Пристрій для вимірювання часу встановлення магнітного поля відхільної системи

Устройство для измерения времени установления магнитного поля отклоняющей системы, содержащее формирователь импульсов отклонения, к первому выходу которого подключена исследуемая отклоняющая система, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены последовательно соединенные датчик магнитного поля, блок формирования опорного уровня и регулиру емый делитель напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом электронного ключа, первый и второй входы которого соединены соответственно с датчиком магнитного поля и с выходом формирователя импульсов переменной длительности, первый вход которого соединен со вторым выходом формирователя импульсов отклонения и первым входом триггера, второй вход которого подключен к выходу компаратора, выход триггера соединен с измерителем длительности импульсов и вторым входом формирователя импульсов переменной длительности, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом генератора тактовых импульсов, подключенным к первому входу формирователя импульсов отклонения, и первым выходом схемы предварительной установки длительности, второй выход которой подключен ко второму входу формирователя импульсов отклонения, выход блока установки исходного состояния соединен с третьим входом триггера, третьим входом формирователя импульсов отклонения и пятым входом формирователя импульсов переменной длительности. с > 00 оо о Изобретение относится к области электронной техники, в частности, к магнитным отклоняющим системам для электронно-лучевых приборов. Известна установка для измерения длительности переходных процессов в системах управления электронными пучками электронно-лучевых трубок (ЭЛТ)[1]. содер жащая ЭЛТ, фокусирующе-отклоняющую систему, блоки коррекции искажений пятна и его отклонения, усилители отклонения, формирователь импульсов подсвета, регулируемый элемент задержки, генератор управляющих импульсов, переключатель, регулируемый источник напряжения и ключ, установленные в исследуемых цепях. Недо 9788 статком известного устройства является переменной длительности, триггера, компаследующее. Измерение проводится по экраратора, схемы предварительной установки ну ЭЛТ, причем для повышения точности длительности импульсов, измерителя длитребуется обеспечить коррекцию аберрательности импульсов, обеспечивает формиций отклонения электронного пучка. Визу- 5 рование (и измерение длительности) альная оценка положения подсвеченного импульса, длительность которого равна врепятна носит субъективный характер. Для измени установления переходных процессов мерений при больших отклонениях требуетмагнитного поля отклоняющей системы с ся использование микроскопа с большим заданной точностью относительно устанорабочим ходом тубуса и прецизионным лим- 10 вившегося значения поля, и за счет этого бом или масштабной сеткой окуляра, могуповышена скорость и достоверность измещих обеспечить требуемую точность. рения. Наиболее близким по технической сущПоставленная задача решается тем, что ности к заявляемому устройству является в устройство для измерения времени уставыбранное в качестве прототипа устройство 15 новления магнитного поля отклоняющей сидля экспериментальной проверки переходстемы, содержащее формирователь ных процессов, содержащее ЭЛТ; отклоняимпульсов отклонения, к первому выходу ющую систему, задающий генератор, которого подключена исследуемая отклоняделитель частоты, генератор импульсов ющая система, согласно изобретению, ввеподсвета с регулируемой задержкой, гене- 20 дены последовательно соединенные датчик ратор треугольных импульсов и микроскоп магнитного поля, блок формирования опорного уровня и регулируемый делитель на[2]. пряжения, выход которого соединен с Устройство формирует импульсы тока первым входом компаратора, второй вход прямоугольной формы в одних катушках отклоняющей системы и пилообразного - в 25 которого соединен с выходом электронного ключа, первый и второй входы которого содругих, причем частота прямоугольных имединены соответственно с датчиком магпульсов в два раза ниже пилообразных. Генитного поля и с выходом формирователя нератор импульсов подсвета развертки импульсов переменной длительности, перимеет регулируемую задержку относительно запускающих импульсов прямоугольной 30 вый вход которого соединен со вторым выхядом формирователя импульсов формы. Такое устройство позволяет развоотклонения и первым входом триггера, вторачивать картину переходного процесса отрой вход которого подключен к выходу комклоняющего поля по экрану ЭЛТ, а паратора, выход триггера соединен с наблюдение этой картины с помощью микроскопа позволяет выводить подсвеченное 35 измерителем длительности импульсов и вторым входом формирователя импульсов пятно в точку линии развертки, где переходпеременной длительности, третий и четверной процесс по визуальной оценке устанотый входы которого соединены соответствился с требуемой точностью. венно с выходом генератора тактовых Недостатками этого устройства являютимпульсов, подключенным к первому входу ся низкие объективность и скорость измере- 40 формирователя импульсов отклонения, и ния. Визуальная оценка момента первым выходом схемы предварительной достижения светящейся точки линии разустановки длительности, второй выход котовертки не дает объективного результата и рой подключен ко второму входу формиротребует, кроме микроскопа с достаточно мелкой шкалой, коррекции аберраций от- 45 вателя импульсов отклонения, выход блока установки исходного состояния соединен с клоненного электронного пучка ЭЛТ: фокутретьим входом триггера, третьим входом сировки и астигматизма. формирователя импульсов отклонения и пяНизкая скорость измерений обусловлетым входом формирователя импульсов пена необходимостью включения ЭЛТ в рабочем режиме, коррекции аберраций пучка, а 50 ременной длительности. также использованием визуального метода Введение датчика магнитного поля поотсчета с помощью микроскопа. зволяет получить сигнал, пропорциональВ основу изобретения поставлена заданый индукции магнитного поля, т.е. ча усовершенствования устройства для извеличине отклонения луча по экрану ЭЛТ, а мерения времени установления магнитного 55 введение формирователя опорного уровня поля отклоняющей системы, в котором ввеи регулируемого делителя напряжения дение датчика магнитного поля, блока форполучить опорный уровень, соответствуюмирования опорного уровня и щий отклонению луча с заданной (с порегулируемого делителя напряжения, элекмощью регулируемого делителя тронного ключа, формирователя импульсов напряжения) точностью Введение элект 9788 ронного ключа и компаратора, на один вход которого подан сигнал опорного уровня, позволяет получить импульс, фронт которого соответствует моменту достижения сигнала с датчика магнитного поля величину опор- 5 ного уровня и, т.о., получить второй сигнал управления триггером. Первым сигналом служит передний фронт импульса отклонения со схемы формирователя этого импульса. Благодаря этим двум импульсам 10 длительность импульса с выхода триггера, поступающего на измеритель, соответствует длительности переходного процесса магнитного поля отклоняющей системы от начала отклонения до установления поля с 15 заданной точностью. Формирователь импульсов переменной длительности (со схемой предварительной установки длительности импульсов) служит для установки начальной длительности импульсов 20 тока отклонения, заведомо превосходящей ожидаемую длительность переходных процессов поля отклоняющей системы. Эта схема построена таким образом, что с каждым периодом импульсов отклонения их дли- 25 тельность автоматически уменьшается. Этот процесс уменьшения длительности импульсов блокируется импульсом с выхода триггера при достижении величины этой длительности величины длительности вре- 30 мени установления переходного процесса поля. При этом показания измерителя длительности импульсов, уменьшавшиеся в процессе работы схемы, стабилизируются. Таким образом, введение указанных 35 блоков в указанной взаимосвязи позволяет автоматизировать процесс измерения, исключить влияние субъективности оператора и необходимость включения ЭЛТ в рабочий режим и настройки блоков коррекции абер- 40 раций отклонения электронного пучка и,, тем самым, повысить скорость и достоверность измерений. На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения времени установле- 45 ния магнитного поля отклоняющей системы. На фиг.2 изображены осциллограммы сигналов в различных точках устройства. На фиг.З приведена структурная схема конкретного устройства. 50 Устройство для измерения времени установления магнитного поля отклоняющей системы (фиг.1) содержит последовательно соединенные формирователь 1 импульсов отклонения (ФИО) и отклоняющую систему 55 2 (ОС), а также последовательно соединенные датчик З (Д) магнитного поля, схему 4 формирователя опорного уровня (СФОУ), регулируемый делитель 5 напряжения (РДН). Кроме того, устройство содержит ге нератор 6 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого подключен к первому входу формирователя 1 импульсов отклонения, схему 7 предварительной установки длительности (СПУД), первый выход которой соединен со вторым входом формирователя 1 импульсов отклонения, формирователь 8 импульсов переменной длительности (ФИПД), электронный ключ 9 (ЭК), компаратор 10 (К), триггер 11 (Т), измеритель 12 длительности импульсов (ИДИ) и устройство 13 установки исходного состояния (УУИС), причем второй выход формирователя 1 импульсов отклонения соединен с первым входом формирователя 8 импульсов переменной длительности и первым входом триггера 11, второй вход которого подключен к выходу компаратора 10, первый вход которого соединен с выходом регулируемого делителя 5 напряжения, а второй вход - с выходом электронного ключа 9. Сигнальный вход электронного ключа 9 подключен к датчику 3 магнитного поля, а управляющий вход - к выходу формирователя 8 импульсов переменной длительности. Выход триггера 11 соединен с измерителем 12 длительности импульсов и вторым входом формирователя 8 импульсов переменной длительнрсти, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами генератора 6 тактовых импульсов и схемы 7 предварительной установки длительности. Выход устройства 13 установки исходного состояния соединен с третьим входом триггера 11 и пятым входом формирователя 8 импульсов переменной длительности. ФИО 1 (см. фиг.З) содержит реверсивный счетчик 14 (СЧ1), вход записи которого соединен с СПУД 7, счетный вход соединен с ГТИ 6, вход сброса - с УУИС 13, а выход соединен с входом счетного триггера 15 (Т2). Один выход триггера соединен с входом усилителя 16 (У1) отклонения. Чувствительный элемент 17 соединен с входом широкополосного усилителя 18 постоянного юка. Выход усилителя 18 соединен через фильтр 19 нижних частот с пиковым детектором 20, постоянное напряжение с которого подано на регулируемый делитель напряжения 5. ФИПД 8 содержит трехвходовую схему 21 "И", входы которой соединены соответственно со вторым выходом триггера 15, выходом ГТИ 6 и выходом триггера 11, а выход схемы 21 - со стробирующим входом реверсивного счетчика 22, входы записи начального состояния счетчика 22 соединены с выходом цифрового сумматора 23, одни входы которого соединены с одним из выходов схемы СПУД 7, а другие - с выходом счетчика 24. Вход сброса счетчика 24 соединен с 9788 выходом УУИС, а счетный вход - с выходом схемы "И" 27, один из входов которой соединен с выходом счетчика 22, а второй - с выходом инвертора 26. Вход инвертора 26 соединен с выходом триггера 11. 5 Счетчики, триггеры, сумматор, инвертор, схемы "И" могут быть построены на обычных цифровых микросхемах с требуемой разрядностью и быстродействием. Фильтр 19 может быть выполнен по схеме 10 активного фильтра, на операционном усилителе либо на LC-элементах, Усилитель 16 отклонения является обычным широкополосным усилителем постоянного тока с глубокой отрицательной обратной связью по 15 току в ОС 2, что обеспечивает высокоточное преобразование напряжение-ток. Он может быть выполнен, например, по классической схеме с операционным усилителем на входе, промежуточным усилителем напряже- 20 ния и двухтактным выходным каскадом на мощных транзисторах. Чувствительный элемент 17 Может быть выполнен на магнитотранзисторе, а усилитель 18 сигнала с его выхода - на операци- 25 онном усилителе, включенном по неинвертирующей схеме (для увеличения входного сопротивления усилителя). Устройство 13 установки исходного состояния может быть выполнено в виде триг- 30 гера-защелки и кнопки установки этого триггера в исходное состояние. Устройство работает следующим образом Формирователь 1 импульсов отклонения (фиг.1) вырабатывает импульс тока (см. 35 осциллограмму U 2 (фиг.2) в катушках отклоняющей системы 2, одновременно запуская схему формирователя 8 импульсов переменной длительности. Импульс тока в катушках отклоняющей системы вызывает магнитное 40 поле, воздействующее на датчик 3 поля, сигнал (осциллограмма U 3 фиг,2) с которого поступает на схему 4 формирователя опорного уровня (осциллограмма U 4 фиг.2) и сигнальный вход электронного ключа 9. 45 Формирователь 8 импульсов переменной длительности вырабатывает импульс (осциллограмма U 6 фиг.2), начальная длительность которого задается схемой 7 предварительной установки длительности, 50 поступающий на управляющий вход электронного ключа 9. Длительность его выбрана такой, что сигнал с датчика 3 пбступает через электронный ключ 9 на сигнальный вход амплитудного компаратора 10 в конце дей- 55 ствия импульса тока в катушка* отклоняющей системы 2 (осциллограмма U 7 фиг.2). Поскольку длительность импульсов тока в катушках ОС 2 выбрана заведомо больше длительности переходных процессов (зача 8 стую носящих колебательный характер) в катушках, а также в окружающих металлических телах, в которых появляются токи, наведенные полем ОС, то в первый момент измерений на компараторе 10 сравнивается установившееся значение сигнала с датчика 3 и опорный уровень (осциллограмма U 7 фиг.2). Опорный уровень (осциллограмма U 5 фиг.2) на второй вход амплитудного компаратора 10 поступает с регулируемого делителя 5 напряжения. Регулируемый делитель 5 напряжения калиброван таким образом, что опорное напряжение, снимаемое с него, пропорционально положению пятна на экране ЭЛТ относительно установившегося положения пятна. Например, в положении "0,99" переключателя регулируемого делителя 5 напряжения величина опорного напряжения Uo, подаваемого на второй вход компаратора, составляет 0,99 величины установившегося значения сигнала датчика 3. Критерием окончания переходных процессов является достижение выходным сигналом датчика значения, равного значению опорного напряжения, т.е. в данном примере Uo e 0,99 иуСт. Следовательно, компаратор изменит свое состояние в момент, когда пятно на экране ЭЛТ достигнет положения, отличающегося от установившегося положения на 1%. Сигнал (осциллограмма U 8 фиг.2) с выхода компаратора 10 поступает на первый вход триггера 11, на второй вход которого поступает сигнал с формирователя 1одипульсовотклонения. Выходной сигнал (осциллограмма U 9 фиг.2) триггера 11 поступает на вход измерителя 12 длительности импульсов и один из входов формирователя 8 импульсов переменной длительности. После каждого импульса тока в катушках отклоняющей системы 2 длительность импульса управления электронным ключом 9 с выхода формирователя 8 импульсов переменной длительности увеличивается на величину периода тактовых импульсов и, таким образом, сравнение сигнала датчика 3 с заданным уровнем происходит в более ранние моменты времени (осциллограмма U 6 фиг.2). Длительность импульсов с выхода компаратора 10 также увеличивается, что вызывает укорачивание импульса с выхода триггера 11, и, следовательно, уменьшение показаний измерителя 12 длительности импульсов. При достижении момента, когда уровень сигнала с датчика 3 равен опорному уровню, заданному на втором входе амплитудного компаратора 10 (осциллограмма U 3 фиг.2), длительность импульса с выхода формирователя 8 импульсов переменной длительности не будет изменяться, и, следо 9788 10 гулируемый делитель 5 напряжения, с повательно, длительность импульсов с выхомощью которого выбирается величина дов компаратора 10 и триггера 11 также не опорного уровня Uo, подаваемого на вход будет изменяться. Постоянство длительнокомпаратора 10. Регулируемый делитель 5 сти импульса с выхода формирователя 8 обеспечивается блокировкой тактовых им- 5 напряжения построен таким образом (например, на многопозиционном переключапульсов, поступающих с выхода генератора теле, коммутирующем прецизионный 6 тактовых импульсов, на вход этого формирезистивный делитель), что выходной сигрователя. Блокировка осуществляется поданал соответствует Uo e KoU, где Ко - относичей выходного импульса триггера 11 на формирователь 8 импульсов переменной 10 тельная величина установившегося значения поля, которая соответствует устадлительности. Показания измерителя 12 новившемуся с заданной точностью полодлительности импульсов также станут неизжению пятна на экране ЗЛТ. Величина Ко менными, что свидетельствует о достижеможет, например, принимать значения от нии истинной величины измеряемого параметра - времени установления откло- 15 0,9 до 1,2 с дискретностью 0,01. Таким образом, если Ко - 0,99/КіКгКз, то Uo = 0,99U3 и НЯЮЩЄГО ПОЛЯ С ЗадаННОЙ ТОЧНОСТЬЮ (tycT.)« компаратор 10 изменит свое состояние при Устройство 13 установки исходного состоядостижении сигналом с выхода усилителя ния предназначено для сброса триггера 11, 18 величины 0,99 установившегося значеформирователя 1 импульсов отклонения и формирователя 8 импульсов переменной 20 ния сигнала, что соответствует установлению пятна на экране с точностью 1%. длительности перед измерениями. Отметим, что, поскольку сравнение сигнала Реверсивный счетчик 14 (СЧ1), на вход с датчика 3 происходит с "конца" процесса записи которого занесена информация о установления (см. осциллограмму U 3 и U 7 длительности Т испытательного импульса (см. осциллограмму U 2 фиг.2), которая вы- 25 фиг.2), то в указанный момент срабатывания компаратора (осциллограмма U 3 фиг,2) бирается заведомо большей длительности формируется импульс на выходе триггера переходных процессов, вырабатывает им11, длительность которого густ соответствует пульсы, меняющие состояние триггера 15 установившемуся положению пятна с за(Т2). Информация на вход записи счетчика 14 заносится посредством схемы 7 (СПУД) 30 данной точностью (осциллограмма U 9 фиг.2) так как передний фронт этого импульпредварительной установки длительности, са формируется передним фронтом испытапредставляющей собой набор переключатетельного импульса с выхода триггера 15 лей, позволяющих набирать требуемый код. формирователя 1 импульсов отклонения, Импульс с выхода триггера 15 (Т2), соответствующий переходу из "0" в " 1 " , преобразу- 35 т.е. соответствует началу переходного процесса. ется в ток посредством усилителя 16 (У 1і) отклонения, который питает катушки отклоФормирователь 8 импульсов переменняющей системы 2 (ОС). Отклоняющее поле, ной длительности содержит трехвходовую возникающее в рабочем объеме системы 2 схему 21 "ИГ, разрешающую поступление под действием этого тока, вызывает появле- 40 тактовых импульсов с ГТИ 6 во время дейстние сигнала чувствительного элемента 17 вия импульсов отклонения на вход ревер(ЧЭ) датчика 3 поля, который через усилисивного счетчика 22 (СЧ2), поэтому второй тель 18 (У2) поступает на фильтр 19 (Ф) нижвход схемы 21 соединен с выходом триггера них частот, подавляющий высокочастотные 15, формирующего этот импульс. На вход составляющие сигнала, могущие возник- 45 записи счетчика 22 перед началом измеренуть в поле за счет резонансных свойств ний занесена информация о длительности катушек. Пиковый детектор 20 (ПД), на котоимпульсов с сумматора 23 (С), на один вход рый сигнал поступает с фильтра 19, имеет которого эта информация заносится, как и постоянную времени, примерно на порядок на счетчик 14, со схемы 7 предварительной большую максимального периода импуль- 50 установки длительности импульсов. Отмесов отклонения, поэтому выходной сигнал тим, что задний фронт импульса должен его через 8-10 импульсов отклонения стаоканчиваться раньше заднего фронта имнет практически постоянным (осциллогрампульса отклонения как минимум на величима U 4 фиг 2) и равным U - КіКгКзіІз, где Кі ну периода тактовых импульсов. Сумматор - коэффициент передачи усилителя 18, Кг - 55 23 работает в режиме вычитания, поэтому коэффициент передачи фильтра 19, Кз - кона второй вход его поступает код со счетчиэффициент передачи детектора 20, U3 - уска 24 (СЧЗ), накапливающего информацию тановившееся значение сигнала за счет импульсов, поступающих от схемы чувствительного элемента Полученный сиг25 "И2". Таким образом, при включении уснал с выхода детектора 20 поступает на ретройства на выходе счетчика 22 импульс по 11 12 9788 Применение предлагаемого устройства явится несколько ранее, чем закончится испозволит повысить объективность измерепытательный импульс длительностью Т, и, ний времени установления поля отклоняюследовательно, сигнал с выхода усилителя щей системы за счет автоматизации 18 поступит для сравнения на вход компара5 определения момента достижения полем тора 10 в момент, когда переходные процестребуемой величины, а также измерения сы закончились и поле отклоняющей выделенного интервала времени, соответсистемы приняло установившееся значествующего времени установления поля с зание. После каждого испытательного импульданной точностью. Преимущество са содержание счетчика 24 (СЧЗ) 10 предложенного устройства заключается увеличивается на единицу, а код с выхода также в том, что оно позволяет выделить сумматора 23 уменьшается на единицу, укосоставляющие, которые влияют на время рачивая таким образом период импульсов с установления поля (например, от наведенвыхода счетчика 22 и длительность импульных в деталях конструкции токов). При этом са с выхода триггера 25 (ТЗ). В конечном 15 экономический эффект будет заключаться в счете момент включения сигнала с датчика значительном сокращении времени измеполя 3 на вход компаратора 10 будет сдвирения, в частности, и за счет отказа от длигаться к началу испытательного импульса, тельных и трудоемких операций юстировки т.е. к переходным процессам. Когда включеэлементов фокусирующе-отклоняющего ние сигнала на вход компаратора будет про20 комплекса, в составе которого находится и исходить раньше момента перехода , отклоняющая система, и коррекции аберрасигналом установленного уровня сравнеций отклонения электронного пучка трубки. ния, задаваемого величиной Uo на второй Кроме того, отпадает необходимость в привход компаратора, то сигнал с выхода комменении микроскопа. паратора, пройдя инвертор 26, станет заВ качестве элементной базы устройства прещающим для схемы 27 "И2" и сигнал с 25 согласно фиг.З использовались микросхемы выхода счетчика 22 не будет поступать на серий 155; реверсивные счетчики К155ИЕ6, счетчик 24. Следовательно, код с 'выхода К155ИЕ7, схемы "И" К155ЛАЗ и К155ЛА4, в сумматора 23 не будет изменяться в послекачестве компаратора - 521СА2. дующие такты измерений и период импуль30 Экспериментальное исследование масов с выхода счетчика 22 стабилизируется, кета устройства, выполненное в лаборатокак и длительность импульсов с выхода рии СКВ радиотехнических систем триггера 11. При этом стабилизируются и Львовского политехнического института, показания измерителя 12 длительности импоказало, что время измерения сократилось пульсов, поскольку они определяются дли35 примерно в б раз, субъективность измеретельностью импульса с триггера 11. ний полностью устранена, появилась возможность измерять время установления Счетчик 22 обнуляется при каждом сраполя с заданной точностью в отдельно взябатывании триггера 11. Исходное состояние той отклоняющей системе, т.е., выделить триггера 11 и обнуление счетчиков 14, 22 и 40 влияние окружающих деталей и узлов на 24 обеспечивается перед началом измерепроцесс установления поля. При этом ЭЛТ ний устройством 13 установки исходного соне включалась и, соответственно, аберрастояния, представляющее собой, например, £ ции электронного пучка, возникающие при триггер-защелку и кнопку включения уст_его отклонении, не корректировались. ройства 13. Hi.l.ll.Hlhilluff рп ос из РАИ 5 С9>ОУ • 4 — — »., ч эк 40* ив V9MC ІЗ 3 U9 и? ггпФ oh"! 1 * к н а м і. • г. ио г. t л| і і ЛАА' г 1 ' НІН 1111 II ПНІ ІІІІНІІПІІІ НІШІ НІНІ 88Z.6 9788 Фиг. 3 Техред М.Моргентал Упорядник Замовлення 4551 Коректор О.Обручар Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101