RU2014574C1

RU2014574C1 - Method of photometric measurements of luminous fluxes and device for its implementation

Info

Publication number: RU2014574C1
Authority: RU
Inventors: С.Д. Жарников; О.В. Игнатенко; М.М. Кугейко; И.А. Малевич; И.В. Стальмаков
Original assignee: Белорусский государственный университет
Priority date: 1991-01-09
Filing date: 1991-01-09
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: photometry. SUBSTANCE: method is intended for conversion of optical radiation into frequency of repetition of electric pulses. Duration of pulses used to judge about value of luminous fluxes is measured. Device for implementation of method has pair photodiode- operational amplifier, first resistor and capacitor which first leads are tied together and are connected to anode of photodiode. Second lead of first resistor is coupled to output of operational amplifier. Device is supplemented with second and third resistors. First lead of second resistor is tied up with second lead of capacitor and is connected to output of operational amplifier. Second lead of second resistor is linked to common wire. Third resistor is manufactured variable. Its first lead is connected to common wire and its second lead is coupled to minus supply wire. Third adjustment lead is tied up with cathode of photodiode and is coupled to inverting input of operational amplifier which noninverting input is connected to anode of photodiode. EFFECT: enhanced accuracy and efficiency in measurement of luminous fluxes. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения величины световых потоков. The invention relates to photometry and can be used to measure the magnitude of the light flux.

Известен способ фотометрирования световых потоков, заключающийся в детектировании светового потока фотоприемным устройством (ФЭУ), усилении и регистрации электрических сигналов в аналоговой или цифровой форме. К недостаткам способа следует отнести низкую помехоустойчивость и ограниченную вследствие этого точность фотометрирования, так как все шумовые составляющие электронных блоков, детектора, регистратора, наводки будут отражаться в регистрируемом сигнале, а значит и определять точность фотометрирования. Кроме того, ограничивают точность фотометрирования и возможности (по точности измерений) измерительной аппаратуры как при регистрации сигнала в аналоговой, так и в цифровой формах. A known method of photometric measurement of light flux, which consists in detecting the light flux by a photodetector (PMT), amplification and registration of electrical signals in analog or digital form. The disadvantages of the method include low noise immunity and the consequent accuracy of photometry, since all the noise components of the electronic components, detector, recorder, pickup will be reflected in the recorded signal, and therefore determine the accuracy of photometry. In addition, they limit the accuracy of photometric measurements and the possibilities (in terms of measurement accuracy) of measuring equipment when recording a signal in analog or digital forms.

Наиболее близким к изобретению является способ фотометрирования световых потоков путем преобразования оптического излучения в частоту следования электрических импульсов. Недостатком способа является невысокая точность фотометрирования. Closest to the invention is a method of photometric measurement of light fluxes by converting optical radiation into a pulse repetition rate. The disadvantage of this method is the low accuracy of photometry.

Известно устройство для фотометрирования световых потоков, содержащее пару фотодиод - операционный усилитель, а также резистор и конденсатор. Его недостатком также является низкая точность фотометрирования. A device for photometric measurement of light flux is known, containing a pair of photodiode - operational amplifier, as well as a resistor and capacitor. Its disadvantage is also the low accuracy of photometry.

Цель изобретения - повышение точности. The purpose of the invention is improving accuracy.

Поставленная цель достигается тем, что в способе фотометрирования световых потоков путем преобразования оптического излучения в частоту следования электрических импульсов, измеряют длительность импульсов, по которой судят о величине световых потоков. This goal is achieved by the fact that in the method of photometric measurement of light fluxes by converting optical radiation into a repetition rate of electric pulses, the pulse duration is measured, which is used to judge the amount of light fluxes.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее пару фотодиод-операционный усилитель, а также первый резистор и конденсатор, первые выводы которых объединены и подключены к аноду фотодиода, второй вывод первого резистора подключен к выходу операционного усилителя, введены второй и третий резисторы, причем первый вывод второго резистора объединен со вторым выводом конденсатора и подключен к выходу операционного усилителя, второй вывод второго резистора подключен к общей шине, третий резистор выполнен переменным, его первый вывод подключен к общей шине, второй вывод - к минусовой шине питания, а третий регулировочный вывод третьего резистора объединен с катодом фотодиода и подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к аноду фотодиода. This goal is achieved by the fact that in the device containing a pair of photodiode-operational amplifier, as well as the first resistor and capacitor, the first conclusions of which are combined and connected to the anode of the photodiode, the second output of the first resistor is connected to the output of the operational amplifier, the second and third resistors are introduced, and the first output of the second resistor is combined with the second output of the capacitor and connected to the output of the operational amplifier, the second output of the second resistor is connected to a common bus, the third resistor is made variable, its first the output terminal is connected to the common bus, the second terminal is connected to the negative power bus, and the third control terminal of the third resistor is combined with the cathode of the photodiode and connected to the inverting input of the operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the anode of the photodiode.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - зависимость частоты генерируемых импульсов от мощности падающего светового потока. Figure 1 presents a schematic diagram of a device; figure 2 - dependence of the frequency of the generated pulses on the power of the incident light flux.

Устройство содержит фотоприемник 1 (D₁), параллельно соединенные сопротивление 2 (R₂ 150 кОм), емкость 3 (С 22 нФ), которые подключены с одной стороны к входу фотоприемника 1 (D₁) и первому входу (+) усилителя 4 (DA), с другой - к выходу усилителя 4 (DA) и сопротивлению 5 (R₃ 100 кОм), другим концом заземленному, второй вход (-) усилителя соединен одновременно с минусовым входом фотоприемника 1 (D₁) и регулировочным входом переменного сопротивления 6 (R₁ 1 мОм) с одной стороны соединенного с минусовым входом питания операционного усилителя 4 (DA), с другой - заземленного.The device contains a photodetector 1 (D ₁ ), parallel-connected resistance 2 (R ₂ 150 kOhm), capacitance 3 (C 22 nF), which are connected on one side to the input of photodetector 1 (D ₁ ) and the first input (+) of amplifier 4 ( DA), on the other hand, to the output of amplifier 4 (DA) and resistance 5 (R ₃ 100 kOhm), grounded at the other end, the second input (-) of the amplifier is connected simultaneously with the negative input of photodetector 1 (D ₁ ) and the variable voltage control input 6 (R ₁ 1 mOhm) on one side of the operational amplifier 4 (DA) connected to the negative input of the power supply, on the other - grounded go.

Устройство работает следующим образом. На фотоприемник 1, в качестве которого используется фотодиод ФД-24К, падает регистрируемый световой поток. Плюсовой вход фотоприемника 1 соединен с параллельно соединенными сопротивлением 2, равным 150 кОм, и емкостью 2, равной 22 нФ, и неинвертирующим (плюсовым) входом операционного усилителя 4, минусовой - с инвертирующим (минусовым) входом операционного усилителя 4 и регулировочным входом переменного сопротивления 6, равного 1 мОм, одним концом соединенного с минусовым входом питания операционного усилителя 4, другим - заземленного. Выход операционного усилителя 4 соединен с другим концом параллельно соединенных сопротивления 2 и емкости 3, а также с сопротивлением 5, равным 100 кОм, вторым концом заземленным. В качестве операционного усилителя 4 используется микросхема, питаемая напряжением U_н + 6 В, подаваемым соответственно на плюсовой и минусовой входы питания.The device operates as follows. A registered light flux is incident on a photodetector 1, which uses an FD-24K photodiode. The positive input of the photodetector 1 is connected with a parallel-connected resistance 2 of 150 kOhm and a capacitance 2 of 22 nF and a non-inverting (positive) input of the operational amplifier 4, and the negative one with an inverting (negative) input of the operational amplifier 4 and a variable-voltage control input 6 equal to 1 mOhm, one end connected to the negative input of the power supply of the operational amplifier 4, the other - grounded. The output of the operational amplifier 4 is connected to the other end of the parallel-connected resistance 2 and capacitance 3, as well as to a resistance 5 of 100 kOhm, the second end is grounded. As an operational amplifier 4, a microcircuit is used, powered by a voltage of U _n + 6 V supplied to the plus and minus power inputs, respectively.

На выходе операционного усилителя 4, подключенного к фотоприемнику 1, генерируется последовательность электрических импульсов, частота f, а значит период следования Т=1/f и длительность τ которых пропорциональна мощности падающего светового потока. Зависимость частоты генерируемых импульсов от мощности падающего светового потока приведена на фиг.2 (кривая 7). Получена с использованием калибровочных источников света. Как видно из кривой 7 (см. фиг.2), линейная зависимость между периодом следования импульсов Т(μs), однозначно связанным с частотой f(из)(Т=1/f), наблюдается на двух участках 30-80 мкс и 90-110 мкс. По оси ординат на фиг.2 кривая 7 откладывается Т(μ s) для возможности совмещения на одном графике (с одной размерностью по оси ординат) двух кривых, а именно Т=F(р) и τ=Ф(p), где Р - величина светового потока. Соответственно участку линейности Т ->> 30-80 мкс соответствует f ->> 33-12 мкс, а Т->> 90-110 мкс соответствует f ->> 11-9 кГц. Диапазон изменения мощности световых потоков для этих участков равен 0,11-0,114 mW, 0,118-0,13mW. В случаях же измерения световых потоков, отличных от только что отмеченных, вывод в режим генерации импульсов с частотой f в диапазоне линейности 9-11 кГц, 12-33 кГц осуществляется переменным сопротивлением 6 (вращением регулировочного входа сопротивления 6). At the output of the operational amplifier 4 connected to the photodetector 1, a sequence of electrical pulses is generated, the frequency f, and therefore the repetition period T = 1 / f and the duration τ of which is proportional to the power of the incident light flux. The dependence of the frequency of the generated pulses on the power of the incident light flux is shown in figure 2 (curve 7). Obtained using calibration light sources. As can be seen from curve 7 (see figure 2), a linear relationship between the pulse repetition period T (μs), which is uniquely associated with the frequency f (of) (T = 1 / f), is observed in two sections of 30-80 μs and 90 -110 μs. On the ordinate axis in figure 2, curve 7 is plotted T (μ s) for the possibility of combining two curves on one graph (with one dimension along the ordinate axis), namely T = F (p) and τ = Ф (p), where P - the magnitude of the light flux. Accordingly, the linearity section T - >> 30-80 μs corresponds to f - >> 33-12 μs, and T - >> 90-110 μs corresponds to f - >> 11-9 kHz. The range of changes in the power of light flux for these sections is 0.11-0.114 mW, 0.118-0.13mW. In cases of measuring luminous fluxes other than those just noted, the output to the pulse generation mode with a frequency f in the linearity range of 9-11 kHz, 12-33 kHz is carried out with variable resistance 6 (rotation of the resistance adjustment input 6).

Возможность использования для фотометрирования световых потоков длительности импульсов τ, генерируемых фотоприемным устройством, изображенным на фиг. 1, иллюстрирует кривая 8 фиг.2, являющаяся функцией (τ =Ф(p)) мощности регистрируемого светового потока. Как видно из кривой 8, линейная зависимость τ от p наблюдается, начиная с τ≈10 мкс. И в этом случае при измерении световых потоков, отличных от рассмотренных (0,11-0,13 мкс), вывод в режиме генерации импульсов длительности tau>>10 мкс осуществляется переменным сопротивлением 6 (вращением регулировочного входа сопротивления 6). The possibility of using for measuring light fluxes the pulse durations τ generated by the photodetector shown in FIG. 1, illustrates curve 8 of FIG. 2, which is a function (τ = Φ (p)) of the power of the detected light flux. As can be seen from curve 8, a linear dependence of τ on p is observed starting from τ≈10 μs. And in this case, when measuring light fluxes other than those considered (0.11-0.13 μs), output in the pulse generation mode of duration tau >> 10 μs is carried out with variable resistance 6 (rotation of the resistance adjustment input 6).

Следует отметить, что для мощных световых потоков существует и другая возможность вывода их в режим линейных зависимостей f=F(p), τ=Ф(p), а именно использование ослабителей оптического излучения. It should be noted that for high-power light fluxes there is another possibility of putting them into the linear dependence mode f = F (p), τ = Ф (p), namely the use of optical radiation attenuators.

Claims

1. The method of photometric measurement of light fluxes by converting optical radiation into a pulse frequency of electric pulses, characterized in that, in order to improve accuracy, measure the pulse duration, which is used to judge the amount of light fluxes.

2. A device for photometric measurement of light flux, containing a pair of photodiode-operational amplifier, as well as a first resistor and capacitor, the first conclusions of which are combined and connected to the anode of the photodiode, the second output of the first resistor is connected to the output of the operational amplifier, characterized in that, in order to increase accuracy, the second and third resistors are introduced into it, the first output of the second resistor combined with the second output of the capacitor and connected to the output of the operational amplifier, the second output of the second resistor connected to bschey bus, the third resistor is made variable, its first end being connected to a common bus, a second terminal - to the negative supply rail, and the third adjusting terminal of the third resistor is integrated with the cathode of the photodiode and is connected to the inverting input of the operational amplifier non-inverting input of which is connected to the anode of the photodiode.