Способ измерения темнового тока и устройство для его реализации Российский патент 2024 года по МПК H01J43/04 G01R29/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля величины темнового тока микроканальных пластин (МКП) в процессе их изготовления.

Патентный поиск не выявил патентов на предлагаемое техническое решение.

Известен способ измерения темнового тока фотоэлементов Сущность которого заключается в измерении тока фотоэлемента, полностью защищенного от действия излучений оптического диапазона (см. ГОСТ 25369-82)

Недостатком способа является то, что способ содержит условие, при котором ток утечки в измерительной цепи не должен превышать 0,1 от ожидаемой, но при этом неизвестной величины контролируемого темнового тока.

Наиболее близким к предлагаемому способу измерения темнового тока, является способ измерения темнового тока фотоумножителей. Темновой ток определяют как разность между величиной тока контролируемого прибора, и тока в цепи анода (см. ГОСТ 11612.4-84, с. 20.).

Недостатком способа является то, что измеряют только ток утечки в цепи электропитания анода и не учитывают составляющие утечек тока через корпус и элементы конструкции контролируемого прибора. Это вносит ошибку при измерении малых величин темновых токов, характерных для таких приборов как МКП.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для реализации способа измерения темнового тока, является устройство для измерения темнового тока фотоумножителей, которое содержит камеру для размещения контролируемого прибора, блоки электропитания и амперметр (см. ГОСТ 11612.4-84, стр. 19).

Недостатком прототипа является то, что данное устройство измеряет не все составляющие тока утечки такие как: утечки через изоляторы и оснастку крепления внутренних элементов и утечки по корпусу и между внешними выводами контролируемого прибора. Кроме того, для размещения МКП с целью измерения ее параметров, необходима вакуумная камера, а не светонепроницаемая камера.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение точности измерения величины темнового тока за счет учета всех составляющих тока утечки и аппаратурных шумов, с использованием цифровых методов обработки сигналов.

Данный технический результат достигается тем, что в способе измерения темнового тока, включающем определение темнового тока как разность величин тока контролируемого прибора и тока в цепи анода, согласно изобретению, дополнительно определяют аппаратурные шумы и ток утечки в цепи анода с помощью электрического аналога микроканальной пластины, при этом токовые сигналы с выхода контролируемой микроканальной пластины и с выхода ее электрического аналога преобразуют в цифровые сигналы, которые обрабатывают в персональном компьютере и вычисляют величину темнового тока как разность величин постоянных составляющих, измеряемых с выхода контролируемой микроканальной пластины и с выхода ее электрического аналога.

Также технический результат достигается за счет устройства для реализации способа измерения темнового тока, которое содержит камеру для размещения контролируемого прибора, блоки электропитания и амперметр, согласно изобретению, камера выполнена вакуумной, в которой на оси установлен диск, по периметру которого закреплены контролируемые микроканальные пластины и их электрический аналог, выполненный в виде диэлектрической пластины с металлизированными поверхностями, соединенными с выводами параллельной электрической цепи, состоящей из резистора и конденсатора, кроме того напротив диска установлен анод, который соединен с амперметром, при этом положительные выводы двух блоков электропитания через амперметр подключены к аноду, а их отрицательные выводы через скользящие контакты подключены к металлизированным поверхностям контролируемой микроканальной пластины или ее электрического аналога, а амперметр подключен к компьютеру.

Электрический аналог микроканальной пластины не является источником темновых токов, а его электрические параметры такие как: величины активного и емкостного сопротивлений, равны соответствующим электрическим параметрам контролируемой МКП.

Предложенный способ измерения темновых токов МКП и реализующее его устройство позволяют учесть все составляющие аппаратурного тока утечки и аппаратурных шумов и повысить точность измерения, это актуально при измерении величин токов меньше 10^-12 ампера.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема устройства, реализующего способ измерения темновых токов МКП, а на фиг.2 показана схема электрического аналога микроканальной пластины.

Схема устройства, реализующего способ измерения темновых токов МКП, состоит из вакуумной камеры 1, в которой на оси 2 установлен диск 3 для крепления контролируемой МКП 4 и ее электрического аналога 5. В вакуумной камере 1 напротив диска 3 закреплен анод 6 и скользящие контакты 7 и 8, образующие, при соответствующем положении диска 3, электрический контакт с металлизированными поверхностями 9 и 10 МПК 4 и с металлизированными поверхностями 11 и 12 электрического аналога 5. Скользящие контакты 7 и 8 соединены с отрицательными выводами блоков электропитания 13 и 14, а анод 6 соединен с амперметром 15, который с помощью информационной линии 16 подключен к компьютеру 17. К амперметру 15 также подключены положительные выводы блоков электропитания 13 и 14 (см. фиг. 1).

Электрический аналог 5 микроканальной пластины 4 состоит из диэлектрической пластины 18 с металлизированными поверхностями 11 и 12, образующими электрический контакт с резистором 19 и конденсатором 20, номиналы, которых равны электрическим величинам сопротивления и емкости контролируемой МКП 4 (см. фиг. 2).

Способ измерения темновых токов МКП и устройство для его реализации осуществляют следующим образом.

При вращении оси 2 в вакуумной камере 1 меняется положение диска 3 и положение, относительно анода 6, контролируемой МКП 4 и электрического аналога 5. На фиг.1 показано положение диска 3, при котором МКП 4 установлена напротив анода 6, это положение используют для измерения тока с выхода МКП 4. При этом от блока электропитания 14 через контакт 8 подают напряжение между металлизированным торцом 10 МКП 4 и анодом 6, а от блока электропитания 13 через контакт 7 подают напряжение, между металлизированными поверхностями 9 и 10 МКП 4. Под действием напряжения блоков электропитания 13 и 14 образуется электрическая цепь, в которой протекает электрический ток, состоящий из темнового тока МКП, токов утечки и аппаратурных шумов, вызванных работой блоков электропитания 13, 14, внешним электромагнитным, радиоактивным и космическим излучением. Этот ток измеряют и оцифровывают амперметром 15. Полученный цифровой сигнал по информационной линии 16 поступает для обработки в компьютер 17, где происходит вычисление величины его постоянной составляющей.

Для измерения аппаратурных шумов и токов утечки, диск 3 поворачивают, и напротив анода 6 устанавливают электрический аналог 5 микроканальной пластины 4. Блоки электропитания 13 и 14 формируют такие же уровни напряжения на металлизированных поверхностях 11 и 12 электрического аналога 5, как и при измерении тока с выхода МКП 4. При этом электрическая структура измерительной цепи сохраняется, а контролируемый амперметром 15 ток состоит только из аппаратурных шумов и утечек, характерных для схемы с МКП 4 в измерительной цепи, т.к. номиналы резистора 19 и конденсатора 20 соответствуют электрическим величинам сопротивления и емкости контролируемой МКП 4.

Оцифрованный амперметром 15 сигнал поступает в компьютер 17, где вычисляется его постоянная составляющая и определяется величина темнового тока МКП как разность величин постоянных составляющих сигналов, полученных с выхода МКП 4 и с выхода ее электрического аналога 5.

Использование способа измерения темнового тока и устройство его реализующее, позволит по сравнению с прототипами повысить точность измерения величины темнового тока и определить величину темнового тока контролируемой микроканальной пластины, при высоком, относительно величины темнового тока, уровне аппаратурных шумов и утечек.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля величины темнового тока микроканальных пластин (МКП) в процессе их изготовления. Технический результат заключается в повышении точности измерения величины темнового тока за счет учета всех составляющих тока утечки и аппаратурных шумов. Способ включает определение темнового тока как разность величин тока контролируемого прибора и тока в цепи анода, причем дополнительно определяют аппаратурные шумы и ток утечки в цепи анода с помощью электрического аналога микроканальной пластины. Токовые сигналы с выхода контролируемой микроканальной пластины и с выхода ее электрического аналога преобразуют в цифровые сигналы, которые обрабатывают в персональном компьютере, и вычисляют величину темнового тока как разность величин постоянных составляющих, измеряемых с выхода контролируемой микроканальной пластины и с выхода ее электрического аналога. Устройство, реализующее способ, содержит камеру для размещения контролируемого прибора, блоки электропитания и амперметр, причем камера выполнена вакуумной, в которой на оси установлен диск, по периметру которого закреплены контролируемые микроканальные пластины и их электрический аналог, выполненный в виде диэлектрической пластины с металлизированными поверхностями, соединенными с выводами параллельной электрической цепи, состоящей из резистора и конденсатора. Напротив диска установлен анод, который соединен с амперметром. Положительные выводы двух блоков электропитания через амперметр подключены к аноду, а их отрицательные выводы через скользящие контакты подключены к металлизированным поверхностям контролируемой микроканальной пластины или ее электрического аналога, а амперметр подключен к компьютеру. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения темнового тока, включающий определение темнового тока как разность величин тока контролируемого прибора и тока в цепи анода, отличающийся тем, что дополнительно определяют аппаратурные шумы и ток утечки в цепи анода с помощью электрического аналога микроканальной пластины, при этом токовые сигналы с выхода контролируемой микроканальной пластины и с выхода ее электрического аналога преобразуют в цифровые сигналы, которые обрабатывают в персональном компьютере, и вычисляют величину темнового тока как разность величин постоянных составляющих, измеряемых с выхода контролируемой микроканальной пластины и с выхода ее электрического аналога.

2. Устройство для измерения темнового тока, содержащее камеру для размещения контролируемого прибора, блоки электропитания и амперметр, отличающееся тем, что камера выполнена вакуумной, в которой на оси установлен диск, по периметру которого закреплены контролируемые микроканальные пластины и их электрический аналог, выполненный в виде диэлектрической пластины с металлизированными поверхностями, соединенными с выводами параллельной электрической цепи, состоящей из резистора и конденсатора, кроме того, напротив диска установлен анод, который соединен с амперметром, при этом положительные выводы двух блоков электропитания через амперметр подключены к аноду, а их отрицательные выводы через скользящие контакты подключены к металлизированным поверхностям контролируемой микроканальной пластины или ее электрического аналога, а амперметр подключен к компьютеру.