Способ измерения длительности и определения формы электрических импульсов

 

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 формуле 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 25 А (51)4 Н 01 J 31 50

Зо:С()к)р д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3729548/24-21 (22) 24.04.84 (46) 23.01.87. Бюл. 9 3 (72) Г.В. Колесов, И.M. Корженевич и Б.Ю. Руцкой (53) 621.387(088.8) (56) J. Applied Physics Zetters, vol. 28, 9 1, 1976.

Блодин Ю.К и др. Портативные осциллографы. M. Сов. радио, 1978. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ ЭЛЕКТРИЧЕС-.

КИХ ИМПУЛЬСОВ, включающий подачу его йа отклоняющую систему электроннолучевого прибора и определение формы импульса по изображению на люминесцентном экране, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения мгновенных значений амплитуды электрических, в том числе одиночных 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 электронно-оптического преобразователя фотохронографической камеры пикосекундного временного разрешения, воспроизводят их на экране электронно-оптического преобразователя, а амплитуду электрического импульса U(t} определяют по форму-" ле

„„,О» 1 гарц

2 Ч Lht 1 где 2 — координата переднего фронта

k-й репродукции светового импульса (первой считается репродукция, для которой

Z .>- О)

1 — длина отклоняющих пластин;

Й вЂ” расстояние между ними;

L — расстояние между пластинами и экраном;

Н,» — анодное напряжение; — осевая скорость электрона в отклоняющей системе; — длительность исследуемого электрического импульса, t,. -< 1/и . (2) Т = мин(/N, T+j

1 11876

Изобретение относится к области измерительной техники.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей путем измерения мгновенных. значений амплитуды электрических, в том числе одиночных импульсов с пикосекундным временным разрешением.

На фиг. 1 представлен вариант устройства, реализующего способ; на 10

I фиг". 2 — развертка импульсов на экране электронно-оптического прибора (ЭОП).

Устройство содержит лазер 1, электронно-оптическую камеру (ЭОК) 15

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. 20

Входная оптическая система 3 имеет временную щель 8, перед которой может быть установлен входной объектив

9 и объективы 10 и 1 1, в фокальных плоскостях которых Йаходятся 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 ко- 30 торого образуют малый угол e 10 .

В качестве светоделительной системы вместо ИФП может быть использован,например, эшелон Майкельсона, установленный перед временной щелью 8. 35

Способ осуществляют следующим образом.

Пусть лазер 1 испускает одиночный световой импульс пикосекундной длительности, тем или иным способом син-40 хронизированный с исследуемым электрическим импульсом 13, подаваемым на отклоняющие пластины ЭОК 2. Синхронизация может быть осуществлена, например, таким способом. Импульс, испус- 45 каемый лазером 1, инициирует пробой разрядника, импульс 12 которого подается на отклоняющие пластины 6 ЭОК

2. В частности, этот способ синхронизации может быть использован при 50 определении фронта импульса, формируемого 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 относитель25 2 но другого на угол 20„, где n — показатель преломления внутренней среды

ИФП. Объектив 11 фокусирует эти лучи на фотокатод в точки, разнесенные по координате х, перпендикулярной направлению развертки z, на расстояние лх = 28„ = 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 ty.Из решения уравнения движения электрона в отклоняющей системе

mz = - I U(t) — Ц, где U — напряжение смещения, поданное на пластины, следует

E(c. ) = f ° v(c) dc -,())

0 о

Vî где t= 1/V — время пролета электрона через пластины.

Дифференцируя (2) no t, получаем

Eiz(to ) Vv L U(t + - ) dt 2аЧ П to+

Отсюда получаем выражение (3) для определения формы исследуемого электрического импульса:

v(et(k — — = (z -z ) (з)

1 2cjv

К+ К

Временное разрешение Т предлагаемого способа определено соотношением где N — число репродукций светового импульса;

Т вЂ” временное разрешение фотоФ хронографа.

Увелиение И может быть достигнуто, например, либо за счет увеличения числа ступеней эшелона Майкельсона, либо путем соответствующего выбора параметров ИФП. Угол 8 между отражающими поверхностями ИФП и расстояние а между ними определяются соотЬ ношениями 6 = 2 и а =

ckt % 2п

3 11876 где Ь вЂ” размер рабочего участка фотокатода 5; с — скорость света в вакууме.

Коэффициент отражения светоделительных покрытий должен удовлетворять соотношению 1Р 0,5; при этом условии Б-ая репродукция светового. импульса ослаблена по сравненмв с первой репродукцией примерно вдвое, и форма зарегистрированных импульсов 10 не изменяется, что существенно для определения координат г„ .

Для определения формь| электрических импульсов разной длительности можно использовать набор сменных ИФП f5 с одинаковым светоделительньаи покрытием и углом О между отражающими поверхностями,. ио с-разным расстоянием а между последними. При измерении целесообразно сначала применить 20

25 4

ИФП с максимальной величиной а = с рассчитанной на максимально

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

Данный способ применим для исследования электрических импульсов (длительности t 4< Ф ) . Электрический импульс, у которого t< >, можно ис следсцвать указанным способом по частям, подавая каждый раз специально подобранное напряжение смещения U ; при этом длительности отдельно исследуемых частей импульса не должны превышать

Фиг. 1

1187625

Составитель В. Александров

Техред Н.Глущенко Корректор С. Шекмар

Редактор С. Титова

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7740/1 Тираж 698

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Напуадление раяЮгрлчи