RU2023241C1 - Method of measurement of energy of optical signals - Google Patents

Method of measurement of energy of optical signals Download PDF

Info

Publication number
RU2023241C1
RU2023241C1 SU5000734A RU2023241C1 RU 2023241 C1 RU2023241 C1 RU 2023241C1 SU 5000734 A SU5000734 A SU 5000734A RU 2023241 C1 RU2023241 C1 RU 2023241C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capacitor
energy
optical signal
voltage
optical signals
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Дмитриевич Куклин
Original Assignee
Юрий Дмитриевич Куклин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Дмитриевич Куклин filed Critical Юрий Дмитриевич Куклин
Priority to SU5000734 priority Critical patent/RU2023241C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2023241C1 publication Critical patent/RU2023241C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method is meant for measurement of low-energy signals which level is 4-5 times below detection capability of photodetector. Capacitor is charged with dark current of photo-sensitive elements with line light characteristics up to preset voltage Un. capacitor is discharged and is charged with current emerging under action of measured optical signal, capacitor is discharged. Durations of time intervals are measured by change of voltage in both cycles by which energy of optical signals is judged. EFFECT: improved authenticity of measurements. 3 dwg

Description

Измерение относится к технике фотометрических измерений и может быть использовано для измерения энергии оптических сигналов в медицине, химии, метрологии, денситометрии и т.п. Measurement refers to the technique of photometric measurements and can be used to measure the energy of optical signals in medicine, chemistry, metrology, densitometry, etc.

Известен способ измерения энергетических параметров световых импульсов (1), заключающийся в воздействии оптических сигналов на фотодетектор, преобразовании этих сигналов в электрические, выделении их на нагрузочном сопротивлении фотодетекторе, последующем усилении и интегрировании сигналов и формировании выходного сигнала, амплитуда которого пропорциональна энергии сигнала. К недостаткам этого способа относятся отсутствие учета влияния шумов и дрейфа устройств, реализующих усиление и интегрирование сигналов на точность измерений, а также влияние темнового тока фотодиода. A known method of measuring the energy parameters of light pulses (1), which consists in the action of optical signals on the photodetector, converting these signals into electrical signals, isolating them at the load resistance of the photodetector, subsequent amplification and integration of the signals and generating an output signal whose amplitude is proportional to the signal energy. The disadvantages of this method include the lack of consideration of the influence of noise and drift of devices that implement amplification and integration of signals on the measurement accuracy, as well as the influence of the dark current of the photodiode.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения энергии оптических сигналов (2), заключающийся в модулировании непрерывного оптического сигнала постоянной частотой с равномерными временными интервалами открытого оптического входа и закрытого его состояния, преобразовании оптических сигналов в электрические при открытом оптическом входе, усилении сигналов, их интегрировании и запоминании. При закрытом оптическом входе производится усиление сигнала темнового тока фотодетектора, инвертирование и интегрирование. В результате изменения полярности инвертором осуществляется вычитание погрешности, вызванной воздействием темнового тока. Мощность оптического сигнала определяется уровнем разностного напряжения на выходе устройства. К недостаткам этого способа относится то, что средняя точность измерений обеспечивается при измерении лишь стационарных оптических сигналов. Closest to the invention is a method of measuring the energy of optical signals (2), which consists in modulating a continuous optical signal at a constant frequency with uniform time intervals of an open optical input and its closed state, converting optical signals into electrical signals with an open optical input, amplifying signals, integrating them, and remembering. When the optical input is closed, the photodetector dark current signal is amplified, inverted and integrated. As a result of a change in polarity, the inverter subtracts the error caused by the influence of a dark current. The power of the optical signal is determined by the level of the differential voltage at the output of the device. The disadvantages of this method include the fact that the average accuracy of the measurements is provided when measuring only stationary optical signals.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений. The purpose of the invention is improving accuracy and expanding the measurement range.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения энергии оптических сигналов, заключающемся в преобразовании оптических сигналов в электрические с помощью фоточувствительного элемента с линейными световыми характеристиками, заряда конденсатора темповым током фоточувствительного элемента, разряде конденсатора, заряде конденсатора током, возникающим при воздействии измеряемого оптического сигнала, разряде конденсатора, заряд конденсатора темновым током и током, возникающим при воздействии оптического сигнала, производят до одного и того же порогового напряжения Un, разряд конденсатора осуществляют мгновенно до нуля в каждом цикле после достижения Un, измеряют длительности временных интервалов изменения напряжения в обоих циклах и определяют энергию оптических сигналов ЕF из соотношения
EF=

Figure 00000001
где Т1 - длительность временного интервала, сформированного при воздействии темнового тока,
Т2 - длительность временного интервала, сформированного при воздействии измеряемого оптического сигнала,
С - емкость конденсатора.This goal is achieved by the fact that in the method of measuring the energy of optical signals, which consists in converting optical signals into electrical signals using a photosensitive element with linear light characteristics, a capacitor charge with the current speed of a photosensitive element, a capacitor discharge, a capacitor charge with a current arising from the action of a measured optical signal, a capacitor discharge, the capacitor is charged with a dark current and a current arising from the action of an optical signal, to the same threshold voltage U n , the capacitor is discharged instantly to zero in each cycle after reaching U n , the duration of the time intervals of the voltage change in both cycles is measured, and the energy of the optical signals E F is determined from the relation
E F =
Figure 00000001
where T 1 - the duration of the time interval formed when exposed to a dark current,
T 2 - the duration of the time interval formed when exposed to the measured optical signal,
C is the capacitance of the capacitor.

На фиг.1, 2 и 3 показаны временные диаграммы напряжений. Figures 1, 2 and 3 show timing diagrams of stresses.

При измерении энергии непрерывного оптического сигнала (см.диаграмму фиг. 1) источником ЭДС формируется напряжение, характеризуемое стороной АЕ треугольника АEF. Сторона треугольника EF показывает разряд емкости. Треугольник AEF графически отражает энергию Е, затрачиваемую источником, работающим в режиме темнового тока: E =

Figure 00000002
, Дж/ при значении темнового тока
Iт=
Figure 00000003
, A где Q и U - заряд и напряжение на конденсаторе.When measuring the energy of a continuous optical signal (see the diagram of Fig. 1), a voltage is generated by the EMF source, characterized by the side AE of the triangle AEF. The side of triangle EF indicates the discharge of capacitance. Triangle AEF graphically reflects the energy E consumed by a dark current source: E =
Figure 00000002
, J / at the value of the dark current
I t =
Figure 00000003
, A where Q and U are the charge and voltage across the capacitor.

При воздействии оптического сигнала крутизна нарастания напряжения увеличивается, а время заряда конденсатора до порогового уровня уменьшается до значения Т2 (Второй период). Сформирован второй треугольник - ABD, отражающий воздействие суммарного (светового и темнового) тока IΣ . Его величина определяется значением
IΣ=

Figure 00000004
, A a световой ток IF представлен величиной
IF = IΣ-Iт=
Figure 00000005
-
Figure 00000006
=
Figure 00000007
, A Как явствует из графика, треугольник АВС сформирован воздействием оптического сигнала. При этом прирост напряжения, обусловленный воздействием этого сигнала ( ΔU) показан отрезком ВС.When exposed to an optical signal, the steepness of the voltage rise increases, and the charge time of the capacitor to a threshold level decreases to a value of T 2 (Second period). Formed a second triangle - ABD, reflecting the effect of the total (light and dark) current I Σ . Its value is determined by the value
I Σ =
Figure 00000004
, A a the light current I F is represented by
I F = I Σ -I t =
Figure 00000005
-
Figure 00000006
=
Figure 00000007
, A As the graph shows, the ABC triangle is formed by the influence of an optical signal. In this case, the voltage increase due to the influence of this signal (ΔU) is shown by a segment of the aircraft.

Произведением токовой величины (IF) и времени воздействия непрерывного оптического сигнала определяется зарядная величина
QF = Ik× T2=

Figure 00000008
× T2=
Figure 00000009
, A·c а прирост напряжения на конденсаторе (ΔU) соответствует величине
ΔU = Un-Un
Figure 00000010
=
Figure 00000011
, B Энергия сигнала:
E =
Figure 00000012
=
Figure 00000013
=
Figure 00000014
=
Figure 00000015
, Дж. Однако, вольт-секундная составляющая энергии (S Δ ABC), вследствие влияния известного фактора
Figure 00000016
, изменяется нелинейно. Введением корректирующей поправки
Figure 00000017
нелинейность устраняется.The product of the current value (IF) and the exposure time of the continuous optical signal determines the charging quantity
Q F = I k × T 2 =
Figure 00000008
× T 2 =
Figure 00000009
, A · c and the increase in voltage across the capacitor (ΔU) corresponds to
ΔU = U n -U n
Figure 00000010
=
Figure 00000011
, B Signal energy:
E =
Figure 00000012
=
Figure 00000013
=
Figure 00000014
=
Figure 00000015
, J. However, the volt-second component of energy (S Δ ABC), due to the influence of a known factor
Figure 00000016
varies nonlinearly. The introduction of a correction amendment
Figure 00000017
nonlinearity is eliminated.

EF = E

Figure 00000018
=
Figure 00000019
×
Figure 00000020
=
Figure 00000021
, Дж
При длительности оптических сигналов, превышающей временной интервал Т2 осуществляют многократное измерение энергии, а результат измерений суммируют.E F = E
Figure 00000018
=
Figure 00000019
×
Figure 00000020
=
Figure 00000021
, J
When the duration of the optical signals exceeding the time interval T 2 carry out multiple energy measurements, and the measurement result is summarized.

При этом вольт-секундная составляющая энергия равна

Figure 00000022
=
Figure 00000023
:
Figure 00000024
=
Figure 00000025
, B·c и графически отображается площадью треугольника DEF.In this case, the volt-second component of the energy is
Figure 00000022
=
Figure 00000023
:
Figure 00000024
=
Figure 00000025
, B · c and is graphically displayed by the area of the triangle DEF.

Анализ графика на фиг.2, представляющего импульсную последовательность оптических сигналов, показывает, что суммарный прирост напряжения на конденсаторе, являющийся результатом воздействия соответствующих световых токов, равен приросту напряжения ΔU (сторона ВС треугольника АВС), что определяется равенством
ΔU1+ ΔU2=

Figure 00000026
+
Figure 00000027
=
Figure 00000028
= ΔUэкв, B где ΔU1 - прирост напряжения от первого импульса ΔU2 - прирост напряжения от второго импульса; I
Figure 00000029
и I
Figure 00000030
- соответствующие им световые токи, при неизменной емкости конденсатора.The analysis of the graph in Fig. 2, which represents a pulsed sequence of optical signals, shows that the total increase in voltage across the capacitor resulting from the action of the corresponding light currents is equal to the increase in voltage ΔU (BC side of triangle ABC), which is determined by the equality
ΔU 1 + ΔU 2 =
Figure 00000026
+
Figure 00000027
=
Figure 00000028
= ΔU equiv , B where ΔU 1 is the voltage gain from the first pulse ΔU 2 is the voltage increase from the second pulse; I
Figure 00000029
and I
Figure 00000030
- the corresponding light currents, with a constant capacitor.

Следовательно, энергию последовательности оптических сигналов приемлемо рассматривать описанным выше способом. Therefore, it is acceptable to consider the energy of the optical signal sequence as described above.

EF=

Figure 00000031
×
Figure 00000032
=
Figure 00000033
×
Figure 00000034
=
Figure 00000035
, Дж
При определении энергии оптических сигналов произвольной формы (график на фиг. 3), аппроксирование позволяет рассматривать их, как непрерывную последовательность прямоугольных импульсов, а энергию оценивать аналогично указанному выше.E F =
Figure 00000031
×
Figure 00000032
=
Figure 00000033
×
Figure 00000034
=
Figure 00000035
, J
When determining the energy of optical signals of arbitrary shape (graph in Fig. 3), approximation allows us to consider them as a continuous sequence of rectangular pulses, and evaluate the energy similarly to the above.

Claims (1)

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГИИ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, заключающийся в преобразовании оптических сигналов в электрические с помощью фоточувствительного элемента с линейными световыми характеристиками, заряде конденсатора темновым током фоточувствительного элемента, разряде конденсатора, заряде конденсатора током, возникающим при воздействии измеряемого оптического сигнала, разряде конденсатора, отличающийся тем, что заряд конденсатора темновым током и током, возникающим при воздействии оптического сигнала, производят до одного и того же порогового напряжения Uп, разряд конденсатора осуществляют мгновенно до нуля в каждом цикле после достижения Uп, измеряют длительности временных интервалов изменения напряжения в обоих циклах и определяют энергию оптических сигналов εF из соотношения
εF=
Figure 00000036
, Дж,
где T1 - длительность временного интервала, сформированного при воздействии темнового тока;
T2 - длительность временного интервала, сформированного при воздействии измеряемого оптического сигнала;
C - емкость конденсатора.METHOD FOR MEASURING THE ENERGY OF OPTICAL SIGNALS, which consists in converting optical signals to electrical signals using a photosensitive element with linear light characteristics, charging a capacitor with a dark current from a photosensitive element, discharging a capacitor, charging a capacitor with a current arising from the action of a measured optical signal, and having a capacitor discharge the capacitor is charged with the dark current and current that occurs when the optical signal is applied, they produce up to the same thresholds of voltage U n, capacitor discharge is performed instantaneously to zero in each cycle after reaching U n measured duration timeslots voltage changes in both cycles and determine the energy of the optical signal from the relation ε F
ε F =
Figure 00000036
, J
where T 1 - the duration of the time interval formed when exposed to a dark current;
T 2 - the duration of the time interval formed when exposed to the measured optical signal;
C is the capacitance of the capacitor.
SU5000734 1991-08-30 1991-08-30 Method of measurement of energy of optical signals RU2023241C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5000734 RU2023241C1 (en) 1991-08-30 1991-08-30 Method of measurement of energy of optical signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5000734 RU2023241C1 (en) 1991-08-30 1991-08-30 Method of measurement of energy of optical signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2023241C1 true RU2023241C1 (en) 1994-11-15

Family

ID=21584888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5000734 RU2023241C1 (en) 1991-08-30 1991-08-30 Method of measurement of energy of optical signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2023241C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 533832, кл. G 01J 1/56, 1976. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1048332, кл. G 01J 1/44, 1983. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2357491B1 (en) Determing range in 3D imaging systems
US11047733B2 (en) Light-to-frequency converter arrangement and method for light-to-frequency conversion
KR940010363A (en) Photoelectric conversion system
EP1963870B1 (en) Current measurement circuit and method
US4469946A (en) Fluorescent gas analyzer
US4348110A (en) Charging current integrating type photodetectors
US4847483A (en) Device for measuring light intensity received by a photosensor
RU2023241C1 (en) Method of measurement of energy of optical signals
US3981586A (en) Continuously monitoring ratiometer
US10760963B2 (en) Method for electromagnetic energy sensing and a circuit arrangement
US8957363B2 (en) Differential photodiode integrator circuit for absorbance measurements
US4666301A (en) Radiation responsive integrating amplifier
RU2636256C2 (en) Method for measuring power and frequency of laser radiation pulses and device for its implementation
JPH05180944A (en) Radiation measuring instrument
JPH11281744A (en) Distance measuring instrument
RU73074U1 (en) LIGHT FREQUENCY CONVERTER
JPH05264352A (en) Spectorophotometer
US20050243302A1 (en) Two dimensional range-imaging
SU1689763A1 (en) Radiation sensor
JPH0119112Y2 (en)
SU1739244A1 (en) Device for automatic inspection of geometric dimensions of the object
KR880000077B1 (en) A smoke sensor
SU303526A1 (en) PULSE PHOTOMETER
RU1805301C (en) Photometer
SU1696894A1 (en) Photometer