Устройство определения времени начала всплеска плотности потока ионизирующего излучения Советский патент 1989 года по МПК G01T1/17 

ния времени реалвного начала всплеска (особенно для всплесков .с большой длительностью фазы нарастания) приходится использовать систему предварительного запоминания с большим объемом памяти. Эти недостатки устройств регистрации можно в значительной степени устранить, уменьшив время принятия решения о начале всплеска излучения.

Известен детектор перегрузки от космического излучения, который содержит сцинтилляционный счетчик, подключенный к каналу прохождения сигнала. В канал входит вентиль прохождения сигнала. Времязадающий канал открывает вентиль на заданный период времени, в течение которого регистрируются импульсы сигнала. Если интенсивность сигнала превьш1ает уровень, устанавливаемый блоком сравнения, запускается идущий мультивибратор, который запирает на заданный период канал прохождения сигнала и времязадающий канал.

Недостатками этого устройства является наличие фиксированного уровня, с которым сравнивается интенсивность сигнала, и малое временное разрешение устройства. Первый недо статок не позволяет использовать данное устройство в реальных условиях измерений рентгеновского и гамма-излучения в космическом пространстве, поскольку плотность потока фонового излучения неизвестна и переменна во времени, так как она зависит от состояния .активности Солнца и активации космического аппарата потока зйряженных частиц. Второй недостаток не позволяет обнаруживать всплески излучения малой длительности.

Известно также устройство, в котором используется источник излучения, имеется сигнальный канал, обеспечивающий передачу сигнальных импульсов, поступающих с выхода детектора излучения к выходному устройству Управление сигнальным каналом осуществляется с помощью синхроимпульсов, сформированных в канале синхронизации. Синхроимпульсы задают определенный временной интервал, в течение которого измеряются сигнальные импульсы. Устройство содержит элементы, подключенные к выходу детектора для формировайия сигнала. Сигнал формируется при условии, что выходной сигнал

с детектора превьш1ает заданный уровень, имеется схема задержки, обеспечивающая одновременную задержку синхроимпульсов в канале синхронизации и сигнальных импульсов, распространяющих в сигнальном канале. Недостатки данного устройства аналогичны недостаткам устройства, описанного вьшхе.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату и технической сзпдности является устройство, содержащее, детектор (включающий в себя, например, сцинтилляционный счетчик и схемы отбора и формирования сигналов )j выход которого соединен с тактовым входом счетчика импульсов, первым входом системы предварительного запоминания и с первым входом формирователя порога, второй вход которого соединен с первым выходом таймера, а выход - с первым входом компаратора, а второй выход таймера - с вторым входом системы предварительного запоминания, выход которой соединен с первым входом ключевой схемы, второй вход которой соединен с выходом ЕЗ-триггера, а выход ключевой схемы соединен с информационным выходом всего устройства, а R-вход триггера соединен с входом установки устройства в исходное состояние. При этом также выход счетчика импульсов соединен с вторым входом компаратора, выход которого соединен с S-входом триггера, вход , сброс счетчика импульсов соединен с первым выходом таймера. В этом устройстве фоновое излучение преобразуется детектором в поток фоновых импульсов, который поступает на входц формирователя порога, счетчика импульсов и системы предварительного запоминания. За каждый интервал времени, определяемый таймером и равный 32с, в узле формирователя порога устанавливается средняя частота фоновых импульсов,, п, а на его выходе - пороговое значение, определяемое выражением:

+ х ПАЛТ

(1)

А

1фй1. ,

где X , - процентная точка нормального распределения, определяющая вероятность лржного обнаружения всплеска; ЛТ - интервал времени, определяется таймером и равный 0,25с. 5 При этом в счетчике импульсов фик сируется приращение счета дп. от начала интервала ЛТ и, если ство (2) по истечении интервала лТ не вьгаолняется, счетчик импульсов сбрасывается и начинает фиксировать приращение ЛП;,., в следующем временном интерна ле /5Т. Если неравенство (2) выполняется, КЗ-триггер вырабатьшает сигнал о начале всплеска и информация о фоновой обстановке и временной эволюции всплеска до момента его обнару жения, записанная в системе предрарвтельного запоминания, через открытую сигналом RS-триггер ключевую схему, поступает в телеметрическую систему космического аппарата с целью передачи -на Землю для дальнейшей обработки. Недостатком этого устройства является то, что время принятия решения о начале всплеска плотности потока ионизирующего, излучения с момента его реального начала, oпpieдeляeмoe выражением:Пд+ Пф где п а - частота импульсов во время всплеска, может достигать больших значений. Например, при пф 512 имп X , 8, ЛТ 0,5с и скачкообразном всплеске с п g 512 имп/с начало которого совпадает с началом интервала ДТ, время принятия решения о начале всплеска для указанного устройства составляет около 0,35с. При указанны вьше параметрах устройства обнаружения и параметрах фонового излучения всплески излучения, длительностью меньшей 0,25 с и с той же частотой импульсов п , обнаружены не будут4 Целью изобретения является улучше ние временного разрешения устройства обнаружения всплеска ионизирующего излучения в космическом пространстве и уменьшение объема системы предварительного запоминания, Указанная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее детектор, выход которого соединен с тактовым входом счетчика импульсов первым входом системы предварительного запоминания и с первым входом ; формирователя порога, второй вход которого сбединен с первым выходом таймера, а выход г с первым входом 6 6 компаратора, а второй вьгход таймера - с вторым входом системы предварительного запоминания, выход которой соединен с первым входом ключевой системы, второй вход которой соединен с выходбм RS-триггера, а выход ключевой схемы соединен с информационным выходом всего устройства,а R-вход триггера соединен с входом . установки устройства в исходное состояние, дополнительно введен счетчик времени, татстовый вход которого , соединен с третьш выходом таймера, а выход - с вторым входом компаратора, выход которого соединен с входами сброса счетчика импульсов и счетчика времени, причем выход счетчика импульсов соединен с S-входом RS-триггёра. В этом случае компаратор сравнивает время между пе|)вьм и К-ым импульсами (, ..., N), поступающими с детектора, со значением порога, выраженного в единицах времени, вьфабатываемого формирователем порога и определяемого следующим выражением: « (2 VN - х) 4пф где N - объем счетчика импульсов. Можно показать, что при заданной вероятности ложного обнаружения всплес- ка, т.е. при заданном значении х, и при одинаковом с прототипом значении средней частоты фоновых Пф данный порог В дает одинаковую с прототипом достоверность обнаружения всплеска. На чертеже представлена схема устройства определения времени начала всплеска плотности потока ионизирующего излзгчения. .Она содержит детектор 1, счетчик 2 импульсов, формирователь 3 порога, таймер 4, компаратор 5, Систему б предварительного запоминания, ключевую схему 7, RS-триггер 8 и счетчик 9 времени. Выход детектора 1 соединен с тактовым входом счетчика импульсов 2 и с первым входом формирователя 3 порога, а второй вход формирователя 3 порога соединен с первым выходом таймера 4. Выход формирователя 3 порога Jгoeдш eн с первым входом компаратора 5, а выход компаратора 5 с входом сброса счетчика 2 импульсов. Второй выход таймера 4 соединён с вторым входом системы 6 предварительного запоминания, первый вход которой соединен с выходом детектора 1, а выход - с первым входом ключево схемы 7. Второй вход ключевой схемы 7соединен с выходом RS-триггера, а выход - с информационным выходом устройства, S-вход триггера 8 соединен с выходом счетчика импульсов, а R-вход - с входом установки устройства в исходное состояние, третий вы ход таймера 4 соединен с тактовым входом счетчика 9 времени, выход которого соединен с вторым входом компаратора 5, а вход сброса - с выходо компаратора 5. Работа устройства осуществляется следующим образом. Сигнал, поступающий с входа установки устройства в исходное состояни на R-вход RS-триггера 8, устанавлива ет его в состояние О. Ионизирующее излучение преобразуется детектором 1 в поток импульсов, который поступает на входы формирователя 3 порога, счетчика 2 импульсов и систему 6 пре верительного запоминания, В зависимо ти от частоты фоновых импульсов п., формирователь 3 порога периодически устанавливает на первом входе компаратора 5 пороговое значение В. Период следован1-1я импульсов с первого иы хода таймера 4 определяет время, в течение которого пороговое значение 8адаптируется к изменениям фЬновой обстановки. На второй вход компаратора 5 со счетчика 9 времени поступает постоянно растущее напряжение (или код), которое в единицах времени равно расстоянию между первым и К-ым импульсами таймера . t -CCK-I), где С- период следован.ия импульсов с третьего выхода таймера 4, Значение порога В и интервала t непрерыв но сравнивается в компараторе 3, при этом в счетчике 2 импульсов подсчиты вается число импульсо,в, поступивших с детектора 1. Если интервал t превышает значение порога В, на выходе компаратора 5 формируется импульс, который сбрасьшает показания счетчика 9 времени и счетчика 2 импульсов в нулевое состояние. После этого про цесс измерения временных интервалов и подсчета пришедших с детектора 1 импульсов начинается заново. Если зн чение интервала 11 при К N меньше значения порога В, то положительный перепад напряжения с выхода счетчика 2 импульсов переводит RS-триггер 8 из состояния О в состояние 1, и информация о потоке фоновых импульсов и эволюции всплеска плотности потока ионизирующего излучения, записанная в системе 6 предварительного запоминания, через открытую перепадом напряжения с выхода RS-триггера 8 кпючевую схему 7 поступает на информационный выход устройства. Установка устройства в исходное состояние проводится по внешней команде после того, как информация о предыдущем всплеске списывается в телеметричес- кую систему космического аппарата. Таким образом, время, затраченное на принятие решения о наличии всплеска плотности потока ионизирующего излучения, Б настоящем устройстве равно: а выигрыш во времени принятия решения о начале всплеска плотности потока излзчения (при равных вероятностях ложного обнаружения всплеска), по сравнению с известным устройством, составит: V A/N(7) Так, например при n 512 Гц, йТ 0,5с, N 256 и х 8, время принятия решения о наличии всплеска уменьшается приблизительно в 1,5 раза, С другой стороны, дпя того, чтобы известное устройство давало то же время принятия решения о наличии всплеска что и настоящее устройство, оно должно обеспечивать приблизительно в 2 раза большуючастоту импульсов во время всплеска, что возможно сделать, з еличив приблизительно в 4 раза активную площадь детектора. Настоящее техническое решение устройства определейия времени начала всплеска плотности потока ионизирукщего обладает следующими преимуществами: а) меньшим приблизительно в 1,5 раза временем принятия решения о начале всплеска плотности потока ионизирующего излучения, возможность регистрировать всплески ионизирующего излучения меньшей длительности. Поскольку настоящее уст ойство. имеет меньшее время принятия решения о качале всплеска, требуемый объем систе мы предварительного запоминания может быть также уменьшен без. потери информации о начальной эволюции вспл ка; б)при одинаковых технических характеристиках с прототипом возможностью регистрировать всплески аппар атурой с приблизительно в два раза меньшими габаритами и в четыре раза, меньшей массой детектора; в)ожидаемый экономический эффе.кт от использования настоящего изобретения дпя устройства, устанавливаемо го на борту космического аппарата . состоит в экономии веса устройства. 1 610 Лпя обеспечения той же разрешающей способности по времени, что и у настоящего устройства, у базового объекта площадь детектора должна быть в 4 раза больше, В устройствах детектирования гамма-йзлзгчения средней энергии обычно используются иеорганн-ческие сцинтшшяционные кристаллы Csl диаметром 63 мм и толщиной 63 мм. Удельный вес кристалла 4,5 Г , следовательно его вес около 0,884 кГ, дааметр требуемого кристалла 126 мм, его вес (при той же толщине) составит 3,536 кГ, Следовательно, зкономия только в весе кристалла составит около 2,6 кГ,

УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ , НАЧАЛА ВСПЛЕСКА ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ; ИОНИЗИРУ10Р1ЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее детектор, выход которого соединен с тактовым .вводом счетчика.импульсов, первым входом системы предварительного запоминания и с первым входом . формирователя порога, второй вход Изобретение относится к измерению рентгеновского и гамма-излучения в экспериментальной космической физике и может быть использовано для исследования случайных импульсных процессов, например, при решении задач по обнаружению всплесков излучения плотности, потока фотонов с целью излучения природы явления, определения коорди- . нат источников на небесной сфере в космической рентгеновской и гамма.астрономии.. . которого соединен с первым выходом .таймера, а выход - с первым входом компаратора, второй выход таймера с вторым входом системы предварительного запоминания, выход которой соединен с первым входом ключевой схемы, второй вход которой соединен с выходом RS-триггера, а выход ключевой схемы соединен с информационным выходом всего устройства, а R-вход триггера соединен с входом установки устройства в исходное состояние, о тличающееся тем, что, с целью улучшений временного разрешения устройства обнаружения всплеска плотности потока ионизирующего излучения и уменьшения объема системы пред(Л варительного запоминания, в устройство введен счетчик времени, тактовый вход которого соединен с третьим выходом таймера, а выход - с вторым входом компаратора, выход которого соединен свходом сброса счетчика времени и счетчика импульсов, причем выход счетчика импульсов соединен с 4 S-входом RS-триггера. dt) Основными задачами устройств регистрации излучения в рентгеновской и гамма-астрономии являются задачи обнаружения всплеска излучения и задачи измерения его параметров, напри- мер, времени реального начала всплеска, однако, в силу недостаточного временного разрешения устройств обнаружения всплекса, подавляющее большинство коротких (с длительностью от единиц до десятков миллисекунд) всплесков пропускается, а для измере