ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ СТЕКЛА

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерениям коэффициента пропускания стекол, преимущественно спектрально неселективных, изготовленных по ГОСТ 5727-88.
Известно устройство для измерения светового коэффициента пропускания спектрально неселективных стекол «Блик» (Государственный реестр средств измерений №13477-05), содержащее источник излучения, выполненный в виде электрической лампы накаливания, помещенной в конический отражатель с установленным перед ним рассеивателем, фотоприемника, выполненного в виде фотодиода, работающего в фотогальваническом режиме, усилителя фототока, охваченного отрицательной обратной связью.
Недостатком этого устройства является зависимость результатов измерений от изменения напряжения питания, относительного смещения приемной и передающей головок, влияния оптического фона. Использование одного измерительного канала снижает точность измерений и приводит к необходимости предварительной коррекции характеристик устройства, за счет которой не компенсируются мультипликативные составляющие погрешности.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является спектрофотометрическое устройство (RU 2172945 C2, кл. G01N 21/59, опубл. 27.08.2001), в котором по ходу оптического луча вслед за источником излучения расположены конденсор, монохроматор, зеркальный модулятор-коммутатор, рабочий и эталонный каналы, состоящие из объектива и плоского зеркала каждый, система сведения и приемник излучения.
Недостатком этого устройства является представление выходного сигнала в аналоговой форме, сложность конструкции, а так же необходимость выравнивания сигналов от эталонного и измерительного каналов на преемнике излучения в отсутствие эталона и исследуемой оптической пластины в ручном режиме, что снижает возможность реализации автоматической коррекции погрешности измерений.
Техническим результатом заявленного устройства является упрощение конструкции с целью использования устройства в переносном исполнении, представление результатов измерения в цифровой форме, уменьшение влияния аддитивной и мультипликативной составляющей погрешности на результат измерения, что позволяет обеспечить точность измерения.
Поставленный технический результат достигается тем, что в цифровом устройстве для измерения коэффициента пропускания стекла, включающим источник излучения и расположенные по ходу светового луча рабочий и эталонные каналы, приемник излучения, модулятор-коммутатор, отличающееся тем, что устройство снабжено электронной схемой обработки информации, включающей усилитель фототока, к выходу которого подключены два амплитудных детектора, соединенные с двухвходовым коммутатором, а с выходом коммутатора соединен интегратор, подключенный выходом к триггеру Шмитта, выход которого подключен к первому входу триггера, генератор тактовых импульсов соединен с делителем частоты, выход которого соединен с управляющим входом модулятора-коммутатора, управляющим входом коммутатора и вторым входом триггера, подключенного выходом к управляющему входу ключа, соединяющего генератор тактовых импульсов со счетчиком импульсов, а рабочий и эталонные каналы выполнены в виде световодов, соединяющих оптический разветвитель и модулятор-коммутатор, представляющий собой волоконно-оптический переключатель.
Рабочий и эталонный каналы, выполненные в виде световодов позволяют значительно упростить конструкцию устройства и делают его
пригодным для использования в переносном исполнении. Применение оптического разветвителя и оптического коммутатора, позволяет исключить необходимость выравнивания сигналов на приемнике излучения, так как осуществляется коммутация каналов, уменьшающая влияние аддитивной составляющей погрешности на результат измерения за счет использования светового потока от одного источника.
Определение коэффициента пропускания путем измерения отношения амплитуд импульсов от рабочего и эталонного каналов с применением электронной схемы обработки информации позволяет уменьшить влияние мультипликативной составляющей погрешности на результат измерения.
Результат измерения представленный в цифровой форме может быть непосредственно введен в ЭВМ без дополнительного аналого-цифрового преобразования.
На фиг.1 представлена функциональная схема цифрового устройства для измерения коэффициента пропускания стекла. На фиг.2 представлена временная диаграмма сигналов устройства.
Цифровое устройство для измерения коэффициента пропускания стекла состоит из источника излучения 1 и оптического разветвителя 2, расположенного на одной оптической оси с ним и обеспечивающего равномерное деление мощности светового сигнала. К выходам оптического разветвителя 2 подключены эталонный 3 и рабочий 4 каналы, выполненные в виде световодов. Световод эталонного канала 3 и световод рабочего канала 4 соединяют оптический разветвитель 2 и модулятор-коммутатор 5. В разрыв световода рабочего канала помещается исследуемое стекло 6. на выходе модулятора-коммутатора 5 расположен фотоприемник 7, соединенный усилителем фототока 8, к выходу которого подключены амплитудные детекторы 9 и 10, причем амплитудный детектор 10 подключен общей точкой к отрицательной шине питания электронной схемы обработки информации 11, а амплитудный детектор 9 к положительной. Выходы амплитудного детектора 9 и 10, соединены с входами двухвходового
коммутатора 12. Выход коммутатора 12 соединен с интегратором 13, выполненным на базе операционного усилителя и соединенным с триггером Шмитта 14 с нулевым порогом перехода в нулевое состояние, выход которого соединен с первым входом триггера 15. Триггер 15 срабатывает от срезов импульсов, поступающих на его входы.
Устройство содержит генератор тактовой частоты 16 и соединенный с ним делитель 17. Управляющий вход модулятора-коммутатора 5, управляющий вход коммутатора 12 и второй вход триггера 15 соединены с выходом делителя частоты 17. Выход триггера 15 в свою очередь подключен к управляющему входу ключа 18, соединяющего генератор тактовых импульсов 16 со счетчиком импульсов 19.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
э
p
Сигнал с генератора тактовых импульсов 16 с частотой f поступает на делитель частоты 17 с коэффициентом деления n. Сигнал с делителя частоты 17, имеющий частоту f/n и период Т=n/f (диаграмма 1 фиг.2) поступает на управляющий вход модулятора-коммутатора 5, управляющий вход коммутатора 12. В процессе измерения на фотоприемник поступают поочередно подключаемые модулятором-коммутатором 5 потоки излучения от эталонного канала 3 Ф (T) и рабочего канала 4 Ф (T) (диаграмма 2 фиг.2).
I
ф
I
y
8
I
н
y
н
Фотоприемник 7, представляющий собой фотодиод и имеющий токовую чувствительность S, преобразует поток излучения, поступающий на его вход в электрической ток I=Ф(T,t)S, который поступает на вход усилителя фототока 8 с коэффициентом усиления K, на выходе которого образуется электрический сигнал, совпадающий по форме с потоком излучения U=Ф(Т,t)SRK, где R - сопротивление нагрузки фотоприемника.
Напряжение с выхода усилителя фототока 8 поступает на амплитудные детекторы 9 и 10. Амплитудный детектор 9 сглаживает спады импульсов на выходе усилителя фототока 8, таким образом, на выходе амплитудного
детектора 9 образуется постоянное напряжение определяемое потоком излучения от рабочего канала 4
9
p
I
н
y
U=ФSRK
10
э
Амплитудный детектор 10 сглаживает вершины импульсов на выходе усилителя фототока, то есть на выходе амплитудного детектора 10 образуется постоянное напряжение U, эталонного канала 3 Ф (T).
1
u
1
В течение промежутка времени T=T/2 коммутатор 12 с помощью управляющего сигнала от делителя частоты 17 подключает амплитудный детектор 10 к интегратору 13 с постоянной времени τ, на выходе которого образуется линейно возрастающее напряжение (диаграмма 3, фиг.2). Напряжение на выходе интегратора 13 в конце промежутка времени T определяется с помощью выражения
1
1
В момент времени T происходит переключение коммутатора 12 и установление триггера 15 в единичное состояние с помощью сигнала от делителя частоты 17. В течение промежутка времени Т-Т коммутатор 12 подключает амплитудный детектор 9 к интегратору 13, на выходе которого образуется линейно убывающее напряжение (диаграмма 3, фиг.2)
2
В момент равенства нулю напряжения на выходе интегратора 12 триггер Шмитта 14 переходит в нулевое состояние и переводит триггер 14 в нулевое состояние. Обозначив промежуток времени от начала второго такта до момента срабатывания триггера Шмитта 13, то есть промежуток времени, в течение которого триггер 14 находится в единичном состоянии, через переменную T, выразим напряжение на выходе интегратора 12 в момент срабатывания триггера Шмита 14
10
1
9
2
UT-UT=0
2
2
2
1
Откуда , то есть длительность импульса на выходе триггера 15 (диаграмма 4 фиг.2) определяется коэффициентом пропускания стекла τ. Напряжение с выхода триггера 15 на время T открывает ключ 18 и в течение этого времени счетчик импульсов 19 считает импульсы, поступающие от генератора тактовых импульсов 16. Количество поступивших на счетчик импульсов за время T определяется выражением N=Tf=nTτ, из которого следует, что медленные в сравнении с частотой f/n изменения частоты тактовых импульсов и параметров интегратора 13 не оказывают существенного влияния на точность измерения.
Таким образом, заявленное цифровое устройство для определения коэффициента пропускания стекла обеспечивает упрощение конструкции, а так же уменьшает влияние аддитивной и мультипликативной составляющей погрешности на результат измерения, что позволяет обеспечить точность измерения. Результат измерения в цифровой форме может быть непосредственно введен в ЭВМ без дополнительного аналого-цифрового преобразования.