SU1538059A1 - Photometer - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Наиболее эффективно может быть использовано дл  измерени  слабых световых потоков в широком динамическом диапазоне, например в пол ризационных измерени х. Цель изобретени  - повышение быстродействи , уменьшени  шумов в режиме измерений слабых потоков. Это достигаетс  параллельной работой двух операционных усилителей в "точном" и "грубом" каналах. При работе напр жение в "точном" канале не должно превышать напр жени  насыщени  дл  соответствующего операционного усилител . Дл  этого введен коммутирующий элемент, который блокирует резистор в цепи обратной св зи операционного усилител  точного канала при приближении к напр жению насыщени . Такой режим работы обеспечиваетс  блоком управлени , например, усилителем с регулируемым коэффициентом усилени . При этом быстродействие увеличиваетс  за счет параллельного измерени  в обоих каналах и отсутстви  затрат времени на выбор диапазона измерений. Шумы уменьшаютс  за счет исключени  составл ющей шума на переходных контактах в режиме измерени  слабых световых потоков. 1 ил.This invention relates to a measurement technique. It can be most effectively used to measure weak light fluxes in a wide dynamic range, for example, in polarization measurements. The purpose of the invention is to increase speed, reduce noise in the measurement mode of weak flows. This is achieved by the parallel operation of two operational amplifiers in the "exact" and "coarse" channels. When operating, the voltage in the "exact" channel must not exceed the saturation voltage for the corresponding op amp. For this purpose, a switching element is introduced, which blocks the resistor in the feedback circuit of the operational amplifier of the exact channel as it approaches the saturation voltage. This mode of operation is provided by the control unit, for example, an amplifier with an adjustable gain factor. At the same time, the speed is increased due to parallel measurement in both channels and lack of time spent on the choice of the measurement range. The noise is reduced by eliminating the noise component at the transition contacts in the mode of measuring weak light fluxes. 1 il.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и наиболее эффективно может быть использовано при измерении слабых световых потоков с широким диапазоном измерений, например в пол ризационных измерени х.The invention relates to a measurement technique and can most effectively be used when measuring weak light fluxes with a wide range of measurements, for example, in polarization measurements.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и снижение уровн  шумов в режиме измерени  слабых световых потоков.The purpose of the invention is to increase the speed and reduce the noise level in the mode of measuring weak light fluxes.

На чертеже представлена схема фотометра .The drawing shows a diagram of the photometer.

Фотометр содержит фотодиод 1, резисторы 2 и 3, первый операционныйThe photometer contains a photodiode 1, resistors 2 and 3, the first operating

усилитель 4 (в канале высокой чувствительности ) , второй операционный усилитель 5 (в грубом канале), блок 6 управлени  и коммутирующий элемент 7.the amplifier 4 (in the high sensitivity channel), the second operational amplifier 5 (in the coarse channel), the control unit 6 and the switching element 7.

Первый выход фотодиода 1 подключен к инвертирующему входу первого операционного усилител  4, выход которого ,  вл ющийс  первым выходом фотометра , подключен к первому выводу первого резистора 2, первый вывод второго резистора 3 подключен к общей шине фотометра, второй вывод второго резистора 3 объединен с вторым выелThe first output of photodiode 1 is connected to the inverting input of the first operational amplifier 4, the output of which is the first output of the photometer connected to the first output of the first resistor 2, the first output of the second resistor 3 is connected to the common bus of the photometer, the second output of the second resistor 3 is combined with the second output

со ооwith oo

оabout

СПSP

СОWITH

10ten

эподом фотодиода 1 и подключен к неинвертирующему входу второго опера- Иионного усилител  5, инвертирующий ход которого объединен с его выходом ,  вл ющимс  вторым выходом фотометра , и подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилител  4 и к входу блока 6 управлени  , выход которого подключен к управл ющему входу коммутирующего элемента 7, первый выход которого под- илючен к первому выводу первого резистора 2, второй выход - к второму ныводу первого резистора 2 и к инвер- тирующему входу первого операционного усилител  4„The emitter of the photodiode 1 and connected to the non-inverting input of the second operational amplifier 5, the inverting stroke of which is combined with its output, which is the second output of the photometer, and connected to the non-inverting input of the first operational amplifier 4 and to the input of the control unit 6, the output of which is connected to the control the switching input 7, the first output of which is connected to the first output of the first resistor 2, the second output to the second output of the first resistor 2 and to the inverting input of the first operational amplifier 4 "

Фотометр работает следующим обра- ом.The photometer works as follows.

Под действием оптического излучени  с мощностью Р в фотодиоде 1 выра- фатываетс  ток 1ф К-Р, где К - Коэффициент преобразовани  фотодиода, ак как входной ток операционных усилителей 4и5Т8;( Ои напр жение 25 йежду неинвертирующими и инвертирую- 1|щми входами операционных усилителей 4 и5 ив)( 0,то то ки,пр отекающие через резисторы 2 и 3, и напр жени  на пер- Јрм и втором выходах фотометра будут равны соответственноUnder the action of optical radiation with a power P in the photodiode 1, a current 1f K-P is generated, where K is the conversion factor of the photodiode, such as the input current of 4 and 5T8 operational amplifiers; (O voltage 25 between the non-inverting and inverting inputs of operational amplifiers 4 and 5 w) (0, then ki, which swell through resistors 2 and 3, and the voltage across the first and second outputs of the photometer will be equal, respectively

овик, + R3)p; ив%|;2 K-p-R3,Hvik, + R3) p; and% |; 2 K-p-R3,

Где R и R3 - сопротивлени  резисторов t и 3.Where R and R3 are the resistances of the t and 3 resistors.

При этом диапазон измерений оптической мощности в грубом канале 2 составитThe range of optical power measurements in the coarse channel 2 will be

„uiu-i-,U 41„Uiu-i-, U 41

От Р- - -- п From P - - - n

2020

ЮYU

сигналу с выхода блока 6 управлени  и закорачивает резистор 2.the signal from the output of control unit 6 and short-circuits the resistor 2.

II

При дальнейшем увеличении измер емой мощности информаци  снимаетс  с второго выхода (грубого канала) фотометра. В качестве блока 6 управлени  может быть использован усилитель с регулируемым коэффициентом усилени , а в качестве коммутирующего элемента 7 может быть использовано электронное реле.With a further increase in the measured power, information is removed from the second output (coarse channel) of the photometer. As the control unit 6, an amplifier with adjustable gain can be used, and an electronic relay can be used as the switching element 7.

При малых уровн х оптической мощности , когда вли ние шума светометра наиболее существенно, резистор 2 включен в цепь отрицательной обратной св зи операционного усилител  4 и фото- ток через контакты коммутирующего элемента 7 не протекает, т.е. исключаетс  составл юща  шума фотометра за счет переходных контактов элемента 8.At low optical power levels, when the influence of the light meter noise is most significant, resistor 2 is connected to the negative feedback circuit of opamp 4 and photocurrent does not flow through the contacts of the switching element 7, i.e. the component of photometer noise is eliminated due to the transition contacts of element 8.

За счет параллельной работы операционных усилителей 4 и 5 обеспечиваетс  высокое быстродействие фотометра, широкий динамический диапазон измерений оптической мощности и снижение уровн  шумов при измерени х слабых световых потоков.Due to the parallel operation of operational amplifiers 4 and 5, a high photometer performance, a wide dynamic range of optical power measurements, and a decrease in noise level during measurements of weak light fluxes are provided.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula 5five 1 NVMM1 NVMM & в канале& in the channel UlXllUlxll KRl Д°KRl D ° KR3 KR3 1 .с 1 .c 1 высокой чувствительности соответственно1 high sensitivity respectively отfrom 4040 ЧМЦНChMTSN U им Д° U im D ° U HI K()U HI K () Фотометр, содержащий фотодиод, первый операционный усилитель и два резистора, причем первый выход фотодиода подключен к инвертирующему входу первого операционного усилител , выход которого,  вл ющийс  первым выходом фотометра, подключен к первому выводу первого резистора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  фотометра и снижени  уровн  шумов, в него введены второй операционный усилитель , коммутирующий элемент и блок управлени , при этом первый вывод второго резистора подключен к общей шине фотометра, второй вывод второго резистора объединен с вторым выходом фотодиода и подключен к неинйертиру- ющему входу второго операционного усилител , инвертирующий вход которого объединен с его выходом,  вл ющим- При больших уровн х измер емой on- 5g с  вторым выходом фотометра, и подГде иш,, UuA photometer containing a photodiode, a first operational amplifier and two resistors, the first output of the photodiode connected to the inverting input of the first operational amplifier, the output of which is the first output of the photometer, connected to the first output of the first resistor, in order to increase the speed of the photometer and reducing the noise level, a second operational amplifier, a switching element and a control unit are inserted into it, the first output of the second resistor is connected to the common bus of the photometer, the second output The second resistor is combined with the second output of the photodiode and connected to the non-inerting input of the second operational amplifier, the inverting input of which is combined with its output, which is at high levels measured on-5g with the second output of the photometer, and under where is ,, Uu М1 Н1 M1 H1 4545 напр жени  шумов на выходах первого и второго каналов фотометра;noise voltages at the outputs of the first and second channels of the photometer; напр жени  насыщени  операционных усилителей 4 и 5 °0 в первом и во втором каналах фотометра соответственно .saturation voltages of operational amplifiers 4 and 5 ° 0 in the first and second channels of the photometer, respectively. тической мощности, когда напр жение 0. приближаетс  к напр жению насы1Ч1Х 1,tic power, when the voltage 0. approaches the saturation voltage H1X1, щени  операционного усилител  ч, срабатывает коммутирующий элемент 7 поoperating amplifier h, the switching element 7 is triggered ключей к неинвертирующему входу первого операционного усилител  и входу блока управлени , выход которого подключен к управл ющему входу комму0keys to the non-inverting input of the first operational amplifier and the input of the control unit, the output of which is connected to the control input of the switch 5 five 00 ЮYU сигналу с выхода блока 6 управлени  и закорачивает резистор 2.the signal from the output of control unit 6 and short-circuits the resistor 2. II При дальнейшем увеличении измер емой мощности информаци  снимаетс  с второго выхода (грубого канала) фотометра. В качестве блока 6 управлени  может быть использован усилитель с регулируемым коэффициентом усилени , а в качестве коммутирующего элемента 7 может быть использовано электронное реле.With a further increase in the measured power, information is removed from the second output (coarse channel) of the photometer. As the control unit 6, an amplifier with adjustable gain can be used, and an electronic relay can be used as the switching element 7. При малых уровн х оптической мощности , когда вли ние шума светометра наиболее существенно, резистор 2 включен в цепь отрицательной обратной св зи операционного усилител  4 и фото- ток через контакты коммутирующего элемента 7 не протекает, т.е. исключаетс  составл юща  шума фотометра за счет переходных контактов элемента 8.At low optical power levels, when the influence of the light meter noise is most significant, resistor 2 is connected to the negative feedback circuit of opamp 4 and photocurrent does not flow through the contacts of the switching element 7, i.e. the component of photometer noise is eliminated due to the transition contacts of element 8. За счет параллельной работы операционных усилителей 4 и 5 обеспечиваетс  высокое быстродействие фотометра, широкий динамический диапазон измерений оптической мощности и снижение уровн  шумов при измерени х слабых световых потоков.Due to the parallel operation of operational amplifiers 4 and 5, a high photometer performance, a wide dynamic range of optical power measurements, and a decrease in noise level during measurements of weak light fluxes are provided. Формула изобретени Invention Formula ключей к неинвертирующему входу первого операционного усилител  и входу блока управлени , выход которого подключен к управл ющему входу комму515380596keys to the non-inverting input of the first operational amplifier and the input of the control unit, the output of which is connected to the control input of the communi cation 51380596 тирующего элемента, первый выход ко-рому вьюоду первого резистора и кthe first element to which the first resistor and to торого подключен к первому выводу пер- инвертирующему входу первого опе- вого резистора, второй выход- к вто-рационного усилител .Then, the second output is connected to the inverting input of the first optic resistor, the second output to the second amplifier.