Устройство для регистрации стационарных световых потоков методом счета фотонов Советский патент 1986 года по МПК G01J1/44 

112

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано при измерениях слабых и сверхслабых световых потоков методом счета фотонов в астрофизике, спектроскопии, ме дицине, биологии и т.д.

Цель изобретения - повьппение достоверности измерений.

На чертеже изображена блок-схема устройства,

Устройство содержит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 1, выход которого через усилитель 2 и дискриминатор 3 соединен с входами счетчика 4 импульсов, и измерителя 5 интерва- лов времени, входы управления которых соединены с выходом таймера 6. Выход измерителя интервалов времени соединен с входом квадратора 7, выход которого соединен с входом сум матора 8 значений квадратов интервалов времени. Информационные выходы счетчика 4 импульсов, таймера 6, сумматора 8 соединены с входом данных счетно-решающего устройства 9, выход которого соединен с индикаторнъгм устройством 10,

При регистрации световых потоков методом счета фотонов ошибку измерения принято.оценивать теорети- чески, исходя из того, что в большинстве случаев фотоотсчеты распределены по закону Пуассона, для которого дисперсия равна среднему значению. Теоретическая относительная среднеквадратичная ошибка может быть определена по формуле

/ёГ ПГ 1 ,

2- п

где

ff

- дисперсия среднего значени

фотоотсчетов п.

Однако в реальных условиях измерений с тцествует множество факторов искажающих -статистику фотоотсчетов. Это темновой сигнал ФЭУр ионно-оп- тическая обратная :связь в ФЭУ, несовершенства регистрирующей аппаратуры, помехи, флуктуация коэффициента пропускания среды, через которую проходит световой поток. Некоторые из этих факторов (например, темновой сигнал), некоторые особенности регистрирующей аппаратуры поддаются учету при обработке результатов измерений и определений ошибок. Большинство этих факторов увеличивают дисперсию фотоотсчетов, а тем самым повышают реальные ошибки измерений.

г CH

Т(17:

опенка которых возможна лишь экспериментальным путем, В ряде практи ческих сл гчаев и: меЕ1ений, например при исследованиях кратковременных или быстроменяющихся процессов,требуется определение реальных ошибок одиночных измерений.

Дисперсия отсчетов и дисперсия интервалов времени связаны известным уравнением

-2

(2)

3 ,-2

где о - дисперсия интервалов времени между соседними импульсами;

t - среднее значение интервала времени между соседними импульсами;

Т - время экспозиции. Существенным отличием предлагаемого способа от известного является использование связи между статистиками фотоотсчетов и интервалов времени для определения реальной . ошибки одиночногс измерения фотоотсчетов. Действительно, если выборочную дисперсию интервалов времени определять, исходя из соотношения

М

- - - ft -tt- м-1

(3)

где И - количество интервалов времени ;

t| - длительность интервала времени между i-M и i+1-м И ушульсами измеряемого по- тока; TOjучитывая равенство

, (4)

где К - количество импульсов, зарегистрированных за время экспозиции Т

и уравнение

t:,(5)-.

из формулы (2) получают

а (N-1) . (N-l)Ct - -, , .

б - К5-ЛТГ,-;;т - 1 J . (. О }

)

PJ1 2

Тогда относительная среднеквадратичная ошибка определяется выражением

t ll

h N

-ftf;

- ) n

Т -

Для определения n и „ данным способом необходимо к достаточно

измерить количество импульсов N, время экспозиции Т, а также величи

L- i ну

F/.

Устройство работает следующим о разом.

На ФЭУ I подается измеряемый свтовой поток. В зависимости от установленной таймером 6 длительности экспозиции в счетчике 4 импульсов идет подсчет выходных импульсов ФЭ 1, усиленных усилителем 2 и стандартизованных по амплитуде и длительности в амплитудном дискриминаторе 3. Одновременно в измерителе 5 интервалов времени происходит измерение каждого интервала времени между двумя соседними импульсами. Полученные значения длительности итервалов времени поступают на быст действующий умножитель, выполнягаци функцию квадратора 7. С выхода последнего значения квадратов длителности интервалов времени поступают на сумматор 8 этих значений. После окончания экспозиции с информационных выходов счетчика 4 импульсов, таймера 6 и сумматора 8 значений квадратов интервалов времени накопленные значения величин N, Т и Elt

bl

передаются на магистраль данных счетно-решающего устройства 9. В пследнем по указанным формулам и полученным результатам измерения производят вычисление значений среднего количества импульсов п и ее относительной среднеквадратичной ошики , которые индицируются на индикаторном устройстве 10.

Таким образом, предлагаемое изоретение позволяет определять реаль

Составитель А.Чурбаков Редактор М.Бланар Техред Л.Сердюкова

Заказ 6821/35 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

натора,

ную среднеквадратическую ошибку

каждого одиночного измерения свете вого потока методом счета фотонов.

и может найти применение в измерениях быстропротекающих или кратковременных процессов. При обработке результатов измерений, полученных предлагаемым способом, возможно присвоение каждому измерению веса, соответствующего полученной реальной опшбке, что позволяет повысить достверность измерений световых потоков

Формула изобретения

Устройство для регистрации стационарных световых потоков методом счета фотонов, содержащее последовательно соединенные фотоэлектронный умножитель, усилитель, дискриминатор и счетчик импульсов, а также индикаторное устройство, измеритель интервалов времени и таймер, выходы которого соответственно подключены к входам счетчика импульсов и измерителя интервалов времени, вход которого соединен с выходом дискримио тличающееся

0 5 20 25 натора,

30

тем, что, с целью повышения достоверности измерений, в него введены квадратор, сумматор и счетно-решающее устройство, два входа которого соответственно подключены к выходам таймера и счетчика импульсов, при25-чем выход измерителя интервалов вре- - мени соединен с третьим входом счет- но-репгакнцего устройства через по-, следовательно включенные квадратор и сумматор, а вход индикаторного уст40 ройства соединен с выходом счетно- решающего устройства.

Корректор С.Шекмар

Изобретение относится к фотометрии стационарных световых потоков в астрофизике и позволяет повысить достоверность измерений за счет определения реальной среднеквадратичной ошибки ; каждого одиночного измерения светового потока методом счета фотонов, что позволяет присвоить каждому измерению вес в соответствии с ошибкой. После экспонирования с информационных выходов счетчика импульсов 4, таймера 6 и . сумматора 8 накопленные значения соответствующих параметров передаются в магистраль |данных счетно-решающего устройства 9, в котором производится вычисление указанной ошибки, индицируемой на индикаторном устройстве 10. 1 ил. i (Л Ю f00 а ;D