Способ масштабно-временного преобразования одиночных электрических сигналов

 

СПОСОБ МАСШТАБНО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОДИНОЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ на запоминающий электронно-лучевой трубке с мишенью конечной проводимости, например, в виде усилительной микроканальной пластины , заключающийся в том, что производят запись преобразуемого сигнала в режиме, при котором величина тока записывающего луча соответствует режиму насьпцения каналов микроканальной пластины, а затем производят считывание сигнала электронным лучом, развернутым в растр, при величине тока, соответствующей режиму насыщения каналов микроканальной пластины, и регистрируют выходные считанные сигналы, полученные за счет разни1уз выходного тока с участков микроканальной пластины, на которых была проведена предварительная запись, и участков, где запись отсутствовала, при этом общее время считьшания выбирают из соотношения сц 0 1 вo«т ci, время считывания , отсчитанное от момента записи; Восст время восстановления микроканальной пластины от состояния насыщения до исходного; отличающий с я. тем, что, с целью увеличения точности и надежности преобразования сигнала, запись и считывание осуществляют по крайней мере на двух запоминающих электронно-лучевых трубках, мишень каждой из которых е 9 непрерьтно сканируют записывающим лучом вдоль замкнутой линии, создаваемой временной разверткой, образованной разнесенными прямыми и обратным ходами траектории луча, а напряжения временных разверток трубок , именяцих одинаковый период следования , сдвигают друг относительно друга таким образом, что временной интервал, начинающийся от начала рабочего участка развертки первой трубки и до конца рабочего участка развертки последней трубки, в предеIND лах одного периода следования развертки был не меньше этого периода, причем рабочие участки либо непрерывно следуют друг за другом, либо взаимно перекрываются.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) А

<51) H 01 J 31/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

"йУ "; я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " :, :," ; /

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 35441 62/18-21 ,(22) 26.01.83 (46) 30.03.86. Бюл. Р 12 (72) В.К. Архипов, Е.Л. Миркин, Е.Н. Саратовский и В.Ф. Стефанков (53) 621.385.832(088.8) (56) Архангельский И.А. и др. Двухканальная телеметрическая система для регистрации однократных сигналов. ПТЭ, 1968, М- 3. с. 7-11.

Авторское свидетельство СССР В.693482, кл. Н 01 J 31/58, 1977. (54)(57) СПОСОБ NACIIITABHO-ВРЕМЕННОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОДИНОЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ на запоминающий электронно-лучевой трубке с мишенью конечной проводимости, например, в виде усилительной микроканальной пластины, заключающийся в том, что производят запись преобразуемого сигнала в режиме, при котором величина тока записывающего луча соответствует режиму насыщения каналов микроканальной пластины, а затем производят считывание сигнала электронным лучом, развернутым в растр, при величине тока, соответствующей режиму. насыщения: каналов микроканальной пластины, и регистрируют выходные считанные сигналы, полученные за счет разницы выходного тока с участков микроканальной пластины, на которых была проведена предварительная запись, и участков, где запись отсутствовала, при этом общее время считывания выбирают из соотношения

6 0,1с, где Й „ — время считыС Ч Васют cÖ вания, отсчитанное от момента записи;

c — время восстановления микрокаЬдсст калькой пластины от состояния насыщения до исходного; о т л и ч а ю— шийся. тем, что, с целью увеличения точности и надежности преобразования сигнала, запись и считывание осуществляют по крайней мере на двух запоминающих электронно-лучевых трубках, мишень каждой из которых непрерывно сканируют записывающим лучом вдоль замкнутой линии, создаваемой временной разверткой, образованной разнесенными прямыми и обратным ходами траектории луча, а напряжения временных разверток трубок, имеющих одинаковый период следования, сдвигают друг относительно друга таким образом, что временной интервал, начинающийся от начала рабочего участка развертки первой трубки и до конца рабочего участка развертки последней трубки, в пределах одного периода следования развертки был не меньше этого периода, причем рабочие участки либо непрерывно следуют друг за другом, либо взаимно перекрываются.

1 1,01072 2

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к способам регистрации одиночных электрических сигналов пико- и наносекундного диапазонов, основанным на масштабно-временном преобразовании входного сигнала с помощью запоминающей электронно-лучевой трубки (ЗЭЛТ) .

Цель предлагаемого иэобретения— увеличение точности и надежности преобразования сигнала.

На фиг. 1 дана электрическая схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 — амплитудно-временная диаграмма сигнала; на фиг. 3 — то же при расщеплении линии развертки; на фиг. 4 — амплитудно-временные диаграм мы разверток двух ЗЭЛТ; на фиг. 5— амплитудно-временные диаграммы .напряжений развертки и сигнала в точках устройства по фиг. 1.

Устройство, изображенное на фиг.1, содержит ЗЭЛТ 1.1, 1.2, электронные прожекторы формирования луча записи

2. 1, 2.2 и луча считывания 3.1, 3.2, сигнальные отключающие системы 4.1, 4.2 (COC); вспомогательные вертикально отклоняющие пластины 5.1, 5.2 с потенциальными и импульсными входами; временные пластины 6.1, 6.2, мишени (ИКП) 7.1, 7.2; кадровые отклоняющие пластины 8.1, 8.2, строчные отклоняющие пластины 9.1, 9.2; вход 10 сигнала, пусковое устройство 11, вход 12 генератора растровой развертки считывания, генератор 13 развертки записи, линии задержки

14.1, 14.2.

Способ масштабно-временного преобразования одиночных электрических сигналов согласно данному изобретению осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии луч записи непрерывно сканирует мишень вдоль замкнутой линии временной развертки, и преобразуемый сигнал, время прихода которого не определено, может по.ступить во время, соответствующее любому произвольному участку развертки.

При записи сигнала на одной трубке сигнал, амплитудно-временная характеристика которого представлена на фиг. 2а, попав на любой участок пилообразной развертки, может оказаться как на прямом ее ходе (фиг.2б) так и на обратном (фиг. 2в), или на прямом и обратном ходах одновремен50 !

5

20 г5

45 но (фиг. 2г). При такой записи ошибки при считывании сигнала могут оказаться неприемлемо велики по следующим причинам: невозможно точно определить расположение фронта и спада сигнала в случае, когда он попадает на прямой или обратный ход развертки; если же он по времени попадает на прямой и обратный ход развертки одновременно, то возможно наложение фронта и спада сигнала (фиг. 2д), и ошибка в определении параметров сигнала еще больше возрастет. Если стрелками на фиг. 2 обозначить фронт и спад сигналов, то видно, что на фиг. 2б,в направление стрелок взаимно противоположно, а при отсутствии таких стрелок фронт невозможно отличить от спада сигнала, такая же ситуация на фиг. 2г.д.

Информация о фронте и спаде сигнала становится достоверной, если произвести расщепление линии развертки-путем подачи аналогичного разверт ке, но сдвинутого по фазе и меньше го по амплитуде напряжения на вспомогательные вертикально отклоняющие пластины, тогда развертка превращается в сплющенную замкнутую линию (фиг. За) . При такой форме развертки сохраняется относительная линейность траектории основной части ее прямого и обратного ходов и значительная нелинейность траектории в двух зонах изменения направлений хода луча.При известном сдвиге фаз между напряжениями развертки известны направления прямого и обратного ходов разверткинаправление вращения развертки (фиг. За,б), и в этом случае фронт и спад сигнала, записанного на этой развертке, будут определены однозначно (фиг. Зб). Однако информация о сигнале будет претерпевать значительные искажения на участках развертки, соответствующих зонам изменения направления хода луча, где траектория луча сильно искривлена и скорость развертки неравномерна.

Подача сигнала одновременно на две трубки позволит "рассмотреть" часть сигнала, попавшую на криволинейный участок развертки одной трубки, на прямолинейном участке линии развертки другой трубки.

Чтобы перекрыть применением двух трубок прямолинейные и криволинейные части разверток необходимо, чтобы

1101072 трубки — сложный и дорогой элемент аппаратуры, используемой для масштабно-временного преобразования, и для обеспечения режима их работы требуются дополнительные энергетические затраты.

Способ, выполненный согласно изобретению, позволяет осуществлять временную развертку на трубках наиболее

1р простой и легко генерируемой формы, например синусоидальной, у которой прямые и обратные ходы равны.

Пример масштабно-временного преобразования на двух трубках с синусои15 дальной разверткой показан в устройстве на фиг. 1.

СОС 4.1, 4.2 проходного типа последовательно соединены между собой и

2п включены между входом сигнала и согласованным с сигнальным трактом входом пускового устройства 11, которое включено на входе генератора растровой развертки считывания, выхо2S ды последнего подключены к кадровым

8.1, 8.2 и строчным 9.1, 9.2 отклоня. ющим пластинам.

Генератор развертки записи (ГРЗ)

13, соединенный через линии задержЗо ки 14.1, 14.2 с временными пластинами 6,.1, 6.2; а через разделительные конденсаторы 15.1, 15.2 — со вспомогательными вертикально отклоняющими пластинами 5.1, 5.2, вырабатывает т синусоидальное напряжение амплиЭ туда которого достаточна для перемещения луча записи на полную ширину рабочего поля мишени - MKII а частоУ та соответствует длительности прео разуемых сигналов. Это напряжение поступает на входы линий задержки 14.1, 14.2, на выходах которых за счет выбора определенной разности этих задержек вырабатываются два синусоидальных напряжения U u U г (фиг. 5а,в), сдвинутых по фазе на

П/„

/2. Напряжения U è У „поступают соответственно на временные пластины горизонтального отклонения 6. 1 и

6.2 ЗЭЛТ 1.1 и 1.2.

Однако в известных способах масштабно-временного преобразования коротких сигналов нано- и пикосекундного диапазонов формируют пилообразные развертки с прямолинейным корот- 45 ким прямым ходом, длительность которого сравнима с длительностью преобразуемого сигнала, а прямолинейный короткий прямой ход удается получить за счет того, что обратный ход имеет длительность болре чем на два порядка превышающую длительность прямого хода. В этом случае для двух трубок практически невозможно выполнить приведенное выше условие и для его вы- 55 полнения необходимо использование трех и более ЗЭЛТ. Такой вариант реализации способа нежелателен, так как 1 развертки были сдвинуты одна относительно другой таким образом, чтобы временной интервал от начала первого рабочего участка первой трубки и до конца второго рабочего участка второй трубки был не меньше периода следования развертки, причем рабочие участки непрерывно следуют друг за другом или несколько перекрывают друг друга.

На фиг. 4 показаны пилообразные развертки двух трубок, поданные на основные; фиг. 4а,в — вспомогательные, фиг. 4б,г — отклоняющие пластины. Каждая развертка имеет два рабочих участка — один на прямом ходе развертки (15.1 для первой трубки и 16.1 для второй трубки), другой ,на обратном ходе развертки (15.2 и

16.2 для первой и второй трубок. соответственно). Развертки так сдвинуты одна относительно другой, что участок 16.1 частично перекрывает участок 15. 1), "зоны изменения" одной трубки, образуемые участками развертки при вершине и в конце обратного хода, попадают на рабочий участок другой трубки, и искаженная информация при обсчете записанного сигнала может не использоваться.

Для разверток со сравнимыми по длительности интервалами прямого и обратного ходов зоны изменения сравнительно невелики и перекрытие рабочих участков также невелико, поэтому выполнить условие превышения длительности временного интервала из двух рабочих участков развертки над периодом ее следования для двух трубок не представляет труда.

Кроме того, напряжение U,„÷åðåý разделительный конденсатор 15 поступает на вспомогательные вертикально отклоняющие пластины 5,2 и делится на емкостном делителе, образованном этим разделительным конденсатором

15.2 и собственной емкостью пластин

5.2.

1101072

В результате напряжение U гв (фиг. 5r), поступающее на пластины

5.2, составляет 2-1О напряжения U и временная развертка осуществляется по сплющенной замкнутой линии.

Одновременно напряжение U2r через разделительный конденсатор 15.1 поступает на вспомогательные вертикально отклоняющие пластины 5.1, и при 10 делении его в таком же отношении, как и напряжение U на пластины

5.1 поступает напряжение U e,ôèã.5á (по оси абсцисс на эпюрах напряжений

Uan U)p ПгВ отложены Уг овые коор- 15 динаты в единицах<„)й, где — угловая частота; t — временная координата).

Под действием сдвинутых по фазе на /2 напряжений, поданных на вэаим- 20 но перпендикулярные пластины 5.1, 6;1 и 5.2, 6.2 на мишенях MKII 7.1 и 7.2 записываются циклические замкнутые кривые эллипсообразной формы (фиг. 5д.е). Напряжения движения 25 лучей (по или против часовой стрел.— ке) можно выбирать, меняя входы соответствующих пластин 5.1 или 5.2.

На этих же фиг, 5д,е, приведены осцилограммы сигнала, полученные на Зр двух ЗЭЛТ. Зная величины напряжений развертки, подаваемых на горизон- тальные (временные) 6.1, 6.2 и вспомогательные вертикальные 5.1 и 5.2 отклоняющие пластины можно опреде9 35 лить значения и положения на мишени осей эллипса, которые можно использовать при обработке результатов измерений -параметров сигнала.

На осциллограмме с ЗЭЛТ I,1 (фиг. 5д) на рабочем участке развертки, близком к прямолинейному, записана вершина и спад, а фронт преобразуемого сигнала записан на криволинейном участке в зоне измене.— ния направления.

В то же время на осциллограмме .с ЗЭЛТ 2. 1 (фиг.5е) на рабочем, близк ом к прямолинейному, участке раз50 вертки записан фронт, а вершина и спад преобразуемого сигнала записаны на криволинейном участке в зоне изменения.Таким образом, зонам изменения

55 однои трубки соответствует рабочий участок другой трубки.Для обсчета сигнала с возможно меньшими искажениями необходимо определить на рабочих участках развертки зоны обсчета параметров сигнала.

Каждой угловой координате напряжений U1„U2r с шагом Tl /4, соответствуют точки, последовательно обозначенные

0 — 7 на один период напряжения.

Для напряжения U (фиг. 5а) точкам

0 и 4 соответствует максимальная крутизна изменения напряжения, а окрестностям точек 2 (интервал I 2, 3) и

6 (интервал 5, 6, 7) — минимальная крутизна изменения напряжения.

Соответственно для напряжения

Бггэонам с минимальной крутизной (точка 4, фиг. 5а) соответствует зона с максимальной крутизной (точка 4, фиг. 5в) напряжения U<<. Зоны с почти прямолинейным изменением напряжения, например интервал 3, 4, 5 для напряжения U r и интервал 5,6,7 для напряжения U „ сдвинуты между собой на

iI/2, таким. образом границы между прямолинейными участками напряжений

13«, U будут находиться на середине фазового сдвига «/4. На эллипсовидных развертках границы проходят через точки 7 5 и 1,3 (фиг. 5д) и точки 1,7 и 3,5 (фиг. 5e) и определяют зоны обсчета между ними.

Таким образом, части сигнала (вершина и спад), записанные на рабочем участке ЗЭЛТ (фиг. 5д), и части сигнала (фронт), записанные на рабочем участка ЗЭЛТ 12 (фиг. 5e), находятся в зонах обсчета, в которых после проведения масштабно-временного преобразования можно производить обработку и вычисление, а затем "сшивку" частей сигнала на границах зон обсчета. Необходимую обработку можно производить как вручную, так и на ЭВМ.

Таким образом, использование способа согласно данному изобретению в устройствах с МВП в нано- и пикосекундном временном диапазоне позволит ликвидировать потери энергии сигнала и устранить амплитудную и временную погрешности, вызванные наличием в сигнальном тракте тройника и широкополосной линии задержки. И, кроме того, позволит повысить надежность регистрации сигнала путем использования непрерывной развертки и исключения запуска генератора развертки записи. /101072

4Ь2. f

Фиг. Х

1101072 (а)

1 г) об (a) 8(d) 6

2 (Р! ю (Я

1 2 5 м8(г) 0 Фф) у 5

U2f

Редактор Е.Месропова Техред Л.Олейник

Корректор А. Тяско

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1б29/5 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5