Способ масштабно-временного преобразования одиночного электрического сигнала

 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано, например, при регистрации быстропротекающих процессов микропикосекундного диапазона длительности. Цель изобретения - повышение надежности масштабно-временного преобразования и снижение погрешности. Запись изображения производят с помощью электронного луча 1 при установке источника 7 питания микроканальной пластины (МКП) в режим "Запись". При этом в МКП создается разрядовый рельеф, соответствующий изображению входного сигнала в виде нескомпенсированных положительных зарядов, сконцентрированных на выходных облученных каналах. Затем напряжение питания МКП устанавливают в режим "Считывание". Новизна предложения состоит в том, что считывание осуществляют в режиме, при котором коэффициент усиления МКП G < 1, что обеспечивает различие в скорости изменения напряжения на МКП в зависимости от состояния ее каналов. Последующее дифференцирование сигнала с выходного электрода МКП обеспечивает четкое выделение информационного сигнала. Операция выделения считанного импульса-отметки за счет дифференцирования напряжения, снимаемого с выходного электрода МКП, позволяет снизить погрешность преобразования входной информации. 6 ил.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано, например, при регистрации быстропротекающих процессов микропикосекундного диапазона длительностей, исследование которых возможно после масштабно-временного преобразования. Целью изобретения является повышение надежности масштабно-временного преобразования путем разделения информационного сигнала и сигнала помехи и снижение погрешности масштабно-временного преобразования. На фиг. 1 схематично представлено устройство, осуществляющее способ согласно изобретению; на фиг. 2 представлено зарядное изображение сигнала (луч считывания, развернутый в поперечно-строчный растр); на фиг. 3 показано изменение потенциала микроканальной пластины (МКП) в случае, если луч считывания проходит по незадействованным каналам МКП и по каналам, в которых была осуществлена запись информации; на фиг. 4 выходной сигнал, полученный после дифференцирования потенциала МКП; на фиг. 5 показано изменение потенциала МКП в случае, если луч считывания проходит слева направо по полностью перекрытым каналам, каналам, где произведена запись, по дефектным каналам МКП; на фиг. 6 выходной сигнал после дифференцирования потенциала МКП. На чертежах обозначены: входной ток 1 МКП (электронный луч) (i_л), входной электрод 2 МКП, выходной электрод 3 МКП, выходной ток 4 МКП (i_э), дифференцирующая цепочка 5, ток 6 разряда МКП (i_р), источник 7 питания МКП. Запись изображения входного сигнала производится с помощью электронного луча 1 при установке источника 7 питания МКП в режим "Запись" (фиг. 1), обеспечивающий насыщение каналов микроканальной пластины, подвергающихся облучению электронами луча 1. При этом в микроканальной пластине создается зарядовый рельеф, соответствующий изображению входного сигнала в виде нескомпенсированных положительных зарядов, сконцентрированных на выходах облученных каналов. Для дальнейшего рассмотрения процессов, происходящих в микроканальной пластине, удобно представить ее в виде плоского конденсатора 8 (фиг. 1), обладающего электрической емкостью С_м, обкладками которого являются проводящие покрытия входного 2 и выходного 3 электродов микроканальной пластины. Наличие нескомпенсированных положительных зарядов у тех каналов микроканальной пластины, которые подвергались облучению электронами луча при записи входного сигнала, можно рассматривать как наличие локальных положительных зарядов вблизи правой обкладки конденсатора 8. После записи изображения входного сигнала напряжение питания микроканальной пластины устанавливается в режим "Считывание", при котором каналы микроканальной пластины перестают обладать усилительными свойствами, т.е. устанавливается коэффициент усиления МКП G i_э/i_л (1) меньше 1 и производится сканирование передней поверхности МКП электронным лучом, развернутым в поперечно-строчный растр, как показано на фиг. 2. При прохождении считывающим лучом незадействованных каналов микроканальной пластины (т. е. тех каналов, которые не были подвергнуты облучению электронным потоком при записи входного сигнала) потенциал микроканальной пластины будет понижаться за счет протекания тока разряда i_р (см. фиг. 1) i_р i_л i_э (2) Дифференциальное уравнение изменения потенциала микроканальной пластины записывается следующим образом: С учетом определения коэффициента усиления микроканальной пластины H по формуле (1) перепишем (3) в следующем виде: Решая (4) для произвольного момента времени t, получим: где G_н коэффициент усиления незадействованных каналов микроканальной пластины; U(t_o) потенциал микроканальной пластины в момент начала формирования i-ой строки считывающего растра i 1,2,n;
n число строк считывающего растра (см. фиг. 2). Из уравнения (5) видно, что от момента времени t_o, соответствующего началу движения луча вдоль i-й строки считывания (см. фиг. 3), до момента времени t₁, соответствующего началу пересечения лучом изображения входного сигнала, напряжение на микроканальной пластине изменяется по линейному закону, как показано на фиг. 3. В последующие моменты времени, лежащие внутри интервала (t₁, t₂), считывающий луч пересекает каналы микроканальной пластины, содержащие зарядовое изображение входного сигнала. При этом электроны считывающего луча компенсируют положительные заряды этих каналов, что приводит к уменьшению выходного тока i_э микроканальной пластины
i_э < i_л, (6)
что эквивалентно уменьшению усиления G₃ задействованных каналов МКП (т. е. каналов, содержащих зарядовое изображение входного сигнала)
G_з < G_н (7)
Решая уравнение (4) для произвольных моментов времени t, принадлежащих интервалу (t₁, t₂), в течение которого считывающий луч пересекает изображение входного сигнала, запишем изменение напряжения на микроканальной пластине

После этого считывающий луч вновь продолжает свое движение, пересекая незадействованные каналы микроканальной пластины, и в момент времени t t_к формирование считывающей строки завершается. Изменение потенциала микроканальной пластины в моменты времени t, принадлежащие интервалу t₂, t_к, описывается выражением, аналогичным (5)

На фиг. 3 графически показано изменение потенциала микроканальной пластины в течение интервала времени t_о, t_к, при формировании i-й строки считывающего растра. Дифференцируя по времени выражения (5), (8) и (9), определим скорость S изменения потенциала микроканальной пластины соответственно в интервалах времени t_о, t₁; t₁,t₂ и t₂, t_к

Ввиду того, что G₃<G; G₃<1; G_н<1 из уравнений (10) видно, что S₃ > S_н, что отображено на фиг. 3 большей крутизной изменения потенциала микроканальной пластины при прохождении считывающим лучом задействованных каналов. Практически электрическое дифференцирование осуществляют с помощью дифференцирующей цепочки 5 (см. фиг. 1). В простейшем случае дифференцирование напряжения, снимаемого с выходного электрода микроканальной пластины, может быть осуществлено RC-цепочкой, как показано на фиг. 1. При этом импульсы напряжения U_вых(t) S, форма выходных импульсов показана на фиг. 4, а сами импульсы снимаются с резистора дифференцирующей цепочки 5, конденсатор С которой одновременно служит для развязки последующих каскадов от высокого напряжения питания микроканальной пластины. Как видно из фиг. 4, импульс отметка амплитудой U_c приблизительно S₃, возникающий во время пересечения считывающим лучом изображения входного сигнала, имеет ту же полярность, что и пьедестал, амплитуда которого U_н ≈ S_н. На фиг. 3 и 4 пунктирными линиями показаны идеализированные изменения потенциала микроканальной пластины и форма выходного импульса в предположении, что сечение электронного луча ЭЛТ имеет прямоугольную форму, распределение тока вдоль поперечного сечения луча имеет равномерный характер, а угол встречи считывающей строки с линией зарядового изображения сигнала равен 90^o. Реальная форма изменения микроканальной пластины и выходных импульсов не имеет резких переходов, что отражено на фиг. 3 и фиг. 4 сплошной линией. Рассмотрим случай, когда считывающий луч при своем движении вдоль некоторой i-й (i 1, 2.n) строки встречает дефектные каналы как до, так и после пересечения зарядового изображения сигнала. На фиг. 5 показано изменение потенциала микроканальной пластины при движении считывающего луча вдоль i-й строки, причем в течение времени t₁, t₂ луч встречает на своем пути полностью перекрытые каналы, в течение времени t₃, t₄ пересекает зарядовое изображение входного сигнала, а в течение времени t₅, t₆, проходит участок микроканальной пластины, содержащий дефектные каналы, характеризующиеся тем, что коэффициент усиления их G_д отличается от среднего коэффициента усиления G_н незадействованных каналов. На фиг. 6 показана форма выходного сигнала U_вых (t) на резисторе дифференцирующей цепочки 5. Очевидно, что в течение интервалов времени t_о, t₁; t₂, t₃, t₄, t₅, t₆, t_к потенцииал микроканальной пластины будет изменяться в соответствии с выражением (5), и величина выходного сигнала на резисторе дифференцирующей цепочки 5 будет пропорциональна значению U_n приблизительно равно S_н, где S_н определяется в соответствии с уравнениями (10). При прохождении считывающим лучом в течение времени t₁, t₂ участка микроканальной пластины, содержащего полностью перекрытые каналы, электроны считывающего луча не изменяют потенциал выходного электрода микроканальной пластины ввиду того, что для этих каналов значение тока разряда i_р 0. Решая совместно уравнения (1), (2), (10), определим скорость изменения потенциала микроканальной пластины в течение времени t₁, t₂

Таким образом в течение времени прохождения считывающим лучом перекрытых каналов потенциал микроканальной пластины не изменяется (см. фиг. 5). Из фиг. 6 видно, что полярность импульса структурной помехи U_пом.1 в данном случае противоположна полярности пъедестала U_п. При пересечении считывающим лучом зарядового изображения сигнала в течение времени t₃; t₄ изменение потенциала микроканальной пластины происходит в соответствии с выражением (8) и на резисторе дифференцирующей цепочки 5 выделяется импульс-отметка амплитудой U_с приблизительно равная S₃, причем полярность его совпадает с полярностью пьедестала (см. фиг. 6). При прохождении считывающим лучом в течение времени t₅, t₆ дефектных каналов микроканальной пластины с коэффициентом усиления G_д ≠ G_н изменение потенциала микроканальной пластины описывается выражением, аналогичным (5), и крутизна изменения напряжения микроканальной пластины будет отличаться от S_н и может лежать в диапазоне 0 S_н. В этом случае на резисторе дифференцирующей цепочки будет выделяться импульсная помеха U_пом.2 (cм. фиг. 5), полярность которой противоположна полярности пьедестала. Таким образом в предлагаемом способе считывание осуществляется в режиме, при котором коэффициент усиления микроканальной пластины G < 1, что обеспечивает различие в скорости изменения напряжения на микроканальной пластине в зависимости от состояния ее каналов. Последующее дифференцирование сигнала с выходного электрода микроканальной пластины обеспечивает четкое выделение информационного сигнала, который расположен над пьедесталом (см. фиг. 6). Кроме того, операция выделения считанного импульса-отметки за счет дифференцирования напряжения, снимаемого с выходного электрода микроканальной пластины, позволяет снизить погрешность преобразования входной информации, возникающей вследствие интегрирования выходных импульсов на паразитной емкости сигнального электрода в способе-прототипе. 2

Формула изобретения

Способ масштабно-временного преобразования одиночного электрического сигнала в электронно-лучевой трубке с микроканальной пластиной, включающий запись путем однократной временной развертки электронного луча по микроканальной пластине, включенной в режиме максимального усиления, считывание путем сканирования электронного луча по микроканальной пластине со стороны проведения записи, и регистрацию выходного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем разделения информационного сигнала и сигнала помехи и снижения погрешности, считывание производят в режиме, при котором коэффициент усиления микроканальной пластины G <1, выходной сигнал получают электрическим дифференцированием напряжения с выходного электрода микроканальной пластины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6