Способ масштабно-временного преобразования одиночных электрических сигналов Советский патент 1986 года по МПК H01J31/58 

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к способам регистрации одиночных элект рических сигналов пике- и наносекундного диапазонов, основанным на масштабно-временном преобразовании входного сигнала с помощью запоминающей электронно-лучевой трубки (ЗЭЛТ). Цель предлагаемого изобретения увеличение точности и надежности преобразования сигнала. На фиг. 1 дана электрическая схема устройства для реализации способа на фиг. 2 - амплитудно-временная диаграмма сигнала; на фиг. 3 - то же при расщеплении линии развертки; на фиг. 4 - амплитудно-временные диагра мы разверток двух ЗЭЛТ; на фиг. 5 амплитудно-временные диаграммы.напря жений развертки и сигнала в точках устройства по фиг. 1. Устройство, изображенное на фиг. содержит ЗЭЛТ 1.1, 1.2, электронные прожекторы формирования луча записи 2.1, 2.2 и луча считьшания 3.1, 3.2 сигнальные отключающие системы 4.1, 4.2 (сое); вспомогательные вертикально отклоняющие пластины 5,1, 5.2 с потенциальными и импульсными входами; временные пластины 6.1, 6.2, мишени (МКП) 7.1, 7.2; кадровые отклоняющие пластины 8.1, 8.2, строчные отклоняющие пластины 9.1, 9.2; вход 10 сигнала, пусковое устройство 11, вход 12 генератора растровой развертки считьшания, генератор 13 развертки записи, линии задержки 14.1, 14.2. Способ масштабно-временного преоб разования одиночных электрических сигналов согласно данному изобретени осуществляется следующим образом. В исходном состоянии луч записи непрерывно сканирует мишень вдоль замкнутой линии временной развертки, и преобразуемьй сигнал, время прихода которого не определено, может поступить во время, соответствующее любому произвольному участку развертк При записи сигнала на одной трубке сигнал, амплитудно-временная характеристика которого представлена на фиг. 2а, попав на любой участок пилообразной развертки, может оказаться как на прямом ее ходе (фиг,26 так и на обратном (фиг, 2в), или на прямом и обратном ходах одновремен22но (фиг. 2г). При такой записи ошибки при считьгоании сигнала могут оказаться неприемлемо йелики по следующим причинам: -невозможно точно определить расположение фронта -и спада сигнала в случае, когда он попадает на прямой или обратный ход развертки; если же он по времени попадает на прямой и обратный ход развертки одновременно, то возможно наложение фронта и спада сигнала (фиг. 2д), и ошибка в определении параметров сигнала еще больше воздастет. Если стрелками на фиг. 2 обозначить фронт и спад сигналов, то видно, что на фиг. 26,в направление стрелок взаимно противоположно, а при отсутствии таких стрелок фронт невозможно отличить от спада сигнала, такая же ситуация на фиг. 2г.д.. Информация о фронте и спаде сигнала становится достоверной, если произвести расщепление линии развертки путем подачи аналогичного разверт,ке, но сдвинутого по фазе и меньшего по амплитуде напряжения на вспомогательные вертикально отклоняющие пластины, тогда развертка превращается в сплющенную замкнутую линию (фиг. За). При такой форме развертки сохраняется относительная линейность траектории основной части ее прямого и обратного ходов и значительная нелинейность траектории в двух зонах изменения направлений хода луча.При известном сдвиге фаз между напряжениями развертки известны направления прямого и обратного ходов развертки направление вращения развертки (фиг. За,б), и в этом случае фронт и спад сигнала, записанного на этой развертке, будут определены однозначно (фиг. Зб). Однако информация о сигнале будет претерпевать значительные искажения на участках развертки, соответствующих зонам изменения направления хода луча, где траектория луча сильно искривлена и скорость развертки неравномерна. Подача сигнала одновременно на две трубки позволит рассмотреть часть сигнала, попавшую на криволинейный участок развертки одной трубки, на прямолинейном участке линии развертки другой трубки. Чтобы перекрыть применением двух трубок прямолинейные и криволинейные части разверток необходимо, чтобы 3 развертки были сдвинуты одна относительно другой таким образом,чтобы временной интервал от начала первог рабочего участка первой трубки и до конца второго рабочего участка второй трубки был не меньше периода сл дования развертки, причем рабочие участки непрерывно следуют друг за другом или несколько перекрывают друг друга. На фиг. 4 показаны пилообразные развертки двух трубок, поданные на основные; фиг. 4а,в - вспомогательные, фиг. 46,г - отклоняющие пластины. Каждая развертка имеет два ра бочих участка - один на прямом ходе развертки (15.1 для первой трубки и 16.1 для второй трубки), другой ,на обратном ходе развертки (15.2 и 16.2 для первой и второй трубок соответственно). Развертки так сдви нуты одна относительно другой, что участок 16.1 частично перекрывает участок 15.1), зоны изменения одной трубки, образуемые участками развертки при вершине и в конце обратного хода, попадают на рабочий учаЬток другой трубки, и искаженная информация при обсчете записанного сигнала может не использоваться. Для разверток со сравнимыми по длительности интервалами прямого и обратного ходов зоны изменения сравнительно невелики и перекрытие рабочих участков также невелико, поэтому выполнить условие превьш1ения длитель ности временного интервала из двух рабочих участков развертки над периодом ее следования для двух трубок не представляет труда. Однако в известных способах масштабно-временного преобразования коротких сигналов нано- и пикосекунд ного диапазонов формируют пилообразные развертки с прямолинейнь1м коротким прямым ходом, длительность которого сравнима с длительностью преобразуемого сигнала, а прямолинейный короткий прямой ход удается получить за счет того, чтообратньш ход имеет длительность более чем на два порядка превьш1аю1цую длительность прямого хода. В этом случае для двух трубок практически невозможно выполнить при веденное выше условие и для его выполнения .необходимо использование трех и более ЗЭЛТ. Такой вариант реа лизации способа нежелателен, так как 72 трубки - сложный и дорогой элемент аппаратуры, используемой для масштабно-временного преобразования, и для обеспечения режима их работы требуются дополнительные энергетические затраты. Способ, выполненный согласно изобретению, позволяет осуществлять временную развертку на трубках наиболее простой и легко генерируемой формы, например синусоидальной, у которой прямые и обратные ходы равны. Пример масштабно-временного преобразования на двух трубках с синусоидальной разверткой показан в устройстве на фиг. 1. сое 4.1, 4.2 проходного типа последовательно соединены между собой и включены между входом сигнала и согласованным с сигнальным трактом входом пускового устройства 11, которое включено на входе генератора растровой развертки считьшания, выходы последнего подключены к кадровым 8.1,8.2 и строчным 9.1, 9.2 отклоняющим пластинам. Генератор развертки записи (ГРЗ) 13, соединенный через линии задержки 14.1, 14.2 с временными пластинами 6.1, 6.2i а через разделительные конденсаторы 15.1, 15.2 - со вспомогательными вертикально отклоняющими пластинами 5.1, 5.2, вьфабатывает синусоидальное напряжение, амплитуда которого достаточна для перемещения луча записи на полную ширину рабочего поля мишени - ЖП, а частота соответствует длительности преобразуемых сигналов. Это напряжение поступает на входы линий задержки 14.1, 14.2, на выходах которых за счет выбора определенной разности этих задержек вырабатьшаются два синусоидальных напряжения U и . (фиг. 5а,в), сдвинутых по фазе на П/2. Напряжения и рпоступают соответственно на временные пластины горизонтального отклонения 6.1 и 6.2 ЗЭЛТ 1.1 и 1.2. Кроме того, напряжение через разделительный конденсатор 15 поступает на вспомогательные вертикально отклоняющие пластины 5,2 и делится на емкостном делителе, образованноу. этим разделительным конденсатором 15.2 и собственной емкостью пластин 5.2.

В результате напряжение (фиг, 5г), поступающее на пластины 5.2, составляет 2-10% напряжения U,, и временная развертка осуществляется по сплющенной замкнутой линии.

Одновременно напряжение Ugr через разделительный конденсатор 15.1 поступает на вспомогательные вертикально отклоняющие пластины 5.1, и при делении его в таком же отношении, как и напряжение U,-, на пластины 5.1 поступает напряжение ,фиг.5б (по оси абсцисс на эпюрах напряжений , , отложены угловые координаты в eдиницaxuJt, где -J - угловая частота; t - временная координата) .

Под действием сдвинутых по фазе на /2 напряжений, поданных на взаимно перпендикулярные пластины 5.1, 6, 1 и 5.2, 6.2 на мишенях МКП 7.1 и 7.2 записьгоаются циклические замкнутые кривые эллипсообразной формы (фиг. 5д.е). Напряжения движения лучей (по или против часовой стрел.ке) можно выбирать, меняя входы соответствующих пластин 5.1 или 5.2. На этих же фиг. 5д,е, приведены ocцшloгpa мы сигнала, полученные на двух ЗЭЛТ. Зная величины напряжений развертки, подаваемых на горизонтальньге (временные) 6.1, 6.2 и вспомога1ельные вертикальные 5.1 и 5.2 отклоняющие пластины, можно определить значения и положения на мишени осей эллипса, которые можно использовать при обработке результатов измерений -параметров сигнала.

На осциллограмме с ЗЭЛТ 1.1 (фиг. 5д) на рабочем участке развертки, близком к прямолинейному, записана вершина и спад, а фронт преобразуемого сигнала записан на криволинейном участке в зоне изменения направления.

В то же время на осциллограмм is .с ЗЭЛТ 2.1 (фиг.5е) на рабочем,близком к прямолинейному, участке развертки записан фронт, а вершина и спад преобразуемого сигнала записаны на криволинейном участке в зоне изменения .Таким образом,зонам изменения одной трубки соответствует рабочий участок другой трубки.Для обсчета сигнала с возможно меньшими искажениями необходимо определить на рабочих участках развертки зоны обсчета параметров сигнала.

Каждой угловой координате напряжений и, с шагом ТТ /4 , соответствуют точки, последовательно обозначенные О - 7 на один период напряжения.

Для напряжения (фиг. 5а) точкам О и 4 соответствует максимальная крутизна изменения напряжения, а окрестностям точек 2 (интервал 1, 2, 3) и 6 (интервал 5, 6, 7) - минимальная

крутизна изменения напряжения.

Соответственно для напряжения Ujrзонам с минимальной крутизной (точка 4, фиг. 5aJ соответствует зона с максимальной крутизной (точка 4,

фиг. 5в) напряжения . Зоны с почти прямолинейным изменением напряжения, например интервал 3, 4, 5 для напряжения и интервал 3,6,7 для напряжения U,jp, сдвинуты между собой на

Т/2, таким, образом границы между прямолинейньпуги участками напряжений Цг и гбудут находиться на середине фазового сдвига 1Г/4. На эллипсовидных развертках границы проходят через точки 7,5 и 1,3 (фиг. 5д) и точки 1,7 и 3,5 (фиг. 5е) и определяют зоны обсчета между ними.

Таким образом, части сигнала (вершина и спад), записанные на рабочем участке ЗЭЛТ (фиг. 5д), и части сигнала (фронт), записанные на рабочем участка ЗЭЛТ 1,2 (фиг. 5е), находятся в зонах обсчета, в которых после проведения масштабно-временного

преобразования можно производить обработку и вычисление, а затем сшивку частей сигнала на границах зон обсчета. Необходимую обработку можно производить как вручную, так и на ЭВМ.

Таким образом, использование способа согласно данному изобретению в устройствах с МВП в нано- и пикосекундном временном диапазоне позволит ликвидировать потери энергии сигнала

и устранить амплитудную и временную погрешности, вызванные наличием в сигнальном тракте тройника и широкополосной линии задержки. И, кроме того, позволит повысить надежность регистрации сигнала путем использования непрерывной развертки и исключения запуска генератора развертки записи.

ю

/ ./

JL JL 7/П

J/

I7f

9.1 Duf 52ПГ uJ.2 JT X

9,2

а2

Т

/J

11

т

/

4 f-2

Фцг.1 mm ai&2Siiff4

СПОСОБ МАСШТАБНО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОДИНОЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ на запоминающий электронно-лучевой трубке с мишенью конечной проводимости, например, в виде усилительной микроканальной пластины, заключающийся в том, что производят запись преобразуемого сигнала в режиме, при котором величина тока записывающего луча соответствует режиму насьпцения каналов микроканальной пластины, а затем производят считывание сигнала электронным лучом, развернутым в растр, при величине тока, соответствующей режиму насыщения каналов микроканальной пластины, и регистрируют выходные считанные сигналы, полученные за счет разни1уз выходного тока с участков микроканальной пластины, на которых была проведена предварительная запись, и участков, где запись отсутствовала, при этом общее время считьшания выбирают из соотношения сц 0 1 вo«т ci, время считывания, отсчитанное от момента записи; Восст время восстановления микроканальной пластины от состояния насыщения до исходного; отличающий с я. тем, что, с целью увеличения точности и надежности преобразования сигнала, запись и считывание осуществляют по крайней мере на двух запоминающих электронно-лучевых трубках, мишень каждой из которых е 9 непрерьтно сканируют записывающим лучом вдоль замкнутой линии, создаваемой временной разверткой, образованной разнесенными прямыми и обратным ходами траектории луча, а напряжения временных разверток трубок, именяцих одинаковый период следования , сдвигают друг относительно друга таким образом, что временной интервал, начинающийся от начала рабочего участка развертки первой трубки и до конца рабочего участка развертки последней трубки, в предеIND лах одного периода следования развертки был не меньше этого периода, причем рабочие участки либо непрерывно следуют друг за другом, либо взаимно перекрываются.

jr

а

Фиг.з

Фиг. 2