Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов ШИТОВ ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ

Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов
<
Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

ШИТОВ ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ. Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов: диссертация ... кандидата технических наук: 05.27.02 / ШИТОВ ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ;[Место защиты: Рязанский государственный радиотехнический университет].- Рязань, 2015.- 133 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Шумовое и импульсное зондирование - источник информации для оперативной опенки качества термокатодов 12

1.1 Шумовое зондирование и устройства для измерения шумовых параметров 12

1.1.1 Шумы термокатодов 12

1.1.2 Аппаратура для измерения шумов 14

1.1.3 Автоматизированные установки для измерения шумов 20

1.1.4 Определение информативных параметров по результатам измерений шумов термокатодов 23

1.2 Импульсное зондирование термокатодов 27

1.2.1 Импульсное зондирование как способ определения эмиссионных параметров термокатодов 27

1.2.2 Устройства для импульсного зондирования и их параметры 28

1.3 Выводы 33

ГЛАВА 2. Программно-аппаратный комплекс на основе модуля импульсного зондирования термокатодов и системы сбора данных national instruments 35

2.1 Разработка модуля импульсного зондирования (МИЗ) 35

2.1.1 Назначение, особенности и параметры МИЗ 35

2.1.2 Структурная схема и принцип работы МИЗ 36

2.1.3 Разработка основных блоков МИЗ 38

2.2 Исследование параметров импульсов для зондирования экспериментальных образцов.. 45

2.3 Разработка программно-аппаратного комплекса на основе модуля

импульсного зондирования термокатодов и системы сбора данных National Instruments.48

2.4 Разработка программного обеспечения для импульсного зондирования 50

2.5 Определение эмиссионных параметров катодов по результатам

импульсного зондирования 56

2.6 Выводы 61

ГЛАВА 3. Программно-аппаратный комплекс на основе модуля шумового зондирования термокатодов и системы сбора данных national instruments 62

3.1 Модуль измерения шумов, назначение и параметры 62

3.2 Разработка модуля измерения шумов 65

3.2.1 Выбор метода измерения шумовых параметров 65

3.2.2 Выбор и исследование схемы включения экспериментальных образцов для измерения шумов 66

3.2.3 Структурная схема модуля 68

3.2.4 Разработка и исследование усилителя шумового напряжения 69

3.3 Оценка влияния низкочастотной (фликкерной) составляющей шума на результаты измерения дробового шума 75

3.4 Разработка и исследование блока детектирования шумового сигнала

3.5 Порядок проведения измерений 81

3.6 Разработка автоматизированного комплекса для шумового зондирования 86

3.6.1 Выбор системы сбора данных для совместного использования с модулем измерения шумов 86

3.6.2 Разработка структурной схемы 88

3.6.3 Разработка преобразователя уровня напряжений 90

3.7 Разработка программного обеспечения автоматизированного комплекса 90

3.8 Тестирование диагностического комплекса 98

3.9 Выводы 102

ГЛАВА 4. Диагностика термокатодов по результатам шумового зондирования 103

4.1 Разработка программного обеспечения для нахождения шумовых параметров по результатам шумового зондирования 103

4.2 Оценка информативности шумовых параметров для прогнозирования надежности 110

4.3 Алгоритм диагностики термокатодов с использованием импульсного и шумового зондирования 122

4.4 Выводы 124

Заключение 125

Список литературы 1

Автоматизированные установки для измерения шумов

Среди флуктуационных процессов, протекающих в электровакуумных приборах, особое положение занимают фликкер шум и дробовой шум. Впервые дробовой шум электровакуумного диода в режиме ограничения тока температурой катода описан Шоттки [1-3] в 1918 году. Низкочастотные шумы, проявляющиеся в лампах на низких частотах помимо и сверх дробового, получили название фликкер-эффект и были описаны Джонсоном в 1925г в ходе исследования ламп, работающих в режиме насыщения [4]. В 1926 году Шоттки связал фликкер шум с состоянием эмитирующей поверхности [5]. В работе [6] установлено, что фликерная и дробовая составляющие подавляются пространственным зарядом в разной степени. Шумы термокатодов в режиме ограничения тока пространственным зарядом подробно изучены в работах [7-11]. Позже были получены теоретические соотношения, позволяющие рассчитать шум в различных режимах работы диода [12, 13].

Первоначально шумы рассматривались лишь как физическое ограничение параметров усилительных ламп [14,15]. Однако накопленные экспериментальные данные по различным типам эффективных термокатодов [16-19] и появление многочисленных работ, посвященных изучению влияния механизма возникновения низкочастотных шумов катода [20-25], привели к пониманию, что шумы электровакуумных устройств можно использовать, как инструмент диагностики термокатодов [26-29]. Принцип шумовой диагностики основан на том, что эмиссионная неоднородность термокатода непосредственно связана с его шумовыми параметрами [27], в то же время эмиссионная неоднородность может быть следствием наличия дефектов эмитирующей поверхности, сокращающих срок службы и ухудшающих его эмиссионные свойства. Для выявления таких дефектов и отбраковки вакуумных приборов могут использоваться низкочастотные шумы. Как известно, уровень шумов является параметром, сильно изменяющимся при изменении режима отбора тока с катода. В [28] приводится способ отбраковки катодов на основании измерения фликкер-шума при двух значениях тока, отбираемого с катода. Отношение измеренных уровней шумов зависит от тока эмиссии катода и увеличивается при его снижении. Критерием при отбраковке является сопоставление отношений шумов для исследуемого прибора с термокатодом и диодного образца с катодом такого же типа.

Дробовой шум не менее информативен для контроля качества катодов. Так, например, в работе [29] показано отличие шумовых параметров катодов с различными эмиссионными свойствами, обусловленное различной степенью демпфирования шума объемным зарядом. Также показано, как использование этого фактора позволяет проводить контроль степени активировки катодов.

Спектральная характеристика шума современных эффективных термокатодов (рис. 1.1), как правило, содержит явно выраженный участок, имеющий вид 1 / / , где Р близко к единице [30-32]. Этот участок соответствует фликкерной компоненте шума.

В зависимости от типа катода и режима его работы, на частотах ЮкГц.ЛмГц (Q вклад фликкерной компоненты становится сопоставимым с уровнем дробового шума. На более высоких частотах общий уровень шума катода в основном определяется дробовой компонентой [30, 31]. Спектральная плотность дробового шума для катода в диодной системе, работающей в режиме насыщения, определяется теоремой Шоттки: St(f) = 2ela (1.1) где /а - анодный ток измеряемого образца, е - заряд электрона. В режиме пространственного заряда дробовой шум демпфируется и его спектральная плотность определяется соотношением где Г2 - коэффициент депрессии, составляющий обычно 0,001...0,1. Для характеристики уровня дробового шума часто используется эквивалентный ток шумового диода, работающего в режиме насыщения /эк и создающего такой же шум.

Спектральная характеристика шума термокатодов предопределила подходы к проектированию измерительных устройств. В том случае, если целью являлось измерение частотно независимого дробового шума термокатодов, при проектировании пользовались схемами, содержащими эталонный шумовой диод и цепи, ограничивающими полосу пропускания измерительного тракта [33-36]. В работе [33] описывается измерительная система, где для ограничения полосы пропускания используется параллельный колебательный контур, подключенный непосредственно к аноду измеряемого образца. Недостаток такого решения проявляется в необходимости определения собственного шума системы в каждой точке измеряемой характеристики из-за влияния дифференциального сопротивления измеряемого образца на полосу пропускания. Кроме того, резонансный контур, подключенный к аноду образца, значительно снижает помехозащищенность. Нестабильность работы схемы вынудила разработчиков использовать преобразование частоты - с частоты измеряемого сигнала 2МГц до 1 кГц, что не могло не повлечь появление дополнительной погрешности, связанной с процессом преобразования. В работе [34] описывается схема для измерения дробового шума термокатодов в составе усилительных ламп. Для обеспечения возможности измерения ламп различных конструкций, разработчики использовали трансформатор, позволяющий проводить согласование входного усилительного каскада с дифференциальным сопротивлением измеряемой лампы. В этой конструкции в качестве предусилителя применен сдвоенный триод 6AQ8, включенный по каскодной схеме. Согласование первого и второго каскада обеспечивается применением трансформатора. Недостатком этой измерительной системы является необходимость проведения большого количества предварительных калибровочных измерений, плохая помехозащищенность схемы за счет использования согласующих индуктивных элементов. Кроме того, ширина полосы пропускания измерительного тракта составляет 20кГц, а центральная частота - 470кГц, что может быть недостаточно для отсечения фликкерной составляющей шума некоторых типов ламп. Сходная конструкция, описанная в [35] обладает теми же недостатками, за исключением того, что обеспеченная конструкторами возможность изменения частоты измерения позволяет отсечь фликкер шум.

Спектральная характеристика шума катодов может существенно ограничивать область применения ЭВП на их основе. Результатам разработки оборудования для ее измерения посвящено большое количество работ. В [37] описывается мультиканальный спектроанализатор, предназначенный для измерения фликкерного шума вакуумных ламп. Устройство позволяет проводить измерения в диапазоне частот 10Гц.. ЮкГц. Измеряемый образец ЭВП подключается как усилитель первой ступени модуля предусилителя, далее усиливаемый сигнал поступает на основной усилитель, после чего попадает на полосно-пропускающие фильтры, обеспечивающие пропускание фиксированных частот. Выход каждого фильтра снабжен отдельной измерительной цепью и термисторным детектором. Измерение проходит поэтапно, на каждом этапе на вход измеряемого образца подается синусоидальный сигнал, частота которого равна частоте измерения. Зная параметры калибровочного синусоидального сигнала, из показаний детектора вычисляется мощность шумового сигнала.

Назначение, особенности и параметры МИЗ

Интегральная микросхема DA1 генерирует ШИМ сигнал, в соответствии с которым открывается и закрывается встроенный MOSFET транзистор. При закрытии транзистора энергия, накопленная в первичной обмотке трансформатора, передается во вторичную цепь. Каждый раз при перезапуске микросхемы генерация начинается с "плавного пуска"- генерации с максимальной скважностью. Вывод "Z," используется для автоматического отключения генерации при выходе напряжения на микросхеме из диапазона 150..430В. Таким образом, реализуется защита от выхода напряжения питания из разрешенного диапазона. Принцип регулирования выходного напряжения использован следующий - когда напряжение на делителе выходного напряжения превышает управляющее напряжение, то на выходе компаратора DA2.B напряжение становится равным напряжению питания компаратора, и оптотранзистор DA3 коммутирует управляющий вывод микросхемы с выводом "D\ в результате чего генерация прерывается, и напряжение на выходной емкости источника начинает снижаться. Как только выходное напряжение снизится настолько, чтобы напряжение на делителе напряжения стало меньше опорного, генерация возобновляется, причем возобновляется с "плавного пуска", что позволяет снизить колебания выходного напряжения. Для регулировки выходного напряжения вручную в схеме присутствуют переменные резисторы R15 и i?17, предназначенные для плавной и грубой регулировки соответственно. При измерениях в автоматическом режиме, управляющее напряжение с ЦАП подается на компараторы через делитель, образованный резисторами i?13, R16. Напряжение с источника подается на блок фильтрации, состоящий і?С-фильтра и дросселя подавления электромагнитных помех. Таким образом, формируется комплексный НЧ фильтр, снижающий пульсации выходного напряжения до 2В (среднеквадратичное значение). Источник защищен от перегрузки и короткого замыкания на выходе. Источник защищен от бросков сетевого напряжения; при выходе сетевого напряжения из диапазона 110..300В генерация импульсов автоматически прерывается.

Задачей блока формирования импульсов является формирование микросекундных импульсов анодного напряжения, подаваемых на анод экспериментального образца путем его коммутации с высоковольтным источником питания. От выбора типа применяемого коммутационного элемента зависит форма импульса анодного тока и его минимальная длительность. Минимальная длительность импульсов порядка единиц микросекунд не позволяет использовать электромеханические коммутационные элементы, такие как реле или контакторы. Среди полупроводниковых элементов, используемых для работы в ключевом режиме, необходимым быстродействием, диапазоном максимального напряжения и тока обладают некоторые типы MOSFET и IGBT транзисторов, а также некоторые тиристоры и симисторы. В качестве коммутирующих элементов для разрабатываемого модуля применять тиристоры и симисторы нельзя, так как для того, чтобы закрыть тиристор, необходимо не только снять управляющее напряжение с управляющего входа, но и снизить до нуля коммутируемое напряжение, что не соответствует режиму работы МИЗ. Падение напряжения коллектор-эмиттер IGBT транзисторов зависит от коммутируемого тока, что неизбежно приведет к возникновению дополнительной погрешности при измерении. Поскольку сопротивление открытого канала MOSFET транзистора практически не зависит от протекающего тока сток-исток, можно будет учесть его влияние на амплитуду импульсов анодного напряжения и тока при обработке данных, что позволяет его использовать в модуле импульсного зондирования.

Блок формирования импульсов и измерения амплитуд был выполнен в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.4. В качестве коммутирующего элемента было решено использовать высоковольтный MOSFET транзистор с сопротивлением открытого канала 0,4 Ом (1/71). Когда на затвор транзистора подается разрешающий микросекундный импульс, цепь исследуемый образец -датчик тока - накопительный конденсатор замыкается. Таким образом, на анод исследуемого образца приходит импульс анодного напряжения, амплитуда которого равна разности напряжения на накопительной емкости и падения напряжения на открытом канале MOSFET транзистора.

Для того чтобы отслеживать амплитуду анодного тока, используется датчик тока і?дт и делитель анодного напряжения R4, R5. Сигналы с них могут подаваться на осциллограф при измерениях в ручном режиме и на два канала АЦП в автоматическом режиме. Резистор R\ служит для ограничения максимального тока зарядки емкости затвор-исток, резистор R1 обеспечивает разряд этой емкости (а значит, и закрытие транзистора), по окончанию разрешающего управляющего импульса.

Частота и длительность импульса анодного напряжения, формируемого при открывании транзистора VT\ (рис. 2.4), должна задаваться управляющим импульсом. Для формирования этого импульса был разработан генератор, схема которого представлена на рис. 2.5. in Vout GND

На микросхеме-таймере DA\ (LM555) собран низкочастотный генератор прямоугольных импульсов. Частота этих импульсов определяет частоту следования микросекундных импульсов анодного напряжения на исследуемом экспериментальном образце. Частота следования может изменяться в пределах 5..50Гц при помощи переменного резистора R2 (времязадающая цепь RI-R2-C5). Далее, импульсы подаются на микросхему К155АГ1, включенную по схеме ждущего одновибратора, задача которой - ограничение длительности импульсов до Г.ЗОмкс, в зависимости от сопротивления переменного резистора R3 (времязадающая цепь R3-R4-C6). Так как амплитуда микросекундных импульсов напряжения на выходе К155АГ1 недостаточна, чтобы открыть ключевой транзистор в блоке формирования импульсов, она увеличивается с помощью микросхемы-драйвера МС34151Р до 12 вольт. Для снижения помех питание драйвера осуществляется через НЧ фильтр R5 СП. Питание блока осуществляется от сети переменного тока через понижающий трансформатор 77, что делает блок гальванически развязанным с импульсным управляемым источником питания. Гальваническая развязка позволяет осуществлять управление ключевым транзистором в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.4.

Для определения параметров были проведены испытания модуля в ручном режиме. Амплитуда, длительность и частота следования импульсов задавались с помощью переменных резисторов, и контролировались с помощью осциллографа. На рис.2.6 представлена типичная осциллограмма импульса анодного тока. Импульс имеет прямоугольную форму и явно выраженный переходной участок со стороны фронта, обусловленный наличием паразитных емкостей и индуктивностей. Переходной процесс не оказывает влияния на результат измерений в ручном режиме, так как амплитуда импульса определяется по "полочке импульса". Однако при измерениях в автоматическом режиме возможна ситуация, когда момент получения выборки АЦП совпадает по времени с протеканием переходного процесса, что приведет к возникновению дополнительной погрешности.

Выбор и исследование схемы включения экспериментальных образцов для измерения шумов

Значение Af для экспериментальной партии образцов составило 3,6 %. Если для экспериментальных образцов с катодами других типов окажется, что значение погрешности А будет существенно больше, необходимо будет принять дополнительные меры для подавления низкочастотной составляющей измеряемого сигнала. Это можно сделать, изменив номиналы элементов, применяемых в обратной связи операционных усилителей. Можно также изменить номиналы элементов резонансного контура, чтобы сдвинуть полосу пропускания усилителя в область более высоких частот. 3.4 Разработка и исследование блока детектирования шумового сигнала.

Для шумовых измерений могут применяться различные виды детекторов устройств, преобразующих усиленный шумовой сигнал /ш в постоянный уровень напряжения. Обычно используют квадратичные или линейные детекторы [55]. Выходное напряжение линейного детектора пропорционально среднеквадратичному значению шумового напряжения ш . [ПО]. Выходное напряжение квадратичного детектора пропорционально мощности шума (квадрату шумового напряжения U ). В качестве квадратичных детекторов могут применяться различные схемы, аппроксимация квадратичной передаточной характеристики которых осуществляется с помощью применения полупроводниковых элементов. Отклонение передаточной характеристики от квадратичной для таких устройств может быть менее 0.5 дБ [54], но их общим недостатком является сложность настройки и температурная нестабильность. Широко применяемые в диапазонах ВЧ и СВЧ детекторы на различных термоэлементах позволяют проводить измерения с большой точностью Их недостатками являются инерционность и нестойкость к перегрузкам.

Детектирование шума может осуществляться цифровыми методами, требующими применения АЦП, частота дискретизации которых значительно превышает частоту измеряемого сигнала, либо специальных сигнальных процессоров (Digital Signal Processor, DSP) [120,121]. Преимуществом цифровых методов является возможность формирования произвольной передаточной характеристики, что может потребоваться для компенсации нелинейности шумового усилителя. Кроме того, имеется также возможность изменения постоянной времени детектирования для подбора необходимого сочетания погрешности и длительности измерения шумов. Вместе с тем, процесс обработки данных с АЦП часто требователен к производительности ЭВМ и не всегда может позволить выводить результаты в режиме реального времени, а применение DSP требует специального дорогостоящего программного обеспечения. Подходящим типом детектора для разрабатываемого модуля является аналоговая микросхема "True RMS detector" ADS361. Данный тип микросхем позволяет преобразовывать сигнал произвольной формы в постоянное напряжение, пропорциональное среднеквадратичному значению напряжения /[/.

Вычисление последнего реализовано путем обработки аналогового сигнала (напряжения) с помощью операционных усилителей (аналоговое вычисление). Преимуществами такого типа детекторов является линейность передаточной характеристики, широкий частотный диапазон, возможность изменять постоянную времени (что может потребоваться для снижения погрешности измерения) путем подключения внешнего конденсатора. Для блока детектирования на основе ADS36 разработана электрическая схема, представленная нарис. 3.10.

Сигнал с усилителя шумового напряжения подается на вход Rfin микросхемы - детектора DA2 (ADS361) через конденсатор С4. Конденсатор С4 изолирует вход микросхемы по постоянному току, кроме того, С4 и резистор R\ представляют собой высокочастотный фильтр. Конденсатор С5, подключенный к выводу Cfjtr микросхемы, необходим для работы внутренних цепей. Погрешность работы детектора зависит от стабильности напряжения на выводе Iref (определяющим режим работы внутреннего источника опорного напряжения), а также от стабильности напряжения питания. Поэтому питание микросхемы осуществляется от интегрального стабилизатора напряжения DA\ (тс3369) с напряжением стабилизации 5В. Конденсаторы С\, С2, СЪ используются для повышения помехозащищенности блока. По данным производителя, напряжение на выходе микросхемы линейно зависит от среднеквадратичного значения напряжения входного сигнала в диапазоне 0..700мВ.

Из наклона аппроксимирующей прямой был определен коэффициент преобразования, его значение составило 3.705 В /VВ2. Передаточная характеристика блока детектирования и найденное значение коэффициента преобразования соответствуют данным, указанным производителем. Это означает, что блок спроектирован правильно и может быть использован в модуле для измерения шумов. Компоненты блока детектирования 7?1, С4, С5 выбраны таким образом, чтобы постоянная времени детектирования г составила 5с.

Для того чтобы выяснить, как блок детектирования работает в сочетании с остальными структурными элементами модуля, были проведены испытания. Целью испытаний было выявление зависимости выходного напряжения детектора от мощности шумового напряжения на входе усилителя. В качестве источника шумового напряжения был использован шумовой диод 2ДЗБ. Спектральная плотность дробового шума St шумового диода в режиме насыщения определяется его анодным током 1а:

Оценка информативности шумовых параметров для прогнозирования надежности

Диагностический комплекс с модулем для шумового зондирования (гл.З) позволяет в реальном времени получать шумовые характеристики, которые согласно физической модели содержат информацию об эмитирующей поверхности катода, однако практическое их использование для диагностики затруднительно. Необходимо обеспечить исследование характеристик, получаемых при различных режимах зондирования, проведение их сравнительного анализа и обработку с целью определения параметров для диагностики, например, согласно изложенному в гл. 1 алгоритму.

Для этого в среде MATLAB разработана многофункциональная программа обработки результатов шумового зондирования. Алгоритм программы предусматривает считывание и сравнительный анализ результатов измерения шумовых характеристик, вычисление функции распределения слабоэмиттирующих участков F по плотностям тока эмиссии j3 а также вычисления шумовой площади 5щ.

Основной алгоритм программы представлен на рис. 4.1. На первом этапе производится считывание файла данных, полученного с помощью комплекса. Файл содержит массив анодных напряжений Ua, токов 1а и шумовых токов 1Ш, полученных в результате автоматических шумовых измерений. После считывания файла получают зависимости Im(Uj, Im(IJ - вольт-шумовые (ВШХ) и ампер-шумовые (АШХ) характеристики соответственно. Предусмотрена возможность работы с файлами такого же формата, сформированных вручную по результатам измерений в ручном режиме.

Шумовые характеристики, построенные непосредственно после завершения считывания, включают в себя все без исключения результаты шумового зондирования. Каждая из зависимостей включает в себя до 2000 точек. Считанные и построенные ВШХ, АШХ могут рассматриваться как информативные для исследуемого образца и использоваться при сравнительном качественном анализе. Вместе с тем из-за большого числа точек, по которым они построены, и влияния помех, возникают проблемы расчета шумовых параметров, связанные с вычислением производных на различных участках характеристики. В качестве примера на рис. 4.3 показана ВШХ, содержащая все считанные результаты зондирования. Ввиду явной непригодности такой характеристики для дальнейших вычислений в программе предусматривается процедура усреднения, нацеленная на уменьшение числа точек, по которым строится зависимость, и сохранение при этом содержащейся в ней информации. шумового зондирования Согласно алгоритму усреднения, исходный массив точек разбивается на интервалы, каждый из которых содержит одинаковое число точек п (число полученных при измерениях точек), выбираемое автоматически, в зависимости от количества точек исходной зависимости и полного времени ее измерения. В основном окне программы этот параметр обозначен как "количество усредняемых точек". Внутри каждого интервала производится нахождение среднего арифметического значения Ua и Іш. В результате получается массив, содержащий значения U&, /а, 1Ш, размер которого меньше размера исходного массива в л раз. Вертикальными линиями отмечены интервалы, на которые разбита исходная кривая. Точки, полученные после усреднения, отмечены маркером. Результирующая характеристика, построенная по этим точкам, показана на рис. 4.5

Межэлектродное расстояние daK вводится пользователем в специальном поле. Так как дальнейшие вычисления 5щ (1.6) включают операции дифференцирования, массив исходных точек должен быть преобразован в непрерывную функцию. Для этого средствами MATLAB проводится интерполяция рассчитанной функции 1Ш{/Э). На рис. 4.6 представлен пример зависимости 1Ш{/Э) после интерполяции.

Как видно, в ходе кривых наблюдаются заметные различия, которые согласно [66] могут отражать различное содержание слабоэмитирующих участков на эмитирующей поверхности катодов. На этом основании форму каждой кривой можно рассматривать как информативный параметр для катода вместе с обычно используемыми эмиссионными параметрами. Практическое использование такого параметра затруднительно и целесообразно только на стадии предварительного визуального анализа. Вместе с тем, предварительный анализ с учетом режимов шумового зондирования является необходимым условием для формирования других информативных параметров, отличных от Sm.

Одним из наиболее важных и ответственных компонентов диагностики катодов помимо определения существующих эмиссионных параметров является оценка или прогнозирование надежности. Такая оценка является наиболее трудоемкой и дорогостоящей, так как сопряжена с необходимостью проведения длительных разрушающих испытаний. Надежность катодов обычно характеризуется средней наработкой на отказ. Время наработки на отказ для современных типов катодов исчисляется десятками и сотнями тысяч часов, поэтому даже при проведении испытаний в ускоренном режиме диагностика требует больших временных затрат. Очевидно, что для оценки надежности необходимы разрушающие испытания ограниченной по объему выборки из большой партии серийно изготавливаемых катодов, выполняющей роль обучающей.

Как правило, при оценке надежности речь идет о выходе параметров ЭВП за границы определяемого ТУ диапазона, которое возникает при определенном снижении эмиссионных свойств. Поэтому в работе решено оценивать качество катодов с помощью параметра Р, отражающего степень деградации эмиссионных свойств после длительной работы.

В качестве примера реализации одного из вариантов оценки качества катодов по результатам шумового зондирования было рассмотрено прогнозирование р. При этом необходимо провести исследование выборки с целью нахождения параметров дробового шума «эффективная шумовая площадь" Sm по ВШХ.

Похожие диссертации на Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов