击穿现象检测仪 本发明涉及阴极射线管，特别涉及在具有聚焦罩选色结构的阴极射线管中的击穿现象的检测。
在视频显示设备中，例如电视接收机、计算机或者视频显示终端，阴极射线管(CRT)包括一般由高强度玻璃制成的真空管壳。管壳包括一般是平面或稍有弯曲的面板，以及与其成为一体的漏斗状锥体和延伸的管颈。面板内侧支承着荧光屏。
在彩色CRT中，与荧光屏一起采用多个电子枪，荧光屏支承具有不同的颜色发光特性的多个荧光区。当电子束撞击荧光屏时，从其中发射可见光。选色结构位于电子枪与荧光屏之间，使每个电子枪仅撞击相关类型的彩色发光荧光体。
这种结构之一是荫罩。荫罩是具有多个孔的薄钢片，电子必须通过位于其通道上的这些孔去撞击荧光屏。荫罩的作用是滤光器，其中以适当角度入射荫罩的那些电子才会穿过其孔，并撞击荧光屏的适当位置。
荫罩的缺点之一是只有大约20％的透射率，简单地说就是只有大约20％的由CRT的电子枪发射地电子最终穿过荫罩孔并撞击荧光屏。其余电子将被荫罩吸收，其能量将作为热量而消散。荫罩的最大理论透射率约为33％，通常的透射率约为18％。
有几种已有技术用来提高选色结构的透射率，同时仍保证穿过选色结构的电子只激发在荧光屏上相关类型彩色的发光荧光体。这种技术之一采用双层聚焦罩选色结构，以此限定在 选色结构的每个小孔中的四极静电透镜。根据包括四极透镜在内的静电场的相关幅度和极性，每个四极透镜对穿过四极透镜的电子束在横向聚焦，对电子束在靶上的正交于横向的方向上散焦。使用聚焦罩结构可使电子透射率超过约60％，聚焦罩结构具有的最大理论透射率接近一。
已经成功地制成聚焦罩CRT，但也发现了关键的工作缺陷。具体而言，实验性聚焦罩CRT已经发现显形异常，最好称为消色带，在荧光屏水平方向延伸。这种消色带能相当频繁地发生，并会损害采用聚焦罩式选色装置的CRT的实用性。
在本发明的第一方案中，这种消色带已被确定为是由聚焦罩结构中剩余磁化引起的束着屏误差或者对不准的结果。
在本发明的第二方案中，荫罩结构的剩余磁化已经被发现是由于聚焦罩结构的第一和第二层之间的瞬时短路或击穿现象所导致的局部电流引起的。在CRT内聚集的导电颗粒可加速这些击穿现象。
在本发明的第三方案中，检测出现的临时局部短路。一种电路可快速识别采用聚焦罩选色结构的阴极射线管中的击穿现象。这种电路例如可以用来驱动作为消色带校正系统一部分的相关消磁电路。
这种电路包括：用于检测施加于聚焦罩选色结构的电流增加的读出装置；用于响应电流增加而产生脉冲波形的脉冲发生装置。
读出装置可以包括变压器，它具有与聚焦罩选色结构耦合的初级绕组和与脉冲发生装置耦合的次级绕组。变压器可包括电流变压器或电压变压器。其它的和等效的读出装置可以包括光学隔离器，它具有与聚焦罩选色结构耦合的输入端和与脉冲发生装置耦合的输出端。
脉冲发生装置可以包括单稳态多谐振荡电路，并可构型为可再触发工作模式。
根据这里所述的本发明装置的特征，这种电路包括：用于读出施加于聚焦罩选色结构的电流增大的读出装置；用于发生脉冲波形的单稳态多谐振荡器；用于响应读出装置触发多谐振荡器电路的触发器装置。
触发装置可以包括半导体器件，例如具有与多谐振荡器电路耦合的输出端的晶体管。半导体器件的导通状态可以响应于读出装置。
根据这里所述的本发明装置的其它特征，这种电路包括：用于读出施加于聚焦罩选色结构的电流增大的读出装置；用于响应电流增大发生脉冲波形的脉冲发生装置；用于校准读出装置的校准装置，使其从聚焦罩选色结构内定期发生的电压和电流变化中识别击穿现象。
校准装置可以包括可变电阻器，例如电位器。
从以下结合附图的说明中可以明了本发明上述的和其它的特征和优点，其中相同的参考标号代表相同元件。
图1是传统的聚焦罩式选色结构。
图2-5是用来说明在聚焦罩选色结构中的击穿现象示意图。
图6是根据本发明装置的消色带校正系统的方框图。
图7-8展示了图6所示的方框图的示意图。
图9展示了已有技术的谐振消磁电路。
图10是用于说明图9的消磁电路的工作曲线图。
图1展示了示范性的聚焦罩结构100。聚焦罩可以包括垂直取向的金属绞合线20的第一层10，每条带例如可以具有约10密耳的宽度和约2密耳的厚度。这些带可以由铁磁性材料如退火的AK钢或坡莫合金构成。示范性聚焦罩结构还可以包括水平取向的金属线40的第二层，每条线例如可以具有约1密耳的直径。两层中每层的导体可以在每端由12汇流排连接在一起。电容器C代表聚焦罩结构的两层之间的固有电容。垂直绞合线30和水平线40布置成提供矩形罩孔50，例如水平尺寸约为20密耳，垂直尺寸约为15密耳。
通过对彼此之间相对的垂直和水平导体20和40施加偏压，一般在几百至1000V以上的DC电压范围，由此实现四极聚焦作用。例如，使电子束在水平方向聚焦，以便把传输电子引导至垂直荧光条带上，水平线40相对于垂直绞合线20必须具有正极性，如图1所示。用于具体的CRT几何结构的偏置电压取决于高压阳极电压，一般在20KV至30KV的范围。适当设置的聚焦罩把垂直绞合线20连接至高压阳极电压，并向水平线40施加额外的正向偏压。
垂直绞合线20和水平线40可由真空可兼容的电绝缘体60隔开，例如是厚度约为了密耳的玻璃料。设置绝缘体60是有利的，因为其对于入射电子束来说是不可觉察的，而且绝缘体充电效应不会影响四极透镜的正常工作。
对于消色带性质的考察已经形成如下关键见解，即这些消色带的产生是由于因聚焦罩结构的剩余磁化而产生的重合失调。此外，业已发现局部瞬时短路现象或击穿现象是剩余磁化的明显来源。
这种击穿现象例如可起因于CRT内所存在的污染物。众所周知，市售批量生产的CRT有规律地呈现某种程度的污染，通常是以导电颗粒形式出现，例如薄铝片或者石墨或铁的颗粒。对消色带异常现象的考察，了解到CRT内的这些导电颗粒在产生导致消色带的击穿现象中起到了重要作用。
根据实验，通常测定已知结构的聚焦罩式CRT在任何地方都会在每几分钟一次到每几百小时一次的范围内经历这里所述类型的击穿现象。例如运输过程的机械振动容易使松动的另部件移动，由此增大了在聚焦罩结构发生击穿现象的可能性。此外，CRT正常工作时的静电力也会使松动部件移动。因此，在CRT的规定寿命期间，可以合理地预防导致消色带击穿现象。
参考图2-5可以了解击穿现象与消色带之间的连系。参看图2，假定在A点发生击穿现象，在那里导电颗粒使水平线40’和垂直绞合线20’之间短路。确定击穿现象的短路由电阻R代表1使用电阻R表明引起击穿现象的导电颗粒具有某种与其相关的有限的小电阻。
约等于4A的跨越绞合线的电流经过受影响的水平线40’和电阻R流入受影响的垂直绞合线20’。约几个毫秒之后跨越绞合线的电流停止流动，最有可能就是因为欧姆发热引起的导电颗粒的破坏。而且，对于第一和第二层10和30的偏置电路的阻抗高到足以阻止几安培的电流经过它，以致跨越绞合线的电流的主要来源是存储在栅电容的能量。一旦此能量消失，跨越绞合线的电流必定停止。在击穿现象期间聚焦罩100的沉淀无明显升高。
跨越绞合线的电流流动围绕水平线40’产生了磁场H。在垂直绞合线20最靠近水平线40’的那些点的磁场H的强度约等于3000A/m。在靠近导电水平线40’的具体点的磁场H的强度与从此具体点到水平线40’的最近点的径向距离成反比。
磁场H在垂直绞合线20感应出磁通量密度；正如图3所示。图3(a)展示了目前优选的铁磁性材料的B-H曲线，此时退火AK钢可用于构成垂直绞合线20。图3(b)展示了坡莫合金的类似曲线。在绞合线20’两侧的绞合线20具有的磁场相互呈相反取向，如图2所示。
再看3图(a)的退火AK钢，由跨越绞合线的电流在绞合线20中感应的磁通密度B1在约150密耳以上的距离内和点A之下，约为10000高斯至20000高斯的范围内。
一旦跨越绞合线的电流终止，在垂直绞合线20的这些饱和区内残留磁通密度B1的一半，如图4(a)所示的退火AK钢和图4(b)所示的坡莫合金。如此磁化的垂直绞合线20现在是有效的条形磁体，磁通密度B2从垂直绞合线20发射并进入周围真空，如图5所示。在距离水平线40’约10密耳的距离之内磁通密度B2的幅度约为50高斯；在约150密耳的距离处此幅度可降落约3高斯。在具有约等于675密耳的Q空间的所示聚焦罩式CRT中，此类的磁通密度分布可导致约60微米的最大不对准或者束着屏误差。
消除消色带的明显解决方法是消除污染物。但是，尽管良好的制造操作可以显著地减少污染物的数量，但是众所周知市售批量生产的CRT仍通常呈现某种程度的污染。因此，如果制造工艺必须满足无沉污条件，则聚焦罩式CRT的生产成本将明显增大或过高。
图6的框图中，以消色带校正系统200的形式展示了较好的解决办法。聚焦罩100的第一层10与高压阳极电压耦合，其值约在20KV与30KV之间。第二层30与偏置电源210耦合，偏置电源对第二层30施加相对于第一层10为正极的偏压。偏置电源210可以按传统设计，但它应是足够的强，以致如果发生击穿现象，则能在第一和第二层10和30之间快速地分别恢复适当的偏置电压。
击穿检测电路220的目前的优选实施例如图7所示。传感装置262与偏置电源210串联连接，还与全波整流器227连接。除了完成传感功能之外，读出装置262还有利于在高压阳极与低电压检测电路220之间提供电隔离。
读出装置262可以按几种方式使用，其中几种如图7a-7c所示。在击穿检测器220的目前优选实施例中，读出装置是电流变压器T1，如图7a所示。具有约四匝的初级绕组221由聚焦罩100的偏置第二层30中所用的高压导线222构成。这种导线的使用电压一般是高达约35KV。次级绕组223例如可具有200匝的24AWG线。本领域的技术人员根据击穿检测电路220的具体实施例对变压器T1提出的需要，可以改变变压器T1的初级和次级的匝数，从而改变其匝数比。
也可由图7b所示电压变压器T2来等效替换读出装置262，通过读出聚焦罩100的两层10和30之间的标称电压的随机偏离，识别来自偏置电源210的电流流入。例如，发生击穿现象时，偏置电源210的输出短路，并由偏置电源210提供流入电流。但是，由于偏置电源210的输出短路，偏置电源210的输出电压突然下降，由此显示发生击穿现象。
变压器T2的初级绕组263可由用于对聚焦罩100的第二层30施加偏压的高压导线222构成。本领域的技术人员可以根据击穿检测电路220的具体实施例对变压器T2的要求，改变变压器T2的初级和次级绕组263和264各自的匝数，从而改变其匝数。
变压器T1和T2的初级和次级绕组可绕在环形铁心上，例如工业部件是为A-438281-2并可由Arnold Engineering Co.制造的环形铁心。在图7a和7b所示实施例中使用环形铁心仅是示范性的，并不是建议不能使用某些其它铁心构型。
参看图7C，读出装置262也可采用光学隔离器件265。本领域的技术人员可以了解，图7a-7c所示读出装置262的使用仅仅是示范性的，在这里所述本发明的方案范围内，并不意味着建议不能使用其它方式。
在常规工作中，聚焦罩100无击穿现象。参看图7，在这种常规工作期间，晶体管Q1处于导通或截止状态。电阻器R1把电压Vcc耦合至例如具有工业部件号CD 4098B的第一单稳多谐振荡器225的脉冲后沿触发输入端224。多谐振荡器225的反相输出端226在此常规工作中保持逻辑高电位状态。
在聚焦罩100发生击穿现象时，绞合线上的电流将由栅电容和偏置电压210提供。绞合线上的电流流过初级绕组221时，在次级绕组223感应次级电流ISEC。次级电流ISEC的幅度等于绞合线上的电流与变压器T1的初一次级匝数比的乘积。
次级电流ISEC经全波整流器227整流，然后经过可变电阻器R2和电感器L1流至驱动晶体管Q1。开始调节电阻R2，以便能从正常发生的脉冲电压和电流中区分真实的击穿现象。
晶体管Q1因此开始为导通状态，从而使标准电压电位例如地电位，耦合至多谐振荡器225的脉冲后沿触发输入端224。本领域的技术人员知道可以采用其它电子器件例如适当构型的运算放大器电路或比较器电路来置换晶体管Q1，以提供这种耦合。
在输入端224由Vcc至地的跃迁触发多谐振荡器，在变换输入端226提供负脉冲228。脉冲228的峰间值可大致等于Vcc电压。脉冲228的脉宽通过适当选择电阻器R4和电容器C5来设定。在击穿检测电路220的优选实施例中，脉冲228的脉宽约等于50微秒。
击穿检测电路220的电阻R6把脉冲228耦合至消磁控制电路230，如图8所示。图8的开关S1和S2为消磁控制电路230提供手动消磁功能。图8所示的开关位置可进行自动消磁。
参看图8，负脉冲228由二极管D5和电阻器R13耦合至与非门233的输入端231和232。在消磁控制电路230中使用的全部与非门均可具有工业部件号CD4093B。
因此，与非门233施加于D型双稳态多谐振荡器235的SET输入端234的输出是逻辑高电位，双稳态多谐振荡器的工业部件号可是CD4013B。输入端234上为逻辑高电位时，双稳态多谐振荡器235的负脉冲输出236也是逻辑高电位。
输出236耦合至与非门240的输入端237。与非门240的另一输入端238在聚焦罩100的常规工作期间一般为逻辑高电位，这在本说明书的后续部分将有更全面地解释。与非门240的输出239因而是逻辑低电位，这种情况表明已经发生击穿现象。此逻辑低电位被耦合至D型双稳态多谐振荡器244的数据输入端241。
根据在时钟输入端243的触发脉冲的正向跃迁，在数据输入端241的逻辑低电位互补将传输至双态多谐振荡器244的反相输出端242。在消磁控制电路230的优选实施例中，从视频显示装置的垂直消隐脉冲246中获取触发脉冲245是有利的，以使检测击穿现象之后，消磁操做延迟至下一个垂直脉冲消隐期间。这样可使异常消色带的校正不干扰视频显示装置的观看者。当然，技术人员可以适当改进甚至取消消磁控制电路230根据击穿现象的检测立即实施消磁。
在垂直回扫期间，垂直消隐脉冲246例如降至低于参考电位例如地电位约为4.5伏的电压电平。通过光学隔离器248或者适当把垂直偏转电路与消磁控制电路230隔离开的其它任何装置，可把垂直消隐脉冲246耦合至反相缓冲寄存器247。反相缓冲寄存器247提供正向触发脉冲245，其峰与峰之间值约为12V，脉冲宽度约等于垂直消隐周期，或约为1毫秒。
一旦触发脉冲245加在双稳态多谐振荡器244的时钟输入端243，则在反相输出端242出现逻辑高电位，并耦合至与非门252的输入端249。在与非门252的另一输入端250提供触发脉冲245。在输出端251获得的逻辑低电位被反相缓冲寄存器253反相，在缓冲寄存器253的输出端254获得的逻辑高电位跃迁触发以不再触发式构形连接的单稳态多谐振荡器255。
多谐振荡器255被缓冲寄存器253触发后，反相输出257变为逻辑低电位，并由反相缓冲寄存器258和259反相，提供逻辑高电位。通过适当选择电阻器R12和电容器C13，设定此逻辑高电位的持续时间。在优选实施例中，此逻辑高电位的持续时间约等于垂直脉冲消隐周期，或者约为1毫秒。缓冲寄存器258和259的输出耦合至由如图9所示的消磁电路270的电阻器R7和R8构成的分压器。
参看图9，把在缓冲寄存器258和259的输出端的逻辑高电位加在分压器R7、R8，由此导致晶体管Q2开始导通。由此24V的电压触发晶闸管Q3的栅极，从而消磁电流IDG以阻尼振荡方式在谐振电感器L2和谐振电容器C6流动，如图10所示，对聚焦罩结构消磁。
参看图8和图9，在聚焦罩100的常规工作期间，谐振电容器C6完全充电至例如为890V直流的标称电压，与非门240的输入为逻辑高电平。但是，在聚焦罩100的消磁期间，消磁电流IDG流过消磁电路270，谐振电容器C6的端电压Vc降至标称电压之下。一旦完成消磁操作，电容器C6再充电至其标称电压，以备下一个消磁操作之用。
如果检测到击穿现象，试图进行消磁操作，同时电压Vc低于其标称值，则聚焦罩100将不能适当消磁。如果检测到击穿现象，同时已经处于消磁操作之中，则可发生这种情况。
消磁控制电路230有利地提供了使消磁操作延迟直至谐振电容器C6完全充电的能力。因此，一旦由击穿现象的检测启动了消磁操作，则不能启动后续的消磁操作，无论击穿现象的检测如何，直到谐振电容器C6完全充电之后的第一垂直脉冲消隐间隔。单稳态多谐振荡器256的前沿触发输入260耦合至单稳态多谐振荡器255的相应输入端。多谐振荡器256按不可再触发构型连接。当多谐振荡器255被缓冲寄存器253的输出端254的正脉冲跃迁触发时，由此启动消磁，多谐振荡器256同样被触发，由多谐振荡器256的反相输出向与非门240的输入238提供逻辑低电平。直到多谐振荡器256的输出261在与非门240的输入端238提供逻辑高电平，才能启动消磁操作。在多谐振荡器256首次触发之后的预定时刻才会发生此种情况。预定时间间隔由电阻器R14和电容器C2的适当选择来设定。
尽管利用特定实施例说明了本发明，但本领域的技术人员应该明白，在不脱离本发明的本质的条件下，对公开的实施例可以做出各种改进和变型。例如，本领域的技术人员可以认识到击穿检测电路220和消磁控制电路230中完成的逻辑功能可由微处理器及相关电路来实现。因此，应该知道权利要求书的意图是覆盖自然来源于上述说明和实例的所有改进。