Осциллографический регистратор одиночных электрических импульсов Советский патент 1986 года по МПК G01R13/34 

« Изобретение относится к электро- измерительной технике и предназначе- но для использования при исследовани однократных или редкоповторяющихся фи зических процессов. Например термо ядерных реакций, импульсного ионизирующего излучения и т.д. Известно осциллографическое регистрирующее устройство, содержащее запоминающую электронно-лучевую труб ку (ЭЛТ), вертикальные отклоняющие пластины которой через коммутатор подключены к входу устройства, а сиг нальная пластина - к сигнальному вхо ду усилителя считывания, генератор развертки записи, сигиальный вход которого соединен с входом устройства, генератор кадровой развертки считывания, выход которого подключен к выходу Y устройства, логический элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами двух упомянутых генераторов, а вьгход - с горизонтальными отклоняющими пластинами ЭЛТ, генератор строчной развертки считывания, сигнальный вход которого подключен к выходу триггера реверса строчной развертки, а выходы - к входу послед;него, сигнальному входу генератора кадровой развертки считывания и одному из входов коммутатора блок кодирования и вычисления, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя считывания, управляющий вход - с выходом триггера ревер са строчной развертки, а вьгход - с выходом Y устройства, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора ЭЛТ, усилителя считывания, генераторов развертки записи, строчной кадровой развертки считывания. I Недостаток известного устройства связан с наличием в нем только элек- тричеёкого вывода информации, обеспечивающим невысокую точность регист рации одиночных однократных процессов . Дпя получения цифровой формы представления информации, например при передаче ее на значительные расстояния, устройство следует дополнят специальным аналого-цифровым преобразователем. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является осциллографический регистратор одиночных электрических сигналов, содержащий ЭЛТ, выполненную с микроканальной 0 пластиной и токопроводящим экраном, перед которым установлена фотокамера, блок записи, сигнальный вход которого соединен с сигнальным входом ре- гистратора, сигнальный выход - с входом отклоняющей системы у ЭЛТ, выход подсвета через первый коммутатор - с входом ее катодно-модуляторного узла,, а вь1ход развертки через второй коммутатор - с отклоняющей системой X, блок управления, первый вход которого подключен к входу внещнего управления регистратора, второй вход - к пусковому выходу блока за- писи, пербьм выход - к входам записи обоих коммутаторов и управляющему входу блока записи, а второй выход - к затвору фотокамеры. Указанное устройство характеризу- ется широкополосностью и высокой скоростью фотозаписи, определяемыми типом используемой ЭЛТ с микрока- нальной пластиной. Однако его недостаток также заключается в ограниченных функциональных возможностях, предусматривающих вывод зарегистрированной информации только Б виде фотоосциллограммы, и, как следствие, относительно невысокой точности регистрации. Целью изобретения является распш- рение функциональных возможностей подобного регистрирующего устройства путем обеспечения дополнительного вы вода информации в цифровой форме и повышении точности регистрации. Цель достигается тем, что в осциллографический регистратор одиночных электрических импульсов, содержащий электронно-лучевую трубку, выполненную с микроканальной пластиной и токопроводящим экраном, перед кото- рым установлена фотокамера, блок записи, сигнальный вход которого сое- динен с сигнальным входом регистратора, сигнальный выход с основным входом отклоняющей системы Y электроннолучевой трубки, выход подсвета через первый коммутатор - с входом ее катодно-модуляторного узла, а выход развертки через второй коммутатор - с входом отклоняющей системы X, блок управления, первый вход которого подключен к первому входу внешнего уп- равления регистратора, второй вход - к пусковому выходу блока записи, первый выход - к входам записи обоих коммутаторов и управляющему входу 31 блока записи, второй выход - к затво ру фотокамеры, введены блок установки режима, блок формирования ординаты считанного сигнала, блок цифрового развертывания и блок памяти, причем выходы блока установки режима подклкг чены к микроканальной пластине и то- коподводящему экрану, управляющий вход блока формирования ординаты считайного сигнала соединен с токопро- водящим экраном, информационный вход с выходом кода координаты Y блока цифрового развертывания, а выход - с первым инфо1$мационным входом блока памяти, выход которого подключен к информационноку входу блока цифрового развертывания, третий вход блока управления соединен с выходом оконча ния формирования шкалы блока цифрового раэвертьюания, первый выход - с входом записи блока установки режима, третий выход - с входами считывания блока установки режима, 6JiOKa цифрог вого развертывания и блока памяти, четвертый выход - с входами визуализации блока цифрового развертывания и блока памяти, а пятый выход - с входом начала формирования шкалы блока цифрового развертывания, два установочных входа блока цифрового раз вертывания подключены к второму и третьему входам внешнего управления регистратора, выход подсвета через первый коммутатор - к входу катодно- модуляторного узла электронно-луче- ,вой трубки, выход Кчюрдинаты Y .соединен с дополнительным входом отклонжощей cиcтe e I Y, выход координаты X через второй коммутатор - с входсж отклоняющей системы X, а тактовый выЗсод - к одноименному входу послед него. В предложенном техническом решении для электрического вывода информации использовано свойство уменьшения коэффициента усиления микрока- нальной пластины при сканировании ее непосредствеинр после записи, Существо изобретения заключается в том, что вьгоод информации в аналога вой форме (в виде фотоосциллограммы) осуществляется в процессе записи ее на экран ЭЛТ, вывод информацин в циф ровой форме - после проведения ряда коммутаций, обеспечивающих благоприят ный режим считывания и сохранность фотоосциллограммы, а также в том, что блок цифрового развертывания в дан80ном случае используется как генератор электронной шкалы при получении фртоосциллограммы ив качестве источника растровой развертки при электрическом считывании информации и преобразовании последней и цифровой код. Использование одного и того же блока в различных режимах повышает точность регистрации и сопоставимость аналоговой и цифровой информации. На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного осцшшографи- ческого регнстратора одиночных электрических ийпульсов; на фиг. 2 - временные диаграьмы сигналов, иллюстрирующие его работу .(индексы при напряжениях соответствуют цифровым позициям на фиг, 1), Регистратор содержит электроннолучевую трубку (ЭЛТ;) 1, выполненную с микроканальной пластиной 2 и токопроводящим экраном 3, Позициями 4, 5, 6 обозначены соответственно отклоняющая система Y, отклонякнцая система X, катодно-модуляторный узел ЭЛТ I. Регистратор содержит, кроме того, фотокамеру 7, установленную перед токопроводящнм экраисм 3, блок В записи , коммутаторы 9, 10, блок 11 установки режима, блок 12 управления, блок 13 ци ового развертывания, блок 14 формирования ординаты считанного сигнала и блок 15 памяти, Сигнальньй вход регистратора обозначен позицией 16, а входы внешнего управления - позициями 17-19. Сигнальный вход блока 8 записи соединен с сигнальш 1м входом 16 регистратора, сигнальный выход - с основным входом Y отклоняющей системы 4 ЭЛТ I, выход подсвета через коммутатор 9 - с входом катодно-модуляторного узла 6, а выход развертки через коммутатор 10 с входом X отклоняющей системы 5, Первый вход блока 12 управления подключен к входу 17 внешнего управления регистратора, второй вход - к пусковому выходу блока 8 записи, третий вход - к выходу окончания формирования шкалы блока I3 цифрового развертывания, первый выход - к входам записи коммутаторов 9, 10 и управляющему входу блока 8 записи, второй BW ход - к затвору фотокамеры 7, третий выход - к входам считывания блока 1I установки режима, блока 13 цифрового развертывания и блока 15 записи, четвертый выход - к входам визуализации блока 13 цифрового развертывания и блока 15 памяти, а пятый выход к входу начала формирования шкалы бло ка 13 цифрового развертывания. Вы ходы блока 11 установки режима под™ ключены к входам 1«1кроканальной плас тины 2 и токопроводящего экрана 3. Управляювщй вход блока 14 формирова ния ординаты считанного сигнала сое динен с выходом токопроводящего эк- рана 3, информационный вход - с выхо дом кода координаты Y блока 13 цифро вого развертывания, а выход с пер вым информационным входом блока 15 памяти. Выход блока 15 памяти подклю чен к информационному входу блока 13 цифрового развертывания. Два установочных входа блока 13 подключены к входам 18, 19 внешнего управления регистратора, выход подсвета через коммутатор 9 к входу катодно-адоду ляторного узла 6 ЭЛТ 1, выход координаты Y соединен с дополнительна входом Y отклоняющей системы 4, выход координаты X через коммутатор 10 - с входом X отклоняющей системы 5, выход кода координа гы X подключен к второму информационному входу блока 15 памяти, а тактовый выход - к одноименному входу последнего. Блок 8 записи выполнен с использованием элементов отбора мощности, запуска, подсвета развертки, а также линии задержки, включенной на его сигнальном выходе. Блок 12 управления представляет собой комбинационно логический узел и вырабатывает сигналы записи, считывания, начала формирования шкалы, визуализации, осу- ществляющие временную синхронизацию составных блсжов регистратора. Блок 13 цифрового развертывания реализован на основе узла формирования элек ронной шкапы на экране ЭЛТ I и содер жит тактовый генератор, формирователи координат Y и X с кодовыми выхода ми, а также цифро-аналоговые преобразователи. Режим работы блока 13 оп ределяется управлякящми сигналами на чала формирования шкалы, записи, счи тывания и визуализации на его входах Блок 14 формирования ординаты счи танного сигнала может быть выполнен в виде усилителя-формирователя и регистра. Данный блок осуществляет передачу в блок 15 памяти .кода координаты Y точки пересечения линии записи сигнала строкой считывания. Коммутаторы 9, 10 выполнены на базе герконов и имеют по два информационных входа и по одному управляющему входу записи при наличии сигнала, на котором на катодно-модуляторный узел 6 и отклоняющую систему X 5 ЭЛТ 1 поступают сигналы с блока 8 записи. При отсутствии сигнала на входе записи коммутатоцнл 9, 10 работают в режиме .пропускания соответствующих сигналов с блока 13 цифрового развертывания. В режиме записи шкалы, считывания и визуализации микроканапьная пластина 2 ЭЛТ 1 работает в режиме усиления. Потенциал токопроводящего экрана 3 в режимах записи шкалы, записи исследуемого сигнала и визуализации одинаков. Изменение потенциала пластины 2 в режиме записи исследуемого сигнала и экрана 3 в режиме считывания осуществляется по сигналам записи и считывания, поступающим с блока 12 управления. Управляющий сигнал на затворе фотокамеры 7 формируется в блоке 12 управления по переднему фронту сигнала щкалы и заканчивается в момент окончания сигнала записи. Устройство работает следующим об- разом. По сигналу у„ (фиг. 2а) с входа 17 внешнего управления, поступакотему с за 1 с до появления исследуемого сигнала,- блок I2 управления вырабатывает сигиал и,2 н.ш. (фиг. 2б) начала шкалы. В исходном состоянии регистратора на микроканапьной пластине 2 и токопроводящем экране 3 установлены потенциалы Uj и U (г. 2в и 2г), обеспечивающие удовлетворительную яркость и режим усиления. По сигналу и,2 Н.Ш., подводящемуся к блоку 13 цифрового развёртывания, на выходах координат Y и X последнего формируются дискретно изменяющиеся напряжения и,У и 0,, (фиг. 2д и 2е). Кроме того, блок 13 формирует сигнал подсвета, который проходит через коммутатор 9 и в виде напряжения U (фиг. 2ж) поступает на вход катодно- модуляторного узла 6. Вместе с сигналом .ш. начала нпсалы блока 12 управления вырабатывает также сигнал, открывающий затвор фотокамеры 7. Видимое изображение электронной шкалы, состоящей, например, из 6 делений по вертикали, 10 делений по горизонтали и 5 мелких делений между узлами сетки, регистрируется на фотопленку, Перед регистрацией исследуемого сигнала блок 13 цифрового развертьг вания по сигналам с входов 18, 19 внешнего управления вырабатывает координаты X и Y исходного положения луча на экране ЭЛТ 1 при записи. По окончании формирования шкалы блок 13 цифрового развертывания выдает сигнал окончания шкалы, по которому бло 12 управления внграбатывает сигнал (фиг€ 2з) записи, устанавливакг щий -коммутаторы 9, 10 в режим пропус кания сигналов с блока 8 записи на ЭЛТ 1. При поступлении исследуемого сиг- Д{ала 11(5 (фиг. .2и) на сигнальньй вход 16 регистратора он записьшается иа токопроводяцем экране 3 ЭЛТ ). Напряжение U,{, (фиг, 2к), поступающее с коммутатора 10 иа отклоняющую систему X 5 в процессе работы регистратора, представлено . 2к. 11апряжение Ug на выходе развертки блока 8 записи имеет вид, показанньсй на фиг. 2л. В режиме записи исследуемого сигнала микрокаиапьная пластин 2 работает усилителем электронного луча, которьй на токопроводящем экране 3 прочерчивает форму исследуемого сигнала в координатах амплитуда-время . Пластина 2 функционирует в режиме максимального усиления, что обес- печивается подачей на нее по сигналу записи и« потенциала кВ. Потенциал в режиме записи выбирают из соотношения U.j..; где Uj - потенциал торцевой поверхности микроканальной пластины 2 в режиме записи; и р - потенциал токопроводящего экрана 3, необходимый для пробивания электронами проводящего покрытия; и.дд- максимально допустимый потенциал токопроводящего экрава 3 используемой ЭЛТ 1 (-10 кВ). &лвод исследуемого сигнала в аналоговой форме заканчивается. Во время записи производится фоторегистрация исследуемого сигнала. После окончания записи исследуемого сигнала блок 8 записи вырабатывает сигнал пуска блока 12 управления, по которому последний формирует сигнал U,f- (фиг. 2м) на закрытие затвора фотокамеры 7, а также сигнал (фиг. 2н) считывания, по которому блок 11 установки режима устанавливает на микроканальной пластине 2 и токопроводящем экране 3 потенциалы Ujc Ujc (фиг. 2в и-2г). Потенциал выбирается из условия получения максимального соотношения сигнал/щум, которое как установлено эксперимен- тальнсГ достигается при включении пластины 2 в режим небольшого усиления. Потенциал экрана в режиме считывания выбирается из условия ,,и,„р.и,, где Ug напряжение высвечивания лю- . При этом желательно выбирать U,. максимально воэможньм с тем, чтобы увеличить величину считанного сигнала за счет вторичной эмиссии люминофора . В режиме вывода информации в цифровой форме сигнал считывания с блока 12 управления поступает на соответствующие входы блока 13 цифрового развертывания, коммутатора 10, , блока 15 памяти. Блок 13 формирует сигнал подсвета и поперечно-строчный растр считывания (например, по 256 дискретов по горизонтали и по вертикали ЭЛТ 1). Электрический вывод информации в предложенном регистраторе обеспечивается благодаря использованию свойства микроканальной пластины 2 запоминать на определенное время факт прохождения через ее участки луча записи. При сканировании торца микроканальной пластины 2 электронньлм лучом в течение заданного времени коэффиш1ент усиления в каналах пластины 2 через KOTOi je проходил луч записи, ниже, чем в каналах, через которые луч записи не проходил. В момент достижения лучом считывания линии электронного изображения зарегистрированного сигнала в цепи токопроводящего экрана 3 ЭЛТ 1 возникает импульс тока. В регистраторе осуществляется сканирование поверхности микроканальной пластины 2 электронным лучом, причем на каждые 256 шагов перемещения его вдоль оси Y ЭЛТ 1 приходится один

шаг перемещения его вдоль оси X. По мере считывания, т.е. в процессе формирования поперечно-строчного растра блока 13 цифрового развертывания, изменяющийся код ординаты Y поступает на информациоьнь1й вход блока 14 формирования ординаты считанного сигнала. В момент достижения лучом счи- тьюания электронного изображения зарегистрированного сигнала в цепи токопроводящего экрана 3 ЭЛТ 1 возникает импульс тока, который после формирования используется в качестве разрешающего для прохождения кода ординаты Y с выхода блока 13 цифрового развертывания в блок 15 памяти. Запись кода ординаты Y проводится по адресу, соответствукядему координате X того же элемента изображения. После окончания сканирования поверхности микроканальной пластины 2 электронным лучом, перемещение которого задается блоком 13, в блоке 15 памяти будут записаны коды ординат Y считанных элементов изображения по адресам, соответствующим кодам ординат X этих же элементов изображения. Вывод информаи.ии в цифровом коде заканчивается.

Визуализация записанной в цифровом коде информации осуществляется для исключения последующей обработки на ЭВМ ложной информации. По сигналу

и „ g(фиг. 2о) визуализации с блока 12 управления начинается выдача цифровой информации, из блока 15 памяти по выходу кода координаты Y, которая после преобразования в напряжение блока 13 цифрового развертывания поступает на дополнительный вход отклоняющей системы Y А ЭЛТ 1 . Микроканальная пластина 2 в этом случав включена в режим усиления, потенциал токопроводящего экрана 3 выбирается равным его потенциалу в режиме записи исследуемого сигнала. Таким образом, на экране ЭЛТ 1 воспроизводится записанная в блоке памяти 15 цифрова информация.

Предложенный регистратор по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения имеет преимущество, заключающееся в дополнительном вьгаоде информации в цифровой форме. Это позволяет осуществлять обработку результатов измерения на ЭВМ и, кроме того, повьщ1ает надежность регистрации в 2 раза. Поскольку информации в цифровой форме осуществляется с помощью тех же управляющих цепей, что и вывод информации в аналоговой форме, дополнительной norpeiirности не вносится. Визуализация запи санной в ЦИФРОВОЙ форме информации осуществляется на той же ЭЛТ I, что существенно упрощает регистратор.

ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ РЕШСТРЛтор одиночамх ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий электронно-лучевую трубку выполнениую с микроканальнЬй пластиной и токопроводящим экраном, пе- ред которым установлена фотокамера, блок записи, сигнальный вход которого соединен с сигнальным входом регистратора, сигнальный выход - с основным 1входом отклонякицей системы Y электроннолучевой трубки, выход подсвета через первь1й коммутатор - с ее катодно-модуляториого узла, а выход развертки через второй коммутатор - с входом отклоняющей системы X, блок управления, первый вход которого подключен к первому входу внешнего управления регистратора, второй входк пусковому выходу блока записи, первый выход - к входам записи обоих коммутаторов и управляющему входу Яблока записи, второй выход - к зат- вору фотокамеры, отличающийс я тем, что, с цепью расширения функциональных возможностей путем обеспечения дополнительного вывода информации в цифровой форме и новы : щения точности регистрации, в него введены бдок установки режима, блок формирования ординаты считанного сиг нала, блок цк овогр развертывания и блок памяти, причем вьосоды блока установки режима подкгоочеиы к микро- канальной пластине и токопроводя1Цему экрану, управлякяр вход блока формирования ординаты считанного сигнала соединен с тркотфоводящим экраном информационшлй вход « с выходом кода. координаты Y блока цифрового развер- . тывания, а выход - с первым информационным входом блока памяти, выход которого подключен к информационн 4у входу блока цифрового развертывания, третий вход блока управления соединен с выходом ркончаШся Армирования шкалы блока цифрового раэверт{гаания, первый выход - с ВХОДСЯ4 записи .блока установки режима, третий выход - с входами считывания блока установки режима, блока цифрового развертывания и блока памяти; четверть выход с входами визуализации блока ци4фово- го развертывания и блока памяти, а 00 00 00 пятый выход - с входом начала форми :рования шкалы блока цифрового развертывания, два установочных входа блока цифрового развертывания подключены. к второму и третьему входам внешнего управления регистратора, выход подсвета через первый коммутатор - к входу катодно-модуляторного узла электроннолучевой трубки, выход координаты Y соединен с: дополнительным входом отклонякщей системы Y, выход координаты X через второй коммутатор - с входом отклоняющей системы Х а тактовый выход - к одноименному входу последнего.

Фиг.1

а

Фиг. г