Устройство для счета фотонов Советский патент 1984 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится-к оптике атмосферы и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабы световых потоков в физике, спектрос копии, химии, астрономии, космических исследованиях и т.д. В ряде экспериментов по лазерном зондированию атмосферы необходимо исследовать атмосферные процессы, значительно изменяющиеся во времени В таких экспериментах когда регист рация отраженного сигнала Происходит в/режиме счета отдельных фотоно когда информации, получаемой из одного отраженного сигнала, недостаточно, и необходимо производить накопление данных в течение несколь ких циклов зондирования, необходимо сокращать его время,.т.е. увеличивать скорость накопления фотонов, так как существует возможность ошиб ки в измерениях быстроменяющихся параметров атмосферы за счет того, что параметры изменяются в процессе измерения. Такая ошибка существует независимо от точности регистрирую.щей аппаратуры и способ ее уменьшения - увеличение скорости накопления фотонов за счет увеличения частоты зондирующих посылок оптического излучения. Известны устройства для счета фотонов, содержащие последовательно Включенные ФЭУ, дискриминатор, ,счетчик и оперативное запоминающее устройство П . Недостатком этих устройств является низкое быстродействие элементо устройства - сумматора и магнитного оперативного запоминающего устройст ва, в результате чего зондирование с большой частотой посылок импульсов оптического возбуждения невозможно, так как устройство не успевает обработать данйые от предьщущего зондирЪвания. Низкая,частота зондирования в результате этого приводит к росту ошибок при определ нии основных параметров атмосферы, так как за время зондирования, необходимого для достижения статистической точности, измеряемые парамет ры самой атмосферы значительно изме няются. . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для счета фотонов, содер жащее последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчики, перво 72 оперативное запоминающее устройство, подключенное выходом к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом второго оперативного запоминающего устройства, подключенного выходом к входному регистру электронной вычислительной машины и к второму входу сумматора, схему синхронизации, блок управления, причем адресные и управляющие выходы блока управления подключены к адресньм и ут1равляющим входамг второго оперативного запоминающего устройства,к адресным входам первого оперативного запоминающего устройства и к управляющим входам счетчиков, а выход схемы синхронизации подключен к входу блока управления 2. Известное устройство имеет предел по частоте посылок оптического возбуждения, так как счет, накопление и распределение данных поступающих с ФЭУ фотонов по ячейкам первого оперативного запоминающего устройства и сложение результатов, полученных в предыдущих циклах зондирования, хранящихся во втором оперативном запоминающем устройстве с результатами, полученными в данном цикле зондирования, происходят последовательно в течение одного и того же цикла зондирования, т.е. может возникнуть такая ситуацияТпри увеличении частоты посылок оптического возбуждения), что данные нескольких последних временных интервалов ячеек Первого и второго оператив- . ных запоминающих устройств не будут сложены, в результате чего информация , накопленная в данном цикле зондирования, частично или полностью утеряна. С другой стороны, увеличение ЧАСТОТЫ посылок зондирующих импульсов необходимо, так как ведет к сокращению времени измерения параметров атмосферы, в течение которого они измеряются уже значительно, что ведет к увеличению точности измерения этнх параметров. Цель изобретения - увеличение скорости накопления фотонов. Цель достигается тем, что в устройстве для счета фотонов, содержащее последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчики, первое оперативное запоминающее устройств; подключенное выходом к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом второго оперативного запо31

минающего устройства, подключенного выходом к входному регистру электронной вычислительной машины и к . второму входу сумматора, схему синхронизации, блок управления, причем адресные и управляющие выходы блока управления подключены к адресным и управляющим входам второго оперативного запоминающего устройства, к адресным входам первого оперативного запоминающего устройства и к управляющим входам счетчиков, а выход схемы синхронизации подключен к входу блока управления, введены счетный триггер и дополнительное оперативное запоминающее устройство, выход которого подключен к выходу первого оперативного запоминающего устройства, а вход - к выходам счет-г чико1а, вход счетного триггера подключен к выходу схемы синхронизации, а его выходы - к соответствующим входам управления первого и дополнительного оперативных запоминающих устройств, причем адресная шина блока управления подключена к адресному входу дополнительного оперативного запоминающего устройства, а его другой вход соединен с электронной вычислительной машиной.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит ФЭУ 1, дискриминатор 2, счетчики 3, первое оперативное запоминающее устройство 4, сумматор 5, второе оперативное запоминающее устройство 6, электронную вычислительную машину 7, дополнительное оперативное запоминающее устройство 8, блок 9 управления, счетный триггер 10, схему 11 синхронизации.

ФЭУ I соединен с входом счетчиков 3 через дискриминатор 2. Выход счетчиков 3 соединен с входами первого 4. и дополнительного 8 оперативных запоминающих устройств, выходы которых соединены с первым входом сумматора 5, выход которого соединен с входом второго оперативного запомина ющего устройства 6, выход которого подсоединен к входному регистру электронной вычислительной машины и к второму входу сумматора 5. Адресные :И управляющие выходы блока 9 управления подключены к соответствующим входам всех оперативных запоминающих устройств 4, 6 и 8 и счетчиков 3. Выход схемы 1I синхронизации соёди8974ней с входами блока 9 управления и . счетного триггера 10, соответствующие выходы которого соединены с входами управления первого 4 и дополни5 тельного 8 оперативных запоминающих устройств.

Устройство работает следующим образом.

Поступающий со схемы I1 синхрониO зации на блок 9 управления импульс синхронизации запускает в блоке управления тактовой генератор и счетчик адреса, который с определенной частотой- изменяет свое состояние, которое

5 подается на все оперативные запоминающие устройства 4,6 и 8. Этим определяется положение во времени фотонов , поступающих на ФЭУ 1. Этот же импульс перебрасьшает счетный тригQ гер 10 в противоположное состояние и выходные уровни с него устанавливают разные режимы первого и дополнительного рперативных запоминающих устройств. Например, первое оперативJ ное запоминающее устройство устанавливается в режим Запись, тогда дополнительное оперативное запоминающее устройство 8 находится в состояние Считывание. Эти состояния сохраняются до следующего синхроимпульса, т.е. импульса оптического зондирования атмосферы. При этом первое оперативное запоминающее устройство 4 производит только запись насчитанных во временных

5 интервалах импульсов, соответствующих по количеству числу поступивших на ФЭУ 1 фотонов, а дополнительное оперативное запоминающее устройство 8 производит только считывание дан0 ных, полученных в предыдущем цикле .зондирования, на сумматор 5,- где происходит сложение данных, хранящихся во втором оперативном запоминающем устройстве 6, с данными,

5 записанными в предьдущем цикле в дополнительное оперативное запоминающее устройство 8.

Следующий синхроимпульс перебросит счетный триггер 10 в противопо0 ложное состояние и первое и дополнительно е оперативные запоминающие устройства поменяются ролями - первое оперативное запоминающее устройство считывает данные, полученные

5 в предыдущем цикле, и суммирует их с данными, хранящимися во втором оперативном запоминающем устройстве 6, а дополнительное оперативное запоминающее устройство записывает данные со счетчиков 3 в соответствуюшне ячейки. После суммирования данных в течение требуемого количест ва циклов .зондирования во втором оперативном запоминающем устройстве 6 накапливается массив чисел, который по команде блока 9 управления передается в электронную вычислитель ную машину 7, после чего накопление возобновляется. Таким образом, за счет разделения режимов работы оперативного запомина ющего устройства по соседним циклам зондирования, за счет введения допол нительного оперативного запоминакщего устройства, работающего в противоположном с первым оперативным запоминающим устройством режиме, имеет ся возможность увеличения частоты посылок импульсов оптического излучения и сокращения времени экспери- i мента, тем самым точность измерения параметров атмосферы изменяется значительно меньше примерно в два раза). Аппаратная точность счета фотонов не ухудшается, так как .дискриминатор и счетчики, вносящие основной вклад в погрешности счета, не изменяются, а общая точность измерения параметров атмосферы возрастает приблизительно в два раза. Основные блоки устройства реализации на микросхемах серии К500,а блоки связи с электронной вычислительной машиной - на сериях KI55, К555 и К580. Предлагаемое устройство имеет малые объем, вес и энергопотребление по сравнению с известными при значительно б.олее высоких технических параметрах.

ТЕ

УСТРОЙСТВО Д1Ш СЧЕТА ФОТОНОВ, содержащий последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчики, первое оперативное запоминающее устройство, подключенное выходом к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом второго оперативного запоминающего устройст,ва, подключенного выходом к входному .регистру злектронной вьмислительной машины и к второму входу сумматора. схему синхронизации, блок управления причем адресные и управляющие выходы блока управления подключены к адресным и управляющим входам второго оперативного запоминающего устройства, к адресным входам первого оперативного запоминающего устройства и к управлякяцим входам счетчиков, а в-ыход схемы синхронизации подключен к входу блока управления, отличающееся тем, что, с целью увеличения скорости накопления фотонов, в него введены счетный триггер и дополнительное оперативное -запоминаю.щее устройство, выход которого подг ключен к выходу первого оперативного запоминающего устройства, а вход - к (Л выходам счетчиков, вход счетного триггера подключен к выходу схемы синхронизации, а его выходы - к соот ветствующим входам управления первого и дополнительного оперативных запоминающих устройств, причем адресная шина блока управления подключена к адресному входу дополнительного оперативного запоминающего устрой х ства, а его другой вход соединен с злектронной вычислительной машиной. :о

I

М: