183740. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés nagypontosságú fénymérésre
1 183 740 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés igen kis fényintenzitású nagy érzékenységű, nagy felbontóképességű és nagypontosságú mérésére. Fénymérésre ismertek különböző fénymérő megoldások. Ezek egy részénél, mint pl. a National Bureau of Standards (USA) NBS 950. számú Technical Notejában ismertetett fénymérő berendezésnél is, csak a fényérzékelő (fényelem) hőmérsékletét szabályozzák. Ennél a megoldásnál a rövidzárási áram-feszültség átalakító a fénymérő mérőfejében helyezkedik el, de nincs hőmérsékletszabályozva, a hőmérsékletszabályozó elektronikus áramkörök viszont a fénymérő központi egységben találhatók. A rövidzárási áramfeszültség átalakító visszacsatoló ellenállásai dekadikusak, a legnagyobb érték 10 Mohm. A négy érzékenységi fokozat legkisebb visszacsatoló ellenállása 10 kohm. Az elért rövidzárási áramérzékenység a rövidzárási áram-feszültség átalakítóban alkalmazott, de kívülről kompenzálatlan, drága műveleti erősítő (Analog Devices Model 52K) ellenére csak közelítőleg 0,1 nA. Az EG and G (USA) model 550—1 Radiometer- Photometer-ében a fénymérő berendezés mérőfejében csak a fényérzékelőt és a hozzá illesztett optikai feltétet helyezték el. A rövidzárási áram-feszültség átalakító a fénymérő berendezés központi egységében helyezkedik el. A fényérzékelőt a rövidzárási áram-feszültség átalakítóval hosszú, különleges kialakítású, árnyékolt koaxiális kábel köti össze. Ennek a szórt kapacitása nagy és nehezen kézbentartható értékű, ezért a rövidzárási áram-feszültség átalakító visszacsatoló ellenállásával — ez különösen a legnagyobb érzékenységet adó, legnagyobb visszacsatoló ellenállás esetén lényeges — viszonylag nagyértékű (90 pF- os) kondenzátort kellett párhuzamosan kapcsolni, a szórt kapacitás kihangolására. A rövidzárási áram-feszültség átalakítót drága, és nem hőmérséklet-stabilizált műveleti erősítővel alakították ki, igen nagyértékű (10 Gohm) és igen drága, precíziós dekadikus visszacsatoló ellenállásokat felhasználva. Az elért érzékenység az elsőként ismertetett, ismert megoldáshoz képest több nagyságrenddel nagyobb. A megoldás hátránya, hogy az igen kis fényáramok mérését nagyon nagy időállandóval, igen bonyolultan és drágán oldja meg és a legnagyobb érzékenységű fokozatban — amikor a visszacsatoló ellenállás értéke a legnagyobb — a fénymérő berendezés mérőfejét a fénymérő berendezés központi egységével összekötő koaxiális kábel mozgatásakor a mérési eredményt mutató számjegyes kijelző utolsó számjegye bizonytalanná válik. Ez az elérhető érzékenységet korlátozza. A találmány szerinti megoldás egyrészt kiküszöböli az ismertetett megoldások fenti hátrányait, másrészt azoknál lényegesen egyszerűbb és gazdaságosabb felépítés mellett, nagyobb érzékenységi tartományban pontosabb és gyorsabb mérést tesz lehetővé. A találmány szerinti berendezés, amely előnyösen fényelemes fényérzékelővel és igen kis feszültségdriftű, valamint igen kis bemenő áramú műveleti erősítővel felépített rövidzárási áram-feszültség átalakítót alkalmaz, elsődlegesen a hagyományos és széles körben elterjedten alkalmazott, de igen sok hátrányos tulajdonsággal rendelkező fotoelektron sokszorozók kiváltását teszi lehetővé a nem nagy mérési sebességigényű fénymérési területeken azáltal, hogy érzékenysége eléri a 10~14 A-t és linearitási tartománya meghaladja a tíz nagyságrendet. A találmány alapja az a felismerés, hogy célszerűen megválasztott félvezető fényérzékelő és rövidzárási áramfeszültség átalakító párosítás esetén a rövidzárási áram-feszültség átalakító műveleti erősítő feszültség nullhibájának kompenzálását és invertáló bemenetének bemenő áramkompenzálását különválasztva -, és a null-hibafeszültség, valamint a bemenő áram kompenzálását, továbbá a rövidzárási áram-feszültség átviteli tényező kalibrálását meghatározott sor- * rend és eljárás szerint végezve, a fényérzékelő feszültségmentessé tehető és a nullhibák nagymértékben lecsökkenthetők, továbbá speciális elrendezésű sokállású kapcsoló és ahhoz csatlakoztatott több fokozatú, ellenállásos feszültségosztó alkalmazásával nagyméretű és költséges nagyohmos precíziós visszacsatoló ellenállások alkalmazása kiküszöbölhető és a visszacsatoló ellenállások és kondenzátorok száma ugyanolyan érzékenységi fokozatszám mellett törtrészére csökkenthető, azok többszöri felhasználás által, ugyanakkor a jelentős méretcsökkenés következtében az árnyékolt üreges termosztált mérőfejben helyezhető el a rövidzárási áram-feszültség átalakító, a műveleti erősítővel, a többfokozatú ellenállásos feszültségosztóval, a visszacsatoló áramkörökkel és az érzékenységi fokozatot váltó sokállású kapcsolóval, ami a stabilitás nagyfokú növekedéséhez vezet (termofeszültségmentesség, termikus drift kiküszöbölése, kapacitív rászórásmentesség stb.). A fényérzékelő és az ahhoz csatlakoztatott, egyenként egyszerű módon kalibrálható optikai feltételek (fényrekesz, színszűrő tartó, koszinusz feltét), valamint a műveleti erősítővel felépített rövidzárási áram-feszültség átalakító és a hőmérséklet szabályozó áramkör önmaga is együttesen hőmérséklet szabályozottá tehető, valamint a fényérzékelő és a rövidzárási áram-feszültség átalakító egymáshoz igen rövid vezeték közbeiktatásával csatlakoztatható, miközben a fényérzékelő, a rövidzárási áram-feszültség átalakító, a hőmérsékletszabályozó áramkör és a fűtőelem egy-egy fémből kialakított, szétszedhető, árnyékolt üregben helyezkedik el, amely üregek a belső termosztátot alkotva közös földpotenciálra kapcsoltak és a fűtőelem ürege a fényérzékelő ürege és a rövidzárási áram-feszültség átalakító ürege között van, továbbá a hőérzékelő és a fűtőelem ill. a hőmérséklet szabályozó áramkör vezetékei, valamint a táp- és egyéb vezetékek a fényérzékelő és a rövidzárási áram-feszültség átalakító árnyékolt üregén kívül helyezkednek el, oly módon, hogy a belső termosztát szétszedéskor a szétszedhetőséget és összeszerelhetőséget biztosító csatlakozók is az árnyékolt üregeken kívül helyezkednek el, a belső termosztát külső falára rögzítve. A rögzítés bontása után az egyes üregekben elhelyezett áramköri szerelvények (pl. nyomtatott áramköri lapra szerelten) és az azokhoz tartozó csatlakozók külön összetartozó egységekként — forrasztás nélkül — ki- és beszerelhetők. A találmány tehát eljárás és berendezés igen kis fényintenzitások nagypontosságú mérésére. Az eljárás során fényérzékelő rövidzárási áramát feszültség átalakítással több érzékenységi fokozatban nullázással, kompenzálással és kalibrálással mérjük. A találmányt az jellemzi, hogy először a fénymérő nullhibáját kompenzáljuk oly módon, hogy először a fényér-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
