Способ повышения чувствительности приемника излучения в процессе измерения

Взамен раннее изданного

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

>535490

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву ¹ 277311 (22) Заявлено 10.06.74 (21) 2033466 25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15,11.76. Бюллетень № 42 (45) Дата опубликования описания 23.!1.76

Госвдарстввнный комитет (51) M.Ê з G O l N 21/00

Совета Министров СССР ло делам изобретений н открытий (53) УДК 543 272 (088.8) (72) Автор

А. О. Салль из. ретения

Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения

; 71) Заявитель (54) СПОСОБ

ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПРИЕМНИКА

ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ИЗМЕРЕНИЯ изобретение относится к области теплового гриема модулированного электромагнитного излучения,,который основан на поглощении излучения рабочим телом с последующим преооразованием поглощенной энергии излу- 5 чения в электрическую. Это преобразование осуществляют в рабочем теле приемника излучения.

При иэмере IHH электромагнитого излучения обычно требуется, чтобы сигнал, посту- 10 паощий с рабочего тела приемника на вход усилителя, был переменным, что достигается с помощью различных видов модуляции (1).

Наиболее расп рост ранен способ, который осуществляют путем механического прерыва- 15 ння лучистого потока обтюраторами самой различной формы,,например вращающимся радиальным обтюратором с чередующимися прозрачными и непрозрачными секторами.

Для уменьшения влияния шумов перемен- 0 ный эле«трпчеокий сигнал синхронно детектируют, для чего, кроме измеряемого излучения, имеется вспомогательный световой поток, который модулируется тем же прерывающим диском и затем падает на фотоэлемент. 25

Выходной сигнал фотоэлемента усиливают и используют в качестве управляющего при синхронном детектировании измеряемого сигна. ла 12).

Для управления работой сн:гхронного детектора служит датчик опорного сигнала.

Опорное напряжение возникает при вращешги модулятора. Обычно используемые фотоэлек. трпческие .датчики опорных сигналов синхронных детекторов включают в себя лампу накаливания, фоторезистор и вращающийся обтюратор. Последний с необходимой частотой и фазой модулирует поток излучения, направляемый на фоторезистор. Возникающий прп э-.ом сигнал усиливается и подается на датп1к опорного сигнала. Регулировка фазы это-.о сигнала осуществляется, поворотом лампы накаливания с фоторезпстором относительно осн вращения обтюратора.

11звестен способ повышения чувствительности тепловых приемников по основному авт. св. ¹ 277311, .который является .наиболее бли ким техническим решением к предлагаемому изобретению. По этому способу применяют принудительные циклические изменения температуры рабочего тела путем изменения температуры, по крайней мере, одного из те» (теплообменника или экрана), непосредстве 1но окружающих рабочее тело.

Однако одновременное применение извест ного способа повышения чувствительности приемчика излучения в процессе измерения и спнхронного детектирования,приводит к возникновению погрешности при колеоаннях час535490 таты модуляции излучения и температуры окружающей .среды.

Недостатком известного приема получения опорного сигнала для управления синхронным детектированием является то, что под дейст вием колебаний частоты модуляции и температуры о иружающей среды фазы опорного сигнала и измеряемого сигнала, возникающего ,в рабочем теле, изменяйтся неодинаково. Это объясняется тем, что принципы действия фотарезисторов и преобразователя рабочего тела различны. Поэтому технические характеристики (постоянная времени, темпвратурныи коэффициент изменения выходного сигнала и др.) также неодинаковы. Неодинаковое изменение фаз сигналов приводит к увеличению попрешности измерения и ограничивает возможность,компенсации одного гармонического сигнала при наличии другого неизменного

В результате также ограничивается сверху относительное увеличение мощности,выходно го сигнала.

Для уменьшения погрешности измерения по предлагаемому способу в,качестве управ. ляющего сигнала .для синхронного детектирования измеряемого сигнала и в качестве сигМала электротепловой обратной связи используют сигнал, который получают облучением лодулированным потокам излучения второг,>

-рабочего тела.

При осуществлении предложенного способа параллельно основному измеряемому потоку излучения и тепловому потоку обратной связи создают дополнительный модулированный поток излучения, устанавливают в него дополнительное рабочее тело, идентичное рабочему телу приемника излучения, снимают с догюлнительного рабочего тела сигнал и подают его в |качестве управляющего сигнала для синхронного детектирования измеряемого сигнала и сигнала обратной связи, направляемого,к электротепловому (электрооптическому):преобразователю теплообменника (экрана) обратной связи.

На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Измеряемое излучение, обозначенное из чертеже вертикальной стрелкой, модулируегся,вращающимся дисковым обтюратором который приводится в движение синхронным электродвигателем 2. Мадулированпый поток воспринимается рабочим телом 3, где и возни кает электрический сигнал. Последний после выпрямления синхронным детектором 4 измеряется регистрирующим прибором 5. Элек. трооптический преобразователь б служит для создания регулируемого дополнительного потока обратной связи (в частности, преобразователь б предназначен для регулирования интенсивности дополнительного попеременного притока тепла к рабочему телу .и оттока тепла от него). Обратная тепловая связь может осуществляться, например, с использованием эффектов Джоуля — Ленца или Пельтье. Во втором случае сигнал обратной связи (изменение температуры теплообменника преобразователя б) оказывается практически пропорциональным выходному сигналу рабочего тела s так. как тепловая мощность (и положительна;! и отрицательная) прямо пропорциональна ве. личине электрического тока, пропускаемого через спаи различных материалов. Благодаря линейной зависимости погрешность измерения 0 уменьшается.

Модуляция интенсивности радиационного теплообмена м жду .рабочим телом 3 и преобразователем б (в результате этой модуляции возникает переменный сигнал обратной связи) осуществляется при вращении второго обтюратора 7, закрепленного на одной оси 8 с первым обтюратором 1, фазы, модуляции обтюраторами 1 и 7 различаются, например на угол, близкий к +90 . Радиационный холодильник совмещен с обтюратором 7 радиационного теплооомена. Последний прп этом можно вь1полнить, например, в виде дисково.го обтюратора с зачерненной поверхностью, обращенной к рабочему телу,3 приемника. 5 При вращении обтюратора (диска) 7 в течение одного полупериода модуляции излучение от преобразователя б направляется .и рабочему телу 3, а в течение другого полупериозо да — от рабочего тела,к холодильнику — оитюратору 7. Регулирование интенсивности циклического теплообмена рабочего тела с преобразователем б и обтюратором 7 автоматичсски осуществляется с помощью сигнала

35 обратной связи. Последний получается посл :, выпрямления выходного сигнала рабочего тела 3 с помощью синхронного детектора 9, фа за коммутации, которого отличается от фазы детектора 4 на 90 . Выпрямленный сигнал

40 усиливают усилителем 10 и подают на электричеокий вход электрооптичеокого преобра. зовате,IH б. Итак, ил выходного электрического сигнала рабочего тела 3 выделяют с помощью синхронного детектирования два гар45 монических сигнала с фалами различаю:ци1 мпся на 90, олин из сигпа, IOB 1после выпрям. ления измеряют, а второй компенсируют до нуля путем регулирования интенсивности циклического теплообмена рабочего тела.

При отсутствии обратной связи фаза сигнала, возникающего в рабочем теле 3 под действием измеряемого нотока (поток обратной связи отсутствует), совпадает с фазой коммутации синхронного детектора 9. Введением дополнительного теплового потока обратной связи эта составляющая сигнала комленспру. ется практически до нуля (любой сигнал всегда можно разложить на две взаимоортогопальные составляющие так, что фаза одной из составляющих совпадает с фазой коммутации синхронного детектора 9).

В процессе измерения амплитуда дополнительного переменного потока тепла, поступающего в рабочее тело через электрооптический преобразователь б, в конечном итоге

535490 автоматически устанавливается та ой, чтобы постоянная составляющая сигнала на выходе синхронного детектора 9 была практически равна нулю. При этом независимо от величины измеряемого потока излучения фаза. установившепося сигнала на выходе рабочего тела 8 оказывается сдвинутой относительно фазы первоначального сигнала (оц наблюдается при отсутствии цепи обратной связи) на угол, близкий,к +90 .

Итак, разделение измеряемой и компенсируемой гармоник осуществляется с помощью синхронных детекторов 4 и 9. Для управления работой последних служат датчики 11 и !2 опорных сигналов. Опорные напряжения возникают одновременно, но с различными фазами с вращением модулятора 1. Опорныесигналы получают путем облучения потоком излучения от источника 18 рабочего тела 14, идентичного по хара ктеристикам рабочему телу 8

Возникающий в рабочем теле 14 сигнал увеличивается усилителем 15 и подается на датчики 11 и 12 о порных сигналов. При этом, по крайней мере, один из этих датчиков может включать в себя устройство для изменения (регулирования) фазы сигнала. Опорные напряжения возникают при вращении обтюратора 1. Регулировка фаз этих .сигналов осуществляется поворотом источника излучения

18 и рабочего тела 14 относительно оси вращения обтюратора. Посколыку технические характеристики рабочих тел 8 и 14 близки (практически одинаковы), то и фазовые изменения,при воздействии внешних факторов также одинаковы. Погрешность синхронного детектирования уменьшается, что позволяет увеличивать отношение сигнала, измеряемого регистрирующим прибором 5, к остаточному не. скомпенсированному сигналу на выходе детектора 9.,В результате погрешность измерения уменьшается и мощность выходного электрического сигнала .приемника еще увеличивается.

Наиболее простая настройка измерительной схемы п|риемника заключается в следующем. Пусть, например, сигнал, регистрирусмый прибором 5,при обычном измерении (цепь 9 — 10 — á обратной связи отсутствует). необходиьмо увеличить на порядок. Источник

18 и рабочее тело 14 устанавливают в такое положение, при котором фаза коммутации синхронного детектора 9 совпадает с фазой измерявмого сигнала (постоянная .составляющая сигнала на выходе синхронного детектора 9 при этом максимальная). Затем угловое положение обтюратора 7 относительно осн 8 подбирают таким, чтобы устновившийся измеряемый электрический сигнал, регистрируемый прибором 5, увеличился на порядок по сравнению с первоначальным значением.

Для достижения максимального измеряемого сигнала,при настройке описанного устройства фазу модуляции излучения обратной связи обтюратором 7 рекомендуется подоирать до тех пор, пока сигнал на выходе синхронного детектора 9 станет во много раз ме. ьше измеряемого сигнала на выходе детектора 4, т. е. практически сигнал на выходе детектора 9 можно считать, равным нулю. При этом достигается наибольшее усиление выход ного сигнала приемника. Затем, после проведения испытаний уточняют угловое IlOëîæt. ние обтюратора 7 и при необходимости фазы опорных сигналов для управления cHIt YpoH. ным детектированием, так как при черезмерно большом усилении начинает проявляться нестабильность работы и увеличивается погрешность измерения. В результате подрегулцровки обеспечивают допустимое значение погреш30 но"ти измерения.

Формула изобретения

Способ повышения чувствительности приемника излучения в процессе измерения по авт. свид. № 277311, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, в качестве управляющего сигнала для синхрошюго детектирования измеряемого си,40 пала и в качестве сигпаlа электротепловой обратной связи используют сцгна 7, который получают облучением модулированным пото«ом излученпя второго рабочего тела.

11сточники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Ю. Г. Якушенков «Физические основы оптико-электронных приборов», М., 1965 г., стр. 173.

2. P. Смит «Обнаружение и измерение пнфраирасного излучения», М., 1959 г., стр. 423.

535490

Составитсль В. Вощанкин

Техред Е. Почурушина

Vоррскгор И. Сичнева

Редактор И. Шубина

ОСОИТД "Гипроводхоз"

Москва, Енисейская ул., 2

Заказ 116 Изд. ¹ 1783 Тираж 1029

ЦНИИПИ Государственного когиитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5К-35, Раушскаи наб., д. 4/5