УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ УСТРОЙСТВО РАЗВЕДКИ ЦЕЛЕЙ Российский патент 2014 года по МПК G01J1/42 

Изобретение относится к оптико-электронным средствам разведки целей, в частности к ультрафиолетовым оптико-электронным средствам разведки целей.

Известен время-позиционный детектор излучения RU 2217708 С2, 05.02 2002, [1, 2], включающий оптически сопряженные: фотокатод, блок позиционно-чувствительных усилителей (ПЧУ), анод, электрически соединенный с усилителем, соединенный с блоком измерения заряда, блоком определения координат и блоком хранения, обработки и визуализации сигнала, блок ПЧУ последовательно соединен с широкополосным усилителем и блоком измерения времени, при этом в него введены блок предварительной обработки излучения, блок коррекции координат, время-координатный блок, блок измерения полного заряда, блок время-амплитудной коррекции, блок коррекции времени, блок анализа и блок принятия решения, блок предварительной обработки излучения установлен перед фотокатодом, анод выполнен в виде анодного блока, состоящего из основного анода, выполненного в виде пластины и охватывающего его дополнительного анода, при этом между блоком определения координат и блоком хранения, обработки и визуализации сигнала установлены последовательно соединенные блок коррекции координат и время-координатный блок, блок измерения заряда соединен с блоком измерения полного заряда, один из выходов которого соединен с блоками определения и коррекции координат, выход блока коррекции координат соединен с блоком коррекции времени, выход которого соединен со входом время-координатного блока, блок измерения полного заряда соединен с входом блока время-амплитудной коррекции и широкополосным усилителем, выход блока определения времени соединен с входом блока время-амплитудной коррекции, выход которого соединен с входом блока коррекции времени, вход блока анализа соединен с широкополосным усилителем, а выход блока анализа соединен с входом блока принятия решений, выходы которого соединены с блоками предварительной обработки излучения, измерения зарядов, определения координат, коррекции координат, время-координатным блоком, определения времени, измерения полного заряда, время-амплитудной коррекции и коррекции времени.

При этом блок позиционно-чувствительных усилителей может быть выполнен в виде микроканальных пластин.

Блок позиционно-чувствительных усилителей может быть выполнен в виде микросфер.

Дополнительный анод может быть выполнен в виде кольца, охватывающего основной анод.

Дополнительный анод может быть выполнен в виде полого цилиндра, дальним от ПЧУ основанием которого является основной анод.

Дополнительный анод может представлять собой последнюю микроканальную пластину блока позиционно-чувствительных усилителей.

Основной анод может быть выполнен в виде квадрантного анода.

Основной анод может быть выполнен в виде сотовой конструкции.

Основной анод может быть выполнен в виде клиньев и полос.

Блок предварительной обработки излучения может быть выполнен в виде электронно-управляемого ослабителя излучения, и/или блока преобразователя излучения, и/или перестраиваемого оптического фильтра, и/или оптической системы.

В устройстве после фотокатода может быть установлена электронная линза.

Недостатками известного устройства являются низкая точность определения координат, малое быстродействие, трудоемкий процесс предварительной калибровки, а также плохая регистрация ультрафиолетового излучения в солнечно-слепом диапазоне спектра.

Известен способ регистрации ультрафиолетового излучения и устройство для его осуществления (RU 2431121 С2, 29.12.2008), выбранное в качестве прототипа.

В известном устройстве для регистрации ультрафиолетового излучения, содержащем оптическую систему, обеспечивающую пропускание ультрафиолетового излучения в заданном диапазоне волн, и систему детектирования, в оптической системе для выделения нужного интервала ультрафиолетового излучения используют фильтрующий кристалл из солей Туттона, обеспечивающий пропускание волн ультрафиолетового диапазона и подавление волн другой длины, и систему интерференционных ультрафиолетовых фильтров.

В качестве интерференционных ультрафиолетовых фильтров применена комбинация диэлектрических зеркал, обеспечивающих дополнительное подавление внеполосового излучения.

В качестве системы детектирования ультрафиолетового излучения применяют монофотонный время-координатно-чувствительный детектор (по другой терминологии многоанодный фотоумножитель).

В известном устройстве за счет использования светофильтров из кристаллов солей Туттона и интерференционных светофильтров значительно улучшена способность регистрации ультрафиолетового излучения в солнечно-слепом диапазоне спектра. Вместе с тем недостатками известного устройства являются низкая точность определения координат, малое быстродействие, трудоемкий процесс предварительной калибровки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение устройства с одновременным решением следующих проблем:

- повышение точности определения координат фотонов (улучшение пространственного разрешения);

- повышение быстродействия;

- исключение трудоемкого процесса предварительной калибровки.

Предлагаемое ультрафиолетовое устройство разведки целей содержит оптическую систему, многоанодный фотоумножитель и блок обработки и управления. Оптическая система в зависимости от назначения может содержать: электронно-управляемый ослабитель, блок преобразования излучения, перестраиваемый оптический фильтр, светофильтры из кристаллов солей Туттона и интерференционные светофильтры; диспергирующий элемент; систему линз. Многоанодный фотоумножитель содержит фотокатод, первую микроканальную пластину, вторую микроканальную пластину, коллектор (анодный блок), квадрантные аноды. Блок обработки и управления содержит многоканальный преобразователь заряд-напряжение, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, процессор, многоканальный высоковольтный источник питающих напряжений, блок определения времени.

Кроме того, в устройство может быть дополнительно введен интерфейс обмена информацией с внешними устройствами, соединенный с блоком обработки и управления.

На фиг.1 дана общая функциональная схема предлагаемого ультрафиолетового устройства разведки целей, на фиг.2 - схема квадрантных анодов многоанодного фотоумножителя, где:

1 - поток ультрафиолетового излучения от цели;

2 - оптическая система;

2.1 - электронно-управляемый ослабитель;

2.2 - блок преобразования излучения;

2.3 - перестраиваемый оптический фильтр;

2.4 - светофильтр из кристаллов солей Туттона;

2.5 - интерференционный светофильтр;

2.6 - диспергирующий элемент;

2.7 - система линз;

3 - многоанодный фотоумножитель;

3.1 - фотокатод;

3.2 - первая микроканальная пластина (МКП);

3.3 - вторая микроканальная пластина (МКП);

3.4 - электронная лавина;

3.5 - коллектор (анодный блок);

3.6 - квадрантные аноды;

4 - блок обработки и управления;

4.1 - многоканальный преобразователь заряд-напряжение;

4.2 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь;

4.3 - процессор (определение координат, время-координатная обработка, хранение, обработка и визуализация сигнала);

4.4 - многоканальный высоковольтный источник питающих напряжений;

4.5 - блок определения времени;

5 - интерфейс обмена информацией с внешними устройствами;

6 - внешнее питающее напряжение.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Ультрафиолетовое излучение от цели 1 поступает в оптическую систему 2, где может быть при необходимости ослаблено до приемлемого для нормальной работы уровня с помощью электронно-управляемого ослабителя 2.1. При необходимости излучение конвертируется блоком преобразования излучений 2.2 в поток излучения необходимого диапазона спектра. Электронно-перестраиваемый оптический фильтр 2.3 пропускает требуемый узкий спектральный диапазон излучения, светофильтр из кристаллов солей Туттона 2.4 и интерференционные светофильтры 2.5 пропускают излучение в солнечно-слепом диапазоне спектра, а система линз 2.7 фокусирует изображение цели на поверхность фотокатода 3.1 многоанодного фотоумножителя 3. Фотокатод 3.1 преобразует полученный оптический сигнал в электрический сигнал, и этот электрический сигнал поступает на первую микроканальную пластину 3.2, где усиливается. Усиленное электронное изображение входного потока квантов поступает на вторую микроканальную пластину, где дополнительно усиливается. Усиленный двумя МКП электрический сигнал представляет собой электронную лавину 3.4, диаметр которой должен быть в плоскости анодов больше диаметра фотокатода. Необходимый диаметр электронной лавины 3.4 устанавливается с помощью электрического или магнитного поля между второй МКП 3.3 и коллектором (анодным блоком) 3.5 и правильным выбором расстояния L (фиг.2) между последней поверхностью второй МКП 3.3 и плоскостью квадрантных анодов 3.6. Далее электронная лавина поступает на коллектор (анодный блок) 3.5, где распределяется по квадрантным анодам 3.6, причем диаметр квадрантных анодов 3.6 должен быть больше чем в два раза диаметра фотокатода.

Далее обработка электрических сигналов проводится по двум каналам: координатному каналу и каналу измерения времени.

В координатном канале электрические заряды с анодов 3.6 коллектора 3.5 поступают на вход многоканального преобразователя заряд-напряжение 4.1, преобразуются в напряжение и поступают на вход многоканального аналого-цифрового преобразователя 4.2. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь 4.2 преобразует сигналы в цифровую форму и передает их в процессор 4.3.

В канале измерения времени электрический сигнал от электронной лавины 3.4 с последней поверхности второй микроканальной пластины поступает на блок определения времени 4.5, где определяется время начала электронной лавины 3.4 и длительность электронной лавины 3.4. Полученные данные также передаются в процессор 4.3.

Процессор 4.3 производит обработку по известным алгоритмам всей принятой информации и определяет координаты фотона, поступившего на фотокатод 3.1.

Далее цифровые данные о координатах и времени поступления квантов через интерфейс 5 передаются на внешние устройства для целевой обработки и визуализации.

Размещение в оптической системе диспергирующего элемента 2.6 (призма, дифракционная решетка, акустооптический фильтр и т.п.) позволяет, дополнительно к координатной информации о положении цели провести ее спектральный анализ, что позволяет дополнительно определить тип цели по спектральному составу ее излучения.

По сравнению с аналогом и прототипом значительно упростился многоанодный фотоумножитель и многоканальный высоковольтный источник питающих напряжений, сократилось число каналов в преобразователе заряд-напряжение и в АЦП, сократилось количество обрабатываемых данных, упростились алгоритмы обработки, следовательно, повысилось быстродействие устройства. Исключена потеря полезных сигналов, в результате повысилась точность определения координат, отпала необходимость в трудоемком процессе предварительной калибровки, а следовательно, и в коррекции получаемых результатов, что также повышает производительность устройства.

Источники информации

1. У.Юсупалиев, А.Н.Стрепетов, С.А.Шутеев, П.У.Юсупалиев. Время-позиционно-чувствительный детектор излучения. Прикладная физика, 2006, №6, с.130...135.

2. В.Г. де-Бур, Г.М.Бескин, С.В.Карпов, В.Л.Плохотченко, А.С.Терехов, С.С.Косолобов, Г.Э.Шайблер. Координатно-чувствительный детектор высокого временного разрешения с арсенид-галлиевым фотокатодом. Астрофизический бюллетень, 2009, том 65, №4, с.404...410.

Изобретение относится к оптико-электронным средствам разведки целей. Ультрафиолетовое устройство разведки целей содержит оптическую систему, многоанодный фотоумножитель, состоящий из фотокатода, первой микроканальной пластины, второй микроканальной пластины, коллектора, квадрантных анодов, и блок обработки и управления, включающий многоканальный преобразователь заряд-напряжение, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, процессор, многоканальный высоковольтный источник питающих напряжений и блок определения времени. При этом диаметр квадрантных анодов больше чем в два раза диаметра фотокатода, а диаметр электронной лавины в плоскости квадрантных анодов больше диаметра фотокатода. Технический результат заключается в упрощении изделия с одновременным повышением быстродействия и точности определения времени прихода и координат кванта излучения. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ультрафиолетовое устройство разведки целей содержащее: оптическую систему, многоанодный фотоумножитель, состоящий из фотокатода, первой микроканальной пластины, второй микроканальной пластины, коллектора (анодного блока), квадрантных анодов, и блок обработки и управления, включающий многоканальный преобразователь заряд-напряжение, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, процессор, многоканальный высоковольтный источник питающих напряжений, блок определения времени, отличающийся тем, что диаметр квадрантных анодов больше чем в два раза диаметра фотокатода, а диаметр электронной лавины в плоскости квадрантных анодов больше диаметра фотокатода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система дополнительно содержит электронно-управляемый ослабитель.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система дополнительно содержит блок преобразования излучения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система дополнительно содержит перестраиваемый оптический фильтр.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система дополнительно содержит светофильтры из кристаллов солей Туттона и интерференционные светофильтры.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система дополнительно содержит диспергирующий элемент (призма, дифракционная решетка, акустооптический фильтр и т.п.), позволяющий дополнительно проводить спектральный анализ ультрафиолетового излучения цели, что позволяет дополнительно определить тип цели по спектральному составу ее излучения.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система дополнительно содержит систему линз.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введен интерфейс обмена информацией с внешними устройствами, соединенный с блоком обработки и управления.