RU2194252C1 - Device for carrying out photometric measurements in pulsating mode - Google Patents
Device for carrying out photometric measurements in pulsating mode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2194252C1 RU2194252C1 RU2001111187/28A RU2001111187A RU2194252C1 RU 2194252 C1 RU2194252 C1 RU 2194252C1 RU 2001111187/28 A RU2001111187/28 A RU 2001111187/28A RU 2001111187 A RU2001111187 A RU 2001111187A RU 2194252 C1 RU2194252 C1 RU 2194252C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- photodiode
- output
- unit
- voltage follower
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области фотометрии и может быть использовано в оптико-электронных приборах с фотодиодными преобразователями излучений. The invention relates to the field of photometry and can be used in optoelectronic devices with photodiode radiation converters.
Известно устройство [1], содержащее последовательно соединенные фотодиод и резистор, два инвертирующих усилителя, охваченных обратной связью, причем вход первого усилителя соединен с выходом резистора, а также регулируемый источник напряжения, фиксатор нуля и четыре дополнительных резистора, обратная связь усилителей образована соответственно первым и вторым дополнительными резисторами, включенными между входом и выходом усилителей, при этом другой вывод цепочки фотодиод - резистор соединен с выходом регулируемого источника напряжения, первые выходы третьего и четвертого дополнительных резисторов соединены между собой и с входом второго усилителя, а их вторые выходы соединены соответственно с выходом регистрируемого источника напряжения и выходом первого усилителя, выход второго усилителя соединен с входом фиксатора нуля. A device [1] is known, comprising a series-connected photodiode and a resistor, two inverting amplifiers, covered by feedback, the input of the first amplifier being connected to the output of the resistor, as well as an adjustable voltage source, a zero clamp and four additional resistors, the feedback of the amplifiers is formed respectively by the first and the second additional resistors connected between the input and output of the amplifiers, while the other terminal of the photodiode-resistor circuit is connected to the output of the regulated source Ia, the first outputs of the third and fourth additional resistors are connected to each other and to the input of the second amplifier, and their second outputs are connected respectively to the output of the registered voltage source and the output of the first amplifier, the output of the second amplifier is connected to the input of the zero clamp.
Повышение точности, быстродействия и термостабильности в этом устройстве обеспечивается за счет введения дополнительного резистора, сопротивление которого соответствует области наибольшей стабильности люкс-амперной характеристики фотодиода, так как при этом снижается погрешность преобразования, связанная с температурной нестабильностью выходного тока фотодиода. Improving the accuracy, speed and thermal stability in this device is ensured by introducing an additional resistor, the resistance of which corresponds to the region of greatest stability of the lux-ampere characteristic of the photodiode, since this reduces the conversion error associated with the temperature instability of the output current of the photodiode.
Недостатком данного устройства является то, что такая компенсация температурного дрейфа обеспечивает термостабильность в условиях облучений фотодиода при небольшом изменении мощности светового потока (в пределах ±10%) [2] . Кроме того, такая термокомпенсация требует значительных трудозатрат на предварительное исследование зависимостей параметров фотодиодов от температуры при различных сопротивлениях нагрузки. The disadvantage of this device is that such compensation for temperature drift provides thermal stability under conditions of photodiode irradiation with a small change in the luminous flux power (within ± 10%) [2]. In addition, such thermal compensation requires considerable labor for a preliminary study of the temperature dependence of the parameters of photodiodes at various load resistances.
Также известно устройство [3], содержащее фотодиод, анод которого подключен к входу первого коммутатора и к входу первого масштабного преобразователя, выход которого подключен к второму коммутатору, каждый из двух выходов которого соединен с соответствующим функциональным преобразователем, выходы которых соединены с блоком измерения погрешности, первый выход которого соединен с входом второго масштабного преобразователя, а второй выход - с управляющим входом второго масштабного преобразователя, причем в него дополнительно введены два резистора, каждый из которых подключен к соответствующему выходу первого коммутатора, а блок измерения погрешности выполнен в виде двух устройств сравнения, делительного устройства и источника опорного напряжения, выход которого соединен с одним входом первого устройства сравнения, выход которого соединен с управляющим входом второго масштабного преобразователя, а другой вход - с выходом делительного устройства, входы которого соединены с соответствующими выходами функциональных преобразователей и с соответствующими входами второго устройства сравнения, выход которого соединен с входом второго масштабного преобразователя, причем катод фотодиода соединен с вторыми выводами резисторов. It is also known a device [3] containing a photodiode, the anode of which is connected to the input of the first switch and to the input of the first scale converter, the output of which is connected to the second switch, each of the two outputs of which is connected to the corresponding functional converter, the outputs of which are connected to the error measurement unit, the first output of which is connected to the input of the second scale converter, and the second output is connected to the control input of the second scale converter, and two resistors, each of which is connected to the corresponding output of the first switch, and the error measurement unit is made in the form of two comparison devices, a dividing device and a reference voltage source, the output of which is connected to one input of the first comparison device, the output of which is connected to the control input of the second scale converter, and another input - with the output of the dividing device, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the functional converters and to the corresponding inputs of the second a comparator, whose output is connected to the input of the second scale converter, the cathode of the photodiode is connected to the second terminals of resistors.
Схема этого устройства позволяет для компенсации влияния временного старения и температуры на коэффициент преобразования фотодиода изменять коэффициент передачи второго масштабного преобразователя напряжением, поступающим с выхода первого устройства сравнения. Это напряжение формируется посредством деления напряжений, поступающих с функциональных преобразователей. Благодаря этому устройство позволяет линеаризовать световую характеристику фотодиода и повысить точность измерений при влиянии таких дестабилизирующих факторов, как старение и температура. The scheme of this device allows to compensate for the effect of temporary aging and temperature on the conversion coefficient of the photodiode to change the transmission coefficient of the second scale converter with the voltage coming from the output of the first comparison device. This voltage is formed by dividing the voltages coming from the functional converters. Due to this, the device allows to linearize the light characteristic of the photodiode and increase the accuracy of measurements under the influence of such destabilizing factors as aging and temperature.
Недостатком этого устройства является ограниченная точность температурной стабилизации чувствительности фотоприемника и низкое быстродействие т.к. схема сохраняет работоспособность при медленно изменяющемся лучистом потоке, и считывание сигнала происходит после полного цикла коммутаций резисторов и функциональных преобразователей, кроме того, при работе устройства не учитывается аддитивная составляющая при формировании напряжения, управляющего коэффициентом передачи второго масштабного преобразователя, что приводит к дополнительной погрешности термокомпенсации. The disadvantage of this device is the limited accuracy of temperature stabilization of the sensitivity of the photodetector and low speed since the circuit maintains operability with a slowly changing radiant flux, and the signal is read after a full cycle of switching resistors and functional converters, in addition, when the device is in operation, the additive component is not taken into account when generating a voltage that controls the transmission coefficient of the second large-scale converter, which leads to additional thermal compensation error.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство [4], содержащее фотодиод, интегратор фототока, состоящий из повторителя напряжения и накопительной емкости, электронный переключатель, вход которого соединен с генератором разрядного тока, а выходы - соответственно с нулевой шиной и входом интегратора фототока, выход которого через компаратор соединен с устройством управления переключателями, причем в него дополнительно введены преобразователь напряжения в ток с коэффициентом преобразования, пропорциональным температурному коэффициенту спектральной чувствительности фотодиода, генератор измерительного тока и два электронных переключателя, вход первого из которых соединен с одним электродом фотодиода, а выходы - с входом интегратора фототока и нулевой шиной соответственно, вход второго - с другим электродом фотодиода и входом преобразователя напряжения в ток, а выходы подключены к выходу интегратора фототока и генератору измерительного тока соответственно, выход преобразователя напряжения в ток соединен с выходом генератора разрядного тока. Closest to the proposed device is [4], which contains a photodiode, a photocurrent integrator, consisting of a voltage follower and storage capacitance, an electronic switch whose input is connected to a discharge current generator, and the outputs, respectively, with a zero bus and a photocurrent integrator input, the output of which is through the comparator is connected to the switch control device, and a voltage to current converter with a conversion coefficient proportional to the temperature coefficient is additionally introduced into it the spectral sensitivity of the photodiode, a measuring current generator and two electronic switches, the input of the first of which is connected to one electrode of the photodiode, and the outputs to the input of the photocurrent integrator and zero bus, respectively, the input of the second to the other electrode of the photodiode and the input of the voltage to current converter, and the outputs are connected to the output of the photocurrent integrator and the measuring current generator, respectively, the output of the voltage-to-current converter is connected to the output of the discharge current generator.
Схема этого устройства позволяет повысить точность измерения энергии регистрируемого излучения путем учета температурной зависимости чувствительности фотодиода, так как в устройстве сам фотодиод является датчиком температуры, формирующим сигнал компенсационного воздействия. The scheme of this device allows to increase the accuracy of measuring the energy of the detected radiation by taking into account the temperature dependence of the sensitivity of the photodiode, since in the device the photodiode itself is a temperature sensor that generates a signal of the compensation effect.
Реализация исключения влияния температурной зависимости чувствительности фотодиода на результат измерения в этом устройстве обеспечивается за счет применения интегратора и метода двойного интегрирования, требующего для одного измерения некоторого фиксированного времени интегрирования, в течение которого на вход интегратора поступает измеряемый сигнал, и времени с момента подключения к источнику опорного тока обратной полярности до момента перехода сигнала через "0", фиксируемого компаратором. Таким образом, реализация этого принципа приводит к ограничению быстродействия устройства из-за необходимости завершения измерения только спустя промежутку времени, равному сумме времен заряда и разряда интегрирующей емкости. Кроме того, необходимость применения интегратора, компаратора, источника опорного тока и переключателей приводит к усложнению устройства и, следовательно, снижению его надежности. The implementation of the elimination of the influence of the temperature dependence of the sensitivity of the photodiode on the measurement result in this device is ensured by the use of an integrator and a double integration method, which requires a fixed integration time for one measurement, during which the measured signal is input to the integrator, and the time from the moment of connection to the reference source reverse polarity current until the signal passes through "0", fixed by the comparator. Thus, the implementation of this principle leads to a limited performance of the device due to the need to complete the measurement only after a period of time equal to the sum of the times of charge and discharge of the integrating capacitance. In addition, the need to use an integrator, comparator, a reference current source and switches leads to a complication of the device and, therefore, a decrease in its reliability.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение быстродействия и надежности при одновременном упрощении и сохранении точности. The task of the invention is to increase speed and reliability while simplifying and maintaining accuracy.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее фотодиод, переключатели, генератор измерительного тока, повторитель напряжения и устройство управления переключателями, дополнительно введены устройство выборки-хранения и блок деления, один из электродов фотодиода подключен к общей шине, а второй - ко входу повторителя напряжения и входу переключателя, выход которого соединен с генератором измерительного тока, а выход повторителя напряжения соединен со входами устройства выборки-хранения и другого переключателя, выход которого соединен с блоком деления, при этом выход устройства выборки-хранения соединен со вторым входом блока деления, а управляющий вход устройства выборки-хранения соединен с устройством управления переключателями, к которому также подсоединены переключатели. The task is achieved in that a device containing a photodiode, switches, a measuring current generator, a voltage follower and a switch control device additionally includes a sampling-storage device and a division unit, one of the electrodes of the photodiode is connected to a common bus, and the second to the input of the repeater voltage and the input of the switch, the output of which is connected to the measuring current generator, and the output of the voltage follower is connected to the inputs of the sample-storage device and another switch, the output is connected to the dividing block, the output of sample and hold devices connected to the second input divider and the control input of the sample-store unit is connected to the switch control device to which are also connected switches.
Предлагаемая схема позволяет обеспечить более высокое быстродействие и надежность при одновременном упрощении и сохранении точности. Устройство выборки-хранения позволяет запомнить и хранить напряжение, соответствующее величине температурного воздействия на фотодиод, а блок деления позволяет удерживать коэффициент чувствительности фотодиода неизменным при изменении температуры за счет операции деления на напряжение, пропорциональное температурной зависимости чувствительности этого фотодиода. Устройство выборки-хранения и блок деления позволяют сформировать термокомпенсационное воздействие, направленное на стабилизацию зависимости чувствительности фотодиода при изменении его температуры при значительном упрощении устройства в целом и, следовательно, повышении надежности. В отличие от известного устройства, новые элементы и схема их включения не требуют времени, затрачиваемого на двойное интегрирование, которое используется в известном устройстве для исключения влияния температуры. В то же время в предлагаемом устройстве сохраняется принцип формирования термокомпенсационного воздействия на зависимость чувствительности фотодиода, когда датчиком температуры является этот же фотодиод. The proposed scheme allows for higher performance and reliability while simplifying and maintaining accuracy. The sampling-storage device allows you to remember and store the voltage corresponding to the magnitude of the temperature effect on the photodiode, and the division unit allows you to keep the sensitivity coefficient of the photodiode unchanged when the temperature changes due to the division by voltage, proportional to the temperature dependence of the sensitivity of this photodiode. The sampling-storage device and the division unit allow the formation of a thermal compensation effect, aimed at stabilizing the dependence of the sensitivity of the photodiode when its temperature changes with a significant simplification of the device as a whole and, therefore, increasing reliability. In contrast to the known device, the new elements and the circuit of their inclusion do not require time spent on double integration, which is used in the known device to eliminate the influence of temperature. At the same time, the proposed device retains the principle of the formation of a thermal compensation effect on the dependence of the sensitivity of the photodiode when the temperature sensor is the same photodiode.
Существенное отличие в работе предлагаемого устройства заключается в том, что новыми элементами и новой схемой включения обеспечивается исключение влияния температурной зависимости чувствительности фотодиода на фотометрические измерения без затрат времени на двойное интегрирование, что делает измерения практически мгновенными. Кроме того, сокращение количества переключателей, интегратора и генератора разрядного тока упрощает устройство и повышает его надежность. A significant difference in the operation of the proposed device is that new elements and a new switching circuit ensure that the temperature dependence of the sensitivity of the photodiode on photometric measurements is eliminated without the need for time for double integration, which makes the measurements almost instant. In addition, reducing the number of switches, integrator and discharge current generator simplifies the device and increases its reliability.
На чертеже представлена функциональная схема импульсного фотометрического устройства. The drawing shows a functional diagram of a pulsed photometric device.
Импульсное фотометрическое устройство содержит фотодиод 1, одним из электродов подключенный к общей шине, а вторым - ко входу повторителя напряжения 3 и входу переключателя 2, выход которого соединен с генератором измерительного тока 4, а выход повторителя напряжения 3 соединен со входами устройства выборки-хранения 5 и переключателя 6, выход которого соединен с блоком деления 7, при этом выход устройства выборки-хранения 5 соединен со вторым входом блока деления 7, а управляющий вход устройства выборки-хранения соединен с устройством управления переключателями 8, к которому также подсоединены переключатели. The pulse photometric device contains a photodiode 1, one of the electrodes connected to a common bus, and the second to the input of the voltage follower 3 and the input of switch 2, the output of which is connected to the measuring current generator 4, and the output of the voltage follower 3 is connected to the inputs of the sample-storage device 5 and a switch 6, the output of which is connected to the division unit 7, while the output of the sample-storage device 5 is connected to the second input of the division unit 7, and the control input of the sample-storage device is connected to the control device switches 8, to which the switches are also connected.
Импульсное фотометрическое устройство работает следующим образом. Pulse photometric device operates as follows.
В исходном состоянии фотодиод 1 ключом 2 подключен к генератору измерительного тока 4, а ключ 6 разомкнут. Через фотодиод 1 начинает протекать ток в прямом направлении, при этом пропорциональное температуре падение напряжения на фотодиоде 1 через повторитель напряжения 3 подается на устройство выборки-хранения 5, которым считывается, запоминается и масштабируется в напряжение, пропорциональное температурному коэффициенту чувствительности фотодиода. С выхода устройства выборки-хранения напряжение подается на вход блока деления 7. Одновременно с воздействием на фотодиод 1 импульса излучения на устройство управления ключами 8 поступает импульс запуска, который приводит к отключению ключа 2 и включает ключ 6, которым выход повторителя напряжения 3 подключается ко второму входу блока деления 7. При этом на блок деления одновременно поступают сигналы, пропорциональные фототоку и температуре фотодиода 1. Деление напряжения, пропорционального фототоку, на напряжение, пропорциональное температурному коэффициенту чувствительности фотодиода, позволяет обеспечить неизменную чувствительность фотодиода при изменении его температуры. In the initial state, the photodiode 1 with a key 2 is connected to the measuring current generator 4, and the key 6 is open. A current begins to flow through the photodiode 1 in the forward direction, while the voltage-proportional voltage drop across the photodiode 1 through the voltage follower 3 is supplied to the sample-storage device 5, which is read, stored and scaled to a voltage proportional to the temperature coefficient of sensitivity of the photodiode. From the output of the sample-storage device, the voltage is supplied to the input of the division unit 7. Simultaneously with the action of a radiation pulse on the photodiode 1, a start pulse is received to the key control device 8, which turns off the key 2 and turns on the key 6, by which the output of voltage follower 3 is connected to the second the input of the division unit 7. In this case, signals proportional to the photocurrent and the temperature of photodiode 1 are simultaneously transmitted to the division unit. The division of the voltage proportional to the photocurrent by the voltage proportional to the temperature The natural sensitivity coefficient of the photodiode allows us to provide a constant sensitivity of the photodiode when its temperature changes.
Таким образом, в предлагаемом устройстве достигнуто повышение быстродействия за счет исключения времени на операцию двойного интегрирования, повышена надежность за счет упрощения устройства путем исключения из устройства переключателя, интегратора, компаратора, генератора разрядного тока, преобразователя напряжения в ток и замены переключателей ключами при одновременном сохранении точности, достигнутым за счет того, что исключение влияния температурной зависимости чувствительности фотодиода на результат фотометрического измерения обеспечивается сигналом, снимаемым с самого фотодиода. Thus, in the proposed device, an increase in speed is achieved by eliminating the time for the double integration operation, reliability is improved due to the simplification of the device by eliminating the switch, integrator, comparator, discharge current generator, voltage-to-current converter and replacing the switches with keys, while maintaining accuracy achieved due to the fact that the exclusion of the influence of the temperature dependence of the sensitivity of the photodiode on the photometric result is measured The signal is provided by a signal taken from the photodiode itself.
Использование новых элементов - устройства выборки-хранения и блока деления, а также новой схемы включения позволили увеличить быстродействие до времени, определяемого постоянной времени самого фотодиода, и упростить устройство в целом, при этом погрешность, обусловленная температурной зависимостью чувствительности фотодиода в диапазоне температур (-30 - +60)oC, не превышает (0,2-0,3)%.The use of new elements - a sampling-storage device and a division unit, as well as a new switching circuit made it possible to increase the speed up to the time determined by the time constant of the photodiode itself and simplify the device as a whole, while the error due to the temperature dependence of the sensitivity of the photodiode in the temperature range (-30 - +60) o C, does not exceed (0.2-0.3)%.
Источники информации
1. Авт. св. СССР 207704, М.кл. G 01 J 1/44, 1997 г., БИ 25.Sources of information
1. Auth. St. USSR 207704, M.C. G 01 J 1/44, 1997, BI 25.
2. Метод компенсации температурного дрейфа фотоприемника. ПТЭ 1, 1988 г, с.174-176. 2. The method of compensating for the temperature drift of the photodetector. PTE 1, 1988, p. 174-176.
3. Авт. св. СССР 960545, М.кл. G 01 J 1/44, 1982 г., БИ 35. 3. Auth. St. USSR 960545, M.cl. G 01 J 1/44, 1982, BI 35.
4. Авт. св. СССР 1345064, М.кл. G 01 J 1/44, 1987 г., БИ 38. 4. Auth. St. USSR 1345064, M.cl. G 01 J 1/44, 1987, BI 38.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001111187/28A RU2194252C1 (en) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | Device for carrying out photometric measurements in pulsating mode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001111187/28A RU2194252C1 (en) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | Device for carrying out photometric measurements in pulsating mode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2194252C1 true RU2194252C1 (en) | 2002-12-10 |
Family
ID=20248886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001111187/28A RU2194252C1 (en) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | Device for carrying out photometric measurements in pulsating mode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2194252C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462693C2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-09-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Pyrometer |
| RU2492433C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Photometric device |
-
2001
- 2001-04-23 RU RU2001111187/28A patent/RU2194252C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462693C2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-09-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Pyrometer |
| RU2492433C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Photometric device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111174810B (en) | High-precision IF conversion module applied to inertial navigation system | |
| US20210003904A1 (en) | Photonics stabilization circuitry | |
| KR20220027815A (en) | Temperature measuring circuit, temperature and optical measuring circuit, temperature measuring method and temperature and optical measuring method | |
| RU2194252C1 (en) | Device for carrying out photometric measurements in pulsating mode | |
| CN114674427A (en) | Light sensing device capable of eliminating dark current | |
| RU2404412C2 (en) | Pulsed photometric device | |
| US3842349A (en) | Automatic ac/dc rms comparator | |
| RU2800159C1 (en) | Light receiver | |
| SU1538059A1 (en) | Photometer | |
| SU1696894A1 (en) | Photometer | |
| CN215498900U (en) | Self-calibration variable gain amplification circuit | |
| SU1345064A1 (en) | Pulse photometer | |
| SU1187185A1 (en) | Optronic analog converter | |
| SU794585A1 (en) | Automatic exposure metering device | |
| SU1260862A1 (en) | Charge electromagnetic transducer | |
| SU1717965A1 (en) | Light source | |
| SU1589074A1 (en) | Photodetector | |
| KR790001827Y1 (en) | Temperature measurement device | |
| SU1193590A1 (en) | Optronic analog voltage converter | |
| RU2065585C1 (en) | Double-beam photometer | |
| SU1430763A1 (en) | Photometer | |
| SU1122899A1 (en) | Method and device for registering radiation by means of photodiode | |
| SU661357A1 (en) | Autocompensator | |
| SU1293501A2 (en) | Device for registering radiation | |
| JP5190969B2 (en) | Voltage multiplier circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060424 |