Радиометр

 

Изобретение относится к технике измерения лучистой энергии и может быть использовано при измерениях параметров редко повторяющихся импульсов излучения . Цель изобретения - повышение эффективности регистрации излучения путем селективного отбора полезной информации с одновременным снижением верхней частоты дискретизации регистрируемого анаИзобретение относится к технике измерения лучистой энергии и может быть использовано при измерениях параметров редко повторяющихся импульсов излучения . Известен одноканальный радиометр, содержащий входную оптическую систему, модулятор, размещенный на валу двигателя с оптронной парой (фотодиодом), оптически . замыкающейся через отверстия в модуляторе , формирователь импульсов, включающий логового сигнала при сохранении быстродействия радиометра и точности измерений . Суть изобретения заключается в автоматическом изменении частоты опроса в процессе измерения амплитуды модулированного сигнала, пропорционального потоку оптического излучения, в зависимости от скорости изменения этой амплитуды (пропорционально скорости изменения)при преобразовании сигнала в цифровой код. Это позволяет исключить заполнение оперативной памяти регистратора радиометра, который может быть выполнен на базе ЭВМ, избыточной информацией при сохранении точности измерения во времени потока оптического излучения. Кроме того радиометр позволяет при исследовании, например, процессов типа выхода на режим при частоте опроса, значительно меньшей длительности процесса измерения, использовать меньший объем памяти при сохранении точности измерений, а также радиометр позволяет работать в ждущем режиме без заполнения оперативной памяти регистратора ненужной информацией. 4 ил. усилитель и триггер Шмидта, приемники излучения , предусилители, логарифмические усилители, синхронные выпрямители, RC- фильтры, согласующие каскады и регистратор . Модуляция измеряемого лучистого потока с последующим усилением полезного сигнала усилителем переменного тока обеспечивает высокую пороговую чувствительность радиометра. L О - (Л С ю со 4 О О

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 J 5/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4783312/25 (22) 16.01.90 (46) 30.03.92. Бюл. hh 12 (71) Научно-исследовательский институт прикладной химии (72) А.Н.Столяров, В.П.Коваленко и П.А.Та-. разанов (53) 536.5(088.8) (56) Крискунов Л.3. Справочник по приборам инфракрасной. техники. К.: Техника, 1980, с. 49 — 51, рис. 3.5.

Бирюков А.M. и др. Автоматизированный двухканальный спектрорадиометр,—

Оптико-механическая промышленность, 1986, М 8, с. 34-36. (54) РАДИОМЕТР (57) Изобретение относится к технике измерения лучистой энергии и может быть использовано при измерениях параметров редко повторяющихся импульсов излучения. Цель изобретения — повышение эффективности регистрации излучения путем селективного отбора полезной информации с одновременным снижением верхней частоты дискретизации регистрируемого анаИзобретение относится к технике измерения лучистой энергии и может быть использовано при измерениях параметров редко повторяющихся импульсов излучения.

Известен одноканальный радиометр, содержащий входную оптическую систему, модулятор, размещенный на валудвигателя с оптронной парой (фотодиодом), оптически, замыкающейся через отверстия в модуляторе, формирователь импульсов, включающий логового сигнала при сохранении быстродействия радиометра и точности измерений. Суть изобретения заключается в автоматическом изменении частоты опроса в процессе измерения амплитуды модулированного сигнала, пропорционального потоку оптического излучения, в зависимости от скорости изменения этой амплитуды (пропорционально скорости изменения) при преобразовании сигнала в цифровой код.

Это позволяет исключить заполнение оперативной памяти регистратора радиометра, который может быть выполнен на базе Э В М, избыточной информацией при сохранении точности измерения во времени потока оптического излучения. Кроме того радиометр позволяет при исследовании, например, процессов типа выхода на режим при частоте опроса, значительно меньшей длительности процесса измерения, использовать меньший объем памяти при сохранении точности измерений, а также радиометр позволяет работать в ждущем режиме без заполнения оперативной памяти регистратора ненужной информацией. 4 ил. усилитель и триггер Шмидта, приемники излучения, предусилители, логарифмические усилители, синхронные выпрямители, RCфильтры, согласующие каскады и регистратор.

Модуляция измеряемого лучистого потока с последующим .усилением полезного сигнала усилителем переменного тока обеспечивает высокую пороговую чувствительность радиометра.

1723460

Однако детектирование сигнала синхронным выпрямителем с последующей фильтрацией его RC-фильтром существенно снижает быстродействие радиометра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автоматизированный двухканальный спектрорадиометр, содержащий модулятор потока оптического излучения, выполненный в виде диска с основными отверстиями, расположенными равномерно по окружности с центром в центре вращения диска, жестко закрепленного на валу двигателя, и оптронной пары с формирователем импульсов, оптически замыкающейся через вспомогательные отверстия в диске, центры которых находятся на одинаковом расстоянии от оси вращения на продолжении радиусов, проходящих через центры основных отверстий, фотоприемное устройство в виде приемника излучения и предварительного усилителя, усилитель сигнала, генератор,блок сдвига синхроимпульсов, аналогоцифровой преобразователь (АЦП), регистр данных, регистр состояний внешнего устройства и регистратор, выполненный в виде

ЭВМ с оперативным запоминающим устройством.

Модуляция регистрируемого потока оптического излучения обеспечивает высокую пороговую чувствительность радиометра.

Использование ЭВМ для регистрации.и обработки моулированного сигнала, пропорционального потоку оптического излучения, с опросом при преобразовании его в цифровой код в максимумах и минимумах модулированного сигнала обеспечивает высокую точность и производительность измерений.

Однако запоминание в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) ЭВМ всех минимумов и максимумов модулированного сигнала ведет к нерациональному использованию объема памяти ОЗУ, что особенно существенно при регистрации повторяющихся импульсов процессов с большой скважностью (когда интервал времени между импульсами больше длительности им, пульса), а также при работе в автономных условиях в ждущем режиме, когда начало импульса и длительность его заранее неизвестны. В этих случаях ОЗУ при регистрации практически постоянных или слабо изменяющихся фоновых сигналов продолжает заполняться информацией с той же частотой, что и при регистрации быстро изменяющихся во времени сигналов.

Цель изобретения — повышение эффективности регистрации излучения путем селективности отбора полезной информации с одновременным снижением верхней час5

45 тоты дискретизации регистрируемого модулированного аналогового сигнала при сохранении быстродействия радиометра и точности измерений.

На фиг.1 изображена блок-схема радиометра; на фиг.2 — приниципиальная схема блока преобразования сигналов; на фиг.3— приниципиальная схема блока начальной установки; на фиг.4 — принципиальная схема формирования команд считывания.

Радиометр содержит модулятор 1, выполненный в виде диска 2 с основными отверстиями, расположенными равномерно по окружности с центром в центре вращения диска, жестко закрепленного на валу двигателя 3, и оптронной пары 4 с формирователем 5 импульсов, оптически замыкающейся через вспомогательные отверстия в диске 2 и расположенные равномерно по окружности с центром в центре вращения диска 2. Центры отверстий для прерывания потока оптического излучения и потока излучения оптронной пары 4 находятся на одной линии, проходящей через центр вращения диска 2, Кроме того, радиометр содержит оптический фильтр 6, фотоприемное устройство 7 в виде последовательно соединенных фоторезистивного приемника

8 излучения и предварительного усилителя

9, усилитель 10 сигнала, селектор 11 синхроимпульсов, блок 12 преобразования сигнала, АЦП 13, регистр 14 данных, генератор

15, блок 16 сдвига синхроимпульсов, блок 17 начальной установки, счетчик 18, линию 19 задержки, формирователь 20 команд считывания, регистр 21 состояния внешнего устройства и.регистратор 22.

Блок 12 преобразования сигнала (фиг.2) выполнен в виде ТТ-триггера 23, первого 24 и второго 25 одновибраторов, первого 26, второго 27 и третьего 28 запоминающих устройств, сумматора 29, разностного сумматора 30 и делителя 31. Первым входом управления блока 12 преобразования сигнала является вход ТТ-триггера 23, вторым входом. управления — вход управления первого запоминающего устройства 26, информационным входом — информационные входы первого 26, второго 27 и третьего 28 запоминающих устройств, а выходом — выход разностного сумматора 30.

Блок 17 начальной установки (фиг.3) выполнен в виде мультивибратора 32 с пусковой кнопкой 33, логического элемента 2

ИЛИ 34, формирователя 35 импульсов автоматической установки, содержащего RCцепь 36, повторитель 37, третий одновибратор 38 и источник 39 опорного напряжения, при этом выходом блока 17

1723460

30

40

55 начальной установки является выход логического элемента 2ИЛИ 34.

Формирователь 20 команд считывания (фиг.4) выполнен в виде стробируемого компаратора 40, запоминающего конденсатора

41, электронного ключа 42 и четвертого одновибратора 43. Информационным входом формирователя 20 команд считывания является вход электронного ключа 42, соединенный с первым входом стробируемого компаратора 40, управляющим входом — управляющий вход стробируемого компаратора 40.

Радиометр работает следующим образом.

Поток оптического излучения от исследуемого объекта (не показан) поступает через модулятор 1 на оптический фильтр 6, фотоприемное устройство 7, где преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал содержит составляющие: модулированный сигнал, пропорциональный потоку излучения исследуемого объекта, сигнал от излучения деталей оптической части радиометра и низкочастотный сигнал собственных шумов фоторезистивного приемника 8 излучения.

В модуляторе 1 оптронная пара 4 вырабатывает последовательность импульсов в моменты перекрытия измеряемого потока оптического излучения диском 2, приводимого во вращение двигателем 3, которая с выхода оптронной пары 4 через формирователь 5 поступает на вход блока 16 сдвига синхроимпульсов. В последнем эта последовательность импульсов согласуется во времени с моментами пропускания модулятором 1 оптического излучения для компенсации временных сдвигов предварительного усилителя 9 и усилителя

10 сигнала. Затем в селекторе 11 синхроимпульсов происходит выработка двух последовательностей импульсов управления, точно согласованных во времени с максимумами и минимумами сигналов с выхода усилителя 10 сигнала. Сигнал с выхода усилителя 10 сигнала поступает в блок 12 преобразования сигнала, где по командам с управляющих выходов селектора 11 синхроимпульсов, поступающим на управляющие входы блока 12 преобразования сигнала, происходит запоминание в аналоговом виде сигналов, соответствующих максимумам модулированного сигнала в первом запоминающем устройстве 26, а минимумам — во втором 27 и третьем 28 запоминающих устройствах.

Запоминание минимумов производится поочередно. Для этого команды управления запоминанием минимумов поступают через ТТ-триггер 23 и первый 24 и второй 25 одновибраторы. Выходные сигналы второго

27 и третьего 28 запоминающих устройств поступают через сумматор 29 на вход делителя 31, при этом на его выходе сигнал равен полусумме выходных сигналов второго

27 и третьего 28 запоминающих устройств, который вычитается на разностном сумматоре 30 из напряжения максимума модулированного сигнала, запомненного первым запоминающим устройством 26.

Таким образом, на выходе блока 12 преобразования сигнал пропорционален потоку излучения исследуемого объекта без фоновой составляющей оптической части радиометра и шумовой составляющей сигнала фоторезистивного приемника 8 излучения, С выхода блока 12 преобразования сигнал поступает на информационный вход

АЦП 13 и далее через регистр 14 данных — в регистратор 22.

Для управления процессом регистрации информации в цифровом виде (запоминанием ее в регистраторе 22) в формирователе 20 команд считывания вырабатывается команда разрешения преобразования. Сигнал с выхода блока 12 преобразования сигнала поступает на пер-. вый вход стробируемого компаратора 40 и через электронный ключ 42- на второй вход стробируемого компаратора 40. Амплитуда квантования сигнала, пропорционального потоку оптического излучения, задается порогом срабатывания, стробируемого компаратора 40 и устанавливается исходя из ожидаемой предельной скорости изменения аналогового сигнала с учетом предельной верхней частоты дискретизации аналогового сигнала радиометром, зависящей от применяемой элементной базы в нем, а также исходя из требуемой погрешности определения временной зависимости спектральных характеристик исследуемых объектов. Таким образом, в случае превышения разности сигналов на входах стробируемого компаратора 40 заданного значения, определяемого порогом его срабатывания, в момент прохождения синхроимпульса с первого выхода селектора 11 синхроимпульсов через линию 19 задержки на управляющий вход стробируемого компаратора

40 его выход переходит в состояние лог. "1" и. по переднему фронту этого процесса четвертый одновибратор 43 формирует импульс нормированной длительности и амплитуды. Этот импульс поступает на управляющий вход электронного ключа 42, при этом на запоминающем конденсаторе

41 запоминается входное напряжение и производится преобразование входного сигнала АЦП 13 в цифровой код.

1723460

Для организации цикла работы радиометра в блоке 17 начальной установки при включении питания радиометра в формирователь 35 импульсов начальной установки емкость RC-цепи 36 заряжается через рези- 5 стор RC-цепи 36 от источника 39 опорного напряжения до достижения значения порогового напряжения повторителя 37, при этом на его выходе формируется сигнал лог.

"1". По переднему фронту этого сигнала тре- 10 тий одновибратор 38 формирует импульс нормированной длительности и амплитуды, поступающий через логический элемент

2ИЛИ 34 на выход блока 17 начальной установки. Команда начальной установки может 15 быть получена в любой момент времени работы радиометра замыканием пусковой кнопки 33, при этом на выходе мультивибратора 32 возникает импульс, проходящий на выход блока 17 начальной установки. Им- 20 пульс с выхода последнего поступает на установочный R-вход счетчика 18, на С-вход которого поступают импульсы стабильной частоты с выхода генератора 15. Импульс с выхода блока 17 начальной установки посту- 25 пает также на второй вход регистра 21 состояния внешнего устройства, на первый вход которого поступает сигнал с выхода формирователя 20 команд считывания. В моменты прихода этих импульсов регистра- 30 тор 22 npNHNMGQT информацию: цифровые коды величины потока оптического излучения с выхода регистра 14 данных и текущего времени регистрации с выхода счетчика 18.

Таким образом, в процессе измерения в радиометре осуществляется автоматическое изменение частоты опроса амплитуды модулированного сигнала, пропорционального потоку оптического излучения, в зави- 40 симости от скорости изменений этой амплитуды (пропорционально скорости изменения) при преобразовании сигнала в цифровой код. Это позволяет исключить заполнение оперативной памяти регистрато- 45 ра 22, выполненного, например, на базе

ЗВМ, избыточной информацией при сохранении точности измерения во времени потока оптического излучения.

Кроме того, радиометр позволяет при 50 исследовании, например, процессов типа выхода на режим, в которых поток оптического излучения 1 ) меняется по закону

l(t) = !пред(1-e ), где inpep — предельное значение потока оп- 55 тического излучения; т — характерное время процесса, т.е. время достижения текущим значением !(т) уровня 0,63 пред, т — время с начала процесса; при частоте опроса 1/0,01m за интервал времени 0 < s <5 использовать приблизительно в 10 раз меньший объем памяти по сравнению с известным радиометром при той же точности измерения изменения во времени потока оптического излучения исследуемых объектов. Это позволяет, в частности, для приведенного примера регистрировать процессы приблизительно в

10 раз большей длительности.

Радиометр позволяет также работать в ждущем режиме без заполнения оперативной памяти регистратора 23 ненужной информацией. Этот режим работы важен при исследовании в автономном режиме объектов с неизвестным временем начала работы, а также при исследовании пульсирующих объектов, особенно при большой длительности пауз между пульсациями.

Формула изобретения

Радиометр, содержащий последова-. тельно расположенные на пути оптического излучения модулятор, выполненный в виде диска с основными отверстиями,. расположенными равномерно по окружности с центром в центре вращения диска, жестко закрепленного на валу двигателя, и оптронной пары с формирователем импульсов, оптически замыкающейся через вспомогательные отверстия в диске, центры которых находятся на одинаковом расстоянии от оси вращения на продолжении радиусов, проходящих через центры основных отверстий, оптический фильтр и фотоприемное устройство, выполненное в виде последовательно соединенных фоторезистивного приемника излучения и предварительного усилителя, а также усилитель сигнала, вход которого подключен к выходу фотоприемника устройства, блок сдвига синхроимпульсов, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, генератор, выход которого подключен к второму входу блока сдвига синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь, регистр данных, информационный и управляющий входы которого соединены с информационными и управляющими выходами а н ал ого-цифрового преобразователя соответственно, регистр состояния внешнего устройства и регистратор, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами регистра состояния внешнего устройства, а третий вход — с выходом регистра данных, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности регистрации излучения путем селективного отбора полезной информации с одновременным снижением верхней

1723460

10 частоты дискретизации регистрируемого модулированного аналогового сигнала при сохранении быстродействия и точности измерения в него дополнительно введены селектор синхроимпульсов, блок преобразования сигнала, блок начальной установки, линия задержки, счетчик и формирователь команд считывания, при этом первый вход селектора синхроимпульсов подключен к выходу усилителя сигнала, второй вход — к выходу блока сдвига синхроимпульсов, а первый и второй выходы — к первому и второму управляющим входам блока преобразования сигнала соответственно, информационный вход которого соединен с выходом усилителя сигнала, а выход — с информационными входами аналого — цифрового преобразователя и формирователя команд считывания, управляющий

5 вход последнего через линию задержки соединен с первым выходом селектора синхроимпульсов, а выход — с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом регистра состояния

10 внешнего устройства, R-вход счетчика соединен с выходом блока начальной установки и вторым входом регистра состояния внешнего устройства, С-вход — с выходом генератора, а цифровые выходы — с цифро15 выми входами регистратора.

1723460

Составитель А. Леви

Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор М. Петрова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1059 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5