ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2010, № 1, с. 176-177
ПРИБОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ В ЛАБОРАТОРИЯХ
УДК 621.383.9
МНОГОЭЛЕМЕНТНАЯ СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА
© 2010 г. А. А. Большанин, С. М. Слободян, А. Р. Яковлев
Поступила в редакцию 07.07.2009 г.
Система предназначена для регистрации, запоминания и последующего анализа пространственно распределенного импульсного излучения лазерного сигнала в широком диапазоне оптического спектра [1—8]. Конструктивно система выполнена автономной и малогабаритной, содержащей оптическую часть, блок преобразователя "свет—сигнал", микропроцессорный (м.п.) блок управления и адаптации, аналого-цифровой преобразователь, блок буферной памяти и блок сопряжения с компьютером верхнего уровня.
Для преобразования светового излучения в электрический сигнал, адекватно отражающий многомерную картину распределения плотности мощности по площади двумерного сечения импульсного "сгустка" энергии на коротком временном интервале, в оптической части системы регистрации используются фотоприемники с зарядовой связью, кратко описанные в [1, 2]. Оптическая часть и блок преобразователя "свет—сигнал" выполнены как автономные съемные модули — это сделано для расширения функциональных возможностей путем замены типа фотоприемника и оптической схемы формирования сигнала. Дискретный видеосигнал в формате установленного в системе многоэлементного фотоприемника поступает на схему аналоговой обработки, выполненную в стандартном виде — усилителя с двойной коррелированной выборкой. В системе по способу, изложенному в [3, 7], на стадии промежуточного контроля, настройки и диагностики пространственного распределения энергии в оптическом импульсе предусмотрена возможность визуализации на мониторе компьютера или экране запоминающего осциллографа.
М.п.-блок управления и адаптации режима формирует все последовательности сигналов управления, необходимые для работы приемника. В этой последовательности управляющих сигналов предусмотрены возможности: смены вариантов режимов регулировки времени накопления и переноса зарядов; установления, экстраполяции или пролонгации ждущего режима с автоматической (при работе с непрерывным излучением) и внешней синхронизацией (при работе с источником излучения одиночных, квази- и периодиче-
ской последовательности импульсов). М.п.-управ-ление позволяет согласовать выходные уровни преобразователей уровней питания приемника (при смене типа преобразователя "свет—сигнал"). Вывод массива данных, отражающих вероятностное многомерное распределение плотности мощности в пространственно-временном сечении оптического импульса, осуществляется для дальнейшего анализа и обработки в компьютере верхнего уровня в общепринятом стандарте сопряжения м.п.-средств.
Использование в системе микромодульного подхода дает ряд функциональных преимуществ, позволяющих повысить качество путем улучшения параметров системы, приближая ее структуру к оптимальному варианту экспериментального решения физической задачи. В системах диагностики импульсного излучения наилучшим вариантом приемника является симбиоз фотодиодной структуры для накопления сигнала со структурой типа зарядовой связи. Функциональное разделение накопления и вывода зарядов позволяет реализовать как синхронный (с частотой оптических посылок), так и асинхронный режимы регистрации импульсного излучения. Предельное быстродействие в синхронном режиме регистрации оптических импульсов ограничено скоростью рекомбинации "фотон—носитель заряда" (~10-14 с), максимальная частота смены регистрируемых оптических полей — скоростью переноса заряда из фотоэлементов в отдельный регистр переноса (~10-8—10-9 с). Оптимизация принципов структурной и конструктивной топологии элементов приемника приводит к достижению: высокого пространственного разрешения; существенного снижения уровня шума в видеосигнале; большого динамического диапазона; нечувствительности к световым перегрузкам (антиблуминг); высокого контраста с сохранением разрешения; сохранению линейности световой характеристики при регистрации фемто- и наносекундных световых импульсов [1—8].
Основные технические характеристики. Оптический диапазон спектра регистрируемых излучений 260—1100 нм (определяется применяемым
МНОГОЭЛЕМЕНТНАЯ СИСТЕМА
177
приемником); пороговая чувствительность (для одного из линейных приемников и He-Ne-лазера X = 0.63 мкм) ~ 200 фотонов/элемент; динамический диапазон световой характеристики ~103; погрешность коррекции нелинейности световой характеристики (при расширении динамического диапазона до 104) не превышает 7%. Число, геометрия и размеры чувствительных элементов соответствуют паспортным параметрам устанавливаемого в систему приемника изображения. Диапазон изменения времени накопления — 106; интерфейсы — стандартные (SCI, SPI). Тактовая частота вывода видеосигнала устанавливается паспортной. В системе предусмотрено увеличение быстродействия за счет управления форматом рабочего поля приемника. Параметрами управляет PIC-микроконтроллер. Программы-драйверы устройств управления режимами написаны на языке С и его модификациях, скомпилированных под Micro-C. Технические решения, положенные в основу системы, защищены патентами и изобретениями, в том числе [5—8].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Слободян С.М. Телевизионная диагностика лазерных пучков. Барнаул: Азбука, 2006.
2. Волков В.Ф., Пешель А.К., Слободян С.М., ТырышкинИ.С. // ПТЭ. 1981. № 6. С. 176.
3. Букатый В.И., Мищенко Н.И., Слободян С.М., Ча-поров Д.П. // ПТЭ. 1976. № 2. С. 166.
4. Большанин А.А., Слободян С.М., Яковлев А.Р. // ПТЭ. 2009. № 6. С. 141.
5. Большанин А.А., Слободян С.М., Яковлев А.Р. // ПТЭ. 2009. № 6. С. 142.
6. Слободян С.М. А.с. 466825 СССР. Приоритет от 16.03.1972.
7. Мищенко Н.И., Слободян С.М., Чапоров Д.П., Букатый В.И. А.с. 566494 СССР. Приоритет от 12.05.1975.
8. Слободян С.М., Яковлев А.Р. А.с. 1457794 СССР. Приоритет от 21.01.1981.
Адрес для справок: Россия, 634004, Томск, просп. Ленина, 30, Томский политехнический университет, кафедра ЭСТ ЭЛТИ. Тел. 8-3822-563267. E-mail: sms_46@ngs.ru
12 ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА № 1
2010
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.