ИНТЕРФЕЙС ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АНАЛИЗАТОРА ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к области радиофизики и электроники, может быть использована в конструкциях измерительных комплексов, предназначенных для одновременной и визуализации пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения.
Известны интерфейсы измерительных систем (ИИС) [1] они содержат: множество первичных измерительных преобразователей; измерительные преобразователи, которые могут состоять из преобразователей аналоговых сигналов, интегральных коммутаторов, аналоговых устройств памяти, устройств сравнения аналоговых сигналов; аналоговых каналов связи; аналого-цифровые преобразователи; цифровые устройства, содержащие формирователи импульсов, преобразователи кодов, каналы цифровой связи, интегральные коммутаторы; устройства вывода информации; устройства управления и т. д.
Наиболее близким к полезной модели является ИИС анализатора пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения [2], которая позволяет получать данные о распределении энергии в лазерном импульсном ИК-излучении с длительностью импульса 20+100 мкс и с частотой следования в диапазоне 0+200 Гц.
2
2
Интерфейс измерительной системы состоит из последовательно соединенных первичного измерительного преобразователя и измерительного преобразователя. Первичный измерительный преобразователь состоит из 24-х термочувствительных элементов размером 2,5×2,5 мм на основе пленки VO. Термочувствительные элементы с электродами и контактными площадками нанесены на диэлектрической подложке, на обратной стороне которой размещены пленочные нагреватель и термопара, соединенные с регулятором. Времена реакции и релаксации приемника (записи и
-9
-6
стирания регистрируемой информации) в режиме адиабатической засветки соответственно составляют 10 и 1,5·10 с. Время хранения измерительной информации в режиме термостатирования не ограничено. Считывание информации происходит последовательно по сигналам из персонального компьютера ПК.
2
Измерительный преобразователь содержит: многоэлементный тепловой приемник из пленки VО, терморегулятор, интегральный коммутатор, дешифратор, двоичный счетчик, преобразователь сопротивление-напряжение, аналого-цифровой преобразователь, регистр данных, дешифратор команд, регистр команд, LPT-порт ПК и персональный компьютер.
Данное устройство имеет большое число дискретных аналоговых и цифровых элементов, что снижает надежность и функциональную гибкость; а обмен информацией ИИС с персональным компьютером по параллельному каналу ограничивает расстояние между ними до 2 м., что сокращает сферу использования устройства.
Задачей данной полезной модели является повышение надежности за счет снижения аппаратных затрат и расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача решается следующим образом: в интерфейс измерительной системы анализатора характеристик лазерного излучения, содержащем последовательно соединенные первичный измерительный преобразователь на базе быстродействующего теплового многоэлементного приемника с теплочувствительным слоем в виде пленки из материала с температурным гистерезисом фазового перехода полупроводник-металл, терморегулятор, сопряженный с приемником, интегральный коммутатор, преобразователь «сопротивление-напряжение», а также счетчик и персональный компьютер введен микроконтроллер соединенный с выходом преобразователя «сопротивление-напряжение» и подключенный через последовательный канал к компьютеру, кроме того микроконтроллер одним
из своих входов-выходов соединен с терморегулятором, а двумя другими связан со счетчиком, который подключен к адресным входам интегрального коммутатора.
2
Предлагаемая модель (Фиг.1) содержит многоэлементный тепловой приемник из пленки VO 1, сопряженный с терморегулятором 2, а также соединенный с интегральным коммутатором 3, к которому подключен двоичный счетчик 4. Преобразователь сопротивление-напряжение 5, к которому подключен коммутатор 3, в свою очередь подключен к микроконтроллеру 6, который взаимосвязан с терморегулятором 2 и с СОМ-портом 7 персонального компьютера 8. Микроконтроллер 6 соединен также с двумя входами двоичного счетчика 4.
2
Заявляемое устройство функционирует следующим образом. Персональный компьютер ПК 8 по команде оператора начинает выполнять программу. Первым действием программы является формирование сигнала запуска, который по последовательному СОМ-порту 7 (интерфейс RS-232С) поступает в микроконтроллер МК 6 и осуществляет его запуск. После этого ПК 8 переходит в режим ожидания сигнала готовности от микроконтроллера МК 6. Микроконтроллер МК 6 начинает выполнять программу управления терморегулятора 2, предназначенного для термостатирования многоэлементного теплового приемника 1 выполненного из пленки VO, и физически сопряженного с терморегулятором 2.
После облучения лазерным лучем многоэлементного теплового приемника 1 формируется сигнал запроса, поступающий на микроконтроллер МК 6, в результате чего микроконтроллер МК 6 прерывает свою программу и переходит к выполнению процедуры обслуживания, оформленной в виде подпрограммы. Процедура обслуживания начинается с формирования сигнала СБРОС, который обнуляет счетчик адресов СчА 4, соединенный с адресными входами коммутатора К 3.
В результате чего первый термочувствительный элемент приемника 1 подключается на вход преобразователя сопротивление-напряжение ПСН 5, где преобразуется в постоянное напряжение. Это напряжение поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, находящегося внутри микроконтроллера МК 6. После завершения аналого-цифрового преобразования, цифровой код, соответствующий сопротивлению первого термочувствительного элемента, записывается в определенную область оперативной памяти МК 6. На этом заканчивается нулевой цикл. Следующий цикл начинается с генерации микроконтроллером сигнала УВЕЛИЧИТЬ, поступающего на счетчик адресов СчА 4 и увеличивающий его содержимое на 1, в результате чего формируется адрес следующего термочувствительного элемента, который подключается коммутатором К 3 ко входу ПСН и описанная ранее процедура повторяется.
После опроса всех термочувствительных элементов в определенной области памяти микроконтроллера МК 6 будет сформирован массив измерительной информации и МК 6 установит сигнал готовности к обмену с персональным компьютером ПК 8. ПК, реагируя на сигнал готовности, осуществляет прием массива измерительной информации через последовательный СОМ-порт 7 для дальнейшей обработки. После передачи информации в ПК микроконтроллер возвращается к программе управления терморегулятором, а ПК переходит к этапу обработки и отображения измерительной информации на экране дисплея.
Таким образом, связь персонального компьютера ПК 8 с ИИС осуществляется в режиме программного обмена информации, в соответствии с которым обмен информации между ними осуществляется по инициативе компьютера, но с учетом готовности ИИС к обмену. Основная программа микроконтроллера управляет работой терморегулятора, а съем информации с термочувствительных элементов и ее преобразование в цифровую форму реализуется в режиме с прерыванием.
2
-9
-6
-11
2
2
Первичный измерительный преобразователь состоит из 32-х термочувствительных элементов размером 2,5×2,5 мм на основе пленки VО. Термочувствительные элементы с электродами и контактными площадками нанесены на диэлектрической подложке, на обратной стороне которой размещены пленочные нагреватель и термопара, соединенные с регулятором. Первичный преобразователь функционирует в режиме реверсивной внутренней памяти. (термостатируется в середине петли гистерезиса), что обеспечивает параллельную регистрацию всеми элементами термочувствительного слоя измерительной информации и ее запоминание. Времена реакции и релаксации приемника (записи и стирания регистрируемой информации) в режиме адиабатической засветки соответственно составляют 10 и 1,5·10 с. Время хранения измерительной информации в режиме термостатирования неограниченно. Считывание информации происходит последовательно по сигналам из персонального компьютера ПК. ФППМ протекает за 10 с и сопровождается не менее чем 1,5-2 кратным изменением сопротивления слоя VO, что исключает дополнительное усиление сигнала. Первичный преобразователь может использоваться для измерения как энергии, так и мощности лазерного излучения.
-6
2
-5
2
Эксперименты показали, что устройство на длинах волн 0,3-3,39 мкм и 5,0-10,6 мкм обладает чувствительностью, которая линейно зависит от длительности импульса излучения в диапазоне от 10-9 ДО 1 с и составляет от 3·10 до 1,3 Дж/см и от 1,35·10 до 5,8 Дж/см.
Основные достоинства предлагаемого устройства:
- Повышение надежности за счет снижения аппаратных затрат путем увеличения доли используемых интегральных микросхем,
- Расширение функциональных возможностей в плане оперативного выбора программы функционирования ИИС в зависимости от режимов работы лазера (импульсный или непрерывный),
- Удобство работы при контроле лазерных установок в
труднодоступных местах за счет использования последовательного канала для связи ИИС с компьютером (расстояние между ними может быть до нескольких десятков метров).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника: Учеб. пособие для тех. вузов. М.: Высш.шк.,1991. 384 с.
2. Патент на полезную модель N 31646 РФ, МПК G 01 J 5/00 Интерфейс измерительной системы анализатора пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения / Олейник А.С., Дауров С.К., Орехов М.В., Мещеряков А.В. Опубл. 20.08.2003. Бюлл. изобр. N 23.
3. Аппаратура для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного импульсного ИК-излучения. / И.М.Белоусова, Е.А.Гавронская, М.Л.Граболин, В.А.Григорьев и др. // ОМП 1991. N 28. C.60-63.
4. Олейник А.С. Тепловой приемник оптического излучения на основе диоксида // Электронная промышленность. 1991. N 2. с.96-97.
5. Измерение энергетических параметров и характеристик лазерного излучения. / Б.Я.Бурдаев, Р.А.Валитов, М.А.Винокур, и др.; Под ред. А.Ф.Котюка. М.: Радио и связь, 1981. 286 с.