Политрон вакуумный электронно-лучевой прибор с электростатическим управлением пучком медленных (нерелятивистских) электронов для нелинейного преобразования сигналов. Изобретатели политрона: А. И. Ставицкий и В. Н. Жук (авторское свидетельство 113634, 10.12.1956), серийный выпуск был начат в 70-х годах XX века.
Альберт Николаевич Никитин, Андрей Николаевич Даровских и Анатолий Иванович Ставицкий главные исследователи политрона.
Политрон представляет собой функциональный электронно-лучевой прибор, принцип действия которого основан на взаимодействии электрических полей с электронным лучом в вакууме. Политрон осуществляет пространственно-временное преобразование сигналов, имеет широкие функциональные возможности, высокую надёжность, устойчивость к внешним воздействиям и простоту работы. Политрон применялся в области диагностики, идентификации и моделирования. Прибор использовался в системах преобразования информации, в том числе в системах преобразования многомерных сигналов, в системах пространственной фильтрации, распознавания и классификации сигналов, в системах управления, регистрации полей, статистического моделирования и измерения.
Экспериментальные результаты были получены в процессе решения целого ряда прикладных задач в интересах военно-промышленного комплекса и подтверждены большим числом протоколов, докладов, публикаций. Политрон показывает неклассическое поведение и превышает на несколько порядков разрешающую способность традиционных методов распознавания и классификации сигналов, позволяет находить и определять полезную информацию при высоком уровне белого шума или зашифрованную.
Конструкция политрона
Конструктивно политрон выполнен в виде электровакуумного прибора и напоминает обычную электронно-лучевую трубку с двумя функциональными зонами: формирующей и операционной. Конструкция прибора обеспечивает повышенную чувствительность к микроструктуре сигнала.
На рис. 1 показан внешний вид политрона. Длина прибора 170 мм, поперечный диаметр операционной зоны 60 мм, диаметр формирующей зоны 35 мм. Частотный диапазон, габариты, малая потребляемая мощность и долговечность позволяют использовать политрон в системах с различными конфигурациями технических средств.
Схематическое изображение конструкции показано на рис. 2, паспорт политрона, основные технические данные приведены на сайте (`http://www.politron.freeservers.com/pasport.html).
Первоначально прибор был задуман как электрически управляемый нелинейный или функциональный преобразователь величин тока или напряжения в диапазоне частот от 0 Гц до 30 МГц.
Высокая надёжность прибора при эксплуатации объясняется отсутствием внутри политрона замкнутых электрических цепей. Вся работа прибора регулируется путём изменения характеристик поля. Единственным наиболее уязвимым местом является узел катода, гарантированный срок службы которого и определяет общую долговечность прибора.
Политрон система нелинейного преобразования многомерных сигналов.
Принцип работы
Политрон это электровакуумная лампа с фигурным анодом и множеством функциональных электродов в области её операционной зоны. В отличие от осциллографических трубок систем линейного преобразования электрических сигналов в изображение, политрон является системой нелинейного преобразования сигналов. Особенностью политрона является возможность использовать его в системах преобразования информации при работе с помехами, вносящими какие-либо искажения в выходной сигнал, и такие искажения могут рассматриваться как полезный продукт, отражающий результат взаимодействия сигнала и системы его преобразования.
Политрон может быть использован для моделирования случайных сигналов и процессов как одномерных, обычно временных, так и двумерных пространственных.
Политрон используется в схемах преобразования сигналов, при этом форма представления входного электрического сигнала может быть цифровой, аналоговой и комбинированной. Прибор можно использовать в качестве преобразователя многомерных сигналов с возможностью их последующего восстановления. Политрон позволяет реализовывать динамические операторы преобразования сигналов, обладающие способностью к адаптации.
Принцип работы политрона позволяет зафиксировать и учесть взаимовлияние прибора и среды, в которой он находится и с которой взаимодействует.
Политрон используется в схемах преобразования сигналов, при этом форма представления входного электрического сигнала может быть цифровой, аналоговой и комбинированной. Прибор можно использовать в качестве преобразователя многомерных сигналов с возможностью их последующего восстановления. Политрон позволяет реализовывать динамические операторы преобразования сигналов, обладающие способностью к адаптации.
Принцип работы политрона позволяет зафиксировать и учесть взаимовлияние прибора и среды, в которой он находится и с которой взаимодействует.
Политрон является преобразователем пространственного (или многомерного) сигнала во временной. В приборе многомерность преобразования обеспечивается конструкцией и расположением функциональных пластин, на выходе многомерный сигнал представляется в виде изменения функции тока во времени. Сохранение многомерности является важнейшей особенностью прибора в качестве преобразователя информации о физических процессах.
Поле в вакууме является основной формирующей средой. В исходной схеме участвуют 10 пар функциональных пластин и 2 отклоняющие пластины. Чтобы прибор выступал в качестве многомерного преобразователя сигналов, их подают на функциональные пластины. Система с десятью пластинами позволяет обработать информацию, представленную десятимерным вектором. Мерность по выходам при использовании одного прибора равна 10, а число степеней свободы ограничивается только чувствительностью приборов, соединённых с ним в единую систему. Функциональные и отклоняющие пластины представляют собой точечные источники потенциала. Распределение потенциалов в операционной зоне с учётом объёмного заряда (луча) описывается уравнениями Пуассона для полубесконечных областей, ограниченных верхним, нижним рядами пластин и парой отклоняющих. Так как основной особенностью прибора является расположение пластин операционной зоны в объёме х, у, z, то эти характеристики являются объёмно-электрическими. Выполнение операционной зоны в политроне в виде прямоугольной области создаёт возможности для использования прибора при решении задач с ортогональной системой представления информации. При необходимости усложнить или повысить мерность системы возможно последовательное и параллельное включение политронов, возможно расположение приборов по кругу.
Принцип работы политрона основан на стабилизации положения луча в центре операционной зоны прибора. Движение луча (объёмного заряда) осуществляется в относительной системе координат, связанной со значением заряда, сосредоточенного в луче. Верхний предел изменения входных сигналов имеет расширенный динамический диапазон и ограничивается фактически только характеристиками усилителя, а не диапазоном допустимых по паспорту входных напряжений политрона.
Схемы работы политрона
Политрон использовался в схемах с отрицательной обратной связью. Отрицательная обратная связь может быть введена через корректирующие пластины или через функциональные пластины. При замыкании цепи обратной связи на политроне возможно построение самонастраивающейся схемы. Политрон позволяет замыкать цепь обратной связи между системой обработки информации и исследуемой системой непосредственно в точку управления. Возможность использования политрона при решении задач с обратной связью позволяет использовать прибор в системах управления.
Прибор может использовать сигналы как детерминированные, так и случайные, при этом обратимость схемы определяет мерность каждого из сигналов.
Особенности политрона: при дискретном входе, осуществляемом через функциональные пластины, выходной сигнал получается в аналоговой форме в виде непрерывного сигнала; преобразующей средой является электрическое поле; высокое быстродействие в обработке сигналов; прибор можно использовать в системах с изменяющимися во времени параметрами; прибор используется в одномерных моделях и для решения задач с большей мерностью; прибор даёт возможность регистрировать информацию от 10 источников на внешних устройствах, имеющих один входной канал.
Прибор имеет распределённую по пространству систему источников сигнала, связанную единой структурой и определённым характером взаимодействия.
Политрон может использоваться как переходный блок от объекта с распределёнными параметрами к объекту с сосредоточенными или наоборот. Обратимость входов и выходов политрона в зависимости от схемы включения позволяет использовать его, в частности при дискретно-аналоговом преобразовании.