Способ измерения длительности и определения формы электрических импульсов Советский патент 1987 года по МПК H01J31/50 

Изобретение относится к области измерительной техники. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения мгновенных значений амплитуды электрических, в том числе одиночных импульсов с пикосекундньм временным разрешением. На фиг. 1 представлен вариант устройства, реализующего «способ; на фиг 2 - развертка импульсов на экране электронно-оптического прибора (эрп). Устройство содержит лЪзер 1, электронно-оптическую камеру (ЭОК) 2 с линейной разверткой. В состав ЭОК входит оптическая система 3 и ЭОП 4 с фотокатодом 5, согласованной по волновому сопротивлению отклоняющей системой 6 и выходным экраном 7. Входная оптическая система 3 имеет временную щель 8, перед которой может быть установлен входной объектив 9 и объективы 10 и 11, в фокальных плоскостях которых Находятся временная щель 8 и фотокатод 5 ЭОП а 4. Между объективами 10 и 11 установлен светоделительный элемент, выполненный в виде интерферометра Фабри-Перо (ИПФ) 12, отражающие поверхности которого рбразуют мальй угол 6 10 . В качестве светоделительной системы вместо ИФП может быть использован,на пример, эшелон Майкельсона, установленный п.еред временной щелью 8. Способ осуществляют следующим образом. Пусть лазер 1 испускает одиночный световой и 1пульс пикосекундной длительности, тем или иньм способом син хронизированньШ с исследуемым электрическим импульсом 13, подаваемым на отклоняюпще пластины ЭОК 2. Синхрони зация может быть осуществлена, напри мер, таким способом. Импульс, испускаемый лазером 1, инициирует пробой разрядника, импульс 12 которого подается на отклоняющие пластины 6 ЭОК 2. В частности, этот способ синхронизации может быть использован при определении фронта импульса, формиру емого с помощью разрядника, поджигаемого лазером. Световой пучок фокусируется входным объективом 9 на временную щель 8 и, пройдя через объектив 10, попадает на ИФП 12, дающий на выходе серию лучей, повернутых один относител о другого на угол 20,,, где п - покаатель преломления внутренней среды ФП. Объектив 11 фокусирует эти лучи а фотокатод в точки, разнесенные по оординате х, перпендикулярной направлению развертки z, на расстояние х 20„ F, где F - фокусное расстояние объектива 11. Поэтому на экране 7 будет серия эквидистантно разнесенных по оси х изображений импульсов, развернутых во времени вдоль оси Z (фиг. 2)-. Пусть электрический импульс U(t) подан на пластины в момент времени t О, а фронт электронного сгустка, соответствующего одной из репродукций светового импульса, попадет в отклоняющие пластины в момент t-д.Из решения уравнения движения электрона в отклоняющей системе tuCt) - Uo, где Vf, - напряжение смещения, поданное на пластины, следует У V.KL) z(t,) J U(t)dt- ,, „ .(1) 2dV, -i где l/Vg - время пролета электрона через пластины. Дифференцируя (2) по t, получаем dz(to) VbL т|(-.-,. (2) 2dV о Отсюда получаем выражение (3) для определения формы исследуемого электрического импульса: (k-| (г,-г) (3) Временное разращение Т предлагаемого способа определено соотношением Т мин Ь-/ы, Tq,} где N - число репродукций светового импульса; Т - временное разрешение фотохронографа. Увелиение N может быть достигнуто, например, либо за счёт увеличения числа ступеней эшелона Майкельсона, либо путем соответствующего выбора параметров ИФП. Угол 0 между отражающими поверхностями ИФП и расстояние а между ними определяются соотb cAt ношениями &

где b - размер рабочего участка фотокатода 5;

с - скорость света в вакууме, Коэ41фициент отражения св«тоделительных покрытий должен удовлетворять соотношению ,5} при этом условии Ы-ая репродукция светового импульса ослаблена по сравнеимо с первой репродукцией примерно вдвое, и форма зарегистрированных импульсов не изменяется, что существенно для определения координат z.

Дпя определения эпектричбских импульсов разной длительности можно использовать набор сменга. ИФП с одинаковым светоделительньи покрытием и углом G между отражакирши поверхностями,. но с разным расстоянием амежду последними. При измерении целесообразно сначала применить

ИФП с максимальной величиной а

с

рассчитанной на максимально

2п возможную длительность электрического импульса , приближенно определить длительность импульса t, а затем в случае необходимости (при ) использовать другой ИФП, соответствующий длительности электрического импульса t.

Данный способ применим для исследования злектрических импульсов (длительности t 4 ) . Электрический импульс, у которого ,, можно исследовать указанным способом по частям, подав я каждый раз специально подобранное напряжение смещения UQ; 1ФИ этом длительности отдельно исследуемых частей импульса не

должгал превышать ТГ .

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ, включающий подачу его йа отклоняющую систему электроннолучевого прибора и определение формы импульса по изображению на люминесцентном экране, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения мгновенных значений амплитуды электрических, в том числеодиночных импульсов с Пикосекундным временным разрешением, создают одиночный световой импульс лазерным источником, синхронизируют с ним электрический импульс, преобразуют его в последовательность световых импульсов, разделенных во времени и пространстве,которые направляют с постоянной временной задержкой At и разнесенные на одинаковое расстояние друг от друга точки фотокатода электрЬнно-оптического преобразователя фотохронографической камеры пикосекундного временного разрешения, воспроизводят их на экране электронно-оптического преобразователя, а амплитуду электрического импульса U(t) определяют по форму- ле 2dU, t(k - Л.) а. k4l К ) где Z - координата переднего фронта k-й репродукции светового импульса (первой считается репродукция, для которой (Л ); 1 - длина отклоняющих пластин; d - расстояние между ними; L - расстояние между пластинами и экраном; UCL анодное напряжение; V -lllsfp осевая скорость электрона в TnUo. отклоняющей системе; 00 vj tJ - длительность исследуемого Од электрического импульса, Ц,:ё1/Т. ю ел

Направление развертки