Телевизионное спектрографическое устройство Советский патент 1983 года по МПК H04N7/02 

Изобретение относится к технике спектрометрии и может использоваться во всех областях науки и техники дня проведения спектрального анализа. Известно телевизионное спектрографическое устройство, содержатее оптически связанные источник света, монохроматор и передающую телевизионную трубку, а также блок управлет1г, блок вамяти, блок ; обработки данньпс и блок визуализации информации, вкоа. которого соединен с выходом блока обработки данньхх l . К недостаткам данного устройства относится то, что оно имеет сравнитель- ,Jнyю низкую з)гвствительность (дет уст ройстВщОбеспечйваюигах максимальную . чувствительность без накопления йн$ормакии), К недостаткам моткно оздяести также сложность его устройстпва и сложность обс/ гживания. По сути дела, это обслуживание электронно-вычислительной машины. Сложность ввода и вьтода в этом устройстве существенно ограничивает его быстродействие, особенно при яэмепеат условий исс;1едования. Отсутствие автоматичес кой связи источника све1« с управлением работы этого устройства не позволяет оперативно измерять cneKijau (быстро изменять экспозиции мишени) при изменейии интенсивности шга длительности излученияНаиболее близким техническим решением к изобретению является телевизионное спектрографическое устройство, содержащее оптически связанные источник света, монозсрсматор и передающую телевизионную тру%у с блоком кадровой развертки, осциллограф и синхронизатор, первый выход которого подвитючен к управ ляющему входу источника света и к входу блока кадровой развертки 2 . Однако это устройство характеризуется недостаточной чувствительностью и не позволяет производить спектральных измерений нестационарнь1Х и импульсных излучений. Целью изобретения является повьпцение чувствительности. При этом решается задача измерения спектра нестационарных и импульсных излучений, Цель достигается тем, что в телевизионное спектрографическое устройство, содержащее оптически связанные источник света, монохроматор и передающую визио1шую с блоком кадровой развертки, осциллограф и синхронизатор, пер вый выход кото|юго подключен к управляющему входу всточншса света н к входу блока 1садровой развертки, введены синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом передающей телевизионной трубки, а выход подключен к входу осциллографа, и модулирующий генератор, выход которого подключен к мшиени передающей телевизионной трубки и к второму входу синхронного детектора, при этом второй выход синхрониг тора подключен к входу запуска осциллографа. При этом синхронизатор содержит фотоэлемент, оптически связанный с источником света, триггер, установочный вход которого соединен с выходом фотоэлемента, и задающий генератор, выход которого соединен со счетным входом триггера и является первым выходом синхронизатора, причем выход триггера является вторым выходом синхронизатора. На чертеже приведена структурная схема телевизионного спектрографического устройства. Устройство содержит источник све- . та 1 со светоделительной пластиной 2, монохроматор 3, передающ пю телевизионную трубку 4 с мишенью 5 и блоком кадровой развертки 6, модулирующий ганератор 7, сиюсронный детектор 8, осциллограф 9, синхронизатор 10, который включает в себя триггер 11, фотоэлемент 12 и задающий генератор 13, причем выход задающего генератора, который является первым выходом синхронизатора, подключен к управляющему входу источника света через кнопку запуска 14. Телевизионное спектрографическое устройство работает следующим образом. Исследуемое излучение от источника света 1 разлагается в спектр монохроматором 3. изображение которого проекируется на фотокатод передающей телевизионной трубки 4 типа суперортшсон. Использование в качестве передающей телевизионной трубки суперортикона обеспечивает наибопьщую фоточувствительность, Суперортнконы обладают максимально больщой фоточувствительност1.ю по сравнению с существующими передающими телевизионными трубками. Теоретически их чувствительность может быть равна фоточувствительности, лучших типов фоте (умножителей. Изображение спектра, попавщего на фотокатод, переносится элек:тронами выбитыми светом из фотокатода, на мшнень 5 с щерортикова. При этом эчги электроны .фокусируются на мишень электромагнитной линзой. Ускоренный 310 электрон с фотокатода попадает на мишень 5 и выбивает из нее несколько электронов Этот участок мшиени 5 заряйшется положительно. Заряд на мишени 5 может сохраняться в течение нескольких минуг. В течение этого времеда потенциал на мишени 5 мо:ж;ет накапливаться. Изображение с мшиени 5 считывается 3&TieM сканирукнцим электронным лучом. Это пройсходат следукшшм образом. Потенцвал мишёци 5 такрй же, как и потенциал катода, поэтому электроны (элек тронного луча) подлетают к мшдени 5 со скоростью, близкой к купк. Когда света нет, то все подлетаюише к мишени элект оны возвращаются обратно, попадают на. кольцевой электрод и в цепи течет максимальный темновой ток. Если на катод суперортикона попадает свет, то соответетвуюйще участки мишени 5 заряжаются положительно Когда электро(ны луча подлетают к положительно заряженйому участку мишени 5, то не все электроны луча отражакугс от нее. Част электронов остается, чфобы компенсирова положителыаьтй заряд. При этом на кольцевой эдектрод попадает меньше лектро нов и темновой ток в цени уменьшается, а мишень 5 при этом приобретает опять потенциал катода. Таким образом счи-пывается потенциал мшиени 5, а следовательно, и изображение .спектра. Но выходе передающей телевизионной трубки 4 течет ток, мрдуЛИрованный по величине из-за разного количества гчтектронов, отраженньрс от разных точек мшиени 5. При считыв ании стирается {изображение на мишени 5. На cajMoM деле темновой ток суперортнкона не постоянен, в основном из-за . тогчу, что электронь по разному фокусируются и отражаются от различных учас ов мишени 5. Чтобы избавиться от непостоянства темнового т ока в данном устройсггве npiittieHeHa модуляция потенuira/ш MHffieim 5 прямоугольными импульсами от мсдаулигукняегр генератора 7. Если мшиещ 5 не заряжена, то она не модулирует отраженные электроны и в цепи нет перемешсрго модулирующего : сигнала. Когда же i. мишени S появляется попожительшый заряд, то в цепи течет модулированный ток. Этот ток детектируется синхронным детектором 8. Такая система модуляции потенциала . мшиеви 5 позволяет избавиться, во первых, от непостоянства темнового тока, .во вторых от низкочастотных шумов 0 электронного луча, и, в третьих, от -неинейности детектируемого Сигнала при есинхронном детектировании. Тагажм путем удается добиться большей чувстаительности суперор-гикона и улучшения каества изображения. Далее сигнал с синхронного детектора 8 подается на вход осциллографа 9 и воспроизводится на экране как зависимость интенсивности света (ось У) от длины . волны (ось X). Осциллограф с запомина ием позволяе г длительное время расматривать и хранить записанное на его экране изображение. Осцтшлограф 9 запускается нмпулы сом задающего генератора 13 сшссронизатОра 10. Синхронизация разверток осциллографа 9 и блока кадровой развертки 6 передающей телевизиош1С 9 трувки 4 осуществляется от задающего генера- тора 13 синхронизатора Ю. Чтобы мишзнь 5 суперортикона все врем я была готова для записи, необходимо, чтобы развертки суперорйткона nepifr Одически включались даже когда кет исследуемого сигнала. Это не йозволяёт накапливаться на мишени постороннему Потенциалу, который мешает регистрировать спектр. Последнее достигвется тем, что задающей генератор 13 периодачески включает блок кадровой развертки 6, Но если мишень 5 требует периодического включения развертки, то .лишние пробеги электронного луча по экрану Осциллографа 9 засеивают его электронами и экран засвечивается, поэтому необходимо включать осциллограф 9 только в. момент прохождения полезного сигнала. Для этого запуск осциллографа осушеств- ляется через триггер 11 только в момен1 записи полезного сигнала. Задающий генератор 13 поз)воляет устанавливать необходимое время экспозиции мшиени. Синхронизация исследуемого светового сигнала с началом счиаъшания мишени 5 суперортикона осуществляется следующим образом. Импул1 с залаюшего генератора 13 включает источник света 1, часть исследуемого излучения от сяаетоделительной пластины 2 попадает на ф тоэлемент 12. Сигнал с фотоэлемента 12 открывает триггер 11 и следукиций импульс задающего генератора запус.каег осциллограф 9. Такай система позволяет регистрировать как импульсное излучение, так и непрерывное, получая при этом высокое качество изображения спектра.

Помимо обеспбченкя высокого качес ва изофажения спектра эта система поэ воляет устанввоивать требуемое время засветки мишени 5. Делается это следуюШШл образом. Задающим генераторам 13 учзтанавливается требуемая частота аапускакшхшс импульсов. Кнопкой запуска14 вкпючаетсй источник света. 1 от первого прошедшего вмттульса зддакицего генератора 13. Часть исследуемого излучения р1:водится светоделительной пластиной 2 ва фотоэлемент 12, который-откриваег Триггер 11,и следующий импульс задающего генератора 13 запус1сает осцйллог|раф 9. После этого opHiTefj 11 закрывает ся и прсяед ооще импульсы задакшего :рвнератора 13 не запускают осциллограф ; 9, и на полученное изофажение спектра Яё накладывается остаточное изображение спектра, считываемое повторошми пробегами элер.т{ю1-иого луча по мишени 5 передающей телевизионной трубки.

Таким образом, сиртема РПС обеспечи ает высокую чувствительность сшекть. рального анализа в щ опессе быстр( |)|@гистрвции и преобразования cneiCTpa вэл ученйя в электрический сигнал. Эта

система позволяет накапливахъ сигна/оы спектров стационарных, нестационарных и импульсных (включая сверхкороткие импульсы) издучений, а затем преобризовать юс в сравнительно медленно иаменяюпщйся о времени электрический сиг- нал. Высокая чувствительность и вьюокре качество изображения спектра в установке достигается также тем, что установка снабжена системой, синхронного выделения сигнала и выравнивания черного в coBoitynHocTH с испрльзованием в кач(естве преобразователя спектра светового излучения передающей телевизионной трубки типа суперортикон, наиболее чувствительной по сраш1ению со всеми известными в настоящее . Эта система обеспечивает выделение и максимальное усиление полезного сигнала из шумов считывающего эл ектронного луча и из случайного потенциала мЕшени суперортикона. Осуществляется это, вследствие высокочастотной модуляции потенциала мшцени 3 передающей телешсзионной трубки 4 на модулирующей частоте и синхронным детектированием этого сигнала сншфоншлм детектором 8, что выгодно отличает данн. устройство от прототипа.

1. ТЕЛЕВИЗИОННОЕ СПЕИТРОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее оптически связашые источник света, монохроматор и передающую тепе- визнонную трубку с блоком кадровой развертки, осинпжЯграф и синхрониза-гор, : первый выход которого подключен .к уп|рашгающему входу источника света н к . входу блока кадров5й развертки, о т л и чающееся тем, что, с целью повышен11я чувствительности, введены синхронней детектор, первый квод которого соединен с вьосодом передающей телевизионной трубки, a выход поаклрочен к входу осциллографа, и модулирующий генератор, выход которого попключен к мишени передающей телевизйсжаюй трубки и к второму входу синхронного детектора, при этом второй выход синхронизатора подключен к входу запуска осциллографа. 2. Устройство по п. 1, отдача ю щ е е с я тем, что синхронизатор содержит фотоэлемент, оптически связанный с источником света, , установочный юсод которого соеданен с вьшэ- -, дом фотоэлемента, и задакяаий reitepatop, lyf выход которого соединен со счетшым входом триггера и яазляется выходом синхронизатора. Причем выход триггера Я1вляется вторым ския- ронизатора. .00 к о: