Способ измерения фактора шума микроканальной пластины Российский патент 2019 года по МПК H01J43/04 

Описание патента на изобретение RU2677230C1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения отношения сигнал-шум с последующим расчетом фактора шума микроканальной пластины (МКП) в производстве МКП, в частности, для использования в приборах ночного видения.

Известен способ измерения отношения сигнал-шум электронно-оптического преобразователя (ЭОП), который является аналоговым, т.к. регистрируется усредненный за время т сигнал, равный постоянной времени измерительного оборудования. Принцип измерения отношения сигнал-шум заключается в измерении значений среднего (сигнал) и среднего квадратического отклонения (шум) электрического сигнала фотоприемника, пропорционального световому потоку на выходе ЭОП, с последующим вычислением их отношения при заданных значениях освещенности на входе ЭОП и площади анализируемого участка входа ЭОП (см. ГОСТ 21815.90.19). В соответствии с ГОСТ 21815.90.19, измерение отношения сигнал-шум происходит в частотном диапазоне 20 Гц.

Недостатками данного способа является длительность процесса измерения сигнала, а также фиксированный частотный диапазон 0-20 Гц.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ измерения фактора шума микроканальной пластины, включающий снятие токового сигнала с люминесцентного экрана с помощью фотоэлектронного умножителя и последующую обработку оцифрованного сигнала программируемым логическим контроллером [см. Honggang Wang, Yujie Du. «Effective Evaluation of the Noise Factorof MicroChannel Plate» Hindawi Publishing Corporation. Advancesin Opto Electronics.Volume 2015.Article ID 781327, 6 pages].

Недостатком прототипа является высокая погрешность измерения и продолжительность его процесса, т.к. не учитываются изменение среднего значения сигнала во времени в процессе измерения и влияние инерционных свойств экрана на результаты измерений, а также фиксированный частотный диапазон 0-10 Гц.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в возможности контроля шумовых параметров в процессе изготовления МКП на любой полосе частот в диапазоне от 0 до 25 кГц, уменьшении погрешности измерения и сокращении продолжительности его процесса.

Решение технического результата достигается тем, что в способе измерения фактора шума микроканальной пластины, включающем снятие токового сигнала с люминесцентного экрана с помощью фотоэлектронного умножителя и последующую обработку оцифрованного сигнала, согласно изобретению, полученный с фотоэлектронного умножителя токовый сигнал преобразуют в напряжение с помощью нагрузки, по падению напряжения которой регистрируют мгновенные значения с помощью измерительной системы, преобразуют полученный аналоговый сигнал в цифровой, а обработку оцифрованного сигнала осуществляют на заданной полосе частот персональным компьютером с заданным программным обеспечением.

Обработку оцифрованного сигнала на заданной полосе частот осуществляют в диапазоне от 0 до 25 кГц.

В процессе измерения фактора шума определяют среднее значение сигнала и при его изменении на ±10% от среднего значения токового сигнала автоматически проводят повторные измерения.

Создают падение напряжения на нагрузке, прямо пропорциональное величине светового потока люминесцентного экрана, в течение 40-50 сек.

Данный способ позволит контролировать шумовые параметры в процессе изготовления МКП на любой полосе частот в диапазоне от 0 до 25 кГц, уменьшить погрешность измерения и сократить его продолжительность.

Сущность способа измерения фактора шума микроканальной пластины поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена общая схема установки измерения фактора шума, на фиг. 2 - диаграммы, последовательно отражающие основные этапы обработки измеряемого сигнала.

Установка состоит из вакуумной камеры 1, в которой размещены: нить накала 2, используемая в качестве источника электронов, система электронной фокусировки 3, коллектор 4, который служит для измерения входного электронного потока, микроканальная пластина 5 и люминесцентный экран 6 для преобразования электронного потока с выходного торца микроканальной пластины 5 в световой. При этом все элементы, кроме коллектора, соединены с источниками напряжения 7, 8, 9, 10.

Люминесцентный экран 6 соединен с фотоэлектронным умножителем 11, который в свою очередь соединен с источником напряжения 12. Установка дополнительно снабжена нагрузкой 13, которая преобразует токовый сигнал с фотоэлектрического умножителя 11 в напряжение, и соединена с измерительной системой 14 с модулем цифровой передачи данных, которые обрабатываются персональным компьютером 15, с заданным программным обеспечением. С помощью системы вакуумной откачки 16 создают давления в вакуумной камере 1.

Способ измерения фактора шума МКП осуществляли следующим образом.

Микроканальную пластину 5 устанавливали между системой электронной фокусировки 3 и люминесцентным экраном 6. Вакуумную камеру 1 откачивали при помощи системы вакуумной откачки 16. При достижении заданного давления в камере 1, порядка 5⋅10-5÷1⋅10-6 мм рт.ст, подавали заданные напряжения при помощи источников напряжения: 7, 8, 9, 10 и 12. Токовый сигнал снимали с люминесцентного экрана 6 при помощи фотоэлектронного умножителя 11. При прохождении токового сигнала через нагрузку 13, создавалось падение напряжения, которое регистрировали измерительной системой 14 с заданной частотой и передавали оцифрованные отсчеты мгновенных значений напряжения в персональный компьютер 15 в течение 40-50 сек. Длительность измерений задавали с учетом частоты дискретизации сигнала измерительной системы 14. На персональном компьютере 15 исключали переменную составляющую сигнала с частотой больше заданной и вычисляли отношение постоянной составляющей сигнала к переменной с учетом инерционности люминесцентного экрана 6.

С помощью заданной программы, полученный набор из N отсчетов (см. фиг. 2а) с учетом частоты дискретизации сигнала разлагали в ряд Фурье путем дискретного преобразования, из него исключали высокочастотные гармоники, а полученный сигнал преобразовывали обратным дискретным преобразованием Фурье (см. фиг. 2б). Затем вычисляли среднее значение сигнала (см. рис. 2в), стандартное отклонение сигнала, т.е. шум (см. фиг. 2г), абсолютные значения шума (см. фиг. 2д), усредненные абсолютные значения шума (см. фиг. 2е).

Для уменьшения погрешности измерений при расчете выходного отношения сигнал шум использовали заранее измеренную длительность послесвечения люминесцентного экрана. Это позволило минимизировать влияние инерционных свойств используемого экрана на измеряемый параметр.

Полученное значение использовали при расчете фактора шума МКП по известной формуле (см. http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5952-8255E.pdf, с.6):

где с/швх - рассчитанное значение с учетом заданного входного тока с нити накала 2,

с/швых - полученное значение.

Использование предлагаемого способа позволит по сравнению с прототипом контролировать параметры шума в процессе изготовления МКП на любой полосе частот в диапазоне от 0 до 25 кГц, уменьшить погрешность измерения и сократить его продолжительность.

Похожие патенты RU2677230C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАКТОРА ШУМА МИКРОКАНАЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ 2012
  • Кулов Сослан Кубадиевич
  • Бестфатер Дмитрий Викторович
  • Македонова Людмила Александровна
RU2503081C1
СПОСОБ ПОДАЧИ ПИТАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2007
  • Един Владимир Александрович
  • Варламов Владимир Сергеевич
RU2346353C1
УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ОСВЕЩЕННОСТИ 2013
  • Алымов Олег Витальевич
  • Левко Геннадий Владимирович
  • Плахов Станислав Афанасьевич
RU2535299C1
Способ повышения стабильности формируемого изображения в устройствах ночного видения и устройства для его реализации 2019
  • Аксенов Владимир Владимирович
  • Един Владимир Александрович
RU2714523C1
ИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2011
  • Горбачев Александр Борисович
  • Южик Игорь Борисович
  • Дейснер Александр Александрович
RU2473146C2
Способ измерения темнового тока и устройство для его реализации 2024
  • Кулов Сослан Кубадиевич
  • Кабышев Александр Михайлович
  • Рыжков Александр Александрович
RU2826235C1
Способ увеличения дальности действия систем ночного видения и устройства для его реализации 2021
  • Един Владимир Александрович
  • Марков Артём Владимирович
  • Дериглазов Сергей Станиславович
  • Белоновский Алексей Викторович
RU2789721C2
ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2007
  • Аксенов Владимир Александрович
RU2331948C1
ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО 2006
  • Казаков Александр Сергеевич
RU2330348C2
ИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2012
  • Горбачев Александр Борисович
  • Южик Игорь Борисович
  • Дейснер Александр Александрович
RU2521599C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 677 230 C1

Реферат патента 2019 года Способ измерения фактора шума микроканальной пластины

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения отношения сигнал-шум с последующим расчетом фактора шума микроканальной пластины (МКП) в производстве МКП, в частности для использования в приборах ночного видения. Технический результат - возможность контроля шумовых параметров в процессе изготовления МКП на любой полосе частот, уменьшение погрешности измерения и сокращение продолжительности его процесса. Способ включает снятие токового сигнала с люминесцентного экрана с помощью фотоэлектронного умножителя и последующую обработку оцифрованного сигнала. Полученный с фотоэлектронного умножителя токовый сигнал преобразуют в напряжение с помощью нагрузки, по падению напряжения которой регистрируют мгновенные значения с помощью измерительной системы. Полученный аналоговый сигнал преобразуют в цифровой, а обработку оцифрованного сигнала на заданной полосе частот осуществляют в диапазоне от 0 до 25 кГц персональным компьютером с заданным программным обеспечением. В процессе измерения фактора шума определяют среднее значение сигнала и при его изменении на ±10% от среднего значения токового сигнала автоматически проводят повторные измерения. На нагрузке создают падение напряжения, прямо пропорциональное величине светового потока люминесцентного экрана, в течение 40-50 с. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 677 230 C1

1. Способ измерения фактора шума микроканальной пластины, включающий снятие токового сигнала с люминесцентного экрана с помощью фотоэлектронного умножителя и последующую обработку оцифрованного сигнала, отличающийся тем, что полученный с фотоэлектронного умножителя токовый сигнал преобразуют в напряжение с помощью нагрузки и по падению напряжения регистрируют мгновенные значения с помощью измерительной системы, преобразуют полученный аналоговый сигнал в цифровой и передают оцифрованный сигнал в заданном диапазоне частот для последующей обработки персональным компьютером с заданным программным обеспечением.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку оцифрованного сигнала осуществляют в заданном диапазоне частот от 0 до 25 кГц.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе измерения фактора шума определяют среднее значение токового сигнала персональным компьютером с заданным программным обеспечением и при его изменении на ±10% от среднего значения токового сигнала автоматически проводят повторное измерение.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на нагрузке создают падение напряжения, прямо пропорциональное величине светового потока люминесцентного экрана, в течение 40-50 с.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2677230C1

Honggang Wang, Effective Evaluation of the Noise Factorof MicroChannel Plate, Hindawi Publishing Corporation, Advances in Opto Electronics, Volume 2015
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАКТОРА ШУМА МИКРОКАНАЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ 2012
  • Кулов Сослан Кубадиевич
  • Бестфатер Дмитрий Викторович
  • Македонова Людмила Александровна
RU2503081C1
EP 3007203A1, 13.04.2016
СN 102175933A1, 07.09.2011
WO 2014078774A2, 27.05.2014.

RU 2 677 230 C1

Авторы

Кулов Сослан Кубадиевич

Рыжков Александр Александрович

Кабышев Александр Михайлович

Донскова Ольга Николаевна

Даты

2019-01-16Публикация

2018-03-06Подача