ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР

В. Жаворонков, С. Жаворонков

В последнее время арсенал технических средств, используемых для научных исследований, пополнился новым классом приборов - электронно-оптическими преобразователями. Эти приборы стали весьма универсальным инструментом исследований в самых различных областях науки и техники.

Индикатор, описываемый ниже, предназначен для визуализации пространственной картины слабого свечения объектов в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Прибор может быть использован, например, при исследованиях оптических и фотоэлектрических свойств полупроводников светодиодов, характера поведения микроплазмы при динамическом пробое p-n перехода лавинных фотодиодов, процесса развития электронных лавин и стримеров в газовом разряде, изучения люминисценции и т. д. Основные параметры индикатора: спектральный диапазон чувствительности входного фотокатода 400-900 нм; эффективный коэффициент усиления яркости регистрирующей системы около 1000; средняя разрешающая способность по рабочему полю 15 штрихов на миллиметр; диаметр рабочей части входного фотокатода 18 мм; размер рабочего поля на выходном экране 30 мм; электронно-оптическое увеличение до 1,5; оптические искажения, вносимые усилителем яркости, не более 5% в пределах рабочего поля выходного экрана; потребляемая мощность около 1 Вт; габариты 820X200X280 мм, масса не более 5 кг.

Электрическая схема прибора изображена на рисунке. В состав прибора входят оптический блок индикации и высоковольтные преобразователи напряжения. Усилитель яркости выполнен на основе трехкамерного электронно-оптического преобразователя типа У-72М с электростатической фокусировкой электронного изображения. Этот преобразователь имеет многощелочной входной фотокатод и выходной люминисцентный экран желто-зеленого свечения.

Принцип работы преобразователя основан на усилении тока и одновременном покаскадном преобразовании электронного изображения в световое усилительными элементами "люминофор-фотокатод". Изображение излучающего объекта / проецируется линзовой системой 2 (например, объективом "Юпитер-3" или "Вега М-1") на фотокатод 3 с увеличением в 50-100 раз или в масштабе 1:1. Усиленное но яркости и преобразованное в видимую область спектра изображение регистрируется с выходного экрана 4 фотокамерой 5 ("Зенит В", "Нарцисс" и т. п.) или наблюдается визуально. Качество изображения на экране индикатора определяется характеристиками применяемых объективов - разрешающей способностью, оптическими искажениями.

Блок питания прибора представляет собой два транзисторных преобразователя напряжения с умножителями и выпрямителями. Оба работают в режиме прерывистой генерации, что обеспечивает большую экономичность. Блок питания обеспечивает высокое напряжение - 15 кВ и +30 кВ. Получение необходимого для каждой камеры ускоряющего напряжения достигается делением напряжения делителем, составленным из резисторов R7-R14.

Фокусировка изображения на выходном экране прибора достигается установкой определенного потенциала на подфокусирующих электродах относительно катодов (в каждой камере) подбором резисторов R7, R9 и R13.

Для защиты от сильных входных лучистых потоков предусмотрены ограничительные резисторы токе R10, R12, R15 и R19.

Предложенная схема раздельного питания с об щей заземленной точкой позволяет регулировать коэффициент усиления яркости в широких пределах не изменяя других оптических параметров индикатора.

Конструкция и детали. Ферритовые магнитопроводы трансформаторов Tp1 и Тр2 использованы от промышленного трансформатора ТВС-110 П2. Высоковольтные обмотки II трансформатора Tp1 и III, трансформатора Тр2 содержат по 6000 витков провода ПЭВТЛ-2 0,09 и намотаны на многосекционном каркасе из фторопласта (девять секций шириной по 2 мм). В высоковольтной катушке ввод каждой секции изолирован от обмотки фторопластовой лентой толщиной 100 мкм. Выход обмоток выполнен высоковольтным фторопластовым проводом. Катушки после намотки нужно пропитать парафином.

Низковольтная обмотка I трансформатора Tp1 имеет 10 витков провода ПЭВ-2 0,51 с отводом от середины н намотана на каркасе из оргстекла. Обмотки I и II трансформатора Тр 2 содержат соответственно 5 витков провода ПЭВ-2 0,51 и 15 витков провода ПЭВ-2 0,31 и намотаны на каркасе из оргстекла одна поверх другой.

Изоляцией между обмотками служит полиэтиленовая пленка.

Высоковольтные умножители напряжения (Д1 - Д7, С4 - С10 и Д8 - Д10, С13 - С15) вместе с резисторами R15 и R19 залиты парафином. Делитель напряжения из резисторов R7- R14 залит эпоксидным компаундом. Все соединения к точкам с высоким потенциалом выполнены фторопластовым проводом МГТФ 0,12.

Контакты к катодам и подфокусирующим электродам представляют собой латунные колпачки с оболочкой из фторопласта.

В конструкции применены следующие детали: резисторы R8, R11 и R14 - КЭВ-0,5, подстроечные резисторы R1 и R16- ППБ-2, остальные резисторы - МЛТ-0,5, электролитические конденсаторы - К50-6 или К53-1. конденсаторы С4 - С10, С13 - С15 - ПОВ. Измерительные приборы ИП1 и ИП2 - микроамперметры М592 с током полного отклонения 300 мкА.

Транзисторы T1 и Т2 должны быть подобраны с близкими параметрами.

Налаживание. Правильно собранный блок питания налаживания не требует.

Вольтметры ИП1 и ИП2 градуируют в киловольтах. Изменяя напряжение питания резисторами R1 и R16, устанавливают рабочие напряжения.

Изменением ускоряющего напряжения на первой камере резистором R16 регулируют усиление прибора.

Настройка собственно электронно-оптического преобразователя сводится к подбору фокусирующих резисторов R7, R9 и R13 для получения оптимальной фокусировки на экране. Потенциал на подфокусирующих электродах относительно катодов в каждой камере составляет ± (3-120) В. Размещение резисторов R7, R9 и R13 должно допускать возможность переключения выводов, если на соответствующий подфокусирующий электрод нужно подать отрицательный потенциал относительно катода в процессе настройки прибора.

Испытания разработанного прибора показали, что он прост и удобен в обращении. Его применение позволяет на 2-4 порядка повысить чувствительность оптической регистрации слабосветящихся объектов.

В настоящее время прибор используется в исследовательской практике в области физики твердого тела и физики газового разряда.

Описанная конструкция может быть также использована для усиления яркости осциллограмм однократных сигналов с экрана скоростных осциллографов сверхвысокочастотного диапазона. Индикатор может найти применение и в медицинских либо биологических исследованиях, например для изучения биологических объектов в сочетании с оптическим микроскопом, в астрономических наблюдениях слабых звезд, а также в школьных и вузовских учебных экспериментах по физике.

28 выставка конструкций радиолюбителей

Наш баннер
Вы можете поставить наш баннер на своем сайте или блоге, чтобы помочь развитию проекта.
Каталог радиолюбительских схем
Получить код
Навигация
  • Вся информация на сайте структурирована по темам.
  • Каждый тема имеет свою общую страницу с ссылками на материалы.
  • Выбранный материал открывается в новом окне, которое вы можете после просмотра закрыть.
Друзья сайта
Статьи