Фотоэлектронный регистратор Советский патент 1984 года по МПК H01J43/00 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, спект роскопии, автоматике и предназначено для преобразования нескольких св товых потоков в электрический сигна в оптикоэлектронных приборах, напри мер устройствах контроля веществ, светодальномерах и т.д. Известен фотоэлектронный регистр тор-диссектор, на фотокатод которог можно спроектировать два и более световых потока 1. При линейной развертке контролир емые световые потоки последовательн регистрируются и .затем с помощью ус ройства выделения сигналов выводятс в соответствующие каналы обработки. Недостатками фоторегиструющего у устройства с диссектором являются неэффективность использования развертывающего напряжения, необходимость применения широкой апертуры, влияние- нелинейности и развертывающего напряжения. Наиболее близким к изобретению является фотоэлектронный регистратор, содержащий генератор электрических импульсов, фотоумножитель с одним фотокатодом и кольцевыми элек тромагнитами и непрозрачную маску с отверстиями, оптически св;язанными с анализируемым объектом, при этом выход умножителя подключен к схеме формирования сигнала 2. Входы электромагнитов подключены к выходам блока усилителей. При про хождении Toka по обмоткам катушек электромагнитов создается магнитное поле, которое отклоняет фотоэлектроны, эмитируемые с различных участков фотокатода. Недостатком известного устройства является инерционность переключения световых потоков (порядка 1 кГц), что обусловлено переходными процессами в катушках кольцевых управляемых электромагнитов, поэтому оно может использоваться лишь для преобразования низкочастотных оптических сигналов. Целью изобретения является повышение быстродействия переключения анализируемых световых потоков. Поставленная цель достигается тем что в фотоэлектронный регистратор, содержащий генератор электрических импульсов, фотоумножитель с одним .фотокатодом и кольцевыми электромагнитами и непрозрачную,маску с отверстиями, оптически связанными с анализируемым объектом, при этом выход умножителя подключен к схеме формирования сигнала, дополнительно введены два светопропускающих электрода, установленных в отверстиях непрозрачной маски, и линия задержки, вход которой соединен с выходом гене ратора, электрических импульсов, при чем один светопропускающий электрод подключен к выходу генератора, а ДРу гой светопропускающий Электрод - к выходу линии задержки, а расстоя 1ие (d) между светопропускающими электродами выбрано из соотно1иения d kt где t - длительность управляю1цего импульса, с; k - коэффициент/ равный 0,, м/с. На фиг. 1 изображена структурная схема фоторегистратора; на фиг. 2 входная камера фотоумножителя; на фиг. 3 - эквивалентная схема входной камеры фотоумножителя со светопропускающими электродом; на фиг, 4 зависимость длительности управляющих импульсов от расстояния между внешними э 1ектродами. Фоторегистратор содержит фотоумножитель 1, светопропускающие электроды 2, один из которых подключен к выходу генератора 3 коротких импульсов, а другой - к линии задержки 4, схему 5 формирования сигнала, подключенную к выходу фотоумножителя, фотокатод б, покрытие 7. При наложении с внешней стороны фотокатода светопропускающих электродов и при подаче на них сдвинутых во времени коротких импульсов в определенный момент времени регистрируется сигнал светового потока, проходящего через тот светопропускающий электрод, на котором в этот момент нет управляющего импульса. Например, для двух световых потоков, проходящих через два светопропускающих электрода, при включении напряжения на первый светопропускающий электрод фотоэлектроны, выбитые первым световым потоком, -не проходят в умножительную камеру фотоумножите-. ля, а фотоэлектроны второго светового потока попадают в умножительную камеру и выделяются на нагрузке. После того, как на первом светопропускающем электроде импульс оканчивается, на второй светопропускающий электрод поступает импульс, сдвинутый относительно первого на величину его длительности, с помощью линии задержки, и фотоэлектроны второго светового потока не поступают в умножительную систему. Количество внешних электродов определяется числом регистрируемых световых потоков и лимитируется размерами фотокатода и длительностью управляющих импульсов. Введение внешних управляющих светопропускающих электродов позволяет реализовать электростатическое управление потоками фотоэлектронов. Процесс управления происходит следующим образом. При установке с внешней стороны фотокатода светопроницающего электрода (фиг.2) и подаче на него короткого импульса через цепь, образованную емкостью (внешний электрод - фотокатод) и сопротивлением фотокатода (сопротивление фотослоя), начинает протекать электрический ток. Поскольку фотокатод обладает достаточно высоким сопротивлением () , в области, близкой к поверхности фотокатода, возникает электромагнитное поле, нормальные и тенгенциальные составляющие которого воздействуют на фотоэлектрон (на фиг. 3) это показано в виде емкости С). Нормальной составляющей элект| ического поля фотоэлектроны тормозятся, а тангенциальной составляющей отклоняются. В результате этих воздействий фотоэлектроны не пр-лходят в умножительную систему. При использовании внешнего светопропуска)ощего электрода, площадь которого меньше площади фотокатода, и при включении на него короткого им пульса (длительностью меньше 100 не вокруг внешнего электрода образуется область ограниченного воздействия уп равляющего поля на фотоэлектроны. Это обусловлено затуханием потенциа ла короткого электрического импульса распространяющегося по длинной лини которая эквивалентна входной камере фотоумножителя с локальным внешним электродом. На эквивалентной схеме обозначено емкость между фотока тодом и манжетой, L - индуктивность пленки фотокатода; R - сопротивление фотокатода. Из анализа картины распределения управляющего потенциала установлено что область наибольшего воздействия на поток фотоэлектронов находится на расстоянии 3-5 KIM от поверхностй фотокатода. Затухание потенциала по радиусу фотокатода составляет 50 дб/см и при первоначальном напряжении 100 В уровень амплитуды управ:ляю1цего потенциала уменьшается до 1-5 в на протяжении участка фотокатода 10 мм. Размер области воздействия на фотоэлектроны светового потока по радиусу фотокатода определяется длительностью управляющих импульсов. Экспериментально полученная зависимость (фиг. 4), связывающая длительность управляющего импульса и расстояние по радиусу фотокатода области воздействия на фотоэлектроны, в пределах фотокатода линейная. Это позволяет представить связь расстояния между светопропускакяцими электродами с длительностью управляющих импульсов зависмостью d kt где k О,. Например, для управляющего импульса длительностью 40 НС необходимое расстояние между электродами составляет 20 мм. При использовании внешних электродов и линий задержки согласно изобретению применяется электростатический характер управления. В результате повышаются быстродействие и эффективность управления, что увеличивает сферу применения фоторегистратора и устраняет необходимость применения нескольких фотоприемников в быстродействующих устройствах контроля веществ, позиционно-чувствительных преобразователях оптических сигналов и т.п.

7

фиг. 2

фиг 3

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГИСТРАТОР, содержащий генератор электрических импульсов, фотоумножитель с одним фотокатодом и кольцевыми электромагнитами и непрозрачную маску с отверстиями, оптически связанными с анализируемым обектом, при этом выход умножителя подключен к схеме формирования сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости переключения анализируемых световых потоков, в него дополнительно введены два светопропускающих электрода, установленных в отверстиях непрозрачной маски, и линия задержки, вход которой соединен с выходом генератора электрических импульсов, причем один светопропускающий электрод подключен к выходу генератора, а другой светопропускающий электрод - к выходу линии задержки, а расстояние (d) между светопропускающими электрод&ми выбрано из соотнощения S d kt где t - длительность управляющего (Л импульса, с; k - коэффициент, равный 0,510, м/с. со со 00 со со фиг f