SU1404840A1 - Фотометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к фото.метрии и предназначено дл  из.мерени  интенсивности стационарных световых потоков в широком динамическом диапазоне. Цель - увеличение быстродействи  фотометра при низких уровн х освещенности. Фотометр содержит фотодиод 1, включенный в цепь отрицательной обратной св зи усилител  2 и работающий в режиме накоплени  зар да. К инвертирующему входу усилител  2 через коммутирующий элемент 6, управл емый од- новибратором 5, подключаетс  либо образцовый источник 7 напр жени  дл  зар да барьерной емкости фотодиода, либо генератор 8 компенсирующего тока дл  компенсации темнового тока фотодиода. Под действием светового потока происходит линейный разр д емкости фотодиода 1, что приводит к возрастанию напр жени  на выходе усилител  2. Это напр жение сравниваетс  компаратором 3 с линейно спадаюп1им напр жением генератора 4. .омент равенства этих напр жений фиксируетс  компаратором 3, импульс с выхода которого запускает одновибратор 5. После этого производитс  повторный зар д барьерной емкости фотодиода 1. и цикл работы устройства повтор етс . Период сле.аовани  импульсов на выходе одновибратора определ етс  интегральной освещенностью фотодиода 1. 1 1L4. Ш (Л

Description

4 О 4

00

Изобретение относитс  к фотометрии и предназначено дл  измерени  интенсивности стационарных световых потоков в широком динамическом диапазоне.

Цель изобретени  - увеличение быстродействи  фотометра при низких уровн х осве ценности.

На чертеже приведена функциональна  схема фотометра.

Фотометр содержит фотодиод 1, катод которого соединен с инвертирующим входом усилител  2, а анод - с выходо.м усилител  2 и с ин.вертирующи.м входом компаратора 3, неинвертирующий вход компаратора 3 соединен с выходом генератора 4 линейно спадающего напр жени , а выход соединен с входом одновибратора 5, выход одновибратора 5 соединен с входом генератора 4 линейно спадающего напр жени  и входом управлени  коммутирующего элемента 6, первый коммутируемый вход ко- горО|-о соединен с положительным выводом образцового источника 7 напр жени , второй - с выходо.м генератора 8 компенсирующего тока, выход коммутирующего элемента 6 соеди 1ен с инвертирующим FXO- дом усилител  2 и с катодом фотодиода 1 при этом неинвертируюн ий вход усилител  2 подколочен к тине нулевого потенциала.

Генератор 4 линейно спадающего напр жени  может быть выгюлнен либо цифровым способом на основе реверсивного двоичного счетчика, к выходу которого нодклю- чсп) иифроаналоговый преобразователь, либо аналоговым способом по любой известной схеме, имеющей вход синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

В момент включени  фотометра одновиб- 5 вырабатывает фиксированный по , . ктельности импульс, который поступает Мс уг равл ющий вход коммутирующего эле- .:С Нта 6. Ком.мутирующий э.пемент 6 подключает инвертирующий вход усилител  2 к положительному выводу образцового источника 7 напр жени  и на выходе усилител  2 устанавливаетс  отрицательное напр жение , которое вызывает зар д барьерной емкости фотодиода 1. По окончании имг:ульса одновибратора 5 производитс  запуск генератора 4 линейно спадающего напр жени  и коммутирующий элемент 6 подключает к инвертирующему входу усилите- ;1  2 Генератор 8 ко.мпенсирующего тока.

Длительность импульса одновибратора 5 выбираетс  такой, чтобы полностью обеспечить зар д барьерной е.мкости фотодиода 1. В момент окончани  импульса одновибратора 5 барьерна  емкость фотодиода начинает разр жатьс  под действием фототока , вызванного падающим на фотодиод 1 световым потоком, а также и темповым током фотодиода 1. Одновременно с разр дом (фотодиода 1 производитс  одновременный

0

5

0

5

0

5

0

5

его подзар д генератором 8 током, равным величине темнового тока. Разность между темновы.м током фотодиода 1 и током генератора 8 определ ет уровень недокомпен- сации темнового тока.

По мере разр да барьерной емкости фотодиода 1 выходное напр жение усилител  2 возрастает, одновременно с ним напр жение на выходе генератора 4 линейно убывает . В момент, когда величины этих напр жений будут одинаковы, происходит переключение компаратора 3, сигнал с выхода которого запускает одновибратор 5 и цикл работы фотометра повтор етс . Дл  оценки быстродействи  фотометра при малых уровн х освещенности целесообразно рассматривать предельный режим работы, когда световое излучение полностью отсутствует. В этом случае, дл  известного фотометра, когда световой сигнал U,- сравниваетс  с посто нным опорным напр жением J, мак- си.мальный период следовани  импульсов с выхода одновибратора определ етс  скоростью нарастани  сигнала недокомпенсации и заканчиваетс  в момент достижени  напр жением недокомпенсации величины опорного напр жени . Кроме того, на работу устройства вли ет температурный дрейф параметров элементов системы, дробовьЕЙ и радиационный щумы фотодиода. Все эти возмущающие воздействи  вли ют на длительность максимального времени фотометри- ровани . В силу нестационарности возни- каюпаих воздействий максимальное врем  фотометрировани  измен етс  в пределах ТЧИУ,-Тмаш, при этом достоверность результатов измерени  гарантирована, если Ти , где Т: - врем  фотометрировани  известного фото.метра.

Дл  сравнени  быстродействи  предлагаемого устройства и известного врем  релаксации генератора линейной спадающе- rOi напр жени  выбираетс  равным ..«,., исход  из граничных условий работоспособности известного устройства. В этом случае, закон изменени  напр жени  на выходе генератора Uг линейно спадающего напр жени  описываетс  выражением

и. Uo,, Ц° + -р

I ИЧ

где U - начальное отрицательное напр жение на выходе усилител  после зар да е.мкости фотодиода; Т - врем  фотометрировани  предлагаемого устройства.

Напр жение на выходе усилите;1  определ етс  выражением

и,+ |U..|

Т-- U.|,

Запуск одновибратора производитс  в момент выполнени  равенства Uf Lv, или

MJi-li + т

-1(U.i) U(..;1

«UH1 МиЯ

отсюда

Т 1/2Т.И,,.

Следовательно, дл  худшего предельного случа  (отсутствие освещенности) при Т„ Тмии быстродействие предлагаемого устройства превышает быстродействие известного устройства в 2 раза.

С ростом уровн  освещенности разница в скорости фото.метрировани  обоих устройств сокращаетс . При макси.мальных услови х освещенности скорости фотометри- ровани  близки и определ ютс  временем разр да барьерной емкости фотодиода, быстродействием элементов устройства и временем релаксации одновибратора.

Дл  общего случа  соотнощение времен фотометрировани  известного Тп и предлагаемого Т устройств определ етс  выражением

Т„.Т.,.,

Дальнейшее уве.ичепие oijic i рп iru ji I .iiv. предлагаемого устройства может омп, .о стигнуто за счет уменынени  времени ро- лаксации генератора линейно спадакмцего напр жени , но это приводит к уменьшению разрешающей способности устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фотометр, содержан ий фотодиод, катод Q которого соединен с инвертирующим входом усилител , неинвертируюи ий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала , а выход - с анодом фотодиода и с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с входом одновибратора, 5 выход одновибратора подключен к управл ющему входу ко.ммутирующего элемента, первый и второй коммутируемые входы которого подключены соответственно к образцовому источнику напр жени  и к генератору компенсирующего тока, а выход - к катоду фотодиода, отличающийс  тем, что. с целью увеличени  быстродействи  фотометра при низких уровн х осве1ценности, в него введен генератор .1И11ейно сиадающе- го напр жени , выход которого соединен с 5 неинвертирующим входом компаратора, а вход - с выходом одновибратора.