CN1048264A - 用脉冲计数测定累积光量的方法及仪器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种测定累积光量的方法及仪器。本 发明解决了现有技术没有解决的在很宽的时间和照 度范围内测定不稳定光源的累积光量这一难题，适用 于化工、材料、药物、农林、环卫等领域。本方法是将 光电转换器输出的微电流用微电流——超低频率转 换器转换成脉冲信号，由计数显示器累加脉冲的个数 并直接显示累积光量值。本仪器还设有照度测定部 分，是测定累积光量和照度的两用仪器。它具有测定 范围大，精度高，结构简单和成本低的优点。

Description

本发明涉及光电转换及测量技术，是一种能在很宽的照度和时间范围内测定累积光量（照度时间乘积）的方法和仪器。该仪器兼有测定照度的功能。

现有测定累积光量的方法及仪器有以下几类：

1、用照度计（参考型号：上海产JD-1A，JD-3，江苏产ST-80B，ST-80C）测定照度，测得的照度值乘以光照时间，即得累积光量（照度时间乘积）。此法的不足之处在于只适用于照度稳定的光源（例如各种灯光），不适用于照度不稳定的光源（例如日光），灯光因其波长不同于日光而不能完全代替日光。在农业、林业、环卫等领域的研究工作中，以及在药物、染料、颜料及其他材料对光的稳定性研究中，都需要以日光为光源。因为现有技术不能对不稳定的日光进行长时间宽范围的累积计量，所以在上述各项研究工作中，只能进行定性或半定量的研究，或以灯光勉强代替日光，给研究结果带来了不可避免的误差。

2、有的装置或仪器（例如摄影用自动闪光灯及印像、放大设备）可以在短时间内测定不稳定光源的累积光量。其不足之处是测定时间太短，范围太窄，远不能满足上述各项研究工作的需要。

3、用光化学反应方法测定累积光量。例如利用光化学反应Fe（C₂O₄）^3-(光照)/() Fe²⁺+其他产物，用化学分析方法测定反应后的Fe²⁺离子浓度，可间接测定出累积光量。（参考文献：《物理化学》华南师范学院江琳才主编，高等教育出版社，1980年，第208页）。此法是一种间接测定方法，操作繁杂，精度低，只能在很窄的照度和时间范围内应用，且不同的光化学反应只适用于特定波长范围的光。仍不能满足上述各项研究工作的需要。

本发明的目的正是为克服上述现有技术的不足之处而提供一种可以在很宽的照度范围（0.1～200，000勒克斯）和时间范围（数秒至数年）内，准确测定不稳定光源的累积光量的方法及其应用之一的仪器。

本发明的方法是用光电转换器将光转换成与照度成正比的微电流信号，再用微电流-超低频率转换器将该微电流信号转换成频率与照度成正比的超低频脉冲信号。脉冲的个数代表了累积光量。用计数显示器累加脉冲的个数，并直接显示累积光量值。

采用上述方法而设计的测定累积光量的仪器中，还设有现有照度计中的照度测定部分，是一种测定累积光量和照度的两用仪器。该仪器由以下部分构成：

1、光电转换器，用以将光转换成与照度成正比的微电流信号。

2、微电流-超低频率转换器。用以将上述微电流信号高精度地、线性地转换成频率与照度成正比的脉冲信号，脉冲的个数代表了累积光量，该转换器还兼输出一个正比于照度的直流电压信号，供照度测定用。

3、计数显示器。用以对微电流-超低频率转换器输出的脉冲信号进行累加计数，并直接显示累积光量值。

4、照度测定部分。用以测定由微电流-超低频率转换器输出的直流电压信号，并直接显示照度值。

5、电源。用以向上述第2、3、4部分提供直流电源。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、用脉冲计数测定累积光量的方法可在很宽的照度和时间范围内准确测定不稳定光源的累积光量。

2、采用上述方法设计的仪器，测定范围宽（照度0.1～200，000勒克斯，时间数秒至数年），测定精度高，最大累积量大且最小分辨值低（同一量程档两者之比达10⁸倍）。

3、本仪器除测定累积光量外，还兼有现有通用照度计的全部功能。

4、本仪器结构简单，成本低，对制作者技术要求低。

附图的图面说明：

图1为本发明的方框图。

图2为本发明一种实施例的电路图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

实施例：

1、方法：一种用脉冲计数测定累积光量的方法，是将光电转换器输出的微电流信号，用微电流-超低频率转换器转换成频率与照度成正比的脉冲信号，脉冲的个数代表累积光量。用计数显示器累加脉冲的个数并直接显示累积光量值。

2、仪器：参见附图1、2，采用上述方法的仪器中还设有照度测定部分，是一种测定累积光量和照度的两用仪器。由光电转换器，微电流-超低频率转换器，计数显示器，照度测定部分和电源构成。

光电转换器由硅光电池及滤光片组成。用以将光转换成与照度成正比的微电流信号，滤光片使其光谱特性符合国家一级照度计标准。

微电流-超低频率转换器由高性能运放集成电路IC₁，通用运放集成电路IC_2a，时基集成电路IC₃，场效应晶体管BG₁、BG₃，晶体管BG₂，二极管D₁、D₂，电阻R₁～R₁₅，电位器W₁～W₃，电容器C₁～C₄，互锁开关K₁～K₄组成。用以将光电转换器输出的微电流信号高精度地、线性地转换成频率与照度成正比的脉冲信号，并兼输出一个电压与照度成正比的直流电压信号。其中IC₁，BG₁，R₁～R₇，W₁、W₂，C₁、C₂，K₁～K₄，组成微电流放大器，IC_2a，BG₂，R₈～R₁₃组成恒流源，IC₃，W₃，R₁₅，C₃、C₄组成定电荷平衡积分振荡器，D₁、D₂，R₁₄组成正、反向积分电流转换开关，由光电转换器输出的微电流信号送入IC₁，BG₁进行放大，放大后在BG₁的漏极输出一正比于照度的电流，该电流即为振荡器中积分电容C₃的反向积分电流，C₃的正向积分电流由IC_2a，BG₂恒流源提供。BG₁源极上的电压与光照度成正比，此电压经W₂，R₇分压后输出供照度测定用。IC₃接成定电荷平衡积分振荡器，C₃为其积分电容，正向积分时间取决于W₃，R₁₅，C₄的时间常数，反相积分时间取决于BG₁所提供的与照度成正比的反相积分电流。振荡器输出的脉冲频率严格地与反相积分电流成正比，即与光的照度成正比。脉冲的个数与累积光量成正比。此脉冲信号经BG₃输出，供测定累积光量用。W₁为零点调整电位器，K₁～K₄为量程选择开关，其量程分别为×1，×10，×100，×1000，在本仪器中，量程置×1档时，供照度测定用的电压信号值为1毫伏/勒克斯，由W₂调整;供累积光量测定用的脉冲信号频率为0.01赫兹/勒克斯，每个脉冲代表100勒克斯·秒，由W₃调整。

计数显示器由8位袖珍计算器和自动启动电路构成，计算器用以对上述脉冲信号进行累加计数并直接显示累积光量值。自动启动电路由IC_2b～IC_2d，BG₄～BG₆，R₁₆～R₂₂，C₅～C₁₁组成。在开启电源开关后，自动启动电路产生三个（视不同计算器而定，可为二至四个）不连续的脉冲，用于启动计算器，并输出一控制电压暂时强制关闭微电流-超低频率转换器中的振荡器，直至计算器启动完毕。三个不连续的启动脉冲由BG₄～BG₆依次接至计算器的“on”、“1”、“+”键或“1”、“+”、“+”键两端（视不同计算器而定，也可为二个脉冲接至“1”、“+”键或四个脉冲接至“on”、“1”、“+”、“+”键两端），使计算器自动进入累加工作状态。控制电压接至IC₃的强制复位端，使振荡器在计算器启动完毕后才开始工作。整个过程在开启电源开关后一秒钟之内自动完成。供照度测定用的脉冲信号从BG₃输出，接至计算器的“＝”键两端进行累加计数。脉冲的个数由计算器显示，当量程置×1档时，每个脉冲代表累积光量值100勒克斯·秒。

照度测量部分由3 1/2 位数字式电压测量组件构成。供照度测定用的直流电压信号由R₇两端输出，接至电压测量组件的输入端。当量程置×1档时，电压值为1毫伏/勒克斯，测得的毫伏值即为照度值。

在电压测量组件中的电压测量集成电路内部，有一稳定性很高的2.8伏（典型值）基准稳压电源，在本仪器中利用这一基准稳压电源向微电流-超低频率转换器中的时基集成电路IC₃和计数显示器中的计算器供电，既简化了电路，降低了功耗，又提高了脉冲频率的稳定性。

电源由9伏积层电池和电源开关K₅构成，用以向仪器稳定地供电。本仪器巧妙地利用了电压测量集成电路内部的基准稳压电源向仪器其他部分供电，不需另设稳压电路，大大减少了电池消耗，使9伏积层电池连续使用寿命大于100小时。为保证在长达数年的时间内向仪器连续供电，本仪器设两个电池联接扣，可以不断电更换电池。

Claims (4)

1、一种用脉冲计数测定累积光量的方法，其特征在于：将光电转换器输出的与照度成正比的微电流信号，用微电流-超低频率转换器转换成频率与照度成正比的超低频脉冲信号，脉冲的个数代表了累积光量，用计数显示器对该脉冲信号进行累加计数，并直接显示累积光量值。

2、一种使用权利要求1所述用脉冲计数测定累积光量方法的仪器，其特征在于：由光电转换器，微电流-超低频率转换器，计数显示器，照度测定部分和电源组成。

3、根据权利要求2所述的测定累积光量的仪器，其特征在于：微电流-超低频率转换器是以时基集成电路IC₃和运放集成电路IC₁、IC₂为主构成的。

4、根据权利要求2所述的测定累积光量的仪器，其特征在于：计数显示器是由袖珍计算器和自动起动电路构成，开启电源开关后，自动起动电路自动输出的二至四个不连续的脉冲，分别接至计算器的“on”，“1”，“+”，“+”键或“on”，“1”，“+”键或“1”，“+”，“+”键或“1”，“+”键的两端（视不同的计算器而定），微电流-超低频率转换器输出的脉冲信号接至计算器的“＝”键两端。