183768. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés kompenzált fénymérésre
183 768 2 A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés kompenzált fénymérése. Kis fényintenzitások mérésére ismert a 175 960 lajstromszámú magyar szabadalomban leírt automatikus kompenzálással mérő tény mérő. Itt a mérendő fény érzékelésére szolgáló fényelem kapcsaira ellenkező polaritással kapcsolt fényelem végzi a fotoáram kompenzációját. A rövidzárási fotoáram automatikus kompenzálását egy olyan analóg szabályozási kör végzi, amelyben a különbségi fotoáramot nagyfrekvenciával modulált híd érzékeli, a híd modulált kimenő feszültségét szelektív tagot tartalmazó váltakozó feszültségű erősítő fokozat erősíti, majd fázisérzékeny egyenirányító detektálja, amelyet aluláteresztő szűrő követ. Az érzékelő hidat a transzformátorral illesztett nagyfrekvenciás generátoron kívül egy fényforrással megvilágított fényelem is táplálja fotofeszültséggel, a moduláló elempár előfeszítésére. A fotoáram kompenzációját végző fényelemre a fényt egy további fényforrás adja, amelyet egy olyan szabályozó táplál feszültség-áram átalakítón keresztül, amely alapjelét ugyanezen további fényforrás fényét figyelő harmadik fényelemről rövidzárási áram-feszültség átalakítással nyeri. A helyes fényarányok beállítására fényszűrő elem szolgál. Az ismertetett megoldás hátránya, hogy igen bonyolult, drága és a megvalósítása is nehézkes. Négy költséges fényelemet, két hőtermelő fényforrást, drága és nagy optikai fényszűrő elemet, nagyfrekvenciás áramköröket és transzformátorokat, valamint több jelátalakítót is tartalmaz. Beszabályozása, beleértve a különféle hibák kiküszöbölését is, nagyon nehézkes. A sorozatgyártás csak igen nehezen, az elemek költséges és időigényes válogatásával oldható meg. A 169 884 lajstromszámú magyar szabadalmi leírás analóg fényjelek hányadosát mérő berendezést ismertet, amelyben a két fénymérő csatornához csatlakozó közös jelfeldolgozó ág nullhibáit kompenzálják. A kompenzálás úgy történik, hogy egy forgó tárcsa mindkét fényjel útját lezárja, az ekkor megmért nulla jelet tartóáramkörtárolja, és úgy csatolja vissza a jelfeldolgozó ágba, hogy annak kimenete zérus legyen. Ennek a megoldásnak hátránya a mechanikusan mozgó elem, ami kényes, zajos és könnyen meghibásodhat. A találmány szerinti megoldás egyrészt kiküszöböli az ismert megoldások fenti hátrányait, másrészt azoknál egyszerűbb és gazdaságosabb felépítés mellett, sokkal szélesebb alkalmazási területen, jóval érzékenyebb, pontosabb, megbízhatóbb és sokoldalúbb automatikus mérést tesz lehetővé. Atalálmány főelőnye az, hogy lehetővé teszi a fénymérők olyan, igen kis frekvenciájú zajkomponensének a kiküszöbölését, amely sem hőmérsékletszabályozással, sem pedig szelektív, zajelnyomó áramköröknek az alkalmazásával már nem oldható meg. Ily módon a találmány szerinti megoldással különlegesen nagy fényérzékenység érhető el. A találmány egyrészt eljárás kompenzált fénymérésre, amelynek során a mérendő fényt fényérzékelővel érzékelve villamos jelet állítunk elő és a villamos jelet villamos mérőkörrel megmérjük, amikoris a villamos mérőkör nullhibáját kompenzációs mérés eredményével kompenzáljuk. A találmányt az jellemzi, hogy a fénymérés előtt vagy után a 1 kompenzációs mérést úgy végezzük, hogy vagy a mérendő fény fényforrását kikapcsoljuk, vagy a fényérzékelőt helyettesítjük a fényérzékelő belső impedanciájával megegyező értékű külső passzív impedanciával. A találmány szerinti eljárásnál a nullhiba kompenzálását mozgó alkatrész nélkül, elektronikus úton oldjuk meg. Ha a fényforrás kikapcsolásával végezzük a mérést, nemcsak a fényérzékelőhöz csatlakozó villamos mérőkör nullhibája lesz kompenzálva, hanem a fényérzékelőre jutó háttérfény ill. szórt fény is. Abban az esetben, ha az eljárást nem a tényérzékelő lekapcsolásával végezzük, a helyettesítő passzív impedancia beiktatása a nullhiba kompenzálási periódusban pontosan ugyan olyan peremfeltételeket ad a vil- 1 amos mérőkör számára, mint amilyent az a fénymérési periódusban kap a fényérzékelő által. Ezáltal a nullhiba kompenzálás nagyobb pontossággal történik. A találmány egy további előnye, hogy az eljárás periodikusan váltakozó fénymennyiségek mérésére is nagyon jól alkalmazható, amikoris az eljárást periodikusan, a mérendő fénymennyiség változásával szinkronizálva megismételjük. Az egyen fénymérő megoldásokhoz képest ez azért előnyös, mert az offszet és drift jellegű hibák kiküszöbölhetők. Az ismert váltakozó fénymérő megoldásokban, ahol a fényérzékelőt váltakozó áramú erősítő, majd demodulátor és szűrő követi, ezek az offszet és drift hibák csak a nagy j elszintű demodulált egyénjeiben vannak jelen, ahol a hatásuk már kicsiny. Azonban a csatoló elemeken és a demodu- 1 átorban a jel torzulást szenved, ezért az elérhető pontosság és felbontóképesség korlátozott. Ezek az ismert megoldások a moduláló jelkomponens elnyomására nagy időállandójú aluláteresztő szűrőket alkalmaznak, ezért lassúak. A találmány szerinti megoldással az ismert, váltakozó fények mérésére szolgáló fénymérőkhöz képest is nagyobb érzékenység, pontosság és felbontóképesség érhető el, olcsóbb elektronikus alkatelemek felhasználása mellett. Ilyenkor a mérési eredményt egy impulzus sorozat amplitúdója hordozza, ez az esetek többségében azonban nem hátrány. Amennyiben folytonos kimenő jelre van szükség, a nagy jelszintű, hibakomponens nélküli jelsorozat egyszerű áramkörökkel, pl. integrátorral vagy mintavevő és tartóáramkörrel stb. folytonos, hiba- és zajmentes jellé ala- I ítható. További előnyös foganatosítás szerint legalább két fénymennyiséget legalább két fényérzékelővel és villamos mérőkörrel mérünk a villamos mérőkörök kimenő jeleinek párhuzamos vagy egymás utáni analóg vagy digitális tárolásával , és az élj árást minden egyes fénymenny iség méréséről megismételjük. Több fénymennyiség mérésekor úgy célszerű eljárni, hogy az eljárás csatornánkénti elvégzése után az egyes kompenzált, ill. mért fénymennyiségeket egymással, vagy t öbb csatornára elvégzett összegzésük után az összeggel elesztjuk. A találmány másrészt kapcsolási elrendezés kompenzált fénymérésre, amely fényérzékelőt és ehhez csatlakoztatott, nullhiba kompenzálással ellátott villamos mérőkört tartalmaz. A kapcsolási elrendezést az jellemzi, hogy vagy a mérendő fényforrást vezérlő tápegysége van; vagy a fényérzékelő és a villamos mérőkör közé olyan első vezérelt kapcsoló van beiktatva, amelynek első érintője a fényérzékelőre, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
