Способ измерения фактора шума микроканальной пластины
METHOD OF MEASURING NOISE FACTOR MICROCHANNEL PLATE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения отношения сигнал-шум с последующим расчетом фактора шума микроканальной пластины (МКП) в производстве МКП, в частности, для использования в приборах ночного видения.
Известен способ измерения отношения сигнал-шум электронно-оптического преобразователя (ЭОП), который является аналоговым, т.к. регистрируется усредненный за время т сигнал, равный постоянной времени измерительного оборудования. Принцип измерения отношения сигнал-шум заключается в измерении значений среднего (сигнал) и среднего квадратического отклонения (шум) электрического сигнала фотоприемника, пропорционального световому потоку на выходе ЭОП, с последующим вычислением их отношения при заданных значениях освещенности на входе ЭОП и площади анализируемого участка входа ЭОП (см. ГОСТ 21815.90.19). В соответствии с ГОСТ 21815.90.19, измерение отношения сигнал-шум происходит в частотном диапазоне 20 Гц.
Недостатками данного способа является длительность процесса измерения сигнала, а также фиксированный частотный диапазон 0-20 Гц.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ измерения фактора шума микроканальной пластины, включающий снятие токового сигнала с люминесцентного экрана с помощью фотоэлектронного умножителя и последующую обработку оцифрованного сигнала программируемым логическим контроллером [см. Honggang Wang, Yujie Du. «Effective Evaluation of the Noise Factorof MicroChannel Plate» Hindawi Publishing Corporation. Advancesin Opto Electronics.Volume 2015.Article ID 781327, 6 pages].
Недостатком прототипа является высокая погрешность измерения и продолжительность его процесса, т.к. не учитываются изменение среднего значения сигнала во времени в процессе измерения и влияние инерционных свойств экрана на результаты измерений, а также фиксированный частотный диапазон 0-10 Гц.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в возможности контроля шумовых параметров в процессе изготовления МКП на любой полосе частот в диапазоне от 0 до 25 кГц, уменьшении погрешности измерения и сокращении продолжительности его процесса.
Решение технического результата достигается тем, что в способе измерения фактора шума микроканальной пластины, включающем снятие токового сигнала с люминесцентного экрана с помощью фотоэлектронного умножителя и последующую обработку оцифрованного сигнала, согласно изобретению, полученный с фотоэлектронного умножителя токовый сигнал преобразуют в напряжение с помощью нагрузки, по падению напряжения которой регистрируют мгновенные значения с помощью измерительной системы, преобразуют полученный аналоговый сигнал в цифровой, а обработку оцифрованного сигнала осуществляют на заданной полосе частот персональным компьютером с заданным программным обеспечением.
Обработку оцифрованного сигнала на заданной полосе частот осуществляют в диапазоне от 0 до 25 кГц.
В процессе измерения фактора шума определяют среднее значение сигнала и при его изменении на ±10% от среднего значения токового сигнала автоматически проводят повторные измерения.
Создают падение напряжения на нагрузке, прямо пропорциональное величине светового потока люминесцентного экрана, в течение 40-50 сек.
Данный способ позволит контролировать шумовые параметры в процессе изготовления МКП на любой полосе частот в диапазоне от 0 до 25 кГц, уменьшить погрешность измерения и сократить его продолжительность.
Сущность способа измерения фактора шума микроканальной пластины поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена общая схема установки измерения фактора шума, на фиг. 2 - диаграммы, последовательно отражающие основные этапы обработки измеряемого сигнала.
Установка состоит из вакуумной камеры 1, в которой размещены: нить накала 2, используемая в качестве источника электронов, система электронной фокусировки 3, коллектор 4, который служит для измерения входного электронного потока, микроканальная пластина 5 и люминесцентный экран 6 для преобразования электронного потока с выходного торца микроканальной пластины 5 в световой. При этом все элементы, кроме коллектора, соединены с источниками напряжения 7, 8, 9, 10.
Люминесцентный экран 6 соединен с фотоэлектронным умножителем 11, который в свою очередь соединен с источником напряжения 12. Установка дополнительно снабжена нагрузкой 13, которая преобразует токовый сигнал с фотоэлектрического умножителя 11 в напряжение, и соединена с измерительной системой 14 с модулем цифровой передачи данных, которые обрабатываются персональным компьютером 15, с заданным программным обеспечением. С помощью системы вакуумной откачки 16 создают давления в вакуумной камере 1.
Способ измерения фактора шума МКП осуществляли следующим образом.
-5
-6
Микроканальную пластину 5 устанавливали между системой электронной фокусировки 3 и люминесцентным экраном 6. Вакуумную камеру 1 откачивали при помощи системы вакуумной откачки 16. При достижении заданного давления в камере 1, порядка 5⋅10÷1⋅10 мм рт.ст, подавали заданные напряжения при помощи источников напряжения: 7, 8, 9, 10 и 12. Токовый сигнал снимали с люминесцентного экрана 6 при помощи фотоэлектронного умножителя 11. При прохождении токового сигнала через нагрузку 13, создавалось падение напряжения, которое регистрировали измерительной системой 14 с заданной частотой и передавали оцифрованные отсчеты мгновенных значений напряжения в персональный компьютер 15 в течение 40-50 сек. Длительность измерений задавали с учетом частоты дискретизации сигнала измерительной системы 14. На персональном компьютере 15 исключали переменную составляющую сигнала с частотой больше заданной и вычисляли отношение постоянной составляющей сигнала к переменной с учетом инерционности люминесцентного экрана 6.
С помощью заданной программы, полученный набор из N отсчетов (см. фиг. 2а) с учетом частоты дискретизации сигнала разлагали в ряд Фурье путем дискретного преобразования, из него исключали высокочастотные гармоники, а полученный сигнал преобразовывали обратным дискретным преобразованием Фурье (см. фиг. 2б). Затем вычисляли среднее значение сигнала (см. рис. 2в), стандартное отклонение сигнала, т.е. шум (см. фиг. 2г), абсолютные значения шума (см. фиг. 2д), усредненные абсолютные значения шума (см. фиг. 2е).
Для уменьшения погрешности измерений при расчете выходного отношения сигнал шум использовали заранее измеренную длительность послесвечения люминесцентного экрана. Это позволило минимизировать влияние инерционных свойств используемого экрана на измеряемый параметр.
Полученное значение использовали при расчете фактора шума МКП по известной формуле (см. http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5952-8255E.pdf, с.6):
вх
где с/ш - рассчитанное значение с учетом заданного входного тока с нити накала 2,
вых
с/ш - полученное значение.
Использование предлагаемого способа позволит по сравнению с прототипом контролировать параметры шума в процессе изготовления МКП на любой полосе частот в диапазоне от 0 до 25 кГц, уменьшить погрешность измерения и сократить его продолжительность.