單次瞬變波形測量
正文
這種測量的基本結構如圖1。 有些單次瞬變過程的變化速度極快,全過程只有幾微秒,而且需要著重研究的部分只有幾納秒,甚至亞納秒。這要求波形獲取裝置具有獲取、記錄、存儲高速信號的能力,又要具有對高速變化波形的回響能力(高的通頻帶),保證所錄取信號的失真儘可能小,保存的信息儘可能多。寫速和頻寬是評定單次瞬變波形記錄系統性能的兩個重要指標。示波器顯示照相記錄法 在示波器螢光屏顯示單次波形,通過照相機透鏡在感光膠片上記錄,人工讀取數據。由於螢光材料有足夠的餘輝時間,可以將納秒信號暫存在螢光屏上達若乾微秒甚至毫秒,以使感光材料曝光。這種方法曾是早期核試驗和其他單次過程中獲取數據的主要方法,也是現代實驗室中常用的一種方法。這種方法在60年代中期達到了寫速為 2×1012tw/秒(tw為示跡寬度)、頻寬 1吉赫以上的能力。主要缺點是數據讀取費時,效率低。 帶有存儲功能的螢光屏,曾被作為一種有希望的設備而加以研究,其技術水平達到了寫速為6×1010tw/秒,頻寬400兆赫。
微通道板示波器與掃描相機系統 微通道板示波管,是在一般示波管的螢光屏背後放置一塊具有 104量級的電子倍增能力的微通道板電子倍增器,用以提高被單次納秒脈衝所偏轉的電子束的密度,以解決電子束密度低、示跡亮度不足這一根本問題。亮度問題的解決也促進了偏轉靈敏度和頻寬的提高,並使螢光屏上單次波形的數位化成為可能。70年代中期,出現了微通道板示波器與掃描相機系統,製成了示波器與計算機相結合的一種亞納秒波形數位化系統,寫速達1.75×1011tw/秒,頻寬7吉赫。偏轉靈敏度的提高,使放大器達到了直流至1吉赫的頻寬和10毫伏每格的靈敏度。
瞬態波形數位化系統 這種系統以矽靶存儲雙槍掃描變換管為基礎。矽靶存儲雙槍掃描變換管(圖3)使單次波形直接數位化成為可能。在兩個相對的電子槍中間,放置一個具有存儲能力的矽靶,用寫槍將高速模擬信號寫在靶上,再由讀槍依次將此信號以數字量形式讀出,存儲時間約100微秒。它能完成高速模擬量到慢數字量的轉換。這種設備便於與計算機結合而構成完整的波形數位化系統。寫速可達5×1011tw/秒,頻寬1吉赫,而且可以多台設備聯用,完成複雜的單次高速瞬變過程的測量。 數字波形存儲示波器和波形存儲器 這是一種以半導體器件為基礎的波形數位化裝置,其關鍵部件是模-數轉換器。現代使用的儀器頻寬在 100兆赫以下。這是一種很有發展前途的設備。
單次取樣裝置 將單次波形進行取樣,而後復現,進行數位化處理。20路的取樣器頻寬達到1吉赫,並可將數據接到計算機上進行處理。
電荷耦合器件單次瞬變波形數位化裝置 電荷耦合器件是一種新型半導體表面器件,可用於大容量存儲、攝像和模擬延遲。其存儲和模擬量的延遲功能,給單次瞬變波形測量提供了新的途徑。80年代初,以電荷耦合器件為核心部件的存儲示波器開始生產,其頻寬達到60兆赫。以電荷耦合器件為核心的單次波形存儲器在實驗室已製成頻寬200兆赫、1吉赫的實驗裝置。