Устройство для измерения линейного распределения плотности потока частиц или излучения Советский патент 1993 года по МПК H01J49/44 

Изобретение относится л оР-Лс, и тех нической физики, в частности, к многоканальным устройствам для детектирования л измерения пространственно-временного распределения плотностей потока частиц или излучения в научных приборах и физических экспериментах, например, в масс-спектрометрии, электронной спектроскопии, эмиссионной рентгеновской и оптической спектроскопии, широкоформатных телевизионных системах и т.д.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее детектор-преобразователь измеряемого потока в подобное оптическое изображение, объектив, проецирующий оптическое изображение на фотоприемник координатно-чувствительного фотоэлектрического преобразователя и электронную вычислительную машину (ЭВМ), управляющую процессом измерения и обрабатывающую сигналы. Блок-схема устройства-прототипа приведена на фиг.1. Детектор-преобразователь, измеряемого распределения плотности тока j p(X. Y), содержит микроканальную пластину (м.к.п.) 1 и катодолюми- нофор 2, нанесенный на волоконно- оптическую пластину 3. Объектив 4 проецирует оптическое изображение с поверхности люминофора на светочувствительную поверхность ФПЗС 5. Масштаб проецирования равен отношению линейных размеров области анализируемого распределения к линейным размерам светочувстVI

О

ел ел

к о

вительной поверхности ФПЗС. Электронные блоки 6-11 обеспечивают питание устройства, аналоговую обработку сигналов, аналого-цифровое преобразование и обмен информацией с ЭВМ 12.

Однако предельная разрешающая способность этого устройства ограничена числом дискретных светочувствительных элементов координатно-чувствительного преобразователя. Повышение разрешающей способности путем стыковки нескольких преобразователей невозможно в связи с отсутствием разрывов в оптическом изображении измеряемого распределения, которые необходимы для размещения корпусов, обрамляющих фотоприемники координатно-чувствительных преобразователей.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности устройства путем стыковки фотоприемников нескольких координатно-чувствительных преобразователей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее детектор-преобразователь измеряемого распределения плот- ности потока в подобное опти.ческое изображение, объектив, проецирующий оптическое изображение на фотоприемник координатно-чувствительного фотоэлектрического преобразователя и электронную вычислительную машину, управляющую процессом измерения и обрабатывающую сигналы, введены плоские зеркала, расположенные между детектором-преобразователем и объективом, параллельно оси аргументов измеряемого распределения, симметрично относительно оптической оси объектива и параллельно к ней, создающие в плоскости изображения объектива зеркально обращенные проекции измеряемого распределения, а в зонах фокусировки прямой и зеркально обращенных проекций расположены в шахматном порядке фотоприемники совокупности координатно-чувствительных фотоэлектрических преобразователей, причем начало и конец смежных по отношению к измеряемому распределению фотоприемников лежат в плоскости перпендикулярной плоскости зеркал.

Сущность изобретения поясняется фиг.2 (применительно к измерению одномерного распределения).

Устройство (фиг.2) содержит детектор- преобразователь плотности измеряемого потока J p (х) в подобное распределение яркости оптического изображения Е р(х), включающий в себя микроканальную пластину 1 и катодолюминофср 2. нанесенный на волоконно-оптическую пластину 3. Выходная поверхность пластины 3 расположена в предметной плоскости ХОУ объектива

4, Между детектором-преобразователем и объективом установлены плоские зеркала 5, расположенные параллельно оси аргументов X измеряемой функции распределения плотностей потока, симметрично относительно оптической оси объектива и параллельно к ней.

Зеркала создают в плоскости ХОУ мнимые распределения яркости Е -у(х) и Е р (х), тождественные действительному

распределению Е --у(х). Объектив проецирует прямое и зеркально обращенные изображение с плоскости ХОУ на плоскость х о у

в виде трех проекций Ј у(х ) г у(х ) и

Ј У(Х) на расстояниях друг от друга, где D - зазор между зеркалами, М - масштаб проецирования оптического изображения.

В зонах фокусировки прямой и зеркально-обращенных проекций на плоскости Х О У в шахматном порядке размещены фотоприемники 7 координатно-чувствительных фотоэлектрических преобразователей 6. Начало и конец смежных фотоприёмников лежат,в.плоскостях I, II, III, IV, V, перпендикулярных плоскостям зеркал.

Для размещения корпусов фотоэлектрических преобразователей необходимо выполнение условия: D hL/nl, где h - размер корпуса преобразователя в направлении перпендикулярном сканированию; L - линейный размер измеряемого распределения; 1 - линейный размер светочувствительной поверхности фотоприемника; п - число

преобразователей.

Количество преобразователей выбирают исходя из необходимого числа элементов фотоприемника. Масштаб проецирования находят из соотношения: М L/nl.

Электронный блок 8 обеспечивает питание узлов детектора-преобразователя необходимым напряжением. Блок 9 осуществляет преобразование управляющих сигналов ЭВМ 10 в постоянные и импульсные напряжение

необходимые для работы фотоэлектрических преобразователей, а так же приведение сигналов, снимаемых с преобразователей, к виду удобному для ввода в ЭВМ.

Следует отметить, что эффективность

проекционной оптической системы (коэффициент передачи фотонов) примерно обратно пропорциональна масштабу проецирования изображения 3. Поэтому увеличение числа фотоэлектрических преобразователей в предлагаемой конструкции

наряду с улучшением разрешающей способности повышает чувствительность и расширяет динамический диапазон устройства.

По сравнению с прототипом заявляемое устройство обладает более высокой разрешающей способностью, чувствительностью и динамическим диапазоном измерений.

Использование: в многоканальных устройствах для детектирования и измерения пространственно-временного распределения плотностей потока частиц или излучения, в научных приборах и физических экспериментах. Сущность изобретения: устройство, содержащее детектор-преобразователь плотностей потока с микроканальной пластиной и волокно-оптическую пластину с катодолюминофором, объективом, фотоприемники телевизионного преобразователя и вычислительную машину, снабжено плоскими зеркалами, расположенными между детектором-преобразователем и объективом параллельно измерительной оси измеряемого распределения, симметрично и параллельно оптической сем объектива, а фотоприемник выполнен G виде совокупности фотоприем- нмков автономных телеьизионных преобразователей, причем границы начального и конечного элементов смежных фстоприем- ссвкгщен-ы Б плоскости, перпендикулярной плоскостям зеркал, 2 ил. (Л

Формула изобретения Устройство для измерения линейного распределения плотности потока частиц или излучения, содержащее расположенные вдоль оси детектор-преобразователь плотности потока в подобное распределение яркости оптического изображения, координат но-чувствите льны и фотоэлектрический преобразователь, электрически соединенный с электронно-вычислительной машиной, и проекционный объектив, расположенный на оси между детектором-преобразователем плотности потока в подобное распределение яркости оптического преобразователя и координатно-чувствительным фотоэлектрическим преобразователем, отличающееся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и повышения чувствительности, между детектором-преобразователем плотности потока

в подобное распределение яркости оптического изображения и объективом дополнительно введены плоские зеркала, расположенные параллельно линии, вдоль которой измеряется плотность потока, и симметрично относительно оси устройства, а в плоскости изображения объектива и местах расположения изображения детектора- преобразователя плотности потока в подобное распределение яркости оптического изображения установлены дополнительные координатно-чувствительные фотоэлектрические преобразователи, так что каждая точка детектор-преобразователя плотности потока в подобное распределение яркости оптического излучения в предметной плоскости объектива имеет хотя бы одно изображение, находящееся на поверхности координатно-чувствительного фотоэлектрического преобразователя.