорные сцгца. лы получают путем облучения потоком цзлу. чания от источника 13 рабочего тела 14, идентичного по характеристикам рабочему телу 3 Возникающий в рабочем теле 14 сигнал уве. личивается усилителем 15 и подается ца латчики 11 и 12 опорцых сигналов. Прц этом, по крацней мере, один из этих датчиков может включать в себя устройство для изменения (регулирования) фазы сигнала. Опорные напряжения возникают при вращении обтюратора 1. Регулировка фаз этих сигналов осуществляется поворотом источника излучения 13 и рабочего тела 14 относительно оси вращения обтюратора. Поскольку технические характеристики рабочих тел 3 и 14 блцзки (практически одинаковы), то и фазовые изменения,при воздействии внешних факторов также одинаковы. Погрешность синхронного детектирования уменьшается, что позволяет увеличивать отношение сигнала, измеряемого регистрирующим прибором 5, к остаточному и скомпенсированному сигналу на выхоле детектора 9 В результате погрешность измерения уменьшается и мощность выходного электрического сигнала .приемника еще увеличивается.Наиболее простая настройка измерительной схемы приемника заключается в следующем, Пусть, например, сигнал, регцстрирус. мый прибором 5,прц обычцом измерении (цепь 9 - 10 б обратной связи отсутствует), цеобхолиьмо увеличить на порядок. Источник 13 и рабочее тело 14 устанавливают в такое положение, лри котором фаза коммутации синхронного детектора 9 совпадает с фазоц измерявмого сигнала (постоянная составляющая сигнала на выходе синхронного детекто ра 9 при этом максимальная). Затем угловоеположение обтюратора 7 относительно осн 8 подбирают таким, чтобы устновцвшийся измеряемый электрический сигнал, регистрируемый прибором 5, увеличился на порядок по 10 сравнению с первоначальным значением,Для достижения максимального измеряемого сигнала,при настройке описанного устройства фазу модуляции излучения обратной связи обтюратором 7 рекомендуется подбц рать до тех пор, пока сигнал ца выхоле синхронного детектора 9 станет во много раз ме ьше измеряемого сигнала на выхоле де.тетора 4, т. е. практически сигнал на выходе детектора 9 можно считать, равным нулю, При этом достигается наибольшее усиление выход ного сигнала приемника. Затем, после проведения испытаний уточняют угловое положе.нце обтюратора 7 и прц необхолпмостц фазы опорных сигналов для управления сицхрон.ным летектированием, так как при чрезмерно большом усилении начинает проявляться нс.стабильность работы и увеличивается погрешность измерения. В результате полрегулировкц обеспечивают допустимое значение погрешности измерения,Формула изобретенияСпособ повышения чувствительности приемника излучения в процессе измерения по авт. свцд,277311, о тли ч а ющи й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности изме.рецця, в качестве управляющего сигнала лля синхронного детектирования измеряемого сц,- 40 цала ц в качестве сигнала электротепловойобратной связи используют сигнал, который получают облучением модулированным потоом цзлучецпя второго рабочего тела.11 сточнцкц информации, принятые во вццфь манне прц экспертизе:1. Ю. Г. Якушенков Фцзцчесце основыоптико-злетронных приборов, М 1965 г., стр, 173.2, Р. Смит Обнаружение ц измерение ццфраирасцого излучения, М., 1959 г стр, 423.535490 Составитсль В. ВощанкинРедактор И, шуоина Т ред Е. Почурушинаехред 1(оррскгор И. Снчкнна ОСОИТД "Гипроводхоз" ква, Енисейская ул 2 аказ 116ЦНИИПИ Изд. Ло 1783сударственного когиитета по делам изобретенийМосква, М(-35, Раушска Тираж 1029 11 оппн; гнСовета Министров СССРи открытийи наб., д, 4/5