Пристрій для вимірювання електромагнітного випромінювання

1. Пристрій для виміру електромагнітного випромінювання, що містить датчик, з'єднаний із входами аналого-цифрового блока, виходи якого підключені до відповідних входів блока керування, а виходи останнього з'єднані з блоком індикації, який відрізняється тим, що в пристрій додатково введений блок ідентифікації, виходи якого з'єднані з відповідними входами блока керування. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що датчик містить кілька чутливих елементів, виходи яких є виходами датчика, а блок ідентифікації містить кілька елементів ідентифікації, виходи яких є виходами блока. 3. Пристрій за пп. 1 і 2, який відрізняється тим, що кожний з чутливих елементів датчика об'єднаний у пару з відповідним елементом ідентифікації, а кожна з пар укладена в окремий контейнер і підключена до аналого-цифрового блока і блока керування за допомогою рознімного з'єднання. Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки і може бути використана при створенні багатоканальних пристроїв для виміру енергетичної освітленості в декількох діапазонах електромагнітного випромінювання. Відомий пристрій для виміру електромагнітного випромінювання по економічному патенту ГДР №222961, GO1J1/42, пріоритет від 02.04.84, що містить датчик, аналого-цифровий блок і блок індикації Пристрій має просту конструкцію, але при вимірах у різних діапазонах частот (видиме випромінювання, ультрафіолетове, інфрачервоне і т.д.), коли потрібна заміна датчика, виникає необхідність перенастроювання аналогової частини пристрою. Тому недоліком даного технічного рішення є незручність використання Крім того розглянутий пристрій не дозволяє проводити виміри одночасно в декількох діапазонах електромагнітного випромінювання, що звужує його функціональні можливості й область викорис-тання. Відомий пристрій по патенту США №4704535, G01J1/42, пріоритет 11.04.85, що містить датчик, сигнал з якого надходить на блок керування, з'єднаний із блоком індикації Функціональні можливості цього пристрою трохи ширші чим попереднього, тому що блок керування дозволяє проводити обробку сигналу по заданій програмі. Однак і в цьому пристрої заміна датчика вимагає перенастроювання, особливо це стосується датчиків із зовсім неідентичними властивостями, наприклад призначених для роботи в різних діапазонах електромагнітного випромінювання. Даний пристрій, так само як і попереднє, не дозволяє одночасно проводити виміру в декількох діапазонах електромагнітного випромінювання. Як прототип обраний пристрій (див Фіг.1) по патенту США №5107123, G01J1/44, пріоритет 04.05.90, що містить датчик 1, з'єднаний із входами аналого-цифрового блоку 2, виходи якого підключені до відповідних входів блоку 3 керування, а виходи останнього з'єднані з блоком 4 індикації Функціональні можливості даного технічного рішення так само трохи розширені за рахунок застосування програмувального блоку 3 керування. Однак і цей пристрій має істотні недоліки, а саме: - неможливість заміни датчиків з різними спектральними і передатними характеристиками без переналагодження пристрою або переключення піддіапазонів, тобто пристрій не "пізнає" датчик і не вносить корективи у свою роботу в залежності від типу останнього; ю со 4675 - неможливість одночасного проведення вимірів у різних діапазонах електромагнітного випромінювання Задачею корисної моделі є розширення функціональних можливостей, області застосування і підвищення зручності використання пристрою для виміру електромагнітного випромінювання, а саме, забезпечення можливості заміни датчиків з неідентичними спектральними і передатними характеристиками без переналагодження електронної частини пристрою або будь яких переключень у ньому завдяки забезпеченню "розпізнаваємості1 датчика і його характеристик, тобто за рахунок додання пристроєві інтелектуальних властивостей Це дає можливість створювати багатоканальні вимірювальні системи для одночасного вимірювання електромагнітного випромінювання в різних смугах частот Поставлена задача в пристрої для вимірювання електромагнітного випромінювання по пункті 1 формули корисної моделі (див Фіг 2) вирішується за рахунок того, що в пристрій для вимірювання електромагнітного випромінювання, що містить датчик 1, з'єднаний із входами аналого-цифрового блоку 2, виходи якого підключені до ВІДПОВІДНИХ входів блоку 3 керування, а виходи останнього з'єднані з блоком 4 індикації, додатково введений блок 5 ідентифікації, виходи якого з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ входами блоку 3 керування Блок 5 ідентифікації містить інформацію про підключений у даний момент, до електронної частини пристрою датчик 1 його тип, спектральну і передатну характеристики При заміні датчика до пристрою підключається інший блок ідентифікації, що містить інформацію про новий датчик Блок керування зчитує інформацію про датчик і обробляє дані, що надходять, по ВІДПОВІДНІЙ програмі Таким чином, пристрій здобуває інтелектуальні властивості - "розпізнає" датчик, вибирає алгоритм роботи з ним і обробляє дані ВІДПОВІДНО ДО ЦЬОГО алгоритму У пристрої по пункту 2 формули корисної моделі (див Фіг 3) поставлена задача вирішується, крім того, ще і за рахунок того, що датчик 1 містить кілька чутливих елементів 6, виходи яких є виходами датчика 1, а блок 5 ідентифікації містить кілька елементів 7 ідентифікації, виходи яких є виходами блоку 5 Така побудова пристрою дозволяє створювати багатоканальні вимірювальні прилади для одночасного виміру електромагнітного випромінювання в різних діапазонах частот У пристрої по пункту 3 формули корисної моделі (див Фіг 4) поставлена задача вирішується, крім того, ще і за рахунок того що кожен з чутливих елементів 6 датчика 1 об'єднаний у пару з відповідним елементом 7 ідентифікації, а кожна з пар укладена в окремий контейнер 9 і підключена до аналого-цифрового блоку 2 і до блоку 3 керування за допомогою рознімного з'єднання 8 Таке тверде об'єднання кожного з чутливих елементів 6 датчика 1 з "своїм" елементом 7 ідентифікації з ВІДПОВІДНОЮ інформацією і наявність рознімного з'єднання 8 дозволяє оперативно змінювати чутливі елементи 7, причому вони можуть підключатися не до конкретних вимірювальних каналів, а довільно, тому що контейнер 9, що містить чутливий елемент 6, містить у собі ще й елемент 7 ідентифікації в який записана інформація, що дозволяє блокові З керування розпізнавати тип чутливого елемента підключеного до кожного з вимірювальних каналів Таким чином, заявляєме технічне рішення вирішує поставлену задачу На Фіг 1 зображена функціональна схема прототипу, де 1 - датчик 2 - аналого-цифровий блок, З - блок керування, 4 - блок індикації На Фіг 2 зображена функціональна схема пристрою, що заявляється, по пункту 1 формули корисної моделі, де 1 - датчик, 2 - аналого-цифровий блок, 3 - блок керування, 4 - блок індикації, 5 - блок ідентифікації На Фіг 3 зображена функціональна схема пристрою, що заявляється, по пункту 2 формули корисної моделі, де 1 - датчик, 2 - аналого-цифровий блок, 3 - блок керування, 4 - блок індикації, 5 - блок ідентифікації, 6 - чутливий елемент датчика, 7 елемент ідентифікації На Фіг 4 зображена функціональна схема пристрою, що заявляється, по пункту 3 формули корисної моделі, де 1 - датчик, 2 - аналого-цифровий блок, 3 - блок керування, 4 - блок індикації, 5 - блок ідентифікації, 6 - чутливий елемент датчика, 7 елемент ідентифікації 8 - рознімне з'єднання, 9 контейнер з укладеною в ньому парою елементів 6 і7 На Фіг 5 зображена функціональна схема фотометра ФЕО-М (приклад 1 конкретного виконання пристрою, що заявляється,), де 1 - датчик, 2 - аналого-цифровий блок, 3 - блок керування, 4 - блок індикації, 5 - блок ідентифікації, 6 - чутливий елемент датчика, 7 - елемент ідентифікації, 8 - рознімне з'єднання, 9 - контейнер, 10 - світлофільтр, 11 - попередній підсилювач, 12 - підсилювач, 13 аналого-цифровий перетворювач, 14 - мікроконтролер, 15 - привід індикатора На Фіг 6 зображений ЗОВНІШНІЙ ВИГЛЯД фото метра ФЕО-М На Фіг 7 зображена функціональна схема фотометра ФЕО-П (приклад 2 конкретного виконання пристрою, що заявляється,), де 1 - датчик, 2 аналого-цифровий блок, 3 - блок керування, 4 блок індикації, 5 - блок ідентифікації, 6 - чутливий елемент датчика, 7 - елемент ідентифікації, 8 рознімне з'єднання, 9 - контейнер, 10 - світлофільтр, 11 - попередній підсилювач, 12 - підсилювач, 13 - аналого-цифровий перетворювач, 14 мікроконтролер, 15 - привід індикатора На Фіг 8 зображений ЗОВНІШНІЙ ВИГЛЯД фото метра ФЕО-П Приклад 1 Як приклад конкретного виконання пристрою для вимірювання електромагнітного випромінювання розглянемо фотометр ФЕО-М, розроблений в Інституті фізики напівпровідників НАН України Функціональна схема фотометра приведена на Фіг 5, а його ЗОВНІШНІЙ ВИГЛЯД на Фіг 6 Пристрій містить один вимірювальний канал Датчик 1 містить один чутливий елемент 6 у якості якого використаний фотодіод ФД-288, а також попередній підсилювач 11, у якості якого використана мікросхема AD8551AR Вхід підсилювача 11 підключений до чутливого елемента 6, а вихід є виходом датчика 1, що за допомогою рознімного 4675 з'єднання 8 зв'язаний із входом аналогоцифрового блоку 2. Блок 5 ідентифікації містить один елемент 7 ідентифікації, вихід якого є виходом блоку 5 Як елемент 7 використана мікросхема DS18S20, з унікальним 48 бітним Ідентифікаційним номером і двома байтами доступної для перепрограмування енергонезалежної пам'яті. У мікросхему може вводитись коефіцієнт передачі, тип спектральної характеристики й інші параметри чутливого елемента 6 датчика 1 Це дає можливість підключати до фотометра датчики з неідентичними властивостями без необхідності якого-небудь перерегулювання. Крім того, убудований у мікросхему сенсор температури, дозволяє проводити вимір останньої з точністю ±0,5°. Вихід блоку 5 Ідентифікації через рознімне з'єднання 8 підключений до відповідного входу блоку 3 керування. Датчик 1 і блок 5 ідентифікації укладені в контейнер 9, у конструкцію якого для вимірювання випромінювання в конкретній смузі частот, входить відповідний світлофільтр 10. До складу аналогоцифрового блоку 2 входить підсилювач 12 І аналого-цифровий перетворювач 13, у якості якого використана мікросхема ADS7822U, а як підсилювач 12 - мікросхема AD8541AR Виходи аналогоцифрового перетворювача 13 є виходами аналогоцифрового блоку 2, що з'єднані з відповідними входами блоку 3 керування. Блок 3 містить мікроконтролер 14, входи якого є входами блоку 3, а також привід 15 індикатора, входи якого підключені до відповідних виходів мікроконтролера 14. Виходи приводу 15 індикатора є виходами блоку 3 керування. Як мікроконтролер 14 використана мікросхема PIC16F648-041/P. Використовувана мікросхема має убудований прийомопередавач для зв'язку з ЕОМ по стандартному інтерфейсу RS232, що дає можливість вводити обмірювані величини в комп'ютер, накопичувати й обробляти їх. Приводом 15 індикатора служить мікросхема AY0438-IR, виходи якої з'єднані з входами блоку індикації, у якості якого використаний ЖК індикатор IT-G0824. Пристрій працює в такий спосіб. При включенні живлення починають працювати всі блоки. Мікроконтролер 14 зчитує інформацію занесену в блок 5 Ідентифікації про спектральну і передатну характеристики підключеного в даний момент датчика 1, а також про температуру поблизу чутливого елемента 6. Аналого-цифровий блок 2 підсилює сигнал який надходить від датчика 1, перетворює його в цифрову форму і направляє на входи мікроконтролера 14, що на підставі інформації отриманої від блоку 5 ідентифікації робить необхідні розрахунки І виводить отримані дані на вхід приводу 15 індикатора, а в разі потреби передає них на вхід ЕОМ Привід 15 індикатора перетворює сигнал до виду необхідного для функціонування блоку 4 індикації, що відображає обмірювані значення на 4-х розрядному 7-сегментному LC індикаторі. Програмне забезпечення мікроконтролера дозволяє вимірювати енергетичну освітленість, експозиційну дозу опромінення, час її нагромадження і температуру поблизу чутливого елемента 6 датчика 1. Процес вимірювання і нагромадження даних відбувається циклічно в реальному масштабі часу Тому, при заміні датчика, у наступному циклі блок керування "пізнає" новий датчик і на основі зчитаної про нього інформації" внесе необхідні корективи в обробку даних, що надходять. Приклад 2. Як приклад конкретного виконання пристрою для вимірювання електромагнітного випромінювання розглянемо фотометр ФЕО-П, розроблений в Інституті фізики напівпровідників НАН України. Функціональна схема фотометра приведена на Фіг.7, а його зовнішній вигляд на Фіг.8. Пристрій містить чотири ідентичних вимірювальних канали. Датчик 1 містить, чотири розподілених у просторі, елемента 6, у якості яких використані фотодіоди ФД-288, а також чотири попередніх підсилювачі 11, у якості яких використані мікросхеми типу AD8551AR Вхід кожного підсилювача 11 підключений до відповідного чутливого елемента 6, а виходи підсилювачів 11 є виходами датчика 1, що за допомогою рознімного з'єднання 8 зв'язані з входами аналого-цифрового блоку 2. Блок 5 ідентифікації містить чотири, розподілених у просторі, елемента 7 ідентифікації, у якості яких використані мікросхеми типу DS18S20, з унікальним 48 бітним ідентифікаційним номером І двома байтами доступної для перепрограмування енергонезалежної пам'яті. У мікросхему може вводитись коефіцієнт передачі, тип спектральної характеристики й інші параметри чутливого елемента 6 датчика 1. Крім того, убудований у мікросхему сенсор температури, дозволяє проводити вимір останньої з точністю ±0,5° Виходи блоку 5 ідентифікації через рознімне з'єднання 8 підключені до відповідних входів блоку З керування. Кожний з чутливих елементів 6 датчика 1 об'єднаний у пару з відповідним елементом 7 ідентифікації блоку 5, а кожна з пар укладена в окремий контейнер 9, де розташований і попередній підсилювач 11. Такий просторовий розподіл елементів 6, 7, відповідно, датчика 1 і блоку 5 ідентифікації, а також механічне об'єднання відповідних елементів 6, 7 один з одним дає можливість підключати до кожного з каналів фотометра чутливі елементи 6 з неідентичними властивостями без необхідності якого-небудь перерегулювання, а також підключати чутливі елементи датчика до входів фотометра в довільному порядку. Для вимірювання випромінювання в конкретній смузі частот у конструкцію контейнера 9 входить відповідний світлофільтр 10. До складу аналогоцифрового блоку 2 входить чотири підсилювачі 12 і аналого-цифровий перетворювач 13, у якості якого використана мікросхема ADS1240, а як підсилювач 12 - мікросхема AD8541AR, Виходи аналого-цифрового перетворювача 13 є виходами аналого-цифрового блоку 2, що з'єднані з відповідними входами блоку 3 керування. Блок 3 містить мікроконтролер 14, входи якого є входами блоку З, а також привід 15 індикатора, входи якого підключені до відповідних виходів мікроконтролера 14. Виходи приводу 15 індикатора є виходами блоку З керування. Як мікроконтролер 14 використана мікросхема PIC18F452. Використовувана мікросхема має убудований прийомопередавач для зв'язку з ЕОМ по стандартному інтерфейсу RS232, що дає можливість вводити виміряні величини в комп'ютер, накопичувати й обробляти їх Приводом 15 індикатора служить мікросхема KS0108B, виходи якої" з'єднані з входами блоку індикації, у якості 4675 якого використаний графічний індикатор WG12864A. Пристрій працює в такий спосіб. При включенні живлення починають працювати всі блоки. Мікроконтролер 14 по черзі зчитує інформацію, що зберігається в елементах 7 ідентифікації, про спектральну і передатну характеристики відповідних чутливих елементів 6 датчика 1, а також про температуру поблизу кожного з елементів 6. Аналогоцифровий блок 2 підсилює сигнали, що надходять від чутливих елементів 6 датчика 1, перетворює їх у цифрову форму і направляє на входи мікроконтролера 14, що на підставі інформації отриманої від блоку 5 ідентифікації робить необхідні розрахунки і виводить отримані дані на вхід приводу 15 індикатора, а в разі потреби передає їх на вхід ЕОМ. Привід 15 індикатора перетворює сигнал до виду необхідного для функціонування блоку 4 індикації, що відображує обмірювані значення, по всім чоти 8 рьох вимірювальним каналам, на графічному індикаторі. Програмне забезпечення мікроконтролера дозволяє вимірювати енергетичну освітленість, експозиційну дозу опромінення, час її нагромадження і температуру поблизу чутливого елемента 6 датчика 1. Виміри проводяться в чотирьох вимірювальних каналах одночасно Процес виміру і нагромадження даних відбувається циклічно в реальному масштабі часу. Тому, при заміні одного або декількох чутливих елементів 6 датчика 1, у наступному циклі блок керування "впізнає" нові елементи 6 і на основі зчитаної про них інформації внесе необхідні корективи в обробку даних, що надходять. Приведені приклади підтверджують досягнення позитивного ефекту і можливість технічної' реалізації' пристрою, що заявляється, на існуючій елементній базі. БЛОК ІНДИКАЦІЇ 4 і і БЛОК КЕРУВАННЯ 3 ДАТЧИК 1 і АНАЛОГО-ЦИФРОВИЙ БЛОК 2 ФІГ 1 БЛОК ІНДИКАЦІЇ 4 j БЛОК КЕРУВАННЯ 3 і і БЛОК ІДЕНТИФІКАЦІЇ 5 ДАТЧИК 1 АНАЛОГО-ЦИФРОВИЙ БЛОК 2 ФІГ. 2 - * — 4675 10 БЛОК ІНДИКАЦІЇ 4 j БЛОК ІНДИКАЦІЇ 4 it І БЛОК КЕРУВАННЯ 3 БЛОК КЕРУВАННЯ 3 і . . 7 . . . 1 Ш V 5 6 6 . . . . . 6 • • • 7 6 . " " 9 6 7 И , 1n 1 fjioro ЦИФРОВИЙ БЛОИ 2 7 9 . . . ДАТЧИН 1 ДАТЧИК , 7 9 7 ш f" 6 і 1 і АЛОГО ЦИФРОВИЙ БЛОК 2 5 - БЛОК ІДЕНТИФІКАЦІЇ 6 - ЧУТЛИВИЙ ЕЛЕМЕНТ ДАТЧИКА 7-ЕЛЕМЕНТ ІДЄНТИФ1КАЦІІ ФИГ 4 ФІГ З БЛОК КЕРУВАННЯ З МІКРОКОНТРОЛЕР 14 15 ПРИВІД ІНДИКАТОРА ї БЛОК ІНДИКАЦІЇ АНАЛОГО ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ 13 АНАЛОГО-ЦИФРОВИЙ БЛОК 2 1 ДАТЧИК 5 - БЛОК ІДЕНТИФІКАЦІЇ 6 - ЧУТЛИВИЙ ЕЛЕМЕНТ ДАТЧИКА 7 • ЕЛЕМЕНТ ІДЕНТИФІКАЦІЇ 8 - РОЗНІМНЕ З ЄДНАННЯ 9КОНТЕИНЕР 10 - СВІТЛОФІЛЬТР 1112 ПІДСИЛЮВАЧИ ФІГ 5 5 - БЛОК ІДЕНТИФІКАЦІЇ 6 - ЧУТЛИВИЙ ЕЛЕМЕНТ ДАТЧИКА 7-ЕЛЕМЕНТ ІДЕНТИФІКАЦІЇ 8-РОЗНІМНЕ З ЄДНАННЯ 9 - КОНТЕЙНЕР 11 4675 12 БЛОК КЕРУВАННЯ З МіКРОКОНТРОЛЕР 14 15 ПРИВІД ІНДИКАТОРА іб ЖВ Ж8 і п« БЛОК ІНДИКАЦІЇ fi АНАЛОГО-ЦИФРОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ 13 АНАЛОГО-ЦИФРОВИЙ БЛОК 2 1 - ДАТЧИК, 5 - БЛОК ІДЕНТИФІКАЦІЇ. Б - ЧУТЛИВИЙ ЕЛЕМЕНТ ДАТЧИКА, 7 - ЕЛЕМЕНТ ІДЕНТИФІКАЦІЇ, 8 - РОЗНІМНЕ З ЄДНАННЯ, 9-КОНТЕЙНЕР 10-СВІТЛОФІЛЬТР, 11 12 - ПІДСИЛЮВАЧИ ФІГ 7 Комп'ютерна верстка М. Мацело ФІГ.8 Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти І науки Украі'ни Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український Інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601