RU2235351C1 - Device for thermostatting photo-sensitive element - Google Patents
Device for thermostatting photo-sensitive element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235351C1 RU2235351C1 RU2003116853/28A RU2003116853A RU2235351C1 RU 2235351 C1 RU2235351 C1 RU 2235351C1 RU 2003116853/28 A RU2003116853/28 A RU 2003116853/28A RU 2003116853 A RU2003116853 A RU 2003116853A RU 2235351 C1 RU2235351 C1 RU 2235351C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- input
- voltage
- output
- photosensitive element
- Prior art date
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам стабилизации температуры фотоэлемента приемника лучистой энергии, и может быть использовано для термостатирования фоточувствительных элементов в оптико-электронных приборах, например фотометрических устройствах, пирометрах и оптических датчиках.The invention relates to automation, in particular to devices for stabilizing the temperature of a photocell of a radiant energy receiver, and can be used for thermostating of photosensitive elements in optoelectronic devices, for example photometric devices, pyrometers and optical sensors.
Известно устройство [1], содержащее фотодиод, включенный в фотогальваническом режиме и преобразователь ток-напряжение, выполненный на основе прецизионного операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью. Фотодиод и резистор обратной связи помещены в термостат и находятся в тепловом контакте с нагревателем и датчиком температуры термостата. Один из электродов фотодиода подключен к общей шине, а второй - ко входу преобразователя ток-напряжение и входу резисторов обратной связи, выход обратной связи соединен с выходом преобразователя ток-напряжение. Выход датчика температуры термостата подключен ко входу источника опорного напряжения и усилителю пропорционального регулятора, выход которого соединен со входом нагревателя.A device [1] is known, which contains a photodiode included in the photovoltaic mode and a current-voltage converter made on the basis of a precision operational amplifier covered by negative feedback. The photodiode and feedback resistor are placed in a thermostat and are in thermal contact with the heater and the thermostat temperature sensor. One of the electrodes of the photodiode is connected to a common bus, and the second to the input of the current-voltage converter and the input of feedback resistors, the feedback output is connected to the output of the current-voltage converter. The output of the thermostat temperature sensor is connected to the input of the reference voltage source and to the proportional controller amplifier, the output of which is connected to the heater input.
Недостатком данного устройства является то, что устройство содержит дополнительный транзистор, используемый как датчик температуры, кроме того, возникающий градиент температуры между фотодиодом и датчиком температуры приводит к понижению точности поддержания температуры термостабилизации фоточувствительного элемента.The disadvantage of this device is that the device contains an additional transistor used as a temperature sensor, in addition, the resulting temperature gradient between the photodiode and the temperature sensor reduces the accuracy of maintaining the temperature of thermostabilization of the photosensitive element.
Также известно устройство [2], содержащее фотодиод и операционный усилитель, снабженное дополнительным операционным усилителем, тремя резисторами, теплопроводящей подложкой, общей шиной и по меньшей мере тремя транзисторами. Один из транзисторов служит термодатчиком, а другие - нагревателями, расположенными вокруг фотодиода на теплопроводящей подложке, имеющей тепловой контакт со всеми элементами фотоприемника.It is also known a device [2], containing a photodiode and an operational amplifier, equipped with an additional operational amplifier, three resistors, a heat-conducting substrate, a common bus and at least three transistors. One of the transistors serves as a temperature sensor, and the other as heaters located around the photodiode on a heat-conducting substrate having thermal contact with all elements of the photodetector.
Недостатком этого устройства является также необходимость использования датчика температуры в виде транзистора и наличие градиента между фоточувствительным элементом и датчиком температуры термостатирования.The disadvantage of this device is the need to use a temperature sensor in the form of a transistor and the presence of a gradient between the photosensitive element and the temperature sensor.
Известно устройство [3], содержащее фоточувствительный элемент с оптическим окном, последовательно соединенные фоточувствительный элемент и усилитель, последовательно соединенные операционный усилитель и исполнительный элемент, а также задатчик температуры и импульсный источник излучения, причем задатчик температуры подключен к одному из входов усилителя, фоточувствительный элемент установлен на исполнительном элементе и оба они помещены в термостат, а импульсный источник излучения оптически связан с фоточувствительным элементом, причем в него дополнительно введены генератор импульсов и элемент памяти, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с другим входом операционного усилителя, выход генератора импульсов подключен к управляющим входам импульсного источника излучения и элемента памяти.A device [3] is known, comprising a photosensitive element with an optical window, a photosensitive element and an amplifier connected in series, an operational amplifier and an actuator connected in series, as well as a temperature controller and a pulsed radiation source, the temperature sensor being connected to one of the amplifier inputs, the photosensitive element is installed on the actuating element and both of them are placed in a thermostat, and the pulsed radiation source is optically coupled to the photosensitive element, moreover, a pulse generator and a memory element are added to it, the input of which is connected to the output of the amplifier, and the output is connected to another input of the operational amplifier, the output of the pulse generator is connected to the control inputs of the pulse radiation source and the memory element.
Это устройство позволяет упростить устройство и повысить точность термостатирования за счет исключения отдельного датчика температуры. Недостатком данного устройства является ограниченная точность термостатирования при наличии внешней засветки, что обусловлено изменением сопротивления фоточувствительного элемента, а также повышенное время выхода на рабочий режим термостатирования и усложнение устройства за счет необходимости применения импульсного источника излучения и генератора импульсов, подключенного к управляющим входам импульсного источника излучения и элемента памяти.This device allows you to simplify the device and improve the accuracy of thermostatting by eliminating a separate temperature sensor. The disadvantage of this device is the limited accuracy of thermostatting in the presence of external illumination, which is due to a change in the resistance of the photosensitive element, as well as an increased time for reaching the operating mode of thermostatting and the complexity of the device due to the need to use a pulsed radiation source and a pulse generator connected to the control inputs of a pulsed radiation source and memory element.
Известно также фотоприемное устройство [4], содержащее фоторезистор, подключенный к инвертирующему входу усилителя, выход которого соединен со входом цепи усреднения, включенной на вход функционального преобразователя, выход которого соединен с неинвертирующим входом усилителя, между инвертирующим входом усилителя и выходом цепи усреднения включен резистор, а второй выход фоторезистора подключен к общей точке источника питания.A photodetector [4] is also known, which contains a photoresistor connected to an inverting input of an amplifier, the output of which is connected to an input of an averaging circuit connected to the input of a functional converter, the output of which is connected to a non-inverting input of an amplifier, and a resistor is connected between the inverting input of the amplifier and the output of the averaging circuit and the second output of the photoresistor is connected to a common point of the power source.
В этом устройстве датчиком температуры, формирующим термокомпенсационное воздействие, является сам фоточувствительный элемент, что повышает точность и упрощает устройство. Недостатком этого устройства является то, что при этом не исключаются погрешности, вызванные температурными изменениями спектральной чувствительности, которые можно уменьшить только термостатированием.In this device, the temperature sensor that forms the thermal compensation effect is the photosensitive element itself, which increases accuracy and simplifies the device. The disadvantage of this device is that it does not exclude errors caused by temperature changes in spectral sensitivity, which can only be reduced by temperature control.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство [5], содержащее термостат с оптическим окном, последовательно соединенные фоточувствительный элемент и измерительный усилитель, последовательно соединенные усилитель и исполнительный элемент и задатчик температуры и импульсный источник излучения, причем задатчик температуры подключен к одному из входов суммирующего усилителя, фоточувствительный элемент установлен на исполнительном элементе и оба они помещены в термостат, а импульсный источник излучения оптически связан с фоточувствительным элементом, а также генератор импульсов и первый элемент памяти, вход которого соединен с выходом измерительного усилителя, выход генератора импульсов подключен к управляющим входам импульсного источника излучения и первого элемента памяти, кроме того, оно содержит последовательно соединенные второй элемент памяти, входом соединенный с входом первого элемента памяти, и блок смещения постоянной составляющей информационного сигнала, подключенный выходом к входу коррекции нуля измерительного усилителя, а также инвертирующий усилитель, включенный между выходом первого элемента памяти и другим входом суммирующего усилителя, причем управляющие входы первого и второго элементов памяти подключены к выходу генератора импульсов в противофазе.Closest to the proposed device is [5], comprising a thermostat with an optical window, a photosensitive element and a measuring amplifier connected in series, a amplifier and an actuator and a temperature set-up, and a pulsed radiation source connected in series, the temperature set being connected to one of the inputs of the summing amplifier, photosensitive the element is mounted on the actuator and both are placed in a thermostat, and the pulsed radiation source is optically coupled to the photocell The actual element, as well as the pulse generator and the first memory element, the input of which is connected to the output of the measuring amplifier, the output of the pulse generator is connected to the control inputs of the pulsed radiation source and the first memory element, in addition, it contains a second memory element connected in series with the input connected to the input the first memory element, and the block offset the DC component of the information signal, connected by the output to the input of the zero correction of the measuring amplifier, as well as inverting th amplifier connected between the output of the first memory element and another input of the summing amplifier, wherein the control inputs of the first and second memory elements connected to the output of the pulse generator in antiphase.
Это устройство позволяет повысить точность и стабильность термостатирования и обеспечивает уменьшение времени вхождения в рабочий режим за счет использования в качестве датчика температуры самого чувствительного элемента и использования дополнительного элемента памяти с блоком смещения постоянной составляющей информационного сигнала, однако недостатком данного устройства является наличие погрешности термостатирования при внешней засветке в период темновой паузы и усложнение устройства, связанное с необходимостью использования в устройстве импульсного источника излучения, генератора импульсов, двух элементов памяти, блока смещения постоянной составляющей и инвертирующего усилителя.This device allows to increase the accuracy and stability of thermostating and reduces the time it takes to enter the operating mode due to the use of the most sensitive element as a temperature sensor and the use of an additional memory element with an offset component of the DC component of the information signal, however, the disadvantage of this device is the presence of an error in thermostatting under external illumination during a dark pause and the complexity of the device associated with the need to use a pulsed light source device, the pulse generator, two memory elements, the bias block and the DC component of the inverting amplifier.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение устройства при сохранении точности термостатирования и времени вхождения в рабочий режим.The task of the invention is to simplify the device while maintaining the accuracy of thermostatting and time of entry into the operating mode.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее термостат с оптическим окном, фоточувствительный элемент, инвертирующий усилитель, последовательно соединенные суммирующий усилитель и исполнительный элемент и задатчик температуры, причем задатчик температуры подключен к одному из входов суммирующего усилителя, фоточувствительный элемент установлен на исполнительном элементе и оба они помещены в термостат, согласно изобретению дополнительно введены цепь усреднения и преобразователь напряжения в ток, при этом измерительный усилитель и цепь усреднения включены последовательно, а к выходу цепи усреднения подключены вход преобразователя напряжения в ток и вход суммирующего усилителя, причем выход преобразователя напряжения в ток включен на инвертирующий вход измерительного усилителя, к которому также подключен фоточувствительный элемент.This object is achieved in that in a device containing a thermostat with an optical window, a photosensitive element, an inverting amplifier, a summing amplifier and an actuating element and a temperature set connected in series, the temperature set being connected to one of the inputs of the summing amplifier, the photosensitive element is mounted on the actuating element and both of them are placed in a thermostat; according to the invention, an averaging circuit and a voltage-to-current converter are additionally introduced; The amplifier and the averaging circuit are connected in series, and the voltage-to-current converter input and the summing amplifier input are connected to the averaging circuit output, and the voltage-to-current converter output is connected to the inverting input of the measuring amplifier, to which a photosensitive element is also connected.
Цепь усреднения выполнена в виде фильтра нижних частот.The averaging circuit is made in the form of a low-pass filter.
На чертеже приведена функциональная схема устройства для термостатирования фоточувствительного элемента. Устройство состоит из термостата 1 с оптическим окном 2, в который помещен облучаемый модулированным лучистым потоком 3 фоточувствительный элемент 4 и находящийся с ним в состоянии теплового контакта исполнительный элемент (охладитель или нагреватель) 5, последовательно включенных измерительного усилителя 6 и цепи усреднения 7, к выходу цепи усреднения подключены вход преобразователя напряжения в ток 8 и вход суммирующего усилителя 9, ко второму входу которого подключен задатчик температуры 10, выход преобразователя напряжения в ток 8 включен на инвертирующий вход измерительного усилителя 6, к которому также подключен фоточувствительный элемент 4.The drawing shows a functional diagram of a device for thermostating a photosensitive element. The device consists of a thermostat 1 with an optical window 2, in which a photosensitive element 4 is irradiated with a modulated radiant flux 3 and an actuating element (cooler or heater) 5, which is connected with it in a state of thermal contact, is connected in series with a measuring amplifier 6 and an averaging circuit 7, to the output the averaging circuit is connected to the input of the voltage-to-current converter 8 and the input of the summing amplifier 9, to the second input of which a temperature controller 10 is connected, the output of the voltage-to-current converter 8 is turned on is connected to the inverting input of the measuring amplifier 6, to which the photosensitive element 4 is also connected.
Устройство для термостатирования фоточувствительного элемента работает следующим образом.A device for thermostating a photosensitive element operates as follows.
В отсутствие облучения фоточувствительного элемента 4 на входе измерительного усилителя 6 и последовательно включенной цепи усреднения будет присутствовать электрический сигнал, соответствующий величине сопротивления фоточувствительного элемента, определяемой его температурой. Выходной сигнал цепи усреднения при помощи суммирующего усилителя 9 сравнивается со значением задатчика температуры 10 и в зависимости от разбаланса производится при помощи исполнительного элемента 5 нагрев или охлаждение фоточувствительного элемента до температуры термостатирования, которая далее будет поддерживаться на заданном уровне. Одновременно при помощи преобразователя напряжения в ток 8 будет производиться смещение постоянной составляющей на входе измерительного усилителя 6, что обеспечит удержание его выходного сигнала вблизи нуля.In the absence of irradiation of the photosensitive element 4, an electric signal corresponding to the resistance value of the photosensitive element determined by its temperature will be present at the input of the measuring amplifier 6 and the series-connected averaging circuit. The output signal of the averaging circuit with the help of a summing amplifier 9 is compared with the value of the temperature adjuster 10 and, depending on the imbalance, the photosensitive element is heated or cooled to the thermostating temperature using the actuating element 5, which will be further maintained at a given level. At the same time, using a voltage to current converter 8, a constant component will be displaced at the input of the measuring amplifier 6, which will ensure that its output signal is kept near zero.
При облучении фоточувствительного элемента 4 модулированным лучистым потоком 3 на выходе усилителя 6 будет переменное напряжение, пропорциональное интенсивности лучистого потока, но на выходе цепи усреднения 7 оно останется неизменным, так как среднее значение периодического переменного напряжения за период равно нулю и выходной сигнал на выходе цепи усреднения, следовательно, и температура термостатирования будут поддерживаться на уровне, определяемом величиной сопротивления фоточувствительного слоя, зависящей от его температуры.When the photosensitive element 4 is irradiated, the modulated radiant flux 3 at the output of the amplifier 6 will have an alternating voltage proportional to the intensity of the radiant flux, but it will remain unchanged at the output of the averaging circuit 7, since the average value of the periodic alternating voltage for the period is zero and the output signal at the output of the averaging circuit therefore, the temperature of the thermostating will be maintained at a level determined by the value of the resistance of the photosensitive layer, depending on its temperature.
Использование новых элементов: цепи усреднения и преобразователя напряжения в ток, работа которых основана на известных принципах (см., например, кн. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М.: “Энергия”, 1972, стр.48-51 и кн. Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство. Пер. с англ. - М.: “Мир”, 1985, стр.283-285), при их соединении по предлагаемой схеме позволяет при сохранении точности термостатирования фоточувствительного элемента и времени вхождения в рабочий режим существенно упростить устройство. Цепь усреднения обеспечивает отделение медленно изменяющейся составляющей электрического сигнала, связанной с изменением сопротивления фоточувствительного элемента под действием температуры среды от регистрируемого фоточувствительным элементом периодичного сигнала, вызванного модулируемым лучистым потоком. При этом через преобразователь напряжение-ток производится смещение постоянной составляющей на входе измерительного усилителя, что приводит к привязке сигнала на входе этого усилителя к нулевому уровню. Одновременно с выхода цепи усреднения сигнал о величине сопротивления чувствительного слоя, определяемой его температурой, сравнивается на суммирующем усилителе со значением задатчика и в зависимости от разбаланса производится при помощи исполнительного элемента нагрев или охлаждение фоточувствительного элемента до заданной температуры термостатирования.The use of new elements: averaging circuits and a voltage-to-current converter, the operation of which is based on well-known principles (see, for example, Prince G. Ya. Hardware determination of the characteristics of random processes. M.: “Energy”, 1972, p. 48- 51 and Prince Lenk J. Electronic Circuits: A Practical Guide, Translated from English - Moscow: Mir, 1985, pp. 283-285), when connected according to the proposed scheme, it allows, while maintaining the accuracy of thermostating of the photosensitive element and time entering the operating mode greatly simplify the device. The averaging circuit separates the slowly varying component of the electrical signal associated with a change in the resistance of the photosensitive element under the influence of the medium temperature from the periodic signal recorded by the photosensitive element caused by a modulated radiant flux. In this case, through the voltage-current converter, the DC component is displaced at the input of the measuring amplifier, which leads to the binding of the signal at the input of this amplifier to a zero level. Simultaneously with the output of the averaging circuit, the signal about the resistance value of the sensitive layer, determined by its temperature, is compared on a summing amplifier with the value of the setpoint and, depending on the imbalance, the photosensitive element is heated or cooled to the preset thermostating temperature using the actuating element.
Таким образом, в предлагаемом устройстве благодаря новым элементам: цепи усреднения и преобразователю напряжения в ток и схеме их включения достигнуто упрощение известного устройства за счет исключения двух элементов памяти, импульсного источника излучения, генератора импульсов, блока смещения постоянной составляющей, инвертирующего усилителя и схемы их включения при сохранении точности термостатирования за счет использования в устройстве в качестве датчика температуры самого фоточувствительного элемента и сохранении времени вхождения в рабочий режим за счет применения преобразователя напряжения в ток и схемы его включения.Thus, in the proposed device, thanks to new elements: an averaging circuit and a voltage-to-current converter and their switching circuit, a simplification of the known device is achieved by eliminating two memory elements, a pulsed radiation source, a pulse generator, a DC bias unit, an inverting amplifier and their switching circuit while maintaining the accuracy of thermostating due to the use in the device as a temperature sensor of the photosensitive element itself and saving the input time Denia into operation by applying current to voltage converter and switching circuits.
Источники информацииSources of information
1. Широкоапертурный прецизионный фотоприемник. ПТЭ, №1, 1999 г., с.101-104.1. Wide-aperture precision photodetector. PTE, No. 1, 1999, pp. 101-104.
2. АС СССР №1229591, БИ №17, 1986 г., М. кл. G 05 D 23/30.2. AS of the USSR No. 1229591, BI No. 17, 1986, M. cl. G 05 D 23/30.
3. АС СССР №1293715, БИ №8, 1987 г., М. кл. G 05 D 23/30.3. AS of the USSR No. 1293715, BI No. 8, 1987, M. cl. G 05 D 23/30.
4. Свидетельство на полезную модель №27220, БИ №1, 2003 г., М. кл. G 01 J 1/44.4. Certificate for utility model No. 27220, BI No. 1, 2003, M. cl. G 01 J 1/44.
5. АС СССР №1836668, БИ №31, 1993., М. кл. G 05 D 23/30.5. USSR AS No. 1836668, BI No. 31, 1993., M. cl. G 05 D 23/30.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003116853/28A RU2235351C1 (en) | 2003-06-05 | 2003-06-05 | Device for thermostatting photo-sensitive element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003116853/28A RU2235351C1 (en) | 2003-06-05 | 2003-06-05 | Device for thermostatting photo-sensitive element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2235351C1 true RU2235351C1 (en) | 2004-08-27 |
| RU2003116853A RU2003116853A (en) | 2004-12-20 |
Family
ID=33414541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003116853/28A RU2235351C1 (en) | 2003-06-05 | 2003-06-05 | Device for thermostatting photo-sensitive element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2235351C1 (en) |
-
2003
- 2003-06-05 RU RU2003116853/28A patent/RU2235351C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| PL180751B1 (en) | Method of compensating measured value obtained from a turbidity sensor | |
| JP6412669B2 (en) | Light emitting / receiving device and compensation method for light emitting / receiving device | |
| JP2022551698A (en) | Photoconductor readout circuit | |
| KR102603955B1 (en) | Electronic assembly, optical gas sensor including electronic assembly, method for combining and measuring photocurrent and temperature using electronic assembly | |
| RU2235351C1 (en) | Device for thermostatting photo-sensitive element | |
| CN100465594C (en) | Electronic calibrating thermal electron-releasing radiometer with ultraviolet reinforcing | |
| CA2033329A1 (en) | Precision temperature sensor | |
| WO2013116585A1 (en) | Turbidity sensor with low signal amplification | |
| RU2210099C2 (en) | Device for thermostattings of photodetector | |
| RU2404412C2 (en) | Pulsed photometric device | |
| SU1434275A1 (en) | Photometric device | |
| JPS5942669Y2 (en) | Brightness characteristic compensation circuit for light source lamps | |
| JPH051991B2 (en) | ||
| JPS58166226A (en) | Photoelectric transducer | |
| JP2023512586A (en) | Temperature detection with differential dual detector | |
| SU911173A1 (en) | Photosensor | |
| SU447575A1 (en) | Illuminance recorder | |
| JP2532450B2 (en) | Semiconductor laser equipment | |
| SU1237917A1 (en) | Device or measuring spectral absorption ability of electroconductive materials | |
| JP2548732Y2 (en) | Isothermal control calorimeter | |
| JP2005147935A (en) | Temperature calibration method, and device using the same | |
| KR930004671Y1 (en) | Muddiness perception circuit in fuzzy washing machine | |
| RU1803748C (en) | Device for measurement of flux of radiant energy | |
| US20200413507A1 (en) | Led light measurement | |
| Watne et al. | A Very Inexpensive Temperature Monitor for Flameless Atomic Absorption Apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070606 |