RU129295U1

RU129295U1 - PULSE ELECTRON-OPTICAL CONVERTER

Info

Publication number: RU129295U1
Application number: RU2012132809/07U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Горбачев; Игорь Борисович Южик; Александр Александрович Дейснер
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Импульсный электронно-оптический преобразователь, содержащий блок вакуумный с микроканальной пластиной, экраном, фотокатодом и блок питания с умножителем микроканальной пластины и экрана, при этом первый вход микроканальной пластины соединен с первым выходом умножителя микроканальной пластины, вход экрана соединен с первым выходом умножителя экрана, отличающийся тем, что в него введены блок управления и блок ключевой, содержащий первый и второй преобразователи напряжения, формирователь импульсов, в блок питания введены аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, усилитель, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, усилители микроканальной пластины и экрана, при этом первый выход блока управления соединен со входами первого и второго преобразователей напряжения и первым входом формирователя импульсов, второй выход блока управления соединен со вторым входом формирователя импульсов, выход второго преобразователя напряжений соединен с третьим входом формирователя импульсов, выход первого преобразователя напряжений соединен с первым входом микроконтроллера, первыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, усилителей микроканальной пластины и экрана, усилителя, первый выход формирователя импульсов соединен со входом фотокатода, второй выход умножителя микроканальной пластины соединен с четвертым входом формирователя импульсов и вторым входом микроканальной пластины, второй выход умножителя экрана соединен со вторым входом усилителя, вход умножителя экрана соединен с выходом усилителя экрана, второй вход усилителя экрана соединен с выходом первого цифроанаA pulsed electron-optical converter containing a vacuum unit with a microchannel plate, a screen, a photocathode and a power supply unit with a multiplier for a microchannel plate and a screen, wherein the first input of the microchannel plate is connected to the first output of the multiplexer of the microchannel plate, the screen input is connected to the first output of the screen multiplier, different the fact that a control unit and a key unit are introduced into it, containing the first and second voltage converters, a pulse shaper, analog-digital are introduced into the power supply a howling converter, a microcontroller, an amplifier, first and second digital-to-analog converters, amplifiers of a microchannel plate and a screen, wherein the first output of the control unit is connected to the inputs of the first and second voltage converters and the first input of the pulse shaper, the second output of the control unit is connected to the second input of the pulse shaper, the output of the second voltage converter is connected to the third input of the pulse shaper, the output of the first voltage converter is connected to the first input of the micro the first input of the first and second digital-to-analog converters, amplifiers of the microchannel plate and screen, amplifier, the first output of the pulse shaper is connected to the input of the photocathode, the second output of the multiplier of the microchannel plate is connected to the fourth input of the pulse shaper and the second input of the microchannel plate, the second output of the screen multiplier is connected to the second input of the amplifier, the input of the screen multiplier is connected to the output of the screen amplifier, the second input of the screen amplifier is connected to the output of the first digital

Description

Предлагаемое устройство относится к области оптоэлектротехники и может быть использовано в комплексе с другими устройствами для получения возможности обнаружения объектов и обеспечения технологических операций с использованием электронно-оптических преобразователей (ЭОП) в широком диапазоне освещенности.The proposed device relates to the field of optoelectronics and can be used in combination with other devices to obtain the ability to detect objects and ensure technological operations using electron-optical converters (EOP) in a wide range of illumination.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является электронно-оптический преобразователь, содержащий блок вакуумный с экраном, микроканальной пластиной и фотокатодом, умножители экрана, микроканальной пластины, фотокатода, формирователь импульсов напряжения фотокатода, устройство регулирования скважности импульсов, устройство автоматического регулирования яркости экрана и защиты от ярких засветок, трансформатор, генератор импульсов с устройствами регулировки, устройство обратной связи, последовательный элемент в цепи напряжения микроканальной пластины (патент US №5949063).Closest to the claimed technical solution is an electron-optical converter containing a vacuum unit with a screen, a microchannel plate and a photocathode, multipliers of a screen, a microchannel plate, a photocathode, a photocathode voltage pulse shaper, a pulse duty cycle adjusting device, a screen brightness control device and protection against bright flare, transformer, pulse generator with adjustment devices, feedback device, serial element in the circuit apryazheniya microchannel plate (US №5949063 patent).

Недостатками наиболее близкого технического решения являются отсутствие возможности компенсации температурных допусков элементов вторичного источника питания, допуска на старение элементов, допуска на влажность, отсутствие возможности регулировки напряжений, которые поступают на вакуумную часть, с использованием шины данных, возможности обеспечения работы ЭОП с большой скважностью импульсов напряжения между фотокатодом и входом микроканальной пластины. Следствием указанных причин является низкая стабильность яркости свечения экрана и разрешающей способности ЭОП, а также снижение надежности и долговечности работы ЭОП.The disadvantages of the closest technical solution are the inability to compensate for the temperature tolerances of the elements of the secondary power source, the tolerance for aging of the elements, the tolerance for humidity, the lack of the ability to adjust the voltages supplied to the vacuum part using the data bus, the ability to ensure the operation of the tube with a large duty cycle of voltage pulses between the photocathode and the input of the microchannel plate. The consequence of these reasons is the low stability of the brightness of the screen and the resolution of the image intensifier tube, as well as a decrease in the reliability and durability of the image intensifier tube.

Задачей предполагаемой полезной модели является обеспечение компенсации температурных допусков элементов вторичного источника питания, допуска на старение элементов, допуска на влажность, возможности регулировки напряжений, которые поступают на вакуумную часть, с использованием шины данных, возможность обеспечения работы ЭОП с большой скважностью импульсов напряжения между фотокатодом и входом микроканальной пластины. Вследствие этого повысятся стабильность яркости свечения экрана и разрешающая способность ЭОП, а также повысятся надежность и долговечность работы ЭОП в широком диапазоне температур окружающей среды при высоком уровне освещенности фотокатода, в том числе и при резком изменении освещенности.The objective of the proposed utility model is to provide compensation for the temperature tolerances of the elements of the secondary power source, the tolerance for aging of the elements, the tolerance for humidity, the ability to adjust the voltages supplied to the vacuum part using the data bus, the ability to ensure the operation of the tube with a large duty cycle of voltage pulses between the photocathode and microchannel plate input. As a result, the stability of the brightness of the screen glow and the resolution of the image intensifier will increase, as well as the reliability and durability of the image intensifier in a wide range of ambient temperatures at a high level of illumination of the photocathode, including a sharp change in illumination.

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее блок вакуумный с микроканальной пластиной, экраном, фотокатодом и блок питания с умножителями микроканальной пластины и экрана, при этом первый вход микроканальной пластины соединен с первым выходом умножителя микроканальной пластины, вход экрана соединен с первым выходом умножителя экрана, введены блок управления и блок ключевой, содержащий первый и второй преобразователи напряжения, формирователь импульсов, в блок питания введены аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, усилитель, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, усилители микроканальной пластины и экрана, при этом первый выход блока управления соединен со входами первого и второго преобразователей напряжения и первым входом формирователя импульсов, второй выход блока управления соединен со вторым входом формирователя импульсов, выход второго преобразователя напряжений соединен с третьим входом формирователя импульсов, выход первого преобразователя напряжений соединен с первым входом микроконтроллера, первыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, усилителей микроканальной пластины и экрана, усилителя, первый выход формирователя импульсов соединен со входом фотокатода, второй выход умножителя микроканальной пластины соединен с четвертым входом формирователя импульсов и вторым входом микроканальной пластины, второй выход умножителя экрана соединен со вторым входом усилителя, вход умножителя экрана соединен с выходом усилителя экрана, второй вход усилителя экрана соединен с выходом первого цифро-аналогового преобразователя, вход умножителя микроканальной пластины соединен с выходом усилителя микроканальной пластины, второй вход усилителя микроканальной пластины соединен с выходом второго цифро-аналогового преобразователя, первый выход микроконтроллера соединен со вторым входом первого цифро-аналогового преобразователя, второй выход микроконтроллера соединен со вторым входом второго цифро-аналогового преобразователя, третий выход микроконтроллера соединен с первым входом блока управления, второй вход микроконтроллера соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом усилителя, второй вход блока управления соединен с источником питания, третий вход микроконтроллера соединен с шиной данных.The problem is solved in that in a device containing a vacuum unit with a microchannel plate, a screen, a photocathode and a power supply unit with multipliers of the microchannel plate and the screen, while the first input of the microchannel plate is connected to the first output of the multiplier of the microchannel plate, the screen input is connected to the first output of the multiplier screen, the control unit and the key unit are introduced, containing the first and second voltage converters, a pulse shaper, an analog-to-digital converter, micro an ontroller, amplifier, first and second digital-to-analog converters, amplifiers of a microchannel plate and a screen, wherein the first output of the control unit is connected to the inputs of the first and second voltage converters and the first input of the pulse shaper, the second output of the control unit is connected to the second input of the pulse shaper, the output of the second converter voltage is connected to the third input of the pulse shaper, the output of the first voltage converter is connected to the first input of the microcontroller, the first inputs of the first and second digital-to-analog converters, amplifiers of the microchannel plate and screen, amplifier, the first output of the pulse shaper is connected to the input of the photocathode, the second output of the multiplier of the microchannel plate is connected to the fourth input of the pulse shaper and the second input of the microchannel plate, the second output of the screen multiplier is connected to the second input of the amplifier, the input of the screen multiplier is connected to the output of the screen amplifier, the second input of the screen amplifier is connected to the output of the first digital-to-analog converter, the input of the microchannel plate multiplier is connected to the output of the amplifier of the microchannel plate, the second input of the amplifier of the microchannel plate is connected to the output of the second digital-to-analog converter, the first output of the microcontroller is connected to the second input of the first digital-to-analog converter, the second output of the microcontroller is connected to the second input of the second digital-to-analog converter , the third output of the microcontroller is connected to the first input of the control unit, the second input of the microcontroller is connected to the output of the analog-digital ovogo inverter having an input connected to the output of the amplifier, a second input control unit connected to a power source, a third input coupled to the microcontroller data bus.

При изменении светового потока на фотокатоде импульсного электронно-оптического преобразователя сигнал, пропорциональный току экрана, поступает на усилитель блока питания, а с усилителя - на аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера блока питания. Код аналого-цифрового преобразователя используется микроконтроллером блока питания для анализа режима работы импульсного электронно-оптического преобразователя и передачи данных в блок управления.When the light flux at the photocathode of the pulsed electron-optical converter changes, a signal proportional to the screen current is supplied to the power supply amplifier, and from the amplifier to the analog-to-digital converter of the microcontroller of the power supply. The analog-to-digital converter code is used by the microcontroller of the power supply to analyze the operating mode of the pulsed electron-optical converter and transfer data to the control unit.

Стабилизация тока экрана осуществляется микроконтроллером блока питания за счет изменения напряжения микроканальной пластины как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Импульсный режим обеспечивает расширение динамического диапазона освещенности электронно-оптического преобразователя за счет снижения среднего значения тока экрана, которое при фиксированном значении освещенности является обратно пропорциональным скважности импульсов фотокатодного напряжения. Микроконтроллер блока питания дает команду на включение соответствующего режима блоку управления при выполнении совокупности условий переключения. В случае увеличения освещенности ключевым условием перехода из непрерывного режима в импульсный является достижение нижнего предельного значения напряжения МКП. В случае уменьшения освещенности ключевым условием перехода из импульсного режима в непрерывный является достижение нижнего предельного значения тока экрана. В соответствии с полученными данными блок управления изменяет длительность и период следования управляющих сигналов, поступающих на формирователь импульсов, обеспечивая непрерывный или импульсный режим работы фотокатода.Screen current is stabilized by the microcontroller of the power supply by changing the voltage of the microchannel plate in both continuous and pulsed mode. The pulse mode provides an extension of the dynamic range of illumination of the electron-optical converter by reducing the average value of the screen current, which at a fixed value of illumination is inversely proportional to the duty cycle of the photocathode voltage pulses. The microcontroller of the power supply gives a command to enable the corresponding mode to the control unit when the set of switching conditions is fulfilled. In the case of increased illumination, the key condition for the transition from continuous to pulsed mode is to achieve the lower limit value of the voltage of the MCP. In the case of a decrease in illumination, the key condition for the transition from a pulsed to a continuous mode is to achieve a lower limit value of the screen current. In accordance with the data obtained, the control unit changes the duration and the repetition period of the control signals supplied to the pulse shaper, providing continuous or pulsed operation of the photocathode.

Таким образом обеспечиваются стабильность яркости свечения экрана, защита импульсного электронно-оптического преобразователя от протекания чрезмерных токов при ярких световых вспышках, и достигается сохранение разрешающей способности импульсного электронно-оптического преобразователя за счет сохранения номинального значения напряжения фотокатода во всем рабочем диапазоне освещенности.This ensures the stability of the brightness of the screen, protection of the pulsed electron-optical converter from excessive currents during bright light flashes, and preserves the resolution of the pulsed electron-optical converter by maintaining the nominal voltage of the photocathode over the entire operating range of illumination.

Настройка параметров и программирование микроконтроллера импульсного электронно-оптического преобразователя осуществляется посредством последовательной шины данных.Parameter adjustment and programming of the microcontroller of a pulsed electron-optical converter is carried out using a serial data bus.

На рисунке представлена структурная схема предлагаемого устройства.The figure shows the structural diagram of the proposed device.

Импульсный электронно-оптический преобразователь содержит блок ключевой, включающий преобразователь напряжения 1, преобразователь напряжения 2, формирователь импульсов 3; блок питания, включающий микроконтроллер 4, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 5, первый и второй цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 6 и 7, усилитель 8, усилитель микроканальной пластины (усилитель МКП) 9, усилитель экрана 10, умножитель микроканальной пластины (умножитель МКП) 11, умножитель экрана 12; блок управления 13; блок вакуумный, включающий экран 14, микроканальную пластину (МКП) 15 и фотокатод 16.The pulsed electron-optical converter comprises a key unit, including a voltage converter 1, a voltage converter 2, a pulse shaper 3; a power supply unit including a microcontroller 4, an analog-to-digital converter (ADC) 5, the first and second digital-to-analog converters (DACs) 6 and 7, an amplifier 8, a microchannel plate amplifier (MCP amplifier) 9, a screen amplifier 10, a microchannel plate multiplier (MCP multiplier ) 11, screen multiplier 12; control unit 13; a vacuum unit including a screen 14, a microchannel plate (MCP) 15 and a photocathode 16.

Первый преобразователь напряжения 1 формирует стабильное напряжение, необходимое для работы элементов, входящих в состав импульсного ЭОП. Второй преобразователь напряжения 2 формирует высокое постоянное напряжение для питания фотокатода 16. Формирователь импульсов 3 предназначен для формирования постоянного либо импульсного напряжения Uфк. Микроконтроллер 4 предназначен для управления режимами работы блока питания, передачи данных в блок управления 13 и корректировки выходных напряжений в зависимости от внешних воздействующих факторов. АЦП 5 и усилитель 8 предназначены для преобразования и передачи сигнала, пропорционального среднему току экрана, в микроконтроллер 4. Первый 6 и второй 7 ЦАП задают режимы работы для усилителя МКП 9 и усилителя экрана 10. Усилитель МКП 9 предназначен для формирования синусоидального напряжения, которое подается на умножитель МКП 11. Усилитель экрана 10 предназначен для формирования синусоидального напряжения, которое подается на умножитель экрана 12. Умножитель МКП 11 формирует высокое постоянное напряжение Uмкп. Умножитель экрана 12 формирует высокое постоянное напряжение Uэ. Блок управления 13 формирует стабильное питание и управляющие импульсы для блока ключевого. Блок вакуумный усиливает слабые оптические сигналы и преобразует входное излучение ближнего инфракрасного диапазона в излучение видимого спектра, доступное для восприятия человеком.The first voltage converter 1 generates a stable voltage necessary for the operation of the elements that make up the pulse IC. The second voltage converter 2 generates a high DC voltage to power the photocathode 16. The pulse shaper 3 is designed to generate a constant or pulse voltage Ufk. The microcontroller 4 is designed to control the operating modes of the power supply, transfer data to the control unit 13 and adjust the output voltage depending on external factors. The ADC 5 and amplifier 8 are designed to convert and transmit a signal proportional to the average current of the screen to the microcontroller 4. The first 6 and second 7 DACs determine the operating modes for the MCP 9 amplifier and the screen amplifier 10. The MCP 9 amplifier is designed to generate a sinusoidal voltage, which is supplied to the multiplier MCP 11. The amplifier screen 10 is designed to generate a sinusoidal voltage that is supplied to the multiplier screen 12. The multiplier MCP 11 generates a high constant voltage Umkp. The screen multiplier 12 generates a high constant voltage Ue. The control unit 13 generates a stable power supply and control pulses for the key block. The vacuum unit amplifies weak optical signals and converts the input radiation of the near infrared range into the radiation of the visible spectrum, accessible for human perception.

Импульсный ЭОП работает следующим образом. Напряжение питания Шит подается через блок управления 13 на первый преобразователь напряжения 1, где формируется стабильное напряжение питания, и на второй преобразователь напряжения 2, где формируется напряжение питания фотокатода 16. Блок управления 13 формирует управляющие сигналы для формирователя импульсов 3 в соответствии с данными, поступающими от микроконтроллера 4. Формирователь импульсов 3 формирует постоянное либо импульсное напряжение Uфк в соответствии с сигналами блока управления 13. Микроконтроллер 4 выдает на первый ЦАП 6 и второй ЦАП 7 управляющие коды в зависимости от предустановленных параметров, температуры окружающей среды и данных, поступающих от АЦП 5. Первый ЦАП 6 управляет усилителем экрана 10, таким образом производится регулировка значения напряжения Uэ. Второй ЦАП 7 управляет усилителем МКП 9, таким образом производится регулировка значения напряжения Uмкп. Умножитель МКП 11 преобразует выходное напряжение усилителя МКП 9 и формирует постоянное напряжение Uмкп, которое поступает на МКП 15 и формирователь импульсов 3. Умножитель экрана 12 преобразует выходное напряжение усилителя экрана 10 и формирует постоянное напряжение Uэ, которое поступает на экран 14. Для контроля параметров блока вакуумного используется сигнал, пропорциональный току экрана. Этот сигнал преобразуется усилителем 8 и поступает на вход АЦП 5. На выходе АЦП 5 формируется цифровой код, который считывается микроконтроллером 4 и используется для анализа режима работы импульсного ЭОП и передачи данных в блок управления 13. В соответствии с полученными данными блок управления 13 изменяет длительность и период следования управляющих сигналов, поступающих на формирователь импульсов 3.Pulse image intensifier tube operates as follows. The supply voltage Shield is supplied through the control unit 13 to the first voltage converter 1, where a stable supply voltage is generated, and to the second voltage converter 2, where the supply voltage of the photocathode 16 is generated. The control unit 13 generates control signals for the pulse shaper 3 in accordance with the data received from the microcontroller 4. The pulse shaper 3 generates a constant or pulse voltage Ufk in accordance with the signals of the control unit 13. The microcontroller 4 issues to the first DAC 6 and 7 Ora DAC control codes depending on preset parameters, and the ambient temperature data from the ADC 5. The first DAC 6 controls the amplifier 10 of the screen thus produced voltage Ue values of adjustment. The second DAC 7 controls the amplifier MCP 9, thus adjusting the voltage Umkp. The multiplier MCP 11 converts the output voltage of the amplifier MCP 9 and generates a constant voltage Umkp, which is supplied to the MCP 15 and the pulse shaper 3. The multiplier of the screen 12 converts the output voltage of the amplifier screen 10 and generates a constant voltage Ue, which is supplied to the screen 14. To control the parameters of the unit Vacuum uses a signal proportional to the screen current. This signal is converted by an amplifier 8 and fed to the input of the ADC 5. At the output of the ADC 5, a digital code is generated, which is read by the microcontroller 4 and used to analyze the operating mode of the pulse image intensifier tube and transfer data to the control unit 13. In accordance with the data received, the control unit 13 changes the duration and the repetition period of the control signals supplied to the pulse shaper 3.

Таким образом повышается стабильность яркости свечения экрана и разрешающая способность ЭОП, а также надежность и долговечность работы ЭОП в широком диапазоне температур окружающей среды при высоком уровне освещенности фотокатода, в том числе и при резком изменении освещенности.Thus, the stability of the brightness of the screen glow and the resolution of the image intensifier tube, as well as the reliability and durability of the image intensifier tube in a wide range of ambient temperatures at a high level of illumination of the photocathode, including with a sharp change in illumination, are increased.

Claims

A pulsed electron-optical converter containing a vacuum unit with a microchannel plate, a screen, a photocathode and a power supply unit with a multiplier for a microchannel plate and a screen, wherein the first input of the microchannel plate is connected to the first output of the multiplexer of the microchannel plate, the screen input is connected to the first output of the screen multiplier, different the fact that a control unit and a key unit are introduced into it, containing the first and second voltage converters, a pulse shaper, analog-digital are introduced into the power supply a howling converter, a microcontroller, an amplifier, first and second digital-to-analog converters, amplifiers of a microchannel plate and a screen, wherein the first output of the control unit is connected to the inputs of the first and second voltage converters and the first input of the pulse shaper, the second output of the control unit is connected to the second input of the pulse shaper, the output of the second voltage converter is connected to the third input of the pulse shaper, the output of the first voltage converter is connected to the first input of the micro the first input of the first and second digital-to-analog converters, amplifiers of the microchannel plate and screen, amplifier, the first output of the pulse shaper is connected to the input of the photocathode, the second output of the multiplier of the microchannel plate is connected to the fourth input of the pulse shaper and the second input of the microchannel plate, the second output of the screen multiplier is connected to the second input of the amplifier, the input of the screen multiplier is connected to the output of the screen amplifier, the second input of the screen amplifier is connected to the output of the first digital log converter, the input of the microchannel plate multiplier is connected to the output of the microchannel plate amplifier, the second input of the microchannel plate amplifier is connected to the output of the second digital-to-analog converter, the first output of the microcontroller is connected to the second input of the first digital-to-analog converter, the second output of the microcontroller is connected to the second input of the second digital-to-analog converter, the microcontroller is connected to the first input of the control unit, the second input of the microcontroller is connected ene to yield an analog-digital converter having an input connected to the output of the amplifier, a second input control unit connected to a power source, a third input coupled to the microcontroller data bus.