Способ фотометрирования световых потоков и устройство для его осуществления

 

Использование: фотометрия световых потоков. Сущность изобретения: при преобразовании оптического излучения в частоту следования электрических импульсов. Измеряют длительность импульсов, по которой судят о величине световых потоков. В устройство для осуществления способа, содержащее пару фотодиод - операционный усилитель, а также первый резистор и конденсатор, первые выводы которых объединены и подключены к аноду фотодиода, второй вывод первого резистора подключен к выходу операционного усилителя, введены второй и третий резисторы, причем первый вывод второго резистора объединен с вторым выводом конденсатора и подключен к выходу операционного усилителя, второй вывод второго резистора подключен к общей шине, третий резистор выполнен переменным, первый вывод которого подключен к общей шине, второй вывод - к минусовой шине питания, а третий регулировочный вывод объединен с катодом фотодиода и подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к аноду фотодиода. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения величины световых потоков.

Известен способ фотометрирования световых потоков, заключающийся в детектировании светового потока фотоприемным устройством (ФЭУ), усилении и регистрации электрических сигналов в аналоговой или цифровой форме. К недостаткам способа следует отнести низкую помехоустойчивость и ограниченную вследствие этого точность фотометрирования, так как все шумовые составляющие электронных блоков, детектора, регистратора, наводки будут отражаться в регистрируемом сигнале, а значит и определять точность фотометрирования. Кроме того, ограничивают точность фотометрирования и возможности (по точности измерений) измерительной аппаратуры как при регистрации сигнала в аналоговой, так и в цифровой формах.

Наиболее близким к изобретению является способ фотометрирования световых потоков путем преобразования оптического излучения в частоту следования электрических импульсов. Недостатком способа является невысокая точность фотометрирования.

Известно устройство для фотометрирования световых потоков, содержащее пару фотодиод - операционный усилитель, а также резистор и конденсатор. Его недостатком также является низкая точность фотометрирования.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе фотометрирования световых потоков путем преобразования оптического излучения в частоту следования электрических импульсов, измеряют длительность импульсов, по которой судят о величине световых потоков.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее пару фотодиод-операционный усилитель, а также первый резистор и конденсатор, первые выводы которых объединены и подключены к аноду фотодиода, второй вывод первого резистора подключен к выходу операционного усилителя, введены второй и третий резисторы, причем первый вывод второго резистора объединен со вторым выводом конденсатора и подключен к выходу операционного усилителя, второй вывод второго резистора подключен к общей шине, третий резистор выполнен переменным, его первый вывод подключен к общей шине, второй вывод - к минусовой шине питания, а третий регулировочный вывод третьего резистора объединен с катодом фотодиода и подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к аноду фотодиода.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - зависимость частоты генерируемых импульсов от мощности падающего светового потока.

Устройство содержит фотоприемник 1 (D₁), параллельно соединенные сопротивление 2 (R₂ 150 кОм), емкость 3 (С 22 нФ), которые подключены с одной стороны к входу фотоприемника 1 (D₁) и первому входу (+) усилителя 4 (DA), с другой - к выходу усилителя 4 (DA) и сопротивлению 5 (R₃ 100 кОм), другим концом заземленному, второй вход (-) усилителя соединен одновременно с минусовым входом фотоприемника 1 (D₁) и регулировочным входом переменного сопротивления 6 (R₁ 1 мОм) с одной стороны соединенного с минусовым входом питания операционного усилителя 4 (DA), с другой - заземленного.

Устройство работает следующим образом. На фотоприемник 1, в качестве которого используется фотодиод ФД-24К, падает регистрируемый световой поток. Плюсовой вход фотоприемника 1 соединен с параллельно соединенными сопротивлением 2, равным 150 кОм, и емкостью 2, равной 22 нФ, и неинвертирующим (плюсовым) входом операционного усилителя 4, минусовой - с инвертирующим (минусовым) входом операционного усилителя 4 и регулировочным входом переменного сопротивления 6, равного 1 мОм, одним концом соединенного с минусовым входом питания операционного усилителя 4, другим - заземленного. Выход операционного усилителя 4 соединен с другим концом параллельно соединенных сопротивления 2 и емкости 3, а также с сопротивлением 5, равным 100 кОм, вторым концом заземленным. В качестве операционного усилителя 4 используется микросхема, питаемая напряжением U_н + 6 В, подаваемым соответственно на плюсовой и минусовой входы питания.

На выходе операционного усилителя 4, подключенного к фотоприемнику 1, генерируется последовательность электрических импульсов, частота f, а значит период следования Т=1/f и длительность τ которых пропорциональна мощности падающего светового потока. Зависимость частоты генерируемых импульсов от мощности падающего светового потока приведена на фиг.2 (кривая 7). Получена с использованием калибровочных источников света. Как видно из кривой 7 (см. фиг.2), линейная зависимость между периодом следования импульсов Т(μs), однозначно связанным с частотой f(из)(Т=1/f), наблюдается на двух участках 30-80 мкс и 90-110 мкс. По оси ординат на фиг.2 кривая 7 откладывается Т(μ s) для возможности совмещения на одном графике (с одной размерностью по оси ординат) двух кривых, а именно Т=F(р) и τ=Ф(p), где Р - величина светового потока. Соответственно участку линейности Т ->> 30-80 мкс соответствует f ->> 33-12 мкс, а Т->> 90-110 мкс соответствует f ->> 11-9 кГц. Диапазон изменения мощности световых потоков для этих участков равен 0,11-0,114 mW, 0,118-0,13mW. В случаях же измерения световых потоков, отличных от только что отмеченных, вывод в режим генерации импульсов с частотой f в диапазоне линейности 9-11 кГц, 12-33 кГц осуществляется переменным сопротивлением 6 (вращением регулировочного входа сопротивления 6).

Возможность использования для фотометрирования световых потоков длительности импульсов τ, генерируемых фотоприемным устройством, изображенным на фиг. 1, иллюстрирует кривая 8 фиг.2, являющаяся функцией (τ =Ф(p)) мощности регистрируемого светового потока. Как видно из кривой 8, линейная зависимость τ от p наблюдается, начиная с τ≈10 мкс. И в этом случае при измерении световых потоков, отличных от рассмотренных (0,11-0,13 мкс), вывод в режиме генерации импульсов длительности tau>>10 мкс осуществляется переменным сопротивлением 6 (вращением регулировочного входа сопротивления 6).

Следует отметить, что для мощных световых потоков существует и другая возможность вывода их в режим линейных зависимостей f=F(p), τ=Ф(p), а именно использование ослабителей оптического излучения.

Формула изобретения

1. Способ фотометрирования световых потоков путем преобразования оптического излучения в частоту следования электрических импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют длительность импульсов, по которой судят о величине световых потоков.

2. Устройство для фотометрирования световых потоков, содержащее пару фотодиод-операционный усилитель, а также первый резистор и конденсатор, первые выводы которых объединены и подключены к аноду фотодиода, второй вывод первого резистора подключен к выходу операционного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй и третий резисторы, причем первый вывод второго резистора объединен с вторым выводом конденсатора и подключен к выходу операционного усилителя, второй вывод второго резистора подключен к общей шине, третий резистор выполнен переменным, его первый вывод подключен к общей шине, второй вывод - к минусовой шине питания, а третий регулировочный вывод третьего резистора объединен с катодом фотодиода и подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к аноду фотодиода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2