RU1759139C

RU1759139C - Optoelectronic device

Info

Publication number: RU1759139C
Authority: RU
Inventors: В.Б. Дунаев; И.А. Бабиченко
Original assignee: Дунаев Валерий Борисович
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1995-03-27

Abstract

FIELD: optical gas analyzers. SUBSTANCE: device has modulator coupled with electronic unit, radiation detector unit, synchronous filter, synchronous detector unit, recorder, control signal shaper, reference voltage and variable analog signal algebraic addition source. EFFECT: improved measurement accuracy. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в оптических газоанализаторах, радиометрах, спектрофотометрах и т.д. The invention relates to the field of optoelectronic instrumentation and can be used in optical gas analyzers, radiometers, spectrophotometers, etc.

Известно оптико-электронное устройство, содержащее оптическую часть, модулятор, приемник излучения, узкополосный фильтр, усилитель, выпрямитель, источник опорного напряжения и регистратор. Known optoelectronic device containing an optical part, a modulator, a radiation receiver, a narrow-band filter, amplifier, rectifier, reference voltage source and recorder.

Недостатком такого устройства является низкая точность измерений, обусловленная зависимостью нулевого показания регистрирующего прибора от коэффициента передачи усилительного тракта. The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurements, due to the dependence of the zero reading of the recording device on the gain of the amplification path.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является оптико-электронное устройство, содержащее оптическую часть, модулятор, связанные последовательно блок приемника излучения, блок синхронного фильтра, основной усилитель, синхронный детектор, фильтр нижних частот, делитель аналоговый сигналов, повторитель напряжения и регистратор, а также источник опорного напряжения, связанный с повторителем напряжения, и соединенный с модулятором формирователь управляющих сигналов. The closest in technical essence to the invention is an optoelectronic device comprising an optical part, a modulator, a radiation receiver unit, a synchronous filter unit, a main amplifier, a synchronous detector, a low-pass filter, an analog signal divider, a voltage repeater and a recorder, as well as a reference voltage source connected to a voltage follower, and a control signal generator connected to the modulator.

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерений, обусловленная зависимостью его показаний, соответствующих нулевой отметке шкалы прибора, от коэффициента передачи усилительного тракта. The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurements, due to the dependence of its readings, corresponding to the zero mark of the scale of the device, on the gain of the amplification path.

Целью изобретения является повышение точности измерений. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Поставленная цель достигается тем, что в оптико-электронное устройство, содержащее модулятор, блок приемника излучения, включающий фотоприемник и предварительный усилитель, связанные последовательно синхронный фильтр, блок синхронного детектора, включающий соединенные последовательно усилитель переменного напряжения (основной усилитель), синхронный детектор и фильтр нижних частот, и регистратор, а также оптически связанный с модулятором формирователь управляющих сигналов, первый выход которого соединен с управляющими входами синхронного фильтра и синхронного детектора, и источник опорного напряжения, дополнительно введены блок электронного модулятора и блок алгебраического сложения переменных аналоговых сигналов, причем второй выход формирователя управляющих сигналов соединен с управляющим входом блока электронного модулятора, выход блока приемника излучения подключен к первому входу блока алгебраического сложения переменных аналоговых сигналов, второй вход которого через блок электронного модулятора связан с выходом источника опорного напряжения, а выход соединен с входом синхронного фильтра. This goal is achieved by the fact that in an optical-electronic device containing a modulator, a radiation receiver unit including a photodetector and a preliminary amplifier, a synchronous filter connected in series, a synchronous detector unit including an alternating voltage amplifier (main amplifier) connected in series, a synchronous detector and a lower filter frequencies, and the recorder, as well as the driver of the control signals optically connected to the modulator, the first output of which is connected to the control inputs of the sync The filter and synchronous detector, and the reference voltage source, an electronic modulator unit and an algebraic addition unit for variable analog signals are added, the second output of the control signal generator connected to the control input of the electronic modulator unit, the output of the radiation receiver unit connected to the first input of the algebraic variable addition unit analog signals, the second input of which, through the electronic modulator unit, is connected to the output of the reference voltage source, and the output d is connected to a synchronous input of the filter.

На фиг. 1 представлена структурная схема оптико-электронного устройства; на фиг. 2-5 показаны графики, поясняющие его работу. In FIG. 1 shows a structural diagram of an optical electronic device; in FIG. 2-5 are graphs explaining its operation.

Устройство содержит модулятор 1, обеспечивающий модуляцию по заданному закону пучков излучения, направляемых для дальнейшей обработки на приемник излучения, блок 2 приемника излучения, в состав которого может включаться не только фотоприемник, но и предварительный усилитель, соединенные последовательно блок 3 алгебраического сложения переменных аналоговых сигналов, выполняющий функцию смесителя двух аналоговых сигналов, подаваемых на его входы, синхронный фильтр 4, блок 5 синхронного детектора, в состав которого кроме самого синхронного детектора входят усилитель переменного напряжения и фильтр нижних частот (могут также входить и повторители напряжения), и регистратор 6, а также оптически связанный с модулятором формирователь 7 управляющих сигналов и соединенные последовательно источник 8 опорного напряжения и блок 9 электронного модулятора. При этом выходы формирователя 7 управляющих сигналов соединены с управляющими входами синхронного фильтра 4, блока 5 синхронного детектора и блока 9 электронного модулятора, а выходы блока 2 приемника излучения и блока 9 электронного модулятора подключены к входам блока 3 алгебраического сложения переменных аналоговых сигналов. The device comprises a modulator 1, which provides modulation according to a given law of the radiation beams sent for further processing to the radiation receiver, a radiation receiver unit 2, which can include not only a photodetector, but also a preamplifier connected in series by an algebraic addition unit 3 of variable analog signals, performing the function of a mixer of two analog signals supplied to its inputs, a synchronous filter 4, block 5 of a synchronous detector, which, in addition to the synchronous a detector includes an amplifier AC and a lowpass filter (and may also include a voltage follower) and the recorder 6, and also optically coupled to the modulator driver 7 control signal and connected in series a reference voltage source 8 and the block 9 electronic modulator. The outputs of the driver 7 of the control signals are connected to the control inputs of the synchronous filter 4, block 5 of the synchronous detector and block 9 of the electronic modulator, and the outputs of block 2 of the radiation receiver and block 9 of the electronic modulator are connected to the inputs of block 3 of the algebraic addition of variable analog signals.

При поочередной модуляции с помощью модулятора 1 пучков опорного и рабочего излучений, подаваемых на фотоприемник, расположенный в блоке 2 приемника излучения, на выходе этого блока появляется электрический сигнал, форма которого (например, при центрированном сигнале) может иметь вид, показанный на фиг. 2. With alternating modulation using the modulator 1 of the reference and working radiation beams supplied to the photodetector located in the radiation receiver unit 2, an electrical signal appears at the output of this unit, the shape of which (for example, with a centered signal) may look like that shown in FIG. 2.

Этот электрический сигнал подается на один из входов блока 3 алгебраического сложения переменных аналоговых сигналов, на вход которого подается переменный электрический сигнал (фиг. 3) с выхода блока 9 электронного модулятора, обеспечивающего с помощью расположенного в нем электронного ключа, управляемого посредством формирователя 7 управляющих сигналов, модуляцию выходного сигнала источника 8 опорного напряжения синхронного с частотой модуляции пучков излучения, подаваемых на фотоприемник. Путем регулировки амплитуды или фазы выходного сигнала блока 9 компенсируется сигнал разбаланса, пропорциональный разности потоков излучения, подаваемого на фотоприемник за полупериоды модуляции. This electrical signal is applied to one of the inputs of the algebraic addition unit 3 of variable analog signals, to the input of which an alternating electrical signal is supplied (Fig. 3) from the output of electronic modulator unit 9, which provides, using the electronic key located in it, controlled by a control signal generator 7 modulating the output signal of the reference voltage source 8 synchronous with the modulation frequency of the radiation beams supplied to the photodetector. By adjusting the amplitude or phase of the output signal of block 9, the unbalance signal is proportional to the difference in the flux of radiation supplied to the photodetector for half-periods of modulation.

Таким образом, при любой начальной (фоновой) концентрации анализируемого вещества, приводящего к ослаблению одного из потоков излучения (рабочего), подаваемого на фотоприемник, выходной сигнал синхронного фильтра 4, управляемого с частотой модуляции пучков излучения, устанавливается равным нулю, т.е. из его выходного сигнала устраняется переменная составляющая (фиг. 4, поз. 10). Благодаря этому на выходе блока 5, также управляемого с частотой модуляции пучков излучения, уровень регистрируемого сигнала (контролируемого изменения концентрации анализируемого вещества) будет также равен нулю (фиг. 4, поз. 11), и не будет зависеть от коэффициента усиления усилительного тракта этого блока, содержащего входной усилитель переменного напряжения. Thus, at any initial (background) concentration of the analyte, which leads to the weakening of one of the radiation fluxes (working) supplied to the photodetector, the output signal of the synchronous filter 4, controlled with the modulation frequency of the radiation beams, is set to zero, i.e. the variable component is eliminated from its output signal (Fig. 4, item 10). Due to this, at the output of block 5, also controlled with the modulation frequency of the radiation beams, the level of the recorded signal (controlled change in the concentration of the analyte) will also be zero (Fig. 4, item 11), and will not depend on the gain of the amplification path of this block containing an AC input amplifier.

Если по отношению к фоновому разбалансу потоков излучения, подаваемого на фотоприемник, происходит его изменение (изменится концентрация анализируемого вещества), то на выходе синхронного фильтра возникает переменное напряжение (фиг. 5, поз. 12), амплитуда которого будет пропорциональна этому изменению. Этот переменный электрический сигнал после необходимых усиления, синхронного детектирования и фильтрации в блоке синхронного детектора преобразуется в постоянный (фиг. 5, поз. 13) и измеряется регистратором 6. If in relation to the background imbalance of the radiation flux supplied to the photodetector, its change occurs (the concentration of the analyte will change), then an alternating voltage arises at the output of the synchronous filter (Fig. 5, item 12), the amplitude of which will be proportional to this change. This necessary electrical signal after the necessary amplification, synchronous detection and filtering in the synchronous detector unit is converted to a constant (Fig. 5, pos. 13) and measured by the recorder 6.

Из описания работы оптико-электронного устройства видно, что нулевой (начальный) уровень выходного сигнала в отличие от прототипа не зависит от коэффициента передачи усилительного тракта основного усилителя, расположенного в блоке синхронного детектора. Компенсация фонового разбаланса до выполнения операции основного усиления не может привести к насыщению этим сигналом основного усилителя. From the description of the operation of the optoelectronic device, it can be seen that the zero (initial) level of the output signal, in contrast to the prototype, does not depend on the transmission coefficient of the amplification path of the main amplifier located in the synchronous detector unit. Compensation of the background imbalance before the main gain operation cannot lead to saturation of the main amplifier with this signal.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность измерений. Thus, the device allows to increase the accuracy of measurements.

Claims

OPTICAL-ELECTRONIC DEVICE, comprising a modulator, a radiation receiver unit, a synchronous filter, a synchronous detector unit, a registrar, a driver of control signals and a reference voltage source, while the output of the synchronous filter through a synchronous detector unit is connected to the recorder, the driver of the control signals is optically connected to the modulator, and its first output is connected to the control inputs of the synchronous filter and the synchronous detector unit, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, the electronic modulator unit and the algebraic addition unit of variable analog signals are given, the second output of the control signal generator connected to the control input of the electronic modulator unit, the output of the radiation receiver unit connected to the first input of the algebraic addition unit of variable analog signals, the second input of which is connected to the electronic modulator unit the outputs of the reference voltage source, and the output is connected to the input of the synchronous filter.