Устройство для исследования нестационарной электрической дуги Советский патент 1987 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к устройствам для автоматического исследования нестационарных источников излучения видимых лучей света, измерения их интенсивности с помощью электрических детекторов излучения и может использоваться в технической физике, спектроскопии, устройствам обработки оптической информации для регистрации быстропротекающих световых полей.

Цель изобретения - измерение и фиксация распределения лучистой энергии исследуемой нестационарной электрической дуги по пространству наблюдения .

На фиг.1 изображена структурная рхема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурная схема регистратора ; на фиг.3 - функциональная схема приемника оптического излучения; на фиг.4 - функциональная схема вы- ходного усилителя; на фиг.5 - функциональная схема первого порогового устройства.

Устройство для исследования нестационарной электрической дуги содержит приемник 1 оптического излучения, выходной усилитель 2, регистратор 3, последовательно соединенные триггер 4 управления, первый элемент ИЛИ 5, счетчик 6, первое пороговое устройство 7, второй элемент ИЛИ 8 и элемент 9 задержки, выход которого соединен со вторьм входом первого элемента ИЛИ 5, последовательно соединенные, таймер 10, коммутатор 11 и регистр 12 интенсивности лучистого

потока, выход которого соединен с триггера 24 прерьгаания, выход элемен вым входом регистратора 3, последовательно соединенные счетчик канала X 13, счетчик Y 14 канала и ЦАП Y 15 канала, выход которого соединен с первым входом приемника 1 оптического излучения, регистр X 16 канала, выход которого соединен с вторым входом регистратора 3, а первый вход соединен с выходом второго элемента ИЛИ 8, регистр Y 17 канала, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ 8, второй вход со вторым выходом счетчика Y 14 канала, а выход соединён с третьим входом регистратора 3, триггер 18 режима, первый вход которого соединен с выходом первого порогового устройства 7, второй вход соединен с выходом первого элемента ИЛИ 5, а выход соединен.с

5

0

5

5

вторым входом коммутатора 1I, третий вход которого соединен с выходом счетчика 6, ЦАП X 19 канала, вход которого соединен с вторым выходом счетчика X 13 канала, а выход соединен с вторым входом приемника 1 оптического излучения, второе пороговое устройство 20, вход которого соединен с выходом таймера 10, а выход соединен с входом второго элемента ИЛИ 8, вход . таймера 10 и первый вход счетчика X 13 канала соединены с выходом первого элемента ИЛИ 5, вторые входы счетчика X 13 канала и счетчика Y 14 канала соединены с выходом триггера . 4 управления, четвертый вход регистратора 3 соединен с выходом второго элемента ИЛИ 8, второй вход регистра X I 6 канала соединен с третьим выходом счетчика X 13 канала, второй вход регистра 12 интенсивности лучистого потока соединен с выходом второго элемента ИЛИ 8, выход приемника 1 оптического излучения соединен с входом выходного усилителя 2, выход которого соединен с вторым входом счетчика 6, триггер 4 управления снабжен командными входами Пуск и

Стоп.,.

Регистратор 3 (фиг.2) содержит мультиплексор 21, дешифратор 22 адреса, ПЗУ регистратора 23, триггер 24 прерывания, элемент ИЛИ 25 и ЭВМ 26, соединенную с выходом ПЗУ 23, мультиплексора 2I, входом дешифратора 22 адреса, с входом ПЗУ 23, двумя входами элемента ИЛИ 25 и выходом

та ИЛИ 25 соединен с первым входом триггера 24 прерывания, второй вход которого является четвертым входом регистратора 3, выход дешифратора 22

5 адреса соединен с первым входом мультиплексора 21, второй, третий и четвертый входы которого являются соответственно первьм, вторым и третьим входами регистратора 3.

Приемник 1 оптического излучения (фиг.З), содержит узел диссектора - фокусирующая система (ФОС) 27 и высоковольтный выпрямитель 28, выход которого соединен с высоковольтным вхо5 дом узла диссектора - ФОС 27, выход которого является выходом приемника 1 оптического излучения. Первый и второй входы узла диссектора - ФОС 27 являются соответственно первым и

0

12 оптическовторым входами приемника 1 го излучения.

Выходной усилитель 2 (фиг.А), содержит компаратор 29, первый вход ко- торого является входом выходного уси- лителя 2, второй вход компаратора 29 соединен с выходом источника 30 опорного напряжения, вырабатывающего постоянное напряжение отрицательной полярности в пределах 0-1 В. Выход компаратора 29 соединен с входом формирователя 31 импульса. Длительность импульса составляет О,1 мкс. Выход формирователя 31 импульса является выходом выходного усилителя 2.

Первое пороговое устройство 7 (фиг.5) содержит схему 32 сравнения и ПЗУ 33, выход которого соединен с входом схемы 32 сравнения, второй вход которой является входом первого. порогового устройства 7. Выход схемы 32 сравнения является выходом перво20 шенное состояние. Логический ноль с выхода триггера 18 режима устанавливает коммутатор 11 в такое состояние, что код с выхода счетчика 6 происходит на выход коммутатора 11. При этом

го порогового устройства 7.

Устройство работает следующим об- 25 апертура диссектора 27 под воздейст- ,разом.вием тока в отклоняющей системе узла

Исследуемая нестационарная элек- диссектора - ФСС 27, полученного от трическая дуга, распределение лучис- ЦАП канала X 19 и ЦАП канала Y 15 пу- той энергии которой необходимо полу- тем преобразования кода со счетчиков

30

чить и измерить, подается на фотокатод узла диссектора ФОС 27 приемника 1 оптического излучения и преобразуется в поле фотоэлектронов, которые под воздействием фокусирующего и отклоняющего магнитных полей, создаваемых ФОС узла диссектора - ФОС 27, и электрического поля, создаваемого электродами диссектора с помощью высоковольтного выпрямителя 28, перемещаются к диафрагме диссектора, Часть фотоэлектронов, соответствующих одному элементу пространства наблюдения, проходят через диафрагму диссектора, усиливаются вторично электронным усилителем диссектора и образуют на его выходе поток одноэлек- тронньпс импульсов, Напряжение, образованное на нагрузке диссектора, подается на вход компаратора 29, на другой вход которого подается напря- .жение от источника 30 опорного напряжения . Напряжение источника 30 опорного напряжения лежит в пределах О - 1 В и подбирается для каждого экзем- ляра диссектора по минимуму шумовых 55 импульсов при необходимой чувствительности диссектора. В случае превышения одноэлектронным импульсом опорного напряжения компаратор 29 выдает на . ,

канала X 13 и канала Y 14, устанавливается в нулевой элемент поля наблюдаемого пространства. Счетчик 6 в сброшенном состоянии не реагирует на поступающий на его вход поток одно 5 электронных импульсов. Триггер 24 прерывания сбрасывается при включении ЭВМ 26 по шине сброс, поступающий на первый его вход через элемент ИЛИ 25. После прохождения команды

40 Пуск на выходе триггера 4 управления устанавливается логический ноль, который снимает сигнал сброса с таймера 10,счетчика 6 и счетчиков канала X 13 и канала Y 14, а также со вто45 рого входа триггера 18 режима. Таймер 10 начинает отсчитывать интервал времени, после которого происходит усечение времени регистрации интенсивности лучистого потока. Счетчик 6 начинает заполняться одноэлек- тронными импульсами, поступающими с выходного усилителя 2. Частота следования этих импульсов пропорциональна интенсивности лучистого потока от элемента пространства наблюдения электрической дуги. Если .этот элемент пространства яркий, то скорость счета счетчика 6 больше, чем скорость счета таймера 10. Значение кода со

50

8

выход усиленньй и отнормированный по a mлитyдe од ноэлектронный импульс, который проходит дальнейшую нормировку по дпительности с помощью формирователя 31 импульсов, с выхода которого поток отнормированных одно- - электронных импульсов поступает на вход счетчика 6.

В исходном состоянии триггер 4 управления находится в сброшенном состоянии под воздействием команды Стоп. С выхода триггера 4 управления Л9,гическая единица поступает на

вторые входы счетчиков канала X 13 и канала Y 14, а также через первый элемент ИЛИ 5 на первые входы счетчика 6 и таймера 10 и на второй вход триггера 18 режима,приводя эти блоки в сброшенное состояние. Логический ноль с выхода триггера 18 режима устанавливает коммутатор 11 в такое состояние, что код с выхода счетчика 6 происходит на выход коммутатора 11. При этом

0

5 канала X 13 и канала Y 14, устанавливается в нулевой элемент поля наблюдаемого пространства. Счетчик 6 в сброшенном состоянии не реагирует на поступающий на его вход поток одно 5 электронных импульсов. Триггер 24 прерывания сбрасывается при включении ЭВМ 26 по шине сброс, поступающий на первый его вход через элемент ИЛИ 25. После прохождения команды

0 Пуск на выходе триггера 4 управления устанавливается логический ноль, который снимает сигнал сброса с таймера 10,счетчика 6 и счетчиков канала X 13 и канала Y 14, а также со вто5 рого входа триггера 18 режима. Таймер 10 начинает отсчитывать интервал времени, после которого происходит усечение времени регистрации интенсивности лучистого потока. Счетчик 6 начинает заполняться одноэлек- тронными импульсами, поступающими с выходного усилителя 2. Частота следования этих импульсов пропорциональна интенсивности лучистого потока от элемента пространства наблюдения электрической дуги. Если .этот элемент пространства яркий, то скорость счета счетчика 6 больше, чем скорость счета таймера 10. Значение кода со

0

счетчика 6 раньше достигает значение порога, хранящегося в ПЗУ 33 первого :порогового устройства 34. Логическая единица с выхода первого порогового устройства 7 устанавливает триг- г гер 1В режима и через второй элемент ИЛИ 8 запускает элемент 9 задержки. Под воздействием триггера I8 режима Коммутатор 11 соединяет выход таймера 10 с входом регистра 12 интенсив- JQ ности лучистого потока. Логическая единица с выхода второго элемента ИЛИ 8 поступает на первые входы регистра канала X 16, канала Y 17 и на второй вход регистра 12 интенсивное- f5 ;ти лучистого потока произведя запись соответственно кодов со счетчика канала X 13, канала Y 14 и таймера 10, а также на четвертый вход регистратора 3, устанавливая в нем триггер 20 24 прерывания. Код, записанный в регистр 12 интенсивности лучистого .потока, в старшем разряде содержит единицу, которая служит признаком для

лучения и окончания импульса элекэн та 9 задержки цикл регистрации интенсивности лучистого потока повторяется.

В том случае, когда элемент пространства наблюдения - темный, скорость счета одноэлектронных импульсов мала и значение кода с выхода таймера 10 раньше достигает порога второго порогового устройства 20, чем значение кода с выхода счетчика 6 достигает порога Первого порогового устройства 7. При срабатывании второго порогового, устройства 20 сигнал с его выхода, пройдя второй элемент ИЛИ 8, производит запись содержимого счетчика 6 в регистр 12 интенсивности лучистого потока и содержимого счетчиков канала X. 13 и канала Y 14 соответственно в регистры канала X 16 и канала Y 17, и устанавливает триггер 24 прерывания регистратора 3.Схема положения апертуры приемника 1

регистратора 3, что в данном элемен- 25 оптического излучения происходит ана- те пространства наблюдения произошла логично, как и при ярком элементе про- регистрация лучистого потока с задан- странства наблюдения. Таким образом, ной точностью, а остальные разряда записанного кода есть время, затраченное на интегрирование одноэлек- тронного потока до заданного порога. Через время, определяемое элементом 9 задержки, на его выходе появляется импульс, передний фронт которого увеличивает на единицу содержимое счет-„ чика канала X 13, а вершина импульса

в данном случае проходит интегрирова- .ние одноэлектронногО; потока импуль30 сов с выхода приемника 1 оптического излучения за заданный фиксированный интервал времени. В старшем разряде регистра 12 интенсивности лучистого потока в этом случае будет записан

35 ноль. После установления триггера 24 прерывания в канал ЭВМ 26 посьтается запрос на прерывание, информирующий процессор ЭВМ 26 о том, что данные об интенсивности лучистого потока F.

сбрасывает счетчик 6, таймер 10 и триггер 18 режима. Измененный код со счетчика канала X 13 поступает на вход ЦАП канала X 19, а с его выхода ток отклонения поступает в отклоняющую систему приемника 1 оптического излучения, что приводит к перемещению апертуры приемника 1 оптического

излучения в следующий элемент по ко- 45 предоставления прерывания, который

по каналу ЭВМ 26 поступает на второ вход элемента ИЛИ 25 регистратора 3 и на вход ПЗУ 23 регистратора 3. Триггер 24 прерывания сбрасывается, д а ПЗУ 23 выставляет в канал ЭВМ 26 код, соответствующий адресу ячейки ОЗУ ЭВМ 26, где хранится адрес нача ла программы обработки прерываний. Приняв от ПЗУ 23 этот адрес, ЭВМ 26

ординате X пространства наблюдения. При переполнении счетчика канала X 13 он обнуляется, а сигнал переполнения поступает на первый вход счетчика Y 14 канала, увеличив тем самым его содержимое на единицу, что приводит к перемещению апертуры приемника оптического излучения по координате Y. Длительность импульса элемента 9 задержки определяется, исходя из време-55 передает управление программе обрани перехода апертуры приемника 1 оп-ботки прерываний, под действием котического излучения из одного положе-торой ЭВМ 26 происходит c4ijTBraaHHe

ния в другое. После смены положенияинформации, хранящейся в регистрах

апертуры приемника 1 оптического-из-:,12.интенсивности лучистЪго потока.

лучения и окончания импульса элекэн та 9 задержки цикл регистрации интенсивности лучистого потока повторяется.

В том случае, когда элемент пространства наблюдения - темный, скорость счета одноэлектронных импульсов мала и значение кода с выхода таймера 10 раньше достигает порога второго порогового устройства 20, чем значение кода с выхода счетчика 6 достигает порога Первого порогового устройства 7. При срабатывании второго порогового, устройства 20 сигнал с его выхода, пройдя второй элемент ИЛИ 8, производит запись содержимого счетчика 6 в регистр 12 интенсивности лучистого потока и содержимого счетчиков канала X. 13 и канала Y 14 соответственно в регистры канала X 16 и канала Y 17, и устанавливает триггер 24 прерывания регистратора 3.Схема положения апертуры приемника 1

оптического излучения происходит ана- логично, как и при ярком элементе про- странства наблюдения. Таким образом,

в данном случае проходит интегрирова- .ние одноэлектронногО; потока импульсов с выхода приемника 1 оптического излучения за заданный фиксированный интервал времени. В старшем разряде регистра 12 интенсивности лучистого потока в этом случае будет записан

ноль. После установления триггера 24 прерывания в канал ЭВМ 26 посьтается запрос на прерывание, информирующий процессор ЭВМ 26 о том, что данные об интенсивности лучистого потока F.

для i-ro элемента пространства наб- людения с координатами Х и Y,- находятся на входах регистратора. Процесс ЭВМ 26 прекращает выполнение текущей программы и выставляет сигнал

по каналу ЭВМ 26 поступает на второй вход элемента ИЛИ 25 регистратора 3 и на вход ПЗУ 23 регистратора 3. Триггер 24 прерывания сбрасывается, а ПЗУ 23 выставляет в канал ЭВМ 26 код, соответствующий адресу ячейки ОЗУ ЭВМ 26, где хранится адрес начала программы обработки прерываний. Приняв от ПЗУ 23 этот адрес, ЭВМ 26

7.I

канала X 16 и канала Y 17. Для этого процессор 26 последовательно выставляет, в канал адреса, присвоенные перечисленнь№4 выше регистрам. Дешифратор 22 адреса дешифрирует выставленный адрес и управляет мультиплексором 21, который в соответствии с выставленным адресом соединяет выход опрашиваемого регистра с каналом ЭВМ 26. Процессор ЭВМ 26, приняв все данные из регистров, записывает их в ОЗУ ЭВМ 26, а затем возвращает управление прерванной программе. Так как интенсивность лучистого потока F может быть получена разными способами, то перед записью в ОЗУ ЭВМ 26 можно преобразовать ее к одному виду, зная величины порогов, заложенных в первое и второго пороговые устройства 7 и 20, причем вид представления зависит от конкретных условий применения предлагаемого устройства, либо производить вторичную обработку полученных данных без преобразования вида их представления с учетом значения старшего разряда кода интенсивности излучения, а уже результаты , вторичной обработки данных приводит к единому виду представления. . Необходимая последовательность преобраг зований выбирается из конкретных условий применения предлагаемого устройства.

Таким образом, в ОЗУ ЭВМ 26 хранятся (фиксируются) тройки значений Fj, X., Y. (,N), где N - число элементов пространства наблюдения, представляющих собой распределение лучистой энергии исследуемой нестационарной электрической дуги по пространству наблюдений. Последовательно просматривая все N элементов этого пространства, получают ансамбль распределений лучистой энергии электрической дуги, исходя из которого можно определить параметры нестационарности исследуемой дуги и ее усредненные характеристики. Все эти операции ЭВМ 26 производит в промежутках между прерываниями, необходимых для записи текущей информации в память ЭВМ 26.

Предлагаемое изобретение позволяет измерить и зафиксировать распределение лучистой энергии исследуемой нестационарной электрической дуги по координатам пространства наблюдения; совместное применение двух способов

91828 8

регистрации интенсивности лучистого

потока - за фиксированный интервал и по достижению фиксированного порога - позволяет минимизировать общее время 5 регистрации интенсивности всего поля излучения электрической дуги, что принципиально необходимо при исследовании нестационарных излучающих полей, изменяющих свои параметры с тече- нием времени; применение электронной развертки для анализа наблюдаемого пространства позволяет регистровать такие быстропротекающие процессы, длительность которых ограничена десятыми и сотыми долями секунды, легко применять и другие законы сканирования наблюдаемого пространства, исходя из статистических и семантических связей его элементов; использование в составе регистратора ЭВМ позволяет одновременно с процедурой фиксации распределения лу гистой энергии по прост- |ранству наблюдения производить вто- ,- ричную обработку полученных данных с целью дальнейшего исследования нестационарной электрической дуги.

/5

20

Формула изобретения

30

35

1. Устройство для исследования нестационарной электрической дуги, содержащее приемник оптического излучения, выходной усилитель и регистратор, отличающееся тем, что, с целью измерения и фиксации распределения лучистой энергии исследуемой нестационарной электрической дуги по пространству наблюдения, в Q него введены счетчик, два пороговых устройства, таймер, коммутатор, триггер режима, два элемента ИЛИ, элемент задержки, регистр интенсивности лучистого потока, цифроаналоговые преобразователи каналов X и Y, счетчики каналов X и Y, причем выход счетчика канала X соединен с входом счетчика канала Y, регистры каналов X и Y и триггер , управления с входами Q Пуск и Стоп, выход которого сое- динен с первым входом первого элемента ИЛИ и с вторыми входами счетчиков каналов X и Y, выходы которых соответственно подключены к входам ре- 55 гистров и цифроаналоговых преобразователей каналов X и Y, причем выходы цифроаналоговых преобразователей каналов X и Y подключены к соответствующим входам приемника оптического

излучения, выход которого через вьг- ходной усилитель соединен с вторым входом счетчика, первый вход которого соединен с входами faймepa, счетчики каиала X, триггера режима и выходом первого элемента ИЛИ, а выход счетчика соединен с входами коммутатора и первого порогового устройства к выходу которого подключены триггер режима и второй элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго порогового устройства, а его выход соединен через элемент задержки с вторым входом первого элемента ИЛИ и непосредственно с соответствующими входами регистров каналов X и Y, регистратора и регистра интенсивности лучистого потока, выход которого соединен с соответствующим входом регистратора, а вход соединен с выходом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом триггера рё- жима, а третий вход с выходом таймера и с входом второго порогового

,

91828

устройства.

10

ГО

15

20

выходы регистров.каналов X и Y подключены к соответствующим входам регистратора.

2. Устройство по п,1, о т ли - чающееся тем, что регистратор содержит мультиплексор, дещиф- ратор адреса, постоянное запоминающее устройство, триггер прерывания, элемент ИЛИ и ЭВМ, канал общая шина, который соединен с выходом постоянного запоминающего устройства, выходом мультиплексора, входом дешифратора адреса, входом постоянного запоминающего устройства, первым и вторым входами элемента ИЛИ и выходом триггера прерывания, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом триггера прерывания, второй вход которого является соответствующим входом регистратора, выход дешифратора адреса соединен с первым входом мультиплексора, второй, третий и четвертый входа которого являются Соответствующими входами регистратора.

К ёлокуS

i

у К Дла/су 5

Фиг. 5

Фиг.

Фмг.4

Изобретение относится к устройствам измерения интенсивности видимых лучей света, действующих с помощью электрических детекторов излучения . Предназначено для использования в устройствах обработки оптической информации для регистрации быст- ропротекающих световых полей, в технической физике, спектроскопии. Цель изобретения - измерение и фиксация распределения лучистой энергии исследуемой нестационарной электрической дуги по пространству наблюдения.Цель достигается за счет того, что производится прогрессивная развертка пространства наблюдения апертурой приемника оптического излучения и регистрация интенсивности излучения электрической дуги в каждом элементе развёртываемого поля. Причем время регистрации определяется интенсивнот- стью излучения дуги в данной точке, кроме темных точек, где время регистрации фиксировано. Устройство содержит приемник оптического излучения, выходной усилитель и регистратор и введенные последовательно соединенные счетчик, первое пороговое устройство, триггер режима, коммутатор и регистр интенсивности, последовательно соединенные таймер, второе пороговое устройство, второй элемент ИЛИ, элемент задержки, первый элемент ИЛИ, счетчик канала X и счетчик канала Y, а также 1щфроаналого- вый преобразователь канала X, цифро- а налоговый преобразователь канала У, 1регистры канала X и канала Y и триггер управления. Причем регистратор содержит мультиплексор, дешифратор адреса, постоянное запоминающее устройство, триггер прерывания, элемент ИЛИ и ЭВМ. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. (Л Ivd СО 00 to 00