Электронно-оптическая камера для регистрации быстропротекающих процессов

(23) Приоритет ао делам нзооретеннй н отврытнй(53) УДК, 621. . 383.292.8 (088.8) Дата опубликования описания 10,07.80 Г. И. Брюхневич, А. Ф. Клепов, Л. И. Кондрашова,(71) Заявитель 54) ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ БЫСТ ПРОЦЕССОВЯ КАМЕРАПРОТЕКАЮЩ Изобретение относит(.я к информационно-измерительным комплексам, в частно-: сти к электронно-оптическим камерам для регистрации быстропротекающих процессов с пикосекундным временным разрешением,5Известны электронно-оптические камеры, обеспечивающие регистрацию быстропротекающих процессов в режиме линейной развертки с временным разрешением порядка 10 пс Щ, 21Известные электронно-оптические камеры имеют несовершенные усилители яркости изображения. Ч,к, в случае камер ФЭРи ФИАН трехкаскадные усилители яркос 15 ти требуют сравнительно громоздких фокусирующих соленоидов, к которым подводится электропитание мощностью 50- 100 Вт, Это приводит к выделещпо тепла, и, как следствиек нестабильному тепловому режиму электрошто-оптического преобразователя камеры, что резко снижает надежность его в работе (пробои, повышения свечения и т.п.). В случае внешних усилителей яркости в камерах возникают дополнительные потери света на оптическом контакте между. волоко тно-оптическими пластиттами времяанализирующеге ЭПО и усилителя яркости 31, К тому же переброс изображе ния с экрана времяанализирующего ЭПО на вход усищттеля с помощью репродукционных объектов вообще недопустим, так как приводит к почти десятикратной потере светового потока, что равносильно такому же увеличению плотности входной мощности.В результате принщптиально огранттчивается достижение временного разреше- ния в единицы пикосекунд.Наконец, ламповые схемы управления в камерах отличаются низким КПП,и нв способны обеспечить скорости линейных разверток10 то см/с, что абсолютно необходимо для реализации пикосекундного временного разрешения. Схемы на крайтронах обеспечивают скорости порядка 10 ц см/с,. но отличаются нестабильпостыл работы ц ограцпче 1 псым ресурсом,что снижает надежность камеры. Болеетого, для удовлетворения предъявляемыхтребований в дапых схемах могут использоваться только тщательно отобранныекрейтроны.Таким образом, известные камеры неотличаются надежностью при регистрациибыстропротекающих процессов с пикосекундным временным разрешением.:1Известна электронно-оптическая камера для регистрации быстропротекающих процессов, содержащая электроннооптический преобразователь ЭОП, сис- .тему управления импульсной работой1ЭОП, вклочающую блок синхронизации сгенератором синхроимпульса и генератором запуска, содержащую также задающий генератор и блок усилителей, которыйвключает предварительные и выходные2усилители импульсов затвора и разверткии Р 1.С - интеграторы, причем камерасодержит также электронный блок питания ЭОП и схем систем импульсногоуправления Я.Недостатком данной электронно-оптической камеры является сравнительнонизкая надежность регистрации одно-.кратных быстропротекающих процессовс пикосекундцым временным разреше 30нием из-за того, что в каждом плечевыходного генератора симметричной развертки содержится по 12 лавинныхтранзисторов и схема управления кие,рой оказывается весьма нестабильной:35незначительный "перекос" найряжения-наодном иэтранзисторов вследствиеизменения его внутреннего сопротивленияили пробоя одного из транзисторов при-водит к выходу генератора из строя.40Друг й недостаток такого генератораразвертки, также существенно влияющийна надежность работы камеры, состоитв необходимости тщательного отбооа"лавинных транзисторов в кеждое из плеч45генератора с тем, чтобы использоватьтранзисторы с равными (в пределах единиц .процентов) напряжениями лавинного пробоя.К тому же, вследствие большого числа50транзисторов в цепочке, фронт генерируемого импульса не может быть полу-чен короче 2 3 пс из-за парезитныхкндуктивцостей и емкостей разнесенногомонтажа. Это накладывает принципиаль 55ное ограничение ца скорость разверткикамеры, которая не превосходит 3 10 см/с, и тем самым ограничивает ,временное разрешение на уровне5 пс. 746382Целью изобретения является повыше-ние надежности регистрации однократныхбыстропротекеющих процессов с пикосекундным временным разрешециемУкезаннея цель достигается тем, чтов системе управления импульсной работой ЭОП камеры генератор синхроимпульса блока синхронизации и генераторзапуска выполнены на лавинных тран 0 зисторах по схеме релаксатора с накопительной емкостью в коллекторнойцепи, и выход генератора запуска подключен к входу задающего генератора,который выполнен по схеме Маркса с5 хронирующим отрезком кабельной линиипеременной длины в цепи коллектора,причем задающий генератор системыуправления иМет оптический вход длянепосредственного запуска регенерируе 0 мым излучением, а выход задающегогенератора связан с входами предварительных усилителей импульсов затвораи развертки, и выходы этих усилителейчерез широкополосные кабельные инвер 5 горы соединены с выходными усилителями; при этом выходной усилитель импульсов затвора нагружен на согласованную линию, в разрыв которой. включеназатворная система ЭОП, а выходнойусилитель импульсов развертки имеетнагрузку в виде широкополосного двухканального кабельного трансформатора-формирователя положительного иГотрицательного импульсов развертки,который подключен к отклоняющей системе ЭОП; причем выходной усилительимпульсов развертки включает такжесхему выбора длительности развертки,выполненную на герметизированных контактах, которые подключаются к соответствующим Я С интеграторам.На фиг. 1 представлена электроннооптическая камера; на фиг. 2 - блоксинхронизации; на фиг. 3 - блок задающего генератора; на фиг. 4 - блокйредварительного усиления; на фиг. 5 -выходныеусилители.Камера содержит оптическую системупреобразования регистрируемого излучения, включающую последовательно расположенные по ходу излучения входнующель 1, входной объектив 2, нейтральные светофильтры 3 и выходной объектив 4, фиксирующий излучение. йе фотокатод 5 электронно-оптического преобразователя 6 (ЭОП). В вакуумированцомобъеме ЭОП расположена ускоряющаясетке 7, фокусирующая система 8,"кроссовер 9,а также затворная 10 и откло5 74638 няюшая 11 снстежь Между отклоняющей системой и экраном может быть предусмотрена система усиления 12, эа которой располагается выходной экран 13 и Фото- приставка 14. Система утгдвления импульсной работой ЭОП содержит блок синхронизации 15, включающий генератор синхроимпульса 16 и генератор запуска 17, Система управления имеет также задающий генератор 18 и блок усилителей. О Блок усилителей, в свою очередь, включает предварительные усилители 19 и 20, . выходные усилители затвора 21 и развертки 22, а также 3- С-интеграторы 23. Выходным элементом усилителя 5 развертки является широкополосный двухканальный кабельный трансформатор- формирователь 24. Камера содержиттакже блок 25 питания ЭОП и схем системы управления, 20Блок синхронизации состоит из генераторов запуска и синхроимпульса, представляющих собой релаксационные генераторы на лавинных транзисторах 26 и 27(сл. фиг. 2) с накопительными емкостя ми 29 и 28 в соответствующих коллекторных цепях. Выход генератора запуска через линии задержки 30, 31 и 32 иимпульсный трансформатор 33 (см. фиг.З) подсоединяются к входу задающего гене- И ратора, который выполнен на транзисторах34 и 35 по схеме Маркса с хронируюшими отрезками 36,37 и 38 кабельной линии в коллекторной цепи транзистора 34, который имеет оптический вход 39 З 5 для непосредственного запуска схемы регистрируемым излучением, Выход транзистора 35 задающего генератора через конденсаторы 40 и 41 (см. фиг, 4) включен на входы предварительных уси лителей импульсов затвора и развертки, выполненных на лампах 42 и 43 соответственно Усилители через широкополосные кабельные инверторы 44 и 4545 подсоединены к выходным усилителям на лампах 46 и 47 (см. фиг. 5), Выходной усилитель импульсов затвора на лампе 47 нагружен на согласованную линию 48, в разрыв которой включена затворная система 10 ЭОП (см. фиг.1).50 Выходной усилитель импульсов разверт- . ки на лампе 46 (фиг. 5) включает схему выбора длительности развертки, содержащую переклкэчатель 49 и реле,55 герметизированные контакты 50 - 56 которых подключаются к соответствующим Р С-интеграторам 57, 58 и 59, Нагрузкой лампы выходного усилителя 2 6развертки является широкополосныйдвухканальный кабельный тэаноюрматор-,формирователь 24 положительного и отрицательного импульсов развертки, подключенный к отклоняющей системе 11ЭОП (сл, фнг. 1).Электронно-оптическая камера работает следующим образом.Регистрируемое излучение направляется на входную щель 1, изображениекоторой двумя объективами 2 и 4строится на фотокатсде 5 электроннооптического преобразователя 6, Междуобъективами располагаются нейтральные светофильтры 3. Выбитые из фотокатода фотоэлектроны ускоряютсясеткой 7 и проходят через фокусирующую систему 8. Пройдя далее черезкроссовер 9,затворную 10 и отклонаошую 1 . системы ЭОП, поток электроновусиливается системой 12 и попадает навыходной экран 13. На выходном экране электроны вновь преобразуются визлучение, которое посредством фотоприставки 14 регистрируется на пленку,Часть регистрируемого излучения ответвляется на оптический вход 39 длянепосредственного запуска задающегогенератора 18,В камере предусмотрен также запуск электрическим импульсом, которыйчерез соответствующий разъем и импульсный трансформатор подается а базылавинпых транзисторов 26 и 27 генератора синхроимпульса 16 и генератора запуска 17 блока синхронизации 15. Импульссщхронизации снимается с нагруэочногосопротивления и через соответствующийразъем подается на запуск внешних устройств. Импульс, сформированный, транзистором 27, через реэистивный делитель, линии задержки 30, 31, 32 иимпульсный трансформатор 33 подается.на базу транзистора 34 задающего генератора для его запуска,Задающий генератор, выполненный по схеме Маркса на транзисторах 34 и 35, формирует прямоугольные импульсы, переключение длительности которых производится подключением отрезков 36, 37 и 38 кабеля задаэпой длзщы коммутируемых, например, герконами. Управление обмотками герконов производится соответствующим переключателем. Импульс задающего генератора снимается с эмиттерного сопротивления транзистора 35 и через конденсаторы 40 и 41 подается на сетки ламп 42 и 43 предварительных746 З 82 8В настоящее время для регистрацииоднократных быстропротекаюших процессов с пикосекундным временным разрешением применение имеющейся аппаратуры представляется малоэффективнымиэ - за повышенных требований к ее надежности.Изготовленный экспериментальныйобразец описанной камеры, показал высокую надежность при регистрациибыстропротекающих процессов с пикосекундным временным разрешением. 20 25 Зо 35 40 45 50 55 7усилителей 19 и 20 импульсов затвораи развертки ЭОП, Усиленные импульсыснимаются с анодов ламп 42 и 43 ичерез разделительные конденсаторы иширокополосные кабельные инверторы44 и 45 поступают на сетки ламп 46 и47 выходных усилителей импульсов затвора 21,. и развертки 22. И предварительные, и выходные усилители импульсов затвора и развертки выполнены посхеме резистивных каскадов и общимкатодом. Выходные усилители усиливаютимпульсы до величины, необходимой дляуправления электронно-оптическим преобразователем, Импульс затвора снимается с анода лампы 47 и через раздели тельный конденсатор и согласованнуюлинию 48 подводится к затворной системе 10 ЭОП 6.Двуполярные импульсы разверткиформируются из импульса, снимаемогос анода лампы 46 широкополосным кабельным трансформатором-формирователем 24. Последний состоит из двух отрезков кабеля, которые со сторонылампы соединены носледовательно иподключены один к аноду, другой ккатоду, так что на выходной стороне накаждом из отреэкоь образуются импульсь 1 разной полярности и одинаковойамплитуды. Такое построение трансформатора-формирователя делает возможной трансформашпо энергии без потерьимпульса выходного усилителя, в двараэнополярных импульса половиннойамплитуды. Помимо этого, наличиедвух независимых согласованных выходов позволяет легко подключаться котклоняющей системе 1 1 электроннооптического преобразователя камеры,Для придания выходному импульсу пилообразной формы, прежде чем поступить на трансформатор-формирователь24, он проходит через соответствующийС-интегратор 57 или 58 или 59;параметры интегратора соответствуютвыбранному диапазону развертки. Переключение длительности развертки произ водится герметизированными контактами 50-56, которые коммугируютсяпереключателем 49, .Блок 25 осуществляет питание соответствующих цепей ЭОП и схем системы импульсного управления камеры,Предлагаемая электронно-оптическаякамера может найти применение привыполнении физических экспериментов,связанных с дагностикой лазеров илазерной плазмы,формула изобретения Электронно-оптическая камера для регистрации быстропротекаюших процессов, содержащая электронно- оптический преобразователь, систему управления импульсной работой электронно-оптического преобразователя, включающую блок синхронизации с генера 1 тором синхроимпульса и генератором синхроимпульса и генератором запуска, содержащую также задающий генератор и блок усилителей, который включает предварительные и выходные усилители импульсов затвора и развертки иЧ С" интеграторы, причем .камера содержит также электронный блок питания электронно-оптического преобразователя и схем системы импульсного управления о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения надежности регистрации однократных быстройротекаюших процессов с пикосекудным временным разрешением, в системе управления импульсной работой электронно-оптического преобразователя камеры генератор синхроимпульса блока синхронизации и генератор запуска выполнены на лавинных транзисторах по схеме релаксатора с накопительной емкостью в коллекторнойцепи, и выход генератора запуска подключен к входу задающего генератора,который выполнен по схеме Марксасхронирующнм отрезком кабельной линиипеременной длины в цепи коллектора,причем задающий генератор системы управления имеет оптический вход для непосредственного запуска регистрируемым излучением, а выход задающего генератора связан с входами предварительных усилиТелей импульсов затвора и развертки, и выходы этих усилителей через широкополосные кабельные инверторы соединены с выходными усилителями,при этом выходной усилитель импульсов9 746382 10затвора нагружен на согласованную ли-1. Андреева А. А и др. Камера фЗР,нию в разрыв которой подсоединена за- Труды Х 1 Международного конгресса потворная система электронно-оптического высокоскоростной фотографии, Лондон,преобразователя, а выходной усилитель 1974., с. 235,импульсов развертки имеет нагрузку 5в виде широкополосного двухканального2. 1 Целев М. Я. Экспериментндьнаикабельного трансформатора-формировате- камера ФИАИ, Труды Х 3., Международля положительного и отрицательного им- ного конгресса по высокоскоростнойпульсов развертки, который подключен к фотографии, Лоапон, 1974, с. 32.отклоняющей системе электронно-опти- Юческого преобразователя, причем выходЗ.ОЬихас 1 юморе-сопчегъегной усилитель импульсов развертки вклю-Я-РИчает также схему выбора длительностиЫгеак сагпега Бцв.ет. ес го- оразвертки, выполненную на герметизи 1 опса Ьтед ЗооИе,Ь97 Ф)оИеВ Ье Иа е 197%)рованных контактах которые подключают И,кЬся к соответствующим Я Ь С-щтеграто- вЬеоМ сапега ТЬотвоп-СЬГ,ОАЬЗИсточники информации, ЬооК,1 е 1 ио 24 Ц 7745 ОО Рагб (979принятые во внимание при экспертизе,(РООТИП 1.г26. Иванова Техред Н. Бабурка Корректор М. Пожо едак ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектйая, 4 ф аз 472151 Тираж 52 ЦНИИПИ 1 осударстввн по делам изобрет 11 ЗОЗ 5, Москва, ж-ЗБПодписноеого комитета СССРний и открытийРаушская наб., д, 4/