Осциллографический регистратор одиночных электрических импульсов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 00.1 й 1334 ЕНИ ЕТЕЛЬСТВ и АВУОРС ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗ ОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИИАНИЕ ИЗОБ(56) Авторское свидетельство СССРУ 728093, кл. О 01 В 29/027, 1977Техническое описание и инструкцияпо эксплуатации осциллографа С 9-4 А.Вильнюс, 1975.(54)(57) ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ РЕГИСТРА"ТОР ОДИНОЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИИЛУЛЬСОВ,содержащий электронно лучевую трубку,выполненную с микроканальной плас"тиной и токопроводящим экраном, пе-ред которым установлена фотокамера,блок записи, сигнальный вход которого соединен с сигнальным входом реги- .,стратора, сигнальный выход с основным входом отклоняющей системы Уэлектроннолучевой. трубки, выход подсвета через первый коммутатор - с входом ее катодно-модуляторного узла, авыход развертки через второй коммутатор с входом отклоняющей системы Х,;блок управления, первый вход которого подключен к первому входу внешнегоуправления регистратора, второй вход .к пусковому выходу блока записи, первый выход - к входам записи обоихкоммутаторов и управляющему входу.блока записи, второй выход - к зат"вору фотокамеры, о т л и ч а ю щ и йс .я тем, что, с целью расширенияфункциональных возможностей путемобеспечения дополнительного выводаинформации в цифровой форме и повьгшения точности регистрации, в него.801 0 880 введены блок установки режима, блок формирования ординаты считанного сиг" нала, блок цифрового развертывания и блок памяти, причем выкоды.блока установки режеча подключены к микро канальной пластине и токопроводящему экрану, управляющий вход блока форми рования ординаты считанного сигнала соединен с токопроводящим экраном, информационный вход - с выходом кода, координаты У блока цифрового развер тывания, а выход с Первым информа цноиным входом блока памяти, выход которого подключен к информационному входу блока цифрового развертывания, третий вход блока управления соеди В нен с выходом окончания формирования шкапы блока цифрового развертывания, первый выход с: входом записи .блока установки режима,. третий выход с входами считывания блока установки ф режима, блока цифрового развертыва иня и блока памяти; четвертьй выход с входами визуализации блока цифрового развертывания и блока памяти, апятый выходс входом начала форми Об .рования шкалы блока цифрового разве тывания, два установочных входа блока цифрового развертывания подключены. ф к второму и третьему входам внешнего управления регистратора, выход под света через первый коммутатор - к входу катодно-модуляторного узла электроннолучевой трубки, выход ко ординаты 7 соединен с дополнительным .входом отклоняющей системы У, выход координаты Х через второй коммута тор - с входом отклоняющей системы Х а тактовый выход , к одноименному входу последнего.11 О Изобретение относится к электроиэмерительной технике и предназначено для использования при исследованииоднократных или редкоповторяющихся физических процессов, например термоядерных реакций, импульсного ионизирующего излучения и т,д,Известно осциллографическое регистрирующее устройство, содержащеезапоминающую электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), вертикальные отклоняющиепластины которой через коммутаторподключены к входу устройства, а сиг"нальная пластина - к сигнальному входу усилителя считывания, генераторразвертки записи, сигнальный входкоторого соединен с входом устройства, генератор кадровой разверткисчитывания, выход которого подключенк выходу У устройства, логическийэлемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами двух упомянутых генераторов, а выход - с горизонтальными отклоняющими пластинами ЭЛТ,генератор строчной развертки считывания, сигнальный вход которого подключен к выходу триггера реверсастрочной развертки, а выходы - квходу последнего, сигнальному входугенератора кадровой развертки считывания и одному из входов коммутатора,блок кодирования и вычисления, сигнальный вход которого соединен с вьгходом усилителя считывания, управляющий вход - с выходом триггера реверса строчной развертки, а выход - свыходом У устройства, блок управления, выходы которого подключены куправляющим входам коммутатора ЭЛТ,усилителя считывания, генераторовразвертки записи, строчной кадровойразвертки считывания.1Недостаток известного устройствасвязан с наличием в нем только электрического вывода информации, обеспечивающим невысокую точность регистрации одиночных однократных процессов. Ппя получения цифровой формыпредставления информации, напримерпри передаче ее на значительные расстояния, устройство следует дополнятьспециальным аналого-цифровым преобразователем,Наиболее близким техническим решением к изобретению является осциллографический регистратор одиночныхэлектрических сигналов, содержащийЭЛТ, выполненную с микроканальной 8880 1пластиной и токопроводящии экраном,перед которым установлена фотокамера,блок записи, сигнальный вход которого соединен с сигнальным входом ре-.5 гистратора, сигнальный выход - с входом отклоняющей системы у ЭЛТ, выход.подсвета через первый коммутатор - свходом ее катодно-модуляторного узла, а выход развертки через второй10 коммутатор - с отклоняющей системойХ, блок управления, первый вход которого подключен к входу внешнегоуправления регистратора, второйвход - к пусковому выходу блока записи, первый выход - к входам записи обоих коммутаторов и управляющему входу блока записи, а второйвыход - к затвору фотокамеры,Указанное устройство характеризу 20 ется широкополосностью и высокойскоростью фотозаписи, определяемымитипом используемой ЭЛТ с микроканальной пластиной. Однако его недостаток также заключается в ограничен 5 ных функциональных возможностях,предусматривающих вывод Зарегистриро"ванной информации только в виде фото"осциллограммы, и, как следствие, относительно невысокой точности реги30 страции. Целью изобретения является расширение функциональных возможностейподобного регистрирующего устройствапутем обеспечения дополнительного выЗ 5 вода информации в цифровой форме иповышении точности регистрации.Цель достигается тем, что в осциллографический регистратор одиночныхэлектрических импульсов, содержащий 40 электронно-лучевую трубку, выполненную с микроканальной пластиной итокопроводящим экраном, перед кото рым установлена фотокамера, блок записи, сигнальный вход которого сое динен с сигнальным входом регистратора, сигнальный выход с основным входом отклоняющей системы У электронно"лучевой трубки, выход подсвета черезпервый коммутатор - с входом ее ка тодно-модуляторного узла, а выходразвертки через второй коммутаторс входом отклоняющей системы Х, блокуправления, первый вход которого под"ключен к первому входу внешнего уп равления регистратора, второй входк пусковому выходу блока записи, первый выход - к входам записи обоихкоммутаторов и управляющему входублока записи, второй выход - к затво ру фотокамеры, введены блок установки режима, блок формирования ординаты считанного сигнала, блок цифрового развертывания и блок памяти, причем 5 выходы блока установки режима подключены к микроканальной пластине и то коподводящему экрану, управляющий вход блока формирования ординаты счи танного сигнала соединен с токопро водящим экраном, информационный вход " с выходом кода координаты У блокаецифрового развертывания, а выходс первым информационным входом блока памяти, выход которого подключен к информационному входу блока цифрового развертывания, третий вход блока управления соединен с выходом окончания. Формирования шкалы блока цифрово го развертывания, первый выход с входом записи блока установки режима, третий выход " с входами считывания блока устаяовки режима, блока цифро;- вого развертывания и блока памяти, четвертый выход - с входами визуализации блока цифрового развертывания и блока памяти, а пятый выход - с входом начала формирования шкалы блока.цифрового развертывания, два ус тановочных входа блока цифрового раэ" ЗО вертывания подключены к.второму и третьему входам внешнего управления регистратора, выход подсвета через первый коммутатор к входу катодно модуляторного узла электронно луче" д ,вой трубки, выход координаты У .соеди" нен с дополнительным входом отклоняю" щей системы Т, выход координаты Х через второй коммутатор - с входом отклоняющей системы Х, а тактовый 4 О выход "- к одноименному входу послед него.В предложенном техническом реше иии для электрического вывода инфор мацки использовано свойство умень" 4 Зшения коэффициента усиления микрока нальной пластины нри сканировании ее непосредственно после записи.Существо изобретения заключается в том, что вывод информации в аналогоО вой Форме.(в виде фотоосциллограммы) осуществляется в процессе записи ее на экран ЭЛХ вывод информации в. циф ровой Форме - после проведения ряда коммутаций, обеспечивающих благоприят 55 ный режим считывания и сохранность фотоосциллограммы, а также в том, что блок цифрового развертывания в дан ном случае используется как генератор электронной шкалы при получениифотоосциллограммы и в качестве источника растровой развертки при электрическом считывании информации и преобразовании последней и цифровой код.Использование одного и того же блокав различных режимах повышает точностьрегистрации и сопоставимость аналоговой и цифровой информации,На Фиг:. . представлена функциональная схема предложенного осциллографического регистратора одиночных электрических импульсов; на Фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу .(.индексы нри напряжениях соответствуют цифровым позициям на фиг, 1).Регистратор содержит электроииолучевую трубку (ЭЛТ) 1, выполненную смикроканальной пластиной 2 и токолро"водящим экраном 3. Позициями 4, 5, 6обозначены соответственно отклоняющая система У, отклоняющая системаХ, катодно модуляторный узел ЭЛТ .Регистратор содержит, кроме того,Фотокамеру 7, установленную .передтокопроводящим экраном 3, блок 8 записи, коьяюутаторы 9, 10, блок 11 установки режима., блок 12 управления,блок 13 цифрового развертывания,блок 14 формирования ординаты считанного сигнала и блок 15 памяти,Сигнально вход регистратора обозначен позицией 16, а входы внешнегоуправления позициями 17-19. Сигналь.ный вход блока 8 записи соединен ссигнальным входом 16 регистратора,сигнальный выход с основным входом1 отклоняющей системы 4 ЭЛТ 1, выход .подсвета через коммутатор 9 - с входом катодно модуляторного узла 6, авыход развертки через коммутатор Ос входом Х отклоняющей системы 5.Первый вход блока 12 управления под.ключен к входу 7 внешнего управлениярегистратора, второй вход " к пусковому выходу блока 8 записи, третийвход - к выходу окончания формнрова"ння шкалы блока 13 цифрового развертывания, первый выход к входам записи коммутаторов 9, 10 и управляюще"му входу блока 8 записи, второй вьгход - к затвору фотокамеры 7, третийвыход - к входам считывания блока 11установки режима, блока 13 цифровогоразвертывания и блока 15 записи, четвертый выход - к входам визуализацииблока 3 цифрового развертывания и блока 15 памяти, а пятый выход - к входу начала формирования шкалы бло ка 13 цифрового развертывания. Вы ходы блока 11 установки режима под5 ключены к входам микроканальной плас тины 2 и токопроводящего экрана 3. Управляющий вход блока 14 Формирова ния ординаты считанного сигнала соединен с выходом токопроводящего эк рана 3, информационный вход с выхо" дом хода координаты У блока 13 цифро" вого развертывания, а выход с первым информационным входом блока 15 памяти. Выход блока 15 памяти подклю" чен к информационному входу блока 13 цифрового развертывания. два устано вочных входа блока 13 подключены к входам 18, 19 внешнего управления регистратора, выход подсвета через коммутатор 9 к входу катодно-модуляторного узлаб ЭЛТ 1, выход координаты 7 соединен с дополнительным входом У отклоняющей системы 4, вы" ход координаты Х через коммутатор 10 - с входом Х отклоняющей системы 5, выход кода координаты Х подключен к второму информационному входу бло ка 15 памяти, а тактовый выход - к одноименному входу последнего.Блок 8 записи выполнен с использованием элементов отбора мощности, запуска, подсвета развертки, а также линии задержки, включенной на его35 сигнальном выходе, Блок 12 управления представляет собой комбинационно" логический узел и вырабатывает сигналы записи, считывания, начала формирования шкалы, визуализации, осуществляющие временную синхронизацию составных блоков регистратора. Блок 13 цифрового развертывания реализован на основе узла Формирования элект ронной шкалы иа экране ЭЛТ 1 и содер жнт тактовый генератор, Формирователи координат У н Х с кодовыми выходами, а также цифро-аналоговые преобразователи. Режим работы блока 13 определяется управляющими сигналами на 50 чала Формирования шкалы, записи, счи тывания и визуализации на его входах.Блок 14 Формирования ординаты счи таиного сигнала может быть выполнен в виде усилителя Формирователя и ре гистра. Данный блок осуществляет пе 55 редачу в блок 15 памяти, кода координаты Т точки пересечения линии записи сигнала строкой считывания. Коммутаторы 9, 1 О выполнены на базе герконов и имеют по два информа ционных входа и по одному управляющему входу записи при наличии сигнала, на котором на катодно-модуляторный узел б и отклоняющую систему Х 5 ЭЛТ 1 поступают сигналы с блока 8 записи. При отсутствии сигнала на входе записи коммутаторы 9, 10 работают в ре. жиме.пропускания соответствующих сигналов с блока 13 .цифрового развертьгвания.В режиме записи шкалы, считывания и визуализации микроканальная пластина 2 ЭЛТ 1 работает в режиме усиления. Потенциал токопроводящего экрана 3 в режимах записи шкалы, записи исследуемого сигнала и визуализации одинаков. Изменение потенциала пластины 2 в режиме записи исследуемого сигнала и экрана 3. в .режиме считывания осуще-. ствляется по сигналам записи и счнты" вання, поступающим с блока 12 управления. Управляющий сигнал на затворе Фотокамеры 7 Формируется в блоке 2 управления по переднему Фронту сигнала шкалы и заканчивается в момент окончания сигнала записи. Устройство работает следующим образом.По сигналуУ, (фиг. 2 а) с входа 17 внешнего управления, поступающему с за 1 с до появления исследуемого сигнала, блок 12 управления вырабаты вает сигнал 13,. н,ш, (Фиг. 2 б) начала шкалы. В исходном состоянии регист" ратора на микроканальной пластине 2 и токопроводящем экране 3 установлены потенциалы П и 11 (Фиг. 2 в и 2 г), обеспечивающие удовлетворительную яркость и режим усиления. По сигналун.ш подводящемуся к блоку 13 цифрового развертывания, на выходах координат У и Х последнего формируют. ся дискретно изменяющиеся напряжения 13и 0,(фиг 2 д и 2 е). Кроме 15 9того, блок 13 Формирует сигнал под света, который проходит через комму татор 9 и в виде напряжения 11 (фиг. 2 ж) поступает на вход катодно модуляторного узла 6. Вместе с сиг налом Ц, начала шкалы блока 12 управления вырабатывает также сигнал, открывающий затвор Фотокамеры 7. Ви димое изображение электронной шкалы, состоящей, например, из 6 делений по вертикали, 1 О делений по горизонталии 5 мелких делений между узлами сетки, регистрируется на фотопленку,Перед регистрацией исследуемогосигнала блок 13 цифрового развертывания по сигналам с.входов 18., 19внешнего управления вырабатываеткоординаты К и У исходного положениялуча на экране ЭЛТ 1 при записи. Поокончании формирования шкалы блок 13 16цифрового развертывания выдает снгнал окончания шкалы "о которому блок12 управления вшрабатывает сигналУц(Фиг. 2 з) записи, устанавливающий коммутатОры 9, 10 в режим пропускания сигналов с блока 8 записи наЭЛТ 1,При поступлении исследуемого сиг,нала 11 (фиг. 2 и) на сигнальньйвход 1 б регистратора он записывается 20иа токопроводящем экране 3 ЭЛТ 1,Напряжение У, (фиг. 2 к), поступающее с коммутатора 10 на отклоняющуюсистему Х 5 в процессе работы регистратора, представлено на 4 ег. 2 к. 25Напряжение 118 на выходе разверткиблока 8 записи имеет вид, показанныйна фиг. 2 л. В режиме записи исследуемого сигнала микроканапьная пластина2 работает усилителем электронного Зблуча, который на токопроводящем экране 3 прочерчивает форму исследуемогосигнала в координатах амплитуда-время. Пластина 2 функционирует в режиме максимального усиления, что обеспечивается подачей на нее по сигналузаписи Уд 3 потенциала ф 2 кВ, Потенциал Ц в режиме записи выбираютиз соотношения31 0 О 0Ъаргде О - потенциал торцевой поверхности микроканальной пластины 2 в режиме записи;0 - потенциал токопроводящего45экрана 3, необходимый дляпробивания электронамипроводящего покрытия;Б- максимально допустимый потенциал токопроводящегоэкрана 3 используемой ЭЛТ3 (" 30 кВ).Вывод исследуемого сигнала в ана логовой форме заканчивается.Во время записи производится фото регистрация исследуемого сигнала.После окончания записи исследуемо го сигнала блок 8 записи вырабатывает сигнал пуска блока 12 управления, по которому последний формирует сигнал(фиг, 2 м) на закрытие затвора фотокамеры 7, а также сигнал П. (фиг. 2 н) считывания, по которому блок 11 .установки режима устанавлива" ет на микроканальной пластине 2 и токопроводящем экране Э потенциалы Ус У с (фиг. 2 в н 2 г). Потенциал 11 выбирается из условия получения максимального соотношения сигнал/шум, которое как установлено эксперимен тальнб; достигается при включении пластины 2 в режим небольшого усиле ния. Иотенпдал экрана 11 с в режиме считывания выбирается из условия(1 ОО+О+Огде Уд - напряжение высвечивания люминофора.При этом желательно выбирать У максимально возможным с тем, чтобы увеличить величину считанного сигнала за счет вторичной эмиссии люмино фора.В режиме вывода информации в цифровой форме сигнал 0считывания с блока 12 управления поступает на со ответствующие входы блока 1 Э цифрового развертывания, коммутатора 1 О блока 15 памяти. Блок 13 формирует сигнал подсвета и цоперечно-строчный растр считывания (например, по 256 дискретов по горизонтали и по верти кали ЭЛТ 1), Электрический вывод информации в предложенном регистраторе обеспечивается благодаря использованию свойства мнкроканальной пластины 2 запоминать на определенное время факт прохождения через ее участки лу ча записи. При сканировании торца микроканальной пластины 2 электронным лучом в течение заданного времени коэффициент усиления в каналах пла стины 2 через которые проходил луч записи, ниже, чем в каналах, через которые луч записи не проходил. В мо" мент достижения лучом считывания линни электронного изображения зарегистрированного сигнала в цепи токопро" водящего экрана 3 ЭЛТ. 1 возникает импульс тока.В регистраторе осуществляется ска" нирование поверхности микроканальной пластины 2 электронным лучом, причем на каждые 256 шагов перемещения его вдоль оси У ЭЛТ 1 приходится одиншаг перемещения его вдоль осн Х, По мере считывания, т.е. в процессе формирования поперечно строчного растра блока 13 цифрового развертывания, изменяющийся код ординаты У поступает на информационный вход блока 14 формирования ординаты считанного сигнала, В момент достижения лучом считывания электронного изображения зарегистрированного сигнала в цепи токопроводящего экрана 3 ЭЛТ 1 возникает импульс тока, который после фор мирования используется в качестве разрешающего для прохождения кода ординаты У с выхода блока 13 цифрово. го развертывания в блок 15 памяти. Запись кода ординаты Т проводится по адресу, соответствующему координате Х того же элемента изображения. После окончания сканирования поверхности микроканальной пластины 2 элек" тронным лучом, перемещение которого задается блоком 13, в блоке 15 памяти будут записаны коды ординат 7 счи таиных элементов изображения по адресам, соответствующим кодам ординат Х этих же элементов изображения. Вывод информации в цифровом коде заканчивается.Визуализация записанной в цифровом коде информации осуществляется для исключения последующей обработки на ЭВМ ложной информации. По сигналу У,1,(фиг. 2 о) визуализации с блока12 управления начинается выдача цифровой информации, из блока 15 памяти 5 по выходу кода координаты У, котораяпосле преобразования в напряжениеблока 13 цифрового развертыванияпоступает на дополнительный вход отклоняющей системы У 4 ЗЛТ 1, Микро канальная пластина 2 в этом случаевключена в режим усиления, потенциалтокопроводящего экрана 3 выбираетсяравным его потенциалу в режиме записи исследуемого сигнала. Таким обра эом, на экране ЭЛТ 1 воспроизводитсязаписанная в блоке памяти 15 цифроваяинформация.Предложенный регистратор по сравнению с известными устройствами анара логичного назначения имеет преимущество, заключающееся в дополнительномвыводе информации в цифровой форме.Это позволяет осуществлять обработкурезультатов измерения на ЗВМ и, кро ме того, повьппает надежность регистрации в 2 раза, Поскольку вывод инФормации в цифровой форме осуществляется с помощью тех же управляющихцепей, что и вывод информации в ана логовой форме, дополнительной погрешности не вносится. Визуализация записанной в цифровой форме информацииосуществляется на той же ЗЛТ 1, чтосущественно упрощает регистратор.31108880 Р 01 Л И. Катаманинавиич Корректор О. Лугов оставител ехред М.Х Ред ков Тирах 728ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений3035,. Москва, Ж, Раув аказ 3318 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у . р л. П оектиая Ф