СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК H03K5/00 G01T1/16 

Изобретения относятся к области ядерной физики, а именно к способам и устройствам для обработки спектрометрических импульсов с детектора ионизирующего излучения.

Известен способ и устройство формирования спектрометрических импульсов (1).

Способ формирования спектрометрических импульсов включает определение момента превышения фронта входного импульса нижнего и верхнего уровней дискриминации, формирование короткого импульса, его задержку, формирование короткого импульса и его задержку на длительность, равную половине длительности фронта входного импульса, формирование дополнительного короткого импульса выходного сигнала с дискриминатора верхнего уровня. Формирование одного импульса при совпадении задержанного и дополнительного импульса, при отсутствии совпадений, формирование одного короткого импульса и дополнительных импульсов по числу дополнительных импульсов. Устройство формирования содержит датчик ионизирующего излучения, усилитель, источник опорного сигнала, делитель, два компаратора, формирователь дополнительного короткого импульса, формирователь импульса длительностью в половину длительности фронта входного импульса, линию задержки, логический элемент ИЛИ и выходной формирователь.

Недостатком способа и устройства являются сложность процесса выявления числа входных импульсов и, соответственно, невысокая точность формирования импульсов при их двух-трехкратных наложениях.

Известен способ и устройство формирования спектрометрических импульсов (2).

Способ включает определение момента превышения фронта входного импульса нижнего уровня и уровней, кратных 1,6^n-1 номинального значения амплитуды импульса, формирование одного импульса при отсутствии сигнала с дискриминатора верхнего уровня. Формирование дополнительных импульсов при наличии сигнала с дискриминатора верхнего уровня.

Устройство формирования импульсов содержит n-ное число дискриминаторов и дешифратор, собранный на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Недостатком способа является необходимость точно определять моменты пересечения спада входного импульса, что достаточно сложно для импульсов, амплитуда и период появления которых случайны. Поэтому устройство необходимо выполнить на элементной базе, обладающей максимально большим быстродействием и, следовательно, энергопотреблением. Устройство также не выявляет наложения импульсов, если их суммарная амплитуда меньше уровней, кратных 1,6^n-1 от номинального значения импульса.

Задачей изобретений является упрощение способа формирования спектрометрических импульсов и снижение энергопотребления устройства.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем определение момента превышения фронта входного импульса уровней, равных 0,5; 1,6; 1,6² номинального значения входного импульса, в момент превышения сигнала уровня 0,5 формируется один импульс, в момент превышения уровня 1,6 формируется два импульса, а в момент превышения уровня 1,6² формируется три импульса.

Количество входных импульсов за период измерения определяется как сумма всех сформированных импульсов за тот же период.

Отличительными признаками предложенного способа является формирование определенного числа импульсов в зависимости от уровня дискриминации входного сигнала и благодаря этому обработка сигнала становится проще, так как для этого нужно определять только моменты превышения уровня сигнала уровней 0,5; 1,6; 1,6².

Поставленная задача решается также тем, что в известное устройство содержащее n-ное число дискриминаторов и дешифратор, собранный на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ введены три формирователя короткого импульса, три линии задержки, три элемента ИЛИ. Выходы каждого дискриминатора соединены с входом своего формирователя. Выход первого формирователя соединен с входом первой линии задержки и первым входом первого элемента ИЛИ. Выход первой линии задержки соединен с входом второй линии задержки и вторым входом первого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом второй линии задержки. Выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом третьего элемента ИЛИ. Первый вход третьего элемента ИЛИ соединен с входом второго формирователя, а второй его вход соединен с выходом третьей линии задержки. Третий вход второго элемента ИЛИ соединен с входом третьего формирователя. Выход второго элемента ИЛИ является выходом устройства.

Признаки, отличающие предлагаемое устройство от прототипа - наличие трех формирователей, трех линий задержки, трех элементов ИЛИ - обуславливает формирование выходных импульсов без их наложения друг на друга и позволяет упростить формирование импульсов без определения моментов пересечения уровней при спаде входного импульса.

Для достижения дополнительного технического результата, заключающегося в снижении энергопотребления устройством, предлагается устройство по второму варианту, содержащее три дискриминатора, в которое введены три формирователя, три преобразователя счет-код и устройство обработки. Признак, отличающий предлагаемое устройство от прототипа, состоит в организации передачи импульсов от каждого формирователя к своему преобразователю счет-код по трем каналам, что позволяет снизить уровень загрузки по каждому каналу и выполнить их на микросхемах серии 561, 1554, 1564, обладающих малым энергопотреблением.

Определение числа поступающих сигналов за период измерения осуществляется следующим образом.

Определяют компаратором 597CA1 момент превышения фронта входного сигнала уровня 0,5 и формируют импульс формирователем, собранным на микросхеме 500ЛП105. Формируют компаратором импульс при превышении фронтом сигнала уровня 1,6 и формируют два импульса. Определяют компаратором момент превышения уровня 1,6² и формируют три импульса.

Считают частотомером Ч3-32 общее число сформированных импульсов за период измерения, длительность которого обратно пропорциональна величине загрузки.

Так, при загрузке 10⁶ имп/с период измерения составляет 10 мс, а при загрузке 10 имп/с период измерения составляет 100 с при точности измерения 2%.

Предлагаемый способ проверен методом математического моделирования для сигналов, амплитуда которых является случайной величиной с распределением по нормальному закону, а число появившихся импульсов определяется законом распределения Пуассона.

На фиг. 1 и фиг. 2 приведены схемы устройств, реализующие данный способ.

Устройство для реализации данного способа (фиг. 1) содержит три дискриминатора 1₁, 1₂, 1₃ с уровнями дискриминации 1,6²; 1,6; 0,5, три формирователя импульса 2₁, 2₂, 2₃ длительностью (6-7) нс, три линии задержки 3₁, 3₂, 3₃ длительностью (12-14) нс и три элемента ИЛИ 4₁, 4₂, 4₃.

Устройство формирования работает следующим образом.

При превышении сигнала уровня 0,5 от номинального значения входного сигнала на выходе формирователя 1₃ формируется сигнал высокого уровня, который поступает на вход формирователя 2₃. На его выходе формируется импульс длительностью (6-7) нс, который через элемент ИЛИ 4₂ поступает на выход устройства.

При увеличении загрузки происходит наложение выходных импульсов и в момент превышения уровня 1,6 от номинального значения сигнала на выходе дискриминатора 1₂ формируется высокий уровень сигнала. На выходе формирователя 2₂ формируется короткий импульс, который поступает на первый вход элемента ИЛИ 4₃ и линию задержки 3₃. Задержанный импульс поступает на второй вход элемента 4₃ и на его выходе формируются два импульса, которые через элемент ИЛИ 4₂ поступают на выход устройства.

При загрузке, когда входные импульсы представляют собой пачки наложенных импульсов, амплитуда их достигает 1,6² от номинального значения сигнала и на выходе дискриминатора 1₁ формируется сигнал высокого уровня, который поступает на формирователь 2₁. С выхода формирователя импульс длительностью (6-7) нс поступает на первый вход элемента ИЛИ 4₁ и линию задержки 3₁ и далее на второй вход элемента 4₁ и вход следующей линии задержки 3₂. Импульс с выхода линии задержки 3₂ поступает на третий вход элемента 4₁. На выходе элемента 4₁ формируются три импульса, которые через элемент ИЛИ 4₂ поступают на выход устройства.

Результаты измерения, полученные методом моделирования для указанных уровней при длительности входного импульса τ_и = 120 нс, приведены в таблице.

Второе устройство для реализации способа (фиг. 2) содержит три дискриминатора 1₁, 1₂, 1₃ с уровнями дискриминации 1,6²; 1,6; 0,5, три формирователя импульсов 2₁, 2₂, 2₃ с длительностью 50 нс, три управляемых преобразователя счет-код 3 и устройство обработки 4.

Устройство работает следующим образом. При поступлении сигнала на вход дискриминатора 1₃ в момент превышения уровня 0,5 на выходе дискриминатора 1₃ формируется сигнал высокого уровня, который поступает на вход формирователя 2₃. На выходе формирователя 2₃ формируется импульс длительностью 50 нс. При увеличении уровня входного сигнала на выходе дискриминаторов 1₂ и 1₁ последовательно формируются также сигналы высокого уровня, а на выходах формирователей 2₂, 2₁ импульсы, которые поступают на входы своих преобразователей счет-код 3. Сложение кодов по правилу N₃ + 2N₂ + 3N₁, (где N₁, N₂, N₃ - число импульсов с формирователей), выбор длительности измерения, формирование результатов измерения осуществляется устройством обработки 4. Обмен данными и управляющими командами выполняется по магистрали между преобразователями счет-код и устройством обработки.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство формирования спектрометрических сигналов позволяют упростить формирование сигналов, а устройство может быть выполнено на микросхемах серии 561, 1554, 1564, энергопотребление которых в 10-100 раз меньше, чем у микросхем 500 серии, которые обеспечивают обработку сигнала в известном устройстве.

Список литературы
1. Патент РФ N 1400301, G 01 T 1/16.

2. Патент РФ N 1648185, G 01 T 1/16. (Прототип).

Изобретения относятся к ядерной физике, а именно к способу и устройствам для обработки спектрометрических импульсов с детекторов ионизирующих излучений при высокой нагрузке. Способ формирования импульсов включает определение момента превышения фронта уровней 0,5; 1,6; 1,6² номинального значения входного импульса. В момент превышения уровня 0,5 формируется один импульс, в момент превышения уровня 1,6 - два импульса, а в момент превышения уровня 1,6² - три импульса. Количество входных импульсов за период измерения определяется как сумма всех сформированных импульсов за тот же период. Устройство формирования спектрометрических импульсов содержит три дискриминатора, три формирователя короткого импульса, три линии задержки, три элемента ИЛИ. Выходы каждого дискриминатора соединены с входом своего формирователя. Второе устройство для формирования спектрометрических импульсов содержит три дискриминатора, три формирователя, три преобразователя счет-код и устройство обработки. Выход каждого формирователя связан с входом своего преобразователя счет-код, выход которого связан через магистраль с устройством обработки. Технический результат - упрощение способа формирования спектрометрических импульсов и снижение энергопотребления устройства. 3 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ формирования спектрометрических импульсов, включающий определение момента превышения фронта входного импульса уровней, равных 0,5; 1,6; 1,6² номинального значения входного импульса, отличающийся тем, что в момент превышения уровней 0,5 формируют один импульс, в момент превышения уровней 1,6 - два импульса, а в момент превышения уровня 1,6² - три импульса, количество входных импульсов за период измерения определяют как сумму всех сформированных импульсов за тот же период. 2. Устройство формирования спектрометрических импульсов, содержащее три дискриминатора, отличающееся тем, что введены три формирователя короткого импульса, три линии задержки, три элемента ИЛИ, причем выходы каждого дискриминатора соединены с входом своего формирователя короткого импульса, выход первого формирователя соединен с входом первой линии задержки и первым входом первого элемента ИЛИ, выход первой линии задержки - с входом второй линии задержки и вторым входом первого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом второй линии задержки, а выход первого элемента ИЛИ - с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, первый вход третьего элемента ИЛИ - с выходом второго формирователя, а второй его вход - с выходом третьей линии задержки, третий вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом третьего формирователя, выход второго элемента ИЛИ является выходом устройства. 3. Устройство формирования спектрометрических импульсов, содержащее три дискриминатора, отличающееся тем, что введены три формирователя импульса, три образователя счет-код и устройство обработки, причем выход каждого дискриминатора соединен со своим формирователем, выход которого связан с входом своего преобразователя счет-код, выходы которых связаны через магистраль с устройством обработки.