Фотометрическое устройство

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2492433:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области фотометрии и может быть использовано в оптико-электронных приборах с фотодиодными преобразователями излучений. Фотометрическое устройство содержит фотодиод, три переключателя, повторитель напряжения, устройство выборки и хранения, устройство управления, регулируемое сопротивление, источник питания +Е и источник тока. Изобретение обеспечивает повышение точности термокомпенсации за счет использования линейной зависимости падения напряжения на p-n-переходе фотодиода, смещенного в прямом направлении, от температуры в качестве управляющего термокомпенсационного воздействия при одновременном сохранении чувствительности и быстродействия, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения работы устройства не только в импульсном режиме, но и в непрерывном. 1 ил.

Изобретение относится к области фотометрии и может быть использовано в оптико-электронных приборах с фотодиодными преобразователями излучений.

Известно устройство [патент РФ 2194252, G01J 1/44, 10.12.2002 г.], содержащее фотодиод, повторитель напряжения, генератор измерительного тока, устройство управления переключателями, два переключателя, один из которых входом соединен с генератором измерительного тока, а выходом - со входом повторителя напряжения, устройство выборки-хранения с коэффициентом преобразования, пропорциональным температурному коэффициенту чувствительности фотодиода, блок деления, к одному входу которого подключен выход другого переключателя, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения и выходом устройства выборки хранения, а к другому входу подключен выход устройства выборки-хранения, при этом фотодиод одним электродом соединен с общей шиной, другим - с входом повторителя напряжения, а управляющие входы переключателей и устройства выборки-хранения соединены с устройством управления переключателями.

В данном устройстве благодаря делению напряжения, пропорционального фототоку, на напряжение пропорциональное температурному коэффициенту чувствительности фотодиода обеспечивается компенсация изменения чувствительности фотодиода при изменении температуры чувствительного к излучению элемента. Отличительной особенностью данного устройства является то, что датчиком температуры, формирующим термокомпенсационное воздействие, является сам термокомпенсируемый фотодиод.

Недостатками этого устройства является то, что фотодиод работает в фотогальваническом режиме, поэтому интегральная чувствительность фотоприемника ниже, чем в устройствах, в которых фотодиод работает в фотодиодном режиме. Кроме того, из-за отсутствия внешнего электрического поля в p-n-переходе фотодиода перенос неравновесных носителей заряда (генерируемых световым потоком) происходит значительно медленнее, что снижает быстродействие прибора.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [патент РФ 2404412, G01J 1/44, 20.11.2010 г.], содержащее фотодиод, переключатель, повторитель напряжения, устройство выборки и хранения, устройство управления, регулируемое сопротивление, при этом катод вотодиода соединен с источником питания +Е, а анод соединен с повторителем напряжения и входом переключателя, выход которого соединен с регулируемым сопротивлением, второй выход которого соединен с общей шиной, а вход повторителя напряжения, являющийся выходом устройства, соединен со входом устройства выборки и хранения, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого сопротивления, при этом управляющие входы переключателя и устройства выборки и хранения соединены с устройством управления.

В данном устройстве устройство выборки и хранения позволяет запомнить и хранить напряжение, соответствующее величине температурного воздействия на фотодиод, а регулируемое сопротивление позволяет за счет компенсационного изменения падения напряжения удерживать чувствительность фотодиода неизменной при изменении температуры.

Недостатком данного устройства является сложность настройки термокомпенсации из-за нелинейности температурной зависимости темнового тока фотодиода, что снижает точность термокомпенсационного воздействия. Кроме того, это устройство работает в импульсном режиме из-за необходимости формирования термокомпенсационного сигнала в моменты времени, когда отсутствует регистрируемый лучистый поток.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности термокомпенсации при одновременном сохранении чувствительности и быстродействии, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения работы устройства не только в импульсном режиме, но и в непрерывном.

Поставленная задача достигается тем, что в фотометрическое устройство, содержащее фотодиод, переключатель, повторитель напряжения, устройство выборки и хранения, устройство управления, регулируемое сопротивление, источник питания + Е, согласно изобретению, дополнительно введены два переключателя и источник тока, при этом катод фотодиода соединен с общим выводом второго переключателя и первым выводом третьего переключателя, а анод соединен с общим выводом первого переключателя и вторым выводом третьего переключателя, второй вывод второго переключателя соединен с источником питания +Е, а первый вывод с источником тока, второй вывод которого соединен с общей шиной, первый вывод первого переключателя соединен с общей шиной, а второй вывод с выводом регулируемого сопротивления, второй вывод которого соединен с общей шиной, общий вывод третьего переключателя соединен со входом повторителя напряжения, выход которого, являющийся выходом устройства соединен со входом устройства выборки и хранения, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого сопротивления, при этом управляющие входы переключателей и устройства выборки и хранения соединены с устройством управления.

На фиг.1 изображена функциональная схема фотометрического устройства.

Фотометрическое устройство содержит фотодиод 1, переключатель S1, повторитель напряжения 2, устройство выборки и хранения 3, устройство управления 4, регулируемое сопротивление 5, переключатель S2, переключатель S3, источник питания +Е и источник тока 6.

Фотометрическое устройство работает следующим образом. В первый момент времени по сигналу устройства управления 4 переключатели S1, S2 и S3 находятся в положении 1. При этом через фотодиод 1 от источника тока 6 протекает ток в прямом направлении и прямое падение напряжение на его p-n-переходе используется как линейная зависимость напряжения диодного датчика от температуры. Это напряжение через повторитель напряжения 2 запоминается устройством выборки и хранения 3, масштабируется и воздействует на регулируемое сопротивление 5 таким образом, чтобы чувствительность фотодиода в следующем такте после переключения переключателей S 1, S2 и S3 в положение 2 оставалась неизменной за счет изменения нагрузки фотодиода. При этом к фотодиоду 1 от источника питания + Е прикладывается обратное напряжение и он работает как преобразователь лучистого потока в фотодиодном режиме. В этом такте устройство управления 4 прерывает считывание этого напряжения устройством выборки и хранения 3, а на выходе устройства формируется напряжение с амплитудой пропорциональной облученности фотодиода 1 и частотой, заданной устройством управления 4.

Предлагаемая схема позволяет использовать линейную зависимость падения напряжения на p-n-переходе фотодиода смещенного в прямом направлении от температуры в качестве 5 управляющего термокомпенсационного воздействия, что упрощает настройку термокомпенсации и значительно повышает точность термостабилизации чувствительности устройства. При этом фотодиод, как чувствительный к излучению элемент включен в фотодиодном режиме, благодаря чему сохраняется высокая чувствительность и быстродействие. Кроме того, исключается функциональное ограничение, связанное с необходимостью работы устройства в импульсном режиме.

Фотометрическое устройство, содержащее фотодиод, переключатель, повторитель напряжения, устройство выборки и хранения, устройство управления, регулируемое сопротивление, источник питания +Е, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены два переключателя и источник тока, при этом катод фотодиода соединен с общим выводом второго переключателя и первым выводом третьего переключателя, а анод соединен с общим выводом первого переключателя и вторым выводом третьего переключателя, второй вывод второго переключателя соединен с источником питания +Е, а первый вывод - с источником тока, второй вывод которого соединен с общей шиной, первый вывод первого переключателя соединен с общей шиной, а второй вывод - с выводом регулируемого сопротивления, второй вывод которого соединен с общей шиной, общий вывод третьего переключателя соединен со входом повторителя напряжения, выход которого, являющийся выходом устройства, соединен со входом устройства выборки и хранения, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого сопротивления, при этом управляющие входы переключателей и устройства выборки и хранения соединены с устройством управления.

Похожие патенты:

Пирометр // 2462693

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел путем регистрации теплового излучения.

Импульсное фотометрическое устройство // 2404412

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано в оптико-электронных приборах с фотодиодными преобразователями излучений. .

Устройство для определения положения светового пятна // 2399023

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. .

Устройство для измерения пиковых значений // 2343429

Изобретение относится к измерительной технике и физике и может быть использовано для контроля одиночных импульсов. .

Устройство для регистрации слабых оптических импульсов // 2339919

Изобретение относится к области регистрации слабых оптических сигналов ближнего инфракрасного диапазона спектра, передающихся через оптические волоконные линии связи.

Фотоприемное устройство // 2296303

Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частности к приемникам светового излучения. .

Система регистрации светового излучения в большом динамическом диапазоне // 2250441

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах регистрации оптического излучения с большим динамическим диапазоном.

Фотоприемное устройство // 2248535

Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частности к конструированию приемников светового излучения. .

Устройство для контроля параметров лазерного поля управления информационного канала // 2248534

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, более конкретно к устройствам для контроля параметров лазерного поля управления, создаваемого информационным каналом.

Фотоприемное устройство // 2231169

Приемник импульсных оптических сигналов // 2506547

Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и подобных устройств для измерения временных интервалов между оптическими импульсами. Приемник импульсных оптических сигналов, содержащий фотоприемник с источником смещения и нагрузкой, подключенной к усилителю, усилитель выполнен в виде двух транзисторных повторителей с общей нагрузкой, вход одного из повторителей подключен к нагрузке фотоприемника, а вход второго повторителя имеет возможность подключения к внешнему источнику сигнала, причем параллельно входам транзисторных повторителей введены ключи, связанные с коммутатором, управляющим их замыканием и размыканием в противофазе. Технический результат заключается в повышении точности временной привязки принятого сигнала и, соответственно, высокой точности измерений с помощью приборов, в которых используется такой приемник. 1 ил.

Приемник импульсного оптического излучения // 2511069

Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и подобных устройств для измерения временных интервалов между оптическими импульсами. Приемник импульсного оптического излучения, содержащий фотоприемник с источником смещения и нагрузкой, подключенной к усилителю, усилитель выполнен по схеме дифференциального каскада, левый вход которого подключен к нагрузке фотоприемника, а правый вход имеет возможность подключения к внешнему источнику сигнала, причем параллельно входам дифференциального каскада введены ключи, связанные с коммутатором, управляющим их замыканием и размыканием в противофазе. Технический результат изобретения состоит в обеспечении высокой точности временной привязки принятого сигнала и, соответственно, высокой точности измерений с помощью приборов, в которых используется такой приемник. 1 ил.

Способ термостабилизации фотодиода для измерения его электрических характеристик // 2525151

Изобретение относится к технике фотометрии и предназначено для повышения точности измерения электрических характеристик фотодиода. Способ заключается в том, что исследуемую электрическую характеристику измеряют в выбранной последовательности точек, осуществляя контроль температуры с использованием датчика температуры в процессе измерений. Из выбранной последовательности точек выбирают реперную точку вблизи максимального значения тока или напряжения при начальной температуре. Последовательно для каждой следующей точки проводятся измерения тока или напряжения, каждый раз после этого возвращаясь в реперную точку. При этом термостабилизация осуществляется следующим образом: после возврата в реперную точку определяют относительное изменение температуры фотодиода путем оценки смещения реперной точки от исходного положения при постоянной величине силы тока или напряжения, причем в качестве датчика температуры и управляющего элемента термостабилизации используют исследуемый фотодиод; путем изменения температуры фотодиода добиваются возврата реперной точки в исходное положение. Технический результат заключается в повышении точности измеряемой электрической характеристики фотодиода.

Преобразователь "яркость цветных излучений - коды" // 2539840

Изобретение относится к светоизмерительной технике и касается устройства для преобразования яркости цветного излучения в коды. Устройство содержит корпус, микрообъектив, полупрозрачные микрозеркала, усилители импульсов, блок индикации и дисковые фотоприемные устройства. Каждое дисковое фотоприемное устройство содержит восемь фотоприемных секторов и восемь регистров сдвига. Технический результат заключается в обеспечении возможности одновременного измерения яркости восьми цветных излучений с помощью одного преобразователя. 2 ил.

Устройство для измерения пиковых значений // 2556327

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для выделения одиночных импульсов на фоне низкочастотного шума. Устройство содержит датчик, первый и второй операционные усилители (ОУ1, ОУ2), первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой резисторы, первый, второй, третий, четвертый и пятый конденсаторы, первый и второй выпрямители, ограничитель, шину смещения. Инвертирующий вход ОУ1 соединен с первым выводом первого резистора, а выход соединен с входами первого и второго выпрямителей. Выход первого выпрямителя соединен с неинвертирующим входом ОУ2 и через последовательно соединенные пятый и шестой резисторы с выходом второго выпрямителя и вторым выводом первого конденсатора. Первый вывод первого конденсатора соединен с общей шиной. Инвертирующий вход ОУ2 соединен через пятый конденсатор с первым выводом третьего резистора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной. Выход ОУ2 соединен с первым выводом третьего резистора. Выход ограничителя через второй конденсатор соединен либо с инвертирующим входом ОУ1, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, либо с выходом датчика. Выход датчика через последовательно соединенные третий конденсатор и четвертый резистор соединен со вторым выводом третьего резистора и первым выводом первого резистора. Второй вывод первого резистора соединен через четвертый конденсатор с выходом датчика и непосредственно с входом ограничителя и выходом первого выпрямителя, который через последовательно соединенные пятый и шестой резисторы соединен с выходом второго выпрямителя и вторым выводом первого конденсатора. При этом точка объединения пятого и шестого резисторов подключена к шине смещения. Технический результат заключается в упрощении устройства, уменьшении габаритов и повышении надежности. 5 ил.

Частотно-селективный фотопреобразователь оптического излучения // 2558282

Изобретение относится к области измерительной техники и касается частотно-селективного фотопреобразователя оптического излучения. Устройство включает в себя фотодиод, источник питания, дифференциальный усилитель, полевой транзистор, затвор которого подключен к обкладке первого конденсатора, источник управляющего напряжения, варикап и индуктивно-емкостной контур. Выход дифференциального усилителя через индуктивно-емкостной контур соединен с затвором полевого транзистора, исток которого через первый резистор подключен ко второй обкладке первого конденсатора и к катоду фотодиода, который через второй резистор соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, который через второй конденсатор подключен к его выходу. Катод варикапа через третий резистор соединен с источником управляющего напряжения и через третий конденсатор подключен к затвору полевого транзистора, сток которого соединен с источником питания, а его исток является выходом устройства. Технический результат заключается в обеспечении высокой селективной чувствительности в узкой полосе частот при наличии большой постоянной освещенности или при наличии шумового излучения. 1 ил.

Микромощный фотодатчик с частотным выходом // 2558283

Использование: для преобразования интенсивности светового потока инфракрасного, видимого и ультрафиолетового оптического диапазонов, а также рентгеновского излучения в частоту импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что микромощный фотодатчик с частотным выходом содержит фотодиод, катод которого подключен к входу логического инвертора, выход которого соединен с первым выводом резистора, полевой транзистор, затвор которого подключен к второму выходу резистора, а сток и исток полевого транзистора подключены к входу логического инвертора, в качестве которого применен инвертирующий триггер Шмитта, анод фотодиода соединен с нулевой цепью, а выход триггера Шмитта является выходом устройства. Технический результат: обеспечение возможности повышения чувствительности, расширения динамического диапазона преобразования излучения в частоту импульсов и уменьшения потребляемой мощности. 2 ил.

Фотодатчик переменного оптического излучения // 2559331

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля переменного и импульсного оптического излучения. Фотодатчик переменного оптического излучения содержит фотодиод, источник питания, дифференциальный усилитель и полевой транзистор, затвор которого подключен к одной обкладке первого конденсатора и через первый резистор соединен с выходом дифференциального усилителя, при этом в него введены второй, третий резисторы и второй конденсатор, который включен между выходом и инвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с нулевой шиной и анодом фотодиода, катод которого подключен ко второй обкладке первого конденсатора, через второй резистор соединен с истоком полевого транзистора и через третий резистор соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, причем сток полевого транзистора подключен к источнику питания, а исток полевого транзистора является выходом устройства. Технический результат - повышение чувствительности фотодатчика к переменному оптическому сигналу в условиях большой постоянной освещенности и изменения уровня внешней засветки в широком диапазоне. 1 ил.

Однофотонный приемник для пространственно-временного поиска оптических импульсных сигналов // 2568939

Изобретение относится к области приема оптических сигналов и касается однофотонного приемника для пространственно-временного поиска оптических импульсных сигналов. Приемник включает в себя диссектор с фокусирующе-отклоняющей системой и динодной умножительной системой, блок питания динодов с регулируемым потенциалом, блок управления, блок развертки, импульсный усилитель, импульсный дискриминатор, формирователи импульсов, генераторы тактовых и синхроимпульсов, реле и логические элементы. Кроме того, приемник содержит приемный телескоп с блоком управления и светофильтр. Технический результат заключается в увеличении вероятности правильного обнаружения сигнала, снижении времени поиска и уменьшении временной неопределенности приема импульсных сигналов. 15 ил.

Способ коррекции собственной температурной зависимости кремниевых фотоэлектрических преобразователей // 2585613

Изобретение относится к способам коррекции собственной температурной зависимости кремниевых фотопреобразователей (ФЭП) и может быть использовано при тепловакуумных испытаниях (ТВИ) космического аппарата (КА) или его составных частей с использованием имитатора солнечного излучения. В предложенном способе коррекции собственной температурной зависимости кремниевых ФЭП нелинейная температурная зависимость конкретного ФЭП определяется непосредственно перед тепловакуумными испытаниями путем измерения показаний температуры и освещенности ФЭП на разных уровнях освещенности, построением и аппроксимацией графиков полученных данных, анализом угловых коэффициентов зависимостей с последующим построением и решением трансцендентного уравнения. Получены следующие результаты: коррекция собственной температурной зависимости кремниевых ФЭП осуществляется аналитическим способом, исключая при этом ввод в вакуумную камеру дополнительных термостабилизирующих устройств. При этом в процессе ТВИ корректируются отклонения в показаниях ФЭП от реально установленной освещенности в пределах ±12%. Технический результат - упрощение способа коррекции собственной температурной зависимости кремниевых ФЭП. 3 ил.