Фотоэлектронный регистратор

 

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГИСТРАТОР , содержащий генератор электрических импульсов, фотоумножитель с одним фотокатодом и кольцевыми электромагнитами и непрозрачную маску с отверстиями , оптически связанными с анализируемым обектом, при этом выход умножителя подключен к схеме формирования сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости переключения анализируемых световых потоков, в него дополнительно введены два светопропускающих электрода, установленных в отверстиях непрозрачной маски, и линия задержки, вход которой соединен с выходом генератора электрических импульсов, причем один светопропускающий электрод подключен к выходу генератора, а другой светопропускающий электрод - к выходу линии задержки , а расстояние (d) между светопропускающими электрод&ми выбрано из соотнощения S d kt где t - длительность управляющего (Л импульса, с; k - коэффициент, равный 0,510, м/с. со со 00 со со фиг f

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5D H 01 J 43/00 и2. (21) 3516880/18-21 (22) 25.11.82 (46) 23.06.84. Бюл. М 23 (72) Н.В. Замятин и П.И. Госьков (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.385.832(088.8) (56) 1. Катис Г.П. Оптико-электронная обработка информации. И., Машиностроение, 1973, с. 447.

2. Авторское свидетельство СССР

9 344532, кл. Н 01 J 43/14, 1970 (прототип) . (54)(57j ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГИСТРАТОР, содержащий генератор электрическйх импульсов, фотоумножитель с одним фотокатодом и кольцевыми электромагнитами и непрозрачную маску с отверстиями, оптически связанными с анализируемым обектом, при этом выÄÄSUÄÄ1 99333 А ход умножителя подключен к схеме формирования сигнала, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения скорости переключения анализируемых световых потоков, в него дополнительно введены два светопропускающих электрода, установленных в отверстиях непрозрачной маски, и линия задержки, вход которой соединен с выходом генератора электрических импульсов, причем один светопропускающий электрод подключен к выходу генератора, а другой светопропускающий электрод — к выходу линии задержки, а расстояние (d) между светопропускающими электродами выбрано из соотнощения с1=kt 8 где t - длительность управляющего импульса, с; коэффициент, равный С:

0,5 10, м/с.

1099333

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, спектроскопии, автоматике и предназначено для преобразования нескольких световых потоков в электрический сигнал в оптикоэлектронных приборах, например устройствах контроля веществ, светодальномерах и т.д.

Известен фотоэлектронный регистратор-диссектор, на фотокатод которого можно спроектировать два и более

10 световых потока (1).

При линейной развертке контролируемые световые потоки последовательно регистрируются и,затем с помощью устройства выделения сигналов выводятся в соответствующие каналы обработки.

Недостатками фоторегиструющего устустройства с диссектором являются неэффективность использования развертывающего напряжения, необходимость применения широкой апертуры, 20 влияние нелинейности и развертывающего напряжения.

Наиболее близким к изобретению является фотоэлектронный регистратор, содержащий генератор электри- 25 ческих импульсов, фотоумножитель с одним фотокатодом и кольцевыми электромагнитами и непрозрачную маску с отверстиями, оптически связанными с анализируемым объектом, при этом выход умножителя подключен к схеме формирования сигнала (2).

Входы электромагнитов подключены к выходам блока усилителей. При прохождении тока по обмоткам катушек электромагнитов создается магнитное поле, которое отклоняет фотоэлектроны, эмитируемые с различных участков фотокатода.

Недостатком известного устройства является инерционность переключения 40 световых потоков (порядка 1 кГц), что обусловлено переходными процессами в катушках кольцевых управляемых электромагнитов, поэтому oHQ может использоваться лишь для преобразования низкочастотных оптических сигналов.

Белью изобретения является повышение быстродействия переключения анализируемых световых потоков.

Поставленная цель достигается тем,50 что в фотоэлектронный регистратор, содержащий генератор электрических импульсов, фотоумножитель с одним .фотокатодом и кольцевыми электромагнитами и непрозрачную маску с отвер- 55 стиями, оптически связанными с анализируемым объектом, при этом выход умножителя подключен к схеме формирования сигнала, дополнительно введены два светопропускающих электрода, установленных в отверстиях непрозрачной маски, и линия задержки, вход которой соединен с выходом генератора, электрических импульсов, прИ-. чем один светопропускающий электрод подключен к выходу генератора, а дру-65 гой светопропускающий электрод — к выходу линии задержки, а расстояние (Й) между светопропускающими электродами выбрано из соотношения

d =. kt где t — длительность управляющего импульса, с; коэффициент, равный

0,5 10, м/с.

На фиг. 1 изображена структурная схема фоторегистратора; на фиг. 2 входная камера фотоумножителя; на фиг. 3 — эквивалентная схема входной камеры фотоумножителя со светопропускающими электродом; на фиг. 4 зависимость длительности управляющих импульсов от расстояния между внешними электродами.

Фоторегистратор содержит фотоумножитель 1, светопропускающие электроды 2, один из которых подключен к выходу генератора 3 коротких импульсов, а другой — к линии задержки

4, схему 5 формирования сигнала, подключенную к выходу фотоумножителя, фотбкатод 6, покрытие 7.

При наложении с внешней стороны фотокатода светопропускающих электродов и при подаче на них сдвинутых во времени коротких импульсов в определенный момент времени регистрируется сигнал светового потока, проходящего через тот светопропускающий электрод, на котором в этот момент нет управляющего импульса.

Например, для двух световых потоков, проходящих через два светопропускающих электрода, при включении напряжения на первый светопропускающий электрод фотоэлектроны, выбитые первым световым потоком, не проходят в умножительную камеру фотоумножите;. ля, а фотоэлектроны второго светового потока попадают в умножительную камеру и выделяются на нагрузке.

После того, как на первом светопропускающем электроде импульс оканчивается, на второй светопропускающий электрод поступает импульс, сдвинутый относительно первого на величину его длительности, с помощью линии задержки, и фотоэлектроны второго светового потока не поступают в умножительную систему. Количество внешних электродов определяется числом регистрируемых световых потоков и лимитируется размерами фотокатода и длительностью управляющих импульсов.

Введение внешних управляющих светопропускающих электродов позволяет реализовать электростатическое управление потоками фотоэлектронов.

Процесс управления происходит следующим образом.

При установке с внешней стороны фотокатода светопроницающего электрода (фиг.2) и подаче на него короткого импульса через цепь, образованную емкостью (внешний электрод — фо1099333

49ис 4

Тираа: 683

ВНИИПИ Заказ 4377/41

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 токатод) и сопротивлением фотокатода (сопротивление фотослоя), начинает протекать электрический ток. Поскольку фотокатод обладает достаточно высоким сопротивлением (10ьОм), в области, близкой к поверхности 5 фотокатода, возникает электромагнитное поле, нормальные и тенгенциальные составляющие которого воздейст-. вуют на фотоэлектрон (на фиг. 3} это показано в виде емкости С„).

Нормальной составляющей электРического поля фотоэлектроны тормозятся, а тангенциальной составляющей отклоняются. В результате этих воздействий фотоэлектроны не проходят в умножительную систему.

При использовании внешнего светопронускающего электрода, площадь которого меньше площади фотокатода, и при включении на него короткого импульса (длительностью меньше 100 нс) вокруг внешнего электрода образуется область ограниченного воздействия управляющего поля на фотоэлектроны.

Это обусловлено затуханием потенциала короткого электрического импульса, 5 распространяющегося по длинной линии, которая эквивалентна входной камере фотоумножителя с локальным внешним электродом. На эквивалентной схеме обозначено C, — емкость между фотока- Зр тодом и манжетой, L — индуктивность пленки фотокатода; R — сопротивление, фотокатода.

Из анализа картины распределения управляющего потенциала установлено, что область наибольшего воздействия на поток фотоэлектронов находится ф 1 на расстоянии 3-5 мм от поверхностй фотокатода. Затухание потенциала по радиусу фотокатода составляет

50 дб/см и при первоначальном напряжении 100 В уровень амплитуды управляющего потенциала уменьшается до

1-5 В на протяжении участка фотокатода 10 мм.

Размер области воздействия на фотоэлектроны светового потока по радиусу фотокатода определяется длительностью управляющих импульсов.

Экспериментально полученная зависимость (фиг. 4), связывающая длительность управляющего импульса и расстояние по радиусу фотокатода области воздействия на фотоэлектроны, в пределах фотокатода линейная. Это позволяет представить связь расстояния между светопропускающими электродами с длительностью управляющих импульсов зависмостью

d=kt где k = 0,5 10 м/с. Например, для

Ь управляющего импульса длительностью

40 нс необходимое расстояние между электродами составляет 20 мм.

При использовании внешних электродов и линий задержки согласно изобретению применяется электростатический характер управления. В результате повышаются быстродействие и эффективность управления, что увеличивает сферу применения фоторегистратора и устраняет необходимость применения нескольких фотоприемников в быстродействующих устройствах контроля веществ, позиционно-чувствительных преобразователях оптических сигналов и т.п.