SU1696894A1

SU1696894A1 - Фотометр

Info

Publication number: SU1696894A1
Application number: SU904800199A
Authority: SU
Inventors: Игорь Вячеславович Кольцов; Владимир Иванович Третьяк
Original assignee: Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.А.Н.Севченко
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1991-12-07

Abstract

Изобретение относитс к оптико-электронной технике и может использоватьс дл фотометрировани стационарных световых потоков, имеющих широкий динамический диапазон по освещенности. Целью изобретени вл етс повышение точности измерений интенсивности стационарных световых потоков. Устройство содержит операционный усилитель 2 с фотодиодом 1. компаратор 3, генератор 4 линейно спадающего напр жени , одновибратор 5, линию 6 задержки, коммутирующий элемент 7, образцовый источник 8 напр жени , генератор 9 компенсирующего тока, устройство 11 выборки-хранени , в котором происходит запоминание значени напр жени , соответствующего начальному напр жению на барьерной емкости фотодиода 1. Это значение вл етс опорным дл генератора 4 линейно спадающего напр жени . 3 ил. с 43

Description

Фиг 1

Изобретение относитс к оптоэлект- ронной 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 св зи операционного усилител , в котором под действием светового потока происходит разр д предварительно зар женной барьерной емкости фотодиода. При этом момент равенства значений линейной функции, описывающей разр д барьерной емкости фотодиода, величине некоторой заданной опорной функции, реализуемой специальным генератором, фиксируетс на временной оси 1

Такой фотометр характеризуетс существенной зависимостью точности измерений от стабильности уровн зар да барьерной емкости фотодиода (1)н) и начального напр жени специального генератора

(Uon).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс 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 напр жени , а выходом - к входу одновибратора, подключенного к управл ющим входам генератора линейно спадающего напр жени и коммутирующего элемента, коммутируемые входы которого подключены к образцовому источнику напр жени и генератору компенсирующего тока, а выход - к катоду фотодиода 2. Сущность рассматриваемой схемы состоит в определении моментов равенства напр жений: определ емого интегральной освещенностью фотодиода с выхода операционного усилител и линейно спадающего напр жени генератора. Частота указанных событий, фиксируемых компаратором , каждое переключение которого инициирует повторный зар д барьерной емкости фотодиода и, следовательно, повторение цикла работы устройства, пропорциональна интенсивности измер емого излучени .

Известному устройству присуща погрешность измерений, обусловленна нестабильностью параметров схемы, и прежде всего уровнем зар да барьерной емкости фотодиодами)и начального напр жени генератора линейно спадающего на- пр жени (Uon) из-за температурного

дрейфа системы, дробовых и радиационных шумов фотодиода, других нестационарных внешних воздействий. При относительном изменении UH, равном 611н, относительное

изменение периода следовани выходных импульсов известной схемы составл ет

6Т - 6UH/(1 + UOH/UH,

а поскольку дл известного устройства принимаетс UH Uon, то 6Т 6UH/2.

0 Целью изобретени вл етс повышение точности измерений интенсивности стационарных световых потоков.

В устройство, содержащее операционный усилитель, неинвертирующий вход ко5 торого 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

0 линейно спадающего напр жени , а выходом - к входу одновибратора, коммутирующий элемент, первый и второй коммутируемые входы которого подключены соответственно к образцовому источни5 ку напр жени и к генератору компенсирующего тока, а выход - к катоду фотодиода, введены формирователь уровн опорного напр жени , устройство выборки- хранени и лини задержки, при этом фор0 мирователь уровн опорного напр жени входом соединен с анодом фотодиода, а выходом - с информационным входом устройства выборки-хранени , подключенного управл ющим входом к выходу одновибра5 тора, а выходом - к входу уровн опорного напр жени генератора линейно спадающего напр жени , лини задержки входом соединена с выходом одновибратора, а выходом - с управл ющими входами генерато0 ра линейно спадающего напр жени и коммутирующего элемента.

На фиг.1 приведена структурна схема фотометра; на фиг.2 - схема формировател уровн опорного напр жени ; на фиг.З - то

5 же, вариант.

Фотометр содержит фотодиод 1, операционный усилитель (ОУ) 2, компаратор 3, генератор 4 линейно спадающего напр жени , одновибратор 5, линию 6 задержки,

0 коммутирующий элемент 7, образцовый источник 8 напр жени , генератор 9 компенсирующего тока, формирователь 10 уровн опорного напр жени , устройство 11 выборки-хранени (УВХ).

5 Фотометр работает следующим образом .

Начало цикла измерений инициирует импульс с выхода одновибратора 5, который переводит УВХ 11 в режим хранени , и че- вез временной интервал, необходимый дл

уверенного срабатывани УВХ, обеспечиваемый линией 6 задержки, подключает инвертирующий вход усилител 2 через коммутирующий элемент 7 к образцовому источнику 8 напр жени . На выходе операционного усилител 2 устанавливаетс отрицательное напр жение UH, вызывающее зар д барьерной емкости фотодиода 1. На основе формировател 10 уровн опорного напр жени формируетс опорный потенциал Uon дл генератора 4, фиксируемый на врем одного цикла измерени УВХ 11. Uon представл ет собой сдвиг относительно UH в положительную область на фиксируемый интервал Усдв 2 IUHI, что не только стабилизирует интервал I UH, Uon I исдв, но и обеспечивает равенство I UH t I Uonl.

По окончании импульса одновибратора 5 производитс запуск генератора 4 линейно спадающего напр жени и коммутирующий элемент 7 подключает к инвертирующему входу усилител 2 генератор 9 компенсирующего тока. При этом барьерна емкость фотодиода начинает разр жатьс под действием падающего светового потока и темнового тока фотодиода. Компенсаци последнего производитс током генератора 9. В момент пересечени возрастающего напр жени с выхода усилител 2 и убывающего с выхода генератора

4происходит переключение компаратора 3, что приводит к перезапуску одновибратора

5и повторению цикла работы фотометра. В силу неопределенного состо ни на выходе операционного усилител 2 в момент включени устройства первый цикл измерени не учитываетс , что не сказываетс на общей точности измерени , поскольку периодичность последующих циклов посто нна и зависит лишь от интенсивности светового потока.

В соответствии с предлагаемой структурой напр жение Uon дл генератора линейно спадающего напр жени есть функци величины UH(Uon f(UH)). Вид оператора f выбираетс так, что обеспечиваетс стабильность разности I UH Uon I при различных внешних воздействи х (флуктуаци х параметров системы). При этом суммарна погрешность формировани интервала Т, обусловленна нестабильностью UH и Uon, как следует из соотношени

T ki D-k2/UH-Uon. где Ф-световой поток;

ki и k2 - коэффициенты, характеризующие разр д барьерной емкости под действием света и формирование линейно

спадающего напр жени соответственно, стремитс к нулю.

Возможные схемы реализации формировател 10 уровн опорного напр жени 5 приведены на фиг.2 и 3. В случае использовани только операционного усилител напр жение смещени ТСм выбираетс исход из услови Есм Uon.

В отличие от известных фотометров

0 предлагаемый обладает повышенной точностью измерений в широком динамическом диапазоне за счет введени и использовани зависимости опорного потенциала генератора линейно спадающего напр жени

5 Uon от начального напр жени зар да барьерной емкости UH при формировании Uon. При этом благодар стабильности разности I UH - Uonl погрешность измерений, обусловленна изменени ми UH и Uon, из-за темпе0 ратурн ого дрейфа параметров электронных узлов устройства, собственных шумов фотоприемника стремитс к нулю. Применение предлагаемого устройства особенно эффективно при измерении интенсивности сла5 бых световых потоков.

Claims

Формула изобретени Фотометр, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевбго потенциала, ин0 вертирующий вход - с катодом фотодиода, а выход - с анодом последнего и первым входом компаратора, вторым входом подключенного к выходу генератора линейно спадающего напр жени , а выходом - к вхо5 ду одновибратора. коммутирующий элемент , первый и второй коммутируемые входы которого подключены соответственно к образцовому источнику напр жени и к генератору компенсирующего тока, а вы0 ход - к катоду фотодиода, отличающий- с тем, что, с целью повышени точности измерений интенсивности стационарных световых потоков, в него введены формирователь уровн опорного напр жени , уст5 ройство выборки-хранени и лини задержки, при этом формирователь уровн опорного напр жени входом соединен с анодом фотодиода, а выходом - с информационным входом устройства выборки-хра0 нени , подключенного управл ющим входом к выходу одновибратора, а выходом - к входу уровн опорного напр жени генератора линейно спадающего напр жени , лини задержки входом соединена с выхо5 дом одновибратора, а выходом - с управл ющими входами генератора линейно спадающего напр жени и коммутирующего элемента.

Фт.1

Фм. 3