RU85752U1 - Хронографический электронно-оптический регистратор с калибровкой временной развертки - Google Patents

Abstract

Хронографический электронно-оптический регистратор (ЭОР) с калибровкой временной развертки, содержащий блок микрометрической щели, блок передачи изображения, ЭОП, блок усиления изображения, фокон, блок считывания изображения, расположенные на одной оптической оси, и блок импульсного подсвета, блоки управления работой ЭОР, отличающийся тем, что в ЭОР введен блок калибровки, состоящий из лазерного диода и оптических линз, расположенных на другой оптической оси, расположенной под углом α=(50°±5°) к плоскости фотокатода ЭОП, управляющий вход лазерного диода соединен с выходом блока импульсного подсвета, управляемым сигналом, синхронизованным по времени с регистрируемым излучением.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области электронной техники и может быть использована для измерений и исследований импульсных инфракрасных, видимых или ультрафиолетовых импульсных излучений, сопровождающих быстропротекающие процессы, например при проведении физических измерений в ядерной физике, измерений параметров плазмы, лазерных излучений и т.д.

Калибровка временной развертки электронно-оптических регистраторов (ЭОР) необходима для проведения временных измерений исследуемых процессов.

Известны несколько ЭОР, в которых осуществляется калибровка временной развертки. Проблема калибровки временной развертки ЭОР является актуальной и представлена в [1, 2, 3, - разработки ФГУП НИИИТ].

Калибровка временной развертки хронографических ЭОР с помощью лазера [1, 2] оправдана при исследовании оптических процессов пико- и фемтосекундного диапазона.

Однако сложность процесса калибровки, трудности калибровки разверток свыше 1 мкс, большая цена калибровочной аппаратуры является существенными недостатками решений [1, 2].

Наиболее близким техническим решением является хронографический электронно-оптический регистратор [3] с калибровкой временной развертки, содержащий блок передачи изображения, ЭОП, блок усиления изображения, блок считывания изображения, блок импульсного подсвета (БИП), расположенные на одной оптической оси, и блоки управления работой ЭОР. К блокам управления работой ЭОР относятся блок питания, блок гашения, блок развертки, блок калибровочных меток, блок импульсного подсвета фотокатода и блок управления, соответствующим образом связанные между собой и электродами ЭОП, которые управляются внешними сигналами «пуск», «калибровка» и синхронизованными по времени с регистрируемым излучением. В ЭОР [3] соблюдено соотношение: Тм≥1,1Тр≤Тп, где Тм - время действия калибровочных меток, Тп - время действия импульса подсвета фотокатода, импульс подсвета фотокатода и подача электрических калибровочных меток осуществляют одновременно с подачей напряжения развертки.

Недостатком прототипа является изменение тракта регистрируемого сигнала в процессе калибровки и в процессе регистрации. В процессе калибровки блок импульсного подсвета установлен в оптическом тракте регистрируемого излучения. После калибровки длительности развертки блок импульсной подсветки выключают и заменяют на микрометрическую щель, блок калибровочных меток времени выключается и производится юстировка измерительного тракта, т.е. измерительный тракт после калибровки изменяется. Кроме того, калибровка и измерения исследуемого процесса существенно разнесены во времени, что влияет на точность измерений. Известно, что изменение установленного значения длительности развертки из-за влияния температуры окружающей среды и времени непрерывной работы прибора составляет приблизительно ±10%.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является снижение погрешности временных измерений благодаря обеспечению постоянства (неизменности) оптического тракта до и после проведения калибровки и обеспечению возможности проведения калибровки непосредственно перед регистрацией исследуемого процесса по управляющему сигналу, синхронизированному по времени с регистрируемым излучением. При проведении калибровки длительности развертки непосредственно перед регистрацией (за 2-5 с) изменение длительности развертки не превышает ±2%.

Технический результат в хронографическом электронно-оптическом регистраторе импульсных излучений, содержащем блок микрометрической щели, блок передачи изображения, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), блок усиления изображения, фокон, блок считывания изображения, расположенные на одной оптической оси, и блок импульсного подсвета, блоки управления работой электронно-оптического регистратора (ЭОР), достигается тем, что в ЭОР введен блок калибровки, состоящий из лазерного диода и оптических линз, расположенных на другой оси под углом α=(50°±5°) к плоскости фотокатода ЭОП, управляющий вход лазерного диода соединен с выходом блока импульсного подсвета, управляемым сигналом, синхронизованным по времени с регистрируемым излучением.

Существо предлагаемого технического решения заключается в обеспечении неизменяемого измерительного тракта в процессе калибровки и в процессе регистрации излучений и в обеспечении возможности проведения калибровки непосредственно перед регистрацией.

Блок-схема предлагаемого хронографического ЭОР представлена на фиг.1. На фигуре 2 представлены временные диаграммы работы ЭОР.

Принятые обозначения. Блок микрометрической (времяанализирующей) щели 1, блок переноса изображения 2, блок калибровочных меток 3, блок управления 4, блок калибровки, состоящий из лазерного диода 5, оптических линз 6 и 7, времяанализирующий ЭОП 8, волоконно-оптический фокон 9, усилительный ЭОП 10, блок считывания изображения 12, блок импульсного подсвета 13, блок гашения луча 14, генератор развертки 15, источники питания 16 и 17, усилитель-формирователь 18, блок блокировки пуска 19, блок пуска блока считывания изображения 20. Фотокатод ЭОПа 8 обозначен позицией 21, блок калибровки обозначен позицией 22.

На фиг.2а представлен регистрируемый сигнал, 2б - сигнал на шине «пуск», 2в - сигнал на шине «управляющий сигнал», 2г - сигнал готовности блока 12, 2д - сигналы блока калибровки 22, 2е - сигналы генератора развертки 15, 2ж - сигналы гашения луча с блока 14, 2з - сигналы блока меток 3, 2и - сигналы питания с блока 17, 2к - сигнал пуска блока 12.

Блок микрометрической (времяанализирующей) щели 1 содержит в себе объектив, в фокальной плоскости которого находится регулируемая микрометрическая щель.

Блок переноса изображения 2 состоит из входного и выходного объективов, передающих изображение по принципу "из фокуса в фокус", т.е. изображение, находящееся в фокальной плоскости входного объектива, передается в фокальную плоскость выходного объектива. Фокальная плоскость выходного объектива совпадает с плоскостью фотокатода 21 времяанализирующего ЭОП 8.

При соединении блока микрометрической щели 1 и блока переноса изображения 2 микрометрическая щель располагается в фокальной плоскости входного объектива блока переноса изображения. Таким образом, изображение исследуемого объекта передается на фотокатод 21.

Блок калибровки 22 состоит из лазерного диода 5, излучающая плоскость которого находится в фокальной плоскости линзы O₁ 6. Изображения излучающей плоскости лазерного диода формируется линзой О₂ 7 в ее фокальной плоскости. Передвижением блока калибровки 22 по оси O₁-O₂ добиваются фокусировки изображения излучающей плоскости лазерного диода на фотокатод времяанализирующего ЭОП 8. При этом блок калибровки 22 не находится в рабочей зоне выходного объектива блока передачи изображения.

Блок импульсного подсвета 13 выполнен иначе, чем в прототипе и предназначен для формирования управляющего электрического сигнала для питания лазерного диода 5 блока калибровки 22 длительностью равной или более установленной длительности развертки.

Длительность сигнала для питания лазерного диода 5 ограничивается сигналом блока гашения луча 14, запускаемого генератором развертки 15.

Блок импульсного подсвета 13 имеет два режима запуска:

- ручной пуск;

- пуск по управляющему сигналу, синхронизированному с регистрируемым СИ.

Блок 13 вырабатывает также сигнал, запускающий блок калибровочных меток 3, и сигнал, поступающий на усилитель-формирователь 18, запускающий генератор развертки 15 и блок блокировки пуска 19. Длительность сигнала для питания лазерного диода ограничивается сигналом блока гашения луча 14, запускаемого генератором развертки 15.

В предлагаемом ЭОР используются разработанные и изготовленные в ФГУП НИИИТ времяанализирующие ЭОП типа СПО22, СПО9, СПО9-01, имеющие горизонтальные (развертывающие) и вертикальные (калибровочные) пластины.

Для сопряжения размеров рабочего поля экрана времяанализирующего ЭОП и размеров фотокатода усилительного ЭОП применен масштабирующий волоконно-оптический фокон 9.

В качестве усилительного ЭОП 10 использован ЭОП ЭПМ61Г, а в качестве блока 12 считывания изображения с экрана ЭОР применена, разработанная и изготовленная ФГУП НИИИТ, ПЗС-камера.

Усилитель-формирователь 18 имеет два входа, связанные с сигналами внешнего запуска ЭОР, один вход связан с электрическим запуском ЭОР, второй вход связан с оптическим запуском ЭОР. Срабатывание усилителя-формирователя 18 вызывает срабатывание блока 19 блокировки пуска, который в свою очередь вызывает срабатывание блока пуска считывания изображения 20. Сигнал пуска дает команду блоку считывания изображения 12 на считывание изображения с экрана ЭОП..

Таким образом, блоки управления и синхронизации работы ЭОР аналогичны блокам прототипа.

Хронографический ЭОР импульсных излучений работает следующим образом.

Перед началом эксперимента по исследованию быстропротекающего процесса, сопровождающегося импульсным излучением, осуществляется юстировка оптического тракта и затем калибровка длительности установленной развертки регистратора. Длительность развертки устанавливается оператором в зависимости от длительности ожидаемого импульса излучения.

Включаются блок меток 3 и блок управления 4. На блоке меток в зависимости от установленной длительности развертки выбирается частота калибровочных меток. Питающие напряжения подаются на электроды ЭОП и блоки ЭОР.

Калибровочный цикл проводится путем подачи управляющего сигнала (фиг 2в), синхронизованного с регистрируемым процессом (фиг.2а), на блок управления 4.

Преобразованный управляющий сигнал с блока управления 4 запускает блок импульсного подсвета 13 и блок считывания изображения 12.

В первом калибровочном цикле блок импульсного подсвета 13 формирует электрический сигнал, поступающий на управляющий вход лазерного диода 5 блока калибровки 22 и электрический сигнал запуска усилителя-формирователя 18. Усилитель-формирователь 18 запускает генератор развертки 15 и блок блокировки пуска 19.

Генератор развертки 15 формирует пилообразное напряжение длительностью Тр (фиг.2е), поступающее на горизонтальные отклоняющие пластины ЭОП 8. По окончании развертки генератор развертки 15 запускает блок гашения луча 14, который формирует импульс гашения (фиг.2ж), поступающий на ускоряющий электрод ЭОП 8, и прерывает сигнал, поступающий на лазерный диод 5 блока калибровки 22 (фиг.2д), тем самым формируя длительность светового импульса на фотокатоде 22 ЭОП 8.

Под действием импульса света с фотокатода эмитируются электроны, которые ускоряются, фокусируются, отклоняются по горизонтальной оси напряжением развертки, и на люминесцентном экране ЭОП 8 появляется изображение линии развертки.

Изображение линии развертки усиливается усилителем яркости 10 и считывается блоком считывания изображения 12 (фиг.2к).

Изображение линии развертки используется в ПМО блока считывания изображения для определения угла необходимого поворота изображения исследуемого процесса относительно осей симметрии ПЗС матрицы блока считывания изображения 12.

Во втором калибровочном цикле блок импульсного подсвета 13 формирует 3 (три) выходных сигнала:

- сигнал пуска блока меток 3;

- сигнал, поступающий на управляющий вход лазерного диода 5 блока калибровки;

- сигнал запуска усилителя-формирователя 18.

Сигнал пуска блока меток опережает сигнал, поступающий на управляющий вход лазерного диода 5 на время, необходимое для достижения максимальной амплитуды калибровочных меток (фиг.2з). Сигнал развертки задерживается относительно сигнала подсвета на время нарастания сигнала подсвета.

Импульс света с блока калибровки 22 формирует на фотокатоде 21 ЭОП 8 световое изображение излучающей точки лазерного диода. Под действием импульса света с фотокатода эмитируются электроны, которые ускоряются, фокусируются, отклоняются по горизонтальной оси напряжением развертки генератора развертки 15, отклоняются по вертикальной оси напряжением блока калибровочных меток 3 и на люминесцентном экране ЭОП 8 появляется изображение калибровочных меток времени.

Изображение калибровочных меток усиливается усилителем яркости 10 (фиг.2и) и считывается блоком 12.

Цикл калибровки длительности развертки завершен.

Для регистрации исследуемого процесса используется пусковой сигнал: оптический или электрический, опережающий исследуемый процесс на время равное или больше времени срабатывания ЭОР (фиг.2б). Пусковой сигнал поступает на оптический или электрический вход усилителя формирователя 18.

Изображение исследуемого процесса фокусируется входным объективом блока микрометрической (времяанализирующей) щели 1 на плоскости регулируемой микрометрической щели. Размер ширины щели устанавливается в зависимости от длительности развертки и необходимого временного разрешения.

Изображение щели передается объективами блока переноса изображения 2 на фотокатод 21 времяанализирующего ЭОП 8.

Дальнейшая работа блоков ЭОР аналогична работе блоков в цикле регистрации нулевой линии развертки.

После завершения считывания изображения зарегистрированного процесса блоком 12 все калибровочные кадры и сам зарегистрированный исследуемый процесс переносятся из памяти блока 12 в память персонального компьютера для последующей обработки по соответствующим программам для ЭВМ.

Таким образом, благодаря стационарной установке блока микрометрической щели 1 в тракт регистрируемого излучения в процессе калибровки и в процессе регистрации излучения в предлагаемом регистраторе в отличие от прототипа не требуется дополнительной юстировки оптического тракта перед регистрацией. Кроме того, благодаря введению блока калибровки реализована возможность проведения калибровки регистратора непосредственно перед регистрацией, что приводит к снижению погрешности временных измерений с ±10% до ±2%.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет преимущество, заключающееся в снижении погрешности временных измерений с ±10% до ±2%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2250531 от 17.06.2003 г. "Способ калибровки временной развертки хронографических ЭО-регистраторов" - разработка ФГУП НИИИТ.

2. Патент РФ №2272333 от 30.08.2004 г. "Хронографический ЭО-регистратор с калибровкой временной развертки" - разработка ФГУП НИИИТ.

3. Патент РФ на ПМ №58263 от 10.11.2006 г. " Хронографический электронно-оптический регистратор с калибровкой временной развертки" - разработка ФГУП НИИИТ. - прототип.

Claims (1)

1. Хронографический электронно-оптический регистратор (ЭОР) с калибровкой временной развертки, содержащий блок микрометрической щели, блок передачи изображения, ЭОП, блок усиления изображения, фокон, блок считывания изображения, расположенные на одной оптической оси, и блок импульсного подсвета, блоки управления работой ЭОР, отличающийся тем, что в ЭОР введен блок калибровки, состоящий из лазерного диода и оптических линз, расположенных на другой оптической оси, расположенной под углом α=(50°±5°) к плоскости фотокатода ЭОП, управляющий вход лазерного диода соединен с выходом блока импульсного подсвета, управляемым сигналом, синхронизованным по времени с регистрируемым излучением.