ИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Предлагаемое устройство относится к области оптоэлектротехники и может быть использовано в комплексе с другими устройствами для получения возможности обнаружения объектов и обеспечения технологических операций с использованием электронно-оптических преобразователей (ЭОП) в широком диапазоне освещенности.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является электронно-оптический преобразователь, содержащий блок вакуумный с экраном, микроканальной пластиной и фотокатодом, умножители экрана, микроканальной пластины, фотокатода, формирователь импульсов напряжения фотокатода, устройство регулирования скважности импульсов, устройство автоматического регулирования яркости экрана и защиты от ярких засветок, трансформатор, генератор импульсов с устройствами регулировки, устройство обратной связи, последовательный элемент в цепи напряжения микроканальной пластины (патент US №5949063).
Недостатками наиболее близкого технического решения являются отсутствие возможности компенсации температурных допусков элементов вторичного источника питания, допуска на старение элементов, допуска на влажность, отсутствие возможности регулировки напряжений, которые поступают на вакуумную часть, с использованием шины данных, возможности обеспечения работы ЭОП с большой скважностью импульсов напряжения между фотокатодом и входом микроканальной пластины. Следствием указанных причин является низкая стабильность яркости свечения экрана и разрешающей способности ЭОП, а также снижение надежности и долговечности работы ЭОП.
Задачей предполагаемой полезной модели является обеспечение компенсации температурных допусков элементов вторичного источника питания, допуска на старение элементов, допуска на влажность, возможности регулировки напряжений, которые поступают на вакуумную часть, с использованием шины данных, возможность обеспечения работы ЭОП с большой скважностью импульсов напряжения между фотокатодом и входом микроканальной пластины. Вследствие этого повысятся стабильность яркости свечения экрана и разрешающая способность ЭОП, а также повысятся надежность и долговечность работы ЭОП в широком диапазоне температур окружающей среды при высоком уровне освещенности фотокатода, в том числе и при резком изменении освещенности.
Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее блок вакуумный с микроканальной пластиной, экраном, фотокатодом и блок питания с умножителями микроканальной пластины и экрана, при этом первый вход микроканальной пластины соединен с первым выходом умножителя микроканальной пластины, вход экрана соединен с первым выходом умножителя экрана, введены блок управления и блок ключевой, содержащий первый и второй преобразователи напряжения, формирователь импульсов, в блок питания введены аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, усилитель, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, усилители микроканальной пластины и экрана, при этом первый выход блока управления соединен со входами первого и второго преобразователей напряжения и первым входом формирователя импульсов, второй выход блока управления соединен со вторым входом формирователя импульсов, выход второго преобразователя напряжений соединен с третьим входом формирователя импульсов, выход первого преобразователя напряжений соединен с первым входом микроконтроллера, первыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, усилителей микроканальной пластины и экрана, усилителя, первый выход формирователя импульсов соединен со входом фотокатода, второй выход умножителя микроканальной пластины соединен с четвертым входом формирователя импульсов и вторым входом микроканальной пластины, второй выход умножителя экрана соединен со вторым входом усилителя, вход умножителя экрана соединен с выходом усилителя экрана, второй вход усилителя экрана соединен с выходом первого цифро-аналогового преобразователя, вход умножителя микроканальной пластины соединен с выходом усилителя микроканальной пластины, второй вход усилителя микроканальной пластины соединен с выходом второго цифро-аналогового преобразователя, первый выход микроконтроллера соединен со вторым входом первого цифро-аналогового преобразователя, второй выход микроконтроллера соединен со вторым входом второго цифро-аналогового преобразователя, третий выход микроконтроллера соединен с первым входом блока управления, второй вход микроконтроллера соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом усилителя, второй вход блока управления соединен с источником питания, третий вход микроконтроллера соединен с шиной данных.
При изменении светового потока на фотокатоде импульсного электронно-оптического преобразователя сигнал, пропорциональный току экрана, поступает на усилитель блока питания, а с усилителя - на аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера блока питания. Код аналого-цифрового преобразователя используется микроконтроллером блока питания для анализа режима работы импульсного электронно-оптического преобразователя и передачи данных в блок управления.
Стабилизация тока экрана осуществляется микроконтроллером блока питания за счет изменения напряжения микроканальной пластины как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Импульсный режим обеспечивает расширение динамического диапазона освещенности электронно-оптического преобразователя за счет снижения среднего значения тока экрана, которое при фиксированном значении освещенности является обратно пропорциональным скважности импульсов фотокатодного напряжения. Микроконтроллер блока питания дает команду на включение соответствующего режима блоку управления при выполнении совокупности условий переключения. В случае увеличения освещенности ключевым условием перехода из непрерывного режима в импульсный является достижение нижнего предельного значения напряжения МКП. В случае уменьшения освещенности ключевым условием перехода из импульсного режима в непрерывный является достижение нижнего предельного значения тока экрана. В соответствии с полученными данными блок управления изменяет длительность и период следования управляющих сигналов, поступающих на формирователь импульсов, обеспечивая непрерывный или импульсный режим работы фотокатода.
Таким образом обеспечиваются стабильность яркости свечения экрана, защита импульсного электронно-оптического преобразователя от протекания чрезмерных токов при ярких световых вспышках, и достигается сохранение разрешающей способности импульсного электронно-оптического преобразователя за счет сохранения номинального значения напряжения фотокатода во всем рабочем диапазоне освещенности.
Настройка параметров и программирование микроконтроллера импульсного электронно-оптического преобразователя осуществляется посредством последовательной шины данных.
На рисунке представлена структурная схема предлагаемого устройства.
Импульсный электронно-оптический преобразователь содержит блок ключевой, включающий преобразователь напряжения 1, преобразователь напряжения 2, формирователь импульсов 3; блок питания, включающий микроконтроллер 4, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 5, первый и второй цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 6 и 7, усилитель 8, усилитель микроканальной пластины (усилитель МКП) 9, усилитель экрана 10, умножитель микроканальной пластины (умножитель МКП) 11, умножитель экрана 12; блок управления 13; блок вакуумный, включающий экран 14, микроканальную пластину (МКП) 15 и фотокатод 16.
Первый преобразователь напряжения 1 формирует стабильное напряжение, необходимое для работы элементов, входящих в состав импульсного ЭОП. Второй преобразователь напряжения 2 формирует высокое постоянное напряжение для питания фотокатода 16. Формирователь импульсов 3 предназначен для формирования постоянного либо импульсного напряжения Uфк. Микроконтроллер 4 предназначен для управления режимами работы блока питания, передачи данных в блок управления 13 и корректировки выходных напряжений в зависимости от внешних воздействующих факторов. АЦП 5 и усилитель 8 предназначены для преобразования и передачи сигнала, пропорционального среднему току экрана, в микроконтроллер 4. Первый 6 и второй 7 ЦАП задают режимы работы для усилителя МКП 9 и усилителя экрана 10. Усилитель МКП 9 предназначен для формирования синусоидального напряжения, которое подается на умножитель МКП 11. Усилитель экрана 10 предназначен для формирования синусоидального напряжения, которое подается на умножитель экрана 12. Умножитель МКП 11 формирует высокое постоянное напряжение Uмкп. Умножитель экрана 12 формирует высокое постоянное напряжение Uэ. Блок управления 13 формирует стабильное питание и управляющие импульсы для блока ключевого. Блок вакуумный усиливает слабые оптические сигналы и преобразует входное излучение ближнего инфракрасного диапазона в излучение видимого спектра, доступное для восприятия человеком.
Импульсный ЭОП работает следующим образом. Напряжение питания Шит подается через блок управления 13 на первый преобразователь напряжения 1, где формируется стабильное напряжение питания, и на второй преобразователь напряжения 2, где формируется напряжение питания фотокатода 16. Блок управления 13 формирует управляющие сигналы для формирователя импульсов 3 в соответствии с данными, поступающими от микроконтроллера 4. Формирователь импульсов 3 формирует постоянное либо импульсное напряжение Uфк в соответствии с сигналами блока управления 13. Микроконтроллер 4 выдает на первый ЦАП 6 и второй ЦАП 7 управляющие коды в зависимости от предустановленных параметров, температуры окружающей среды и данных, поступающих от АЦП 5. Первый ЦАП 6 управляет усилителем экрана 10, таким образом производится регулировка значения напряжения Uэ. Второй ЦАП 7 управляет усилителем МКП 9, таким образом производится регулировка значения напряжения Uмкп. Умножитель МКП 11 преобразует выходное напряжение усилителя МКП 9 и формирует постоянное напряжение Uмкп, которое поступает на МКП 15 и формирователь импульсов 3. Умножитель экрана 12 преобразует выходное напряжение усилителя экрана 10 и формирует постоянное напряжение Uэ, которое поступает на экран 14. Для контроля параметров блока вакуумного используется сигнал, пропорциональный току экрана. Этот сигнал преобразуется усилителем 8 и поступает на вход АЦП 5. На выходе АЦП 5 формируется цифровой код, который считывается микроконтроллером 4 и используется для анализа режима работы импульсного ЭОП и передачи данных в блок управления 13. В соответствии с полученными данными блок управления 13 изменяет длительность и период следования управляющих сигналов, поступающих на формирователь импульсов 3.
Таким образом повышается стабильность яркости свечения экрана и разрешающая способность ЭОП, а также надежность и долговечность работы ЭОП в широком диапазоне температур окружающей среды при высоком уровне освещенности фотокатода, в том числе и при резком изменении освещенности.