Лабораторная работа № 4 изучение принципа действия одно – и трёхкамерных электронно-оптических преобразователей (эоп)

Целью работы изучить устройство, принцип действия и характеристики одно – и трёхкамерных электронно – оптических преобразователей.

Устройство, принцип действия и назначение эоп.

ЭОП - вакуумный фотоэлектронный прибор, предназначенный для преобразования невидимого глазом изображения (в инфракрасных, ультра­фиолетовых или рентгеновских лучах) в видимое, либо для увеличения яркости слабо видимого изображения. В основе действия ЭОП лежит преобразование оптического или рентгеновского изображения в электронное с помощью фотокатода, а затем в видимое с помощью люминесцентного экрана [1,2].

Основными характеристиками ЭОП являются: интегральная чувствительность - это отношение фототока к преобразуемому потоку излучения, оно зависит от типа ЭОП и используемого в нем фотокатода и составляет мкА/лк; разрешающая способность находится в пределах 5-70 лин/мм; коэффициент преобразования - это отношение выходного потока к входному, оно находится в диапазоне; яркость темнового фона - это яркость свечения экрана при отсутствии освещения фотокатода. Яркость темнового фона ограничивает пороговый поток, регистрируемый ЭОП; световая отдача экрана - это отношение светового потока, излучаемого экраном в полую сферу, к мощности облучающего экран электронного потока.

ЭОП широко применяют в приборах визуального наблюдения при плохой видимости и в условиях естественной ночной освещенности порядка лк. Приборы с ЭОП также широко используют в приборах наблюдения с подсветкой ИК-прожекторами и импульсными лазерами. Наиболее широкое применение находят трехэлектродные однокамерные и трехкамерные ЭОП, поэтому ниже рассмотрим их устройство.

Описание устройства однокамерных эоп.

ЭОП представляет собой вакуумированную стеклянную колбу 5(рис. 1.а).

На одну стенку колбы 5 нанесен полупрозрачный катод 4, на противоположную - флюоресцирующий экран 7. Между фотокатодом и экраном приложено постоянное напряжение 10-15 кВ. Объектив 2 строит на фотокатоде 4 невидимое (или видимое) изображение 3 рассматриваемого предмета 1. Под воздействием изображения возникает эмиссия фотоэлектронов, число которых в любой точке пропорционально имеющейся там освещенности. В момент выхода из фотокатода фотоэлектроны вылетают по различным направлениям.

Рис. 1. Схематическое устройство ЭОП (а)

и ЭОП с трёхэлектродной фокусирующей системой (б):

1 - изображение;

2 - фотокатод;

3 - электронный пучок;

4 - баллон из стекла;

5 - электрод;

6 - держатель;

7 - анод;

8 - экран;

9 - электронное изображение;

10 - люминесцирующий слой;

11 - алюминиевая фольга;

12 - стеклянная стенка;

13 - контактирующее покрытие.

Ускоряющее электрическое поле стягивает фотоэлектроны в узкий пучок, ускоряет и направляет к экрану 7 в точку, лежащую против точки выхода. На экране 7 электронное изображение 6 преобразуется в видимое, благодаря его флюоресценции из-за бомбардировки экрана фотоэлектронами. С экрана изображение может передаваться либо на сетчатку глаза (непосредственно или с помощью окуляра), либо на другое устройство. Такой ЭОП дает линейное увеличение Гэ =1х (отношение линейного размера изображения на экране к линейному размеру на катоде), так как фокусировка электронных пучков осуществляется только за счет действия однородного электростатического поля.

Разрешающая способность такого ЭОП составляет 5-6 пар линий на миллиметр, так как электрическое поле собирает все вылетевшие из одной точки фотокатода фотоэлектроны не в одну точку на экране, а в некоторый кружок (кружок рассеяния) из-за различных направлений начальных скоростей электронов. Диаметр кружка рассеяния определяет разрешающую способность ЭОП. Для повышения разрешающей способности ЭОП электронные пучки фокусируют электростатическим или магнитным полем. Наибольшее распространение получили ЭОП с электростатической фокусировкой. На рис. 1.б. показана конструкция ЭОП с трехэлектродной электростатической фокусирующей системой со следующими параметрами: диаметр фотокатода 80 мм, длина 160 мм, напряжение 18 кВ, диаметр экрана 50 мм, разрешающая способность 30 пар линий на миллиметр. Изменяя потенциал третьего среднего электрода, можно изменять разрешающую способность ЭОП в различных кольцевых зонах экрана за счет перефокусировки электронных пучков при настройке.

Питание однокамерных ЭОП осуществляется от высоковольтных источников напряжения, которые преобразуют постоянное напряжение батареи (2.5 - 5.5 В) в высоковольтное напряжение. На рис. 2 приведена принципиальная схема такого источника напряжения. Его питание осуществляется от низковольтной батареи напряжением 2.5 В. Для преобразования постоянного напряжения в переменное используется блокинг-генератор с положительной обратной связью, он выполнен на транзисторе Т1, трансформаторе Тр1 и резисторах R1, R2, R3. Делитель напряжения R1 - R2 обеспечивает постоянное смещение базы транзистора Т1. Резистор R3 ограничивает ток базы.

Рис. 2. Электрическая схема источника питания однокамерного ЭОП.

В момент включения ток батареи проходит через транзистор, открытый за счет смещения на базе и обмотку W2 , вызывая нарастание магнитного потока в трансформаторе Тр1. При этом в обмотке W1 наводится ЭДС обратной связи, приложенная минусом к базе триода. Это вызывает нарастание тока через обмотку W2 и дальнейшее увеличение ЭДС обратной связи. Этот процесс нарастает лавинообразно до тех пор, пока не наступит режим насыщения и прекратиться нарастание тока. В этом режиме прекратится и нарастание магнитного потока. Следовательно, исчезнет ЭДС обратной связи, что приведет к уменьшению тока в обмотке W2. Это, в свою очередь, вызовет магнитный поток и ЭДС обратной связи, но теперь приложенную к базе плюсом. Когда значение ЭДС превышает напряжение смещения базы, транзистор закроется, и ток в обмотке W2 прекратится. Следовательно, исчезнет и ЭДС обратной связи. Наступил исходный режим, после чего процесс повторяется. В результате в обмотке W2 пульсирует напряжение, которое трансформируется и наводит в обмотке W3 повышенное переменное напряжение. Оно выпрямляется диодом Д1 и заряжает конденсатор С1. Как только напряжение конденсатора С1 достигнет 400-600 В, наступает пробой разрядника Р1 и через первичную обмотку W4 трансформатора Тр2 пройдет импульс тока. Во вторичной обмотке W5 трансформатора Тр2 наводится импульсное напряжение 10-12кВ, которое выпрямляется и увеличивается в схеме умножения, состоящей из Д2, Д3, С2, С3. Предположим, что в некоторый момент в обмотке W5 действует напряжение минусом к конденсатору С2. Тогда конденсатор С2 зарядится через диод Д2 (полярность напряжения на С2 обозначена на рис. 2). Когда напряжение на обмотке W5 сменит полярность, конденсатор СЗ будет заряжаться через диод ДЗ от суммарного напряжения на обмотке W5 и конденсатора С2 (они в этот момент включены последовательно). В результате напряжение на конденсаторе СЗ увеличится и достигнет примерно 18 кВ.