ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
PHOTOMETRIC DEVICE

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.