Способ измерения отношения двух световых потоков

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН С 01 .1 1/44 ОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТНРЫТИГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕ 1 ОПИСАНК АВТОРСКОМЪ ОБРЕТЕН ИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова(56) 1 Патент ВеликобританииВ 1451381, кл. С 1 А, опублик. 1976.2. Попов О.И. Фотометрическая установка для измерения прозрачности воздуха. - "Светотехника", 1957, У 1, , с, 15 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ СВЕТОВЫХ ПОТОКОВ путем преобразования непрерывных световых потоков в прерывистые и световых сигналовв электрические, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности, чувствительности и стабильности измерений, прерывают 1) разкаждый световой поток поочередно,усиливают электрический сигнал начастоте следования световых импульсов, выделяют сигнал с частотой в2 и раз меньшей частоты следования световых импульсов, усиливают его,воздействуют им на один из световыхпотоков до исчезновения этого сигнала и по величине изменения световогпотока от начального уровня судят оизмеряемом параметре.1 О Изобретение относится к оптическим измерениям фотометрии) и можетбыть использовано при создании фото.метров и спектрофотометров, предназначенных для измерения световых 5величин, например яркости, силы света,отношения освещенностей и других,и производных световых величин,например прозрачности атмосферы,дальности видимости и др.Известен нулевой способ измерения отношения двух световых потоков,заключающийся в формировании с помощью оптической системы двух световых пучков, преобразовании непрерывного потока пучков в прерывистый спомощью одного фотоприемника, усилении разностного сигнала, т.е. сигнала, пропорционального разностипотоков, например, с помощью измерительной диафрагмы, до момента исчезновения разностного сигнала.Величина изменения потока пучка,определяемая изменением положениядиафрагмы, является мерой измеряемого отношения. Этот способ измерения отношения потоков является компенсационным, нулевьщ, т.е. наиболееточным 1Однако данный способ не позволяет ЗОреализоаать в чистом виде светокомпенсационный способ измерения отношения и не обеспечивает высокую устойчивость и точность измерений.Наиболее близким по технической З 5сущности к изобретению являетсяспособ измерения отношения двух световых потоков путем преобразованиянепрерывных световых потоков в прерывистые и световых сигналов в электрические, 2Однако известный способ обладаетрядом недостатков, снижающих чувствительность и точность способа.Если модулируются два равных световых пучка, то в момент открыванияодного светового пучка и закрывания,другого возникают дополнительныесветовые импульсы помехи, амплитудакоторых пропорциональна интенсивности модулируемых потоков, а частотаравна частоте модуляции.Однако согласно способу никакихсигналов помехи в этом случае недолжно быть. Возникают световые 55импульсы помехи потому, что невозможно выполнить условие, чтобы в любой момент открывания одного светового пучка и закрывания другого суммарный световой поток, попадающий нафотоприемник, был точно равен световому потоку одного из пучков,При модуляции двух различных поинтенсивности световых потоков,кроме разностного сигнала, возникаети сигнал помехи, по тем же причинам.Электрический сигнал помехи суммируется с электрическим пульсационнымсигналом, возникает искажение фазысигнала на входе устройства автоматического регулирования, приводящее к появлению погрешностей и искажению градуировки из-за того, что равновесие в системе автоматического регулирования начинает наступать не при равенстве световых потоков, а при некотором равновесии электрических сигналов. Градуировка начинает зависить от параметров усилителя,уровня .световых потоков, точности изготовления модулятора и других при,чин,При наличии на входе усилителя напряжения модуляционной помехи, частота которой точно равна частоте ульсационного сигнала, требуется, чтобы коэффициент усиления усилителя был не более того, при котором напряжение помехи на выходе не превьппает напряжения трогания исполнительного устройства,а так как напряжение модуляционной помехи в 300-500 раз больше напряжения собственных шумов усилителя, то сильно снижается чувствительность способа и точность, особенно при измерении отношения двух слабых световых потоков.При измерении отношения двух малых световых потоков требуется большое усиление (порядка 10 и5 более) , в этом случае возникают значительные затруднения с обеспечением малого уровня помех.и стабильности работы усилителя на частоте модуляции. При больших коэффициентах усиления и избирательном усилениифазовая характеристика усилителяоказывается недостаточно стабильной,Цель изобретения - повьппениечувствительности, точности и ста-.бильности измеренийэУказанная цель достигается тем,что согласно способу измерения отношения двух световых. потоков путемпреобразования непрерывных световыхпотоков в прерывистые и световых130743 4 нения светового потока от начального уровня судят об измеряемом параметре.Последовательность операций состоит в том, что с помощью модулятора и раз прерывают путь первого светового потока так, что время (1) полного закрытия и полного открытия светового потока и период следования световых импульсов остаются одинаковыми. По окончании времени (С ) и-закрытия первого потока открывают путь второго потока, который также и раз прерывают, причем время полного открытия и полного закрытия второго светового потока в период следования импульсов равны параметрам .для первого потокаНа этом отрезке времени, когда осуществляют и прерываний второго потока, 1путь первого потока перекрыт, По окончании времени ( ) и-го закрытия второго потока открывают путь первого светового потока и далее процесс повторяется,В результате прерывания двух световых потоков возникают следующиедруг за другом серии из и световыхимпульсов для каждого потока, которые воспринимаются фотоприемником ипреобразуются в электрические сигналы, При равенстве светова;. потоковвсе импульсы имеют одинакову: ампли-туду, и в составе сигнала есть только одна частота 2 = Т 1 Т где Тпериод следования импульсов, при неЭравенстве потоков амплитуды импульсов серий различны и в составе сигнала возникает вторая частота- Е 1/2 п, сигнал которой исчезаетв момент равенства световых потоков.При таком процессе прерывания потооков отсутствуют какие-либо световыеимпульсы помехи в момент перехода отпрерывания первого потока к прерыванию второго.Электрические сигналы фотоприемника избирательно усиливают на час 3сигналов в электрические прерывают и раз каждый световой поток поочередно, усиливают электрический сигнал на частоте следования световых импульсов, выделяют сигнал с частотой в 2 п раз меньшей частоты следования световых импульсов, усиливают его, воздействуют им на один из световых потоков до исчезновения этого сигнала и по величине изметоте следования импульсов Й и по 1дают на селективный фильтр, выделяющий разностный сигнал частоты Й,который усиливают избирательным усилителем. Этот сигнал воздействуетна устройство, восстанавливающеесветовое равновесие. По величинеизменения светового потока до исчезновения разностного сигнала судят об10 измеряемом отношении.Так как избирательное усилениеосуществляют двумя ступенями надвух частотах различающихся в 2 ираз, то сквозная характеристика усилителя становится непрозрачной дляэлектрических шумов усилительногоустройства, вследствие чего резкоснижается напряжение шума на выходе.Коэффициент усиления каждой ступенивыбирают во много раз меньшим, чемпри известном способе измерения отношения. Это обеспечивает стабильность работы усилителей. Общий коэффициент усиления двух усилителей, разд деленных избирательным фильтром,равный произведению коэффициентовусиления каждого из них, может бытьочень большим без потери стабильности их работы.Ввиду того, что нестабильность фазовой характеристики усилителя начастоте Г 1 приводит к появлению фазовых сдвигов разностного сигналав 2 и раз меньших, чем на частотеа на исполнительное устройство35воздействует сигнал с частотой Е,для стабилизации фазовой характеристики усиление на частоте Ю делаютв несколько раз большим, чем на час 4 О тоте Г . Все это обеспечивает высогкую стабильность фазовой характеристики усилителя в целом.На фиг, 1 представлен вид световых сигналов при неравенстве свето 45 вых потоков; на фиг. 2 - то же, приравенстве световых потоков; нафиг, 3 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ измеренияотношения двух световых потоков; нафиг. 4 - профиль модулятора, обеспечивающего прерывание световых потоков с описанной последовательностью,На фиг, 1 и 2 обозначены Тпериод следования импульсов;время полного закрытия и время полного открытия световых потоков,Т - период следования серий импуль 2сов; Й - частота следования им1130743 5пульсов, Й - частота следования серий импульсов.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит оптические элементы 1-6 и 7-11, формирующие два световых потока, опорный - от лампы 12, другой - от поверхности, яркость которой измеряют, измерительную диафрагму 13, мотор 14 с модулятором 15, фотоумножитель 16 Ь светофильтрами 6, избирательный усилитель 17 сигналов с частотой Е, селективный фильтр 18 частоты Г., избирательный усилитель 19 сигналов с частотой Й,исполнительный,двигатель 20, механически связанный через редуктор с измерительной диафрагмой 13.Устройство работает следующим образом. 6При вращении модулятора 15 световые потоки прерывают (Фиг.1 и 2) .Световые импульсы попадают на фотоумножитель 16, сигналы с Фотоумножителя поступают на избирательныйусилитель 17, настроенный на полосу.частот й + Е . Далее усиленныесигналы поступают на селективныйфильтр 18, выделяющий сигнал с час 1 О тотой Е , Этн сигналы усиливаютизбирательным усилителем 19 и подаютна исполнительный двигатель 20,перемещающий измерительную диафрагму13, до момента восстановления свето 15 вого равновесия Положение диафрагмыопределяет измеряемое отношение потоков.Изобретение позволяет повыситьточность, чувствительность и стабиль 20 ность измерений,"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 иал аказ 9600/29 ВНИИПИ по дел 113035, МоТираж 822 сударственного комит изобретений и откры ва, Ж, Раушская н