Счетчик фотонов Советский патент 1987 года по МПК G01J1/44 

11

Изобретение относится к устройствам для измерений параметров атмосферы и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световьк потоков в физике, лазерном |зондировании атмосферы, космических исследованиях, спектроскопии, химии астрономии и др.

Целью изобретения является повышение точности регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондирования.

На чертеже представлена блок-схема счетчика фотонов.

Устройство содержит ФЭУ 1, дискриминатор 2,ОЗУ 3, ЭВМ 4, схему 5 синхронизации, управляемьм тактовый генератор 6, триг Г ер 7 фотона, адресный счетчик 8, триггер 9 режима, двоичный счетчик 10 и шифратор 11.

Выход ФЭУ 1 подключен к входу дискриминатора 2, выход которого соединен с первым входом тригт ера 7 фотона. Выход последнего подключен к первому входу управления ОЗУ 3, выход которог о соединен с одним из разрядов входного рег истра ЭВМ 4,Выход схемы 5 синхронизации подключен к первым входам управляемого такто- вог о генератора 6 и триггера 9 режима, выход управляемого тактового генератора 6 - к первому входу шифратора 11 и к счетному входу двоичного, счетчика 10, а выходы двоичного счетчика 10 - к 2 (К +1) входам шифратора 11, выход которого подсоединен к второму входу тригг ера 7 фотона и первому входу адресног о счетчика 8. Выход триггера 9 режима подключен к вторым входам управляемого тактовот о г-енератора 6 и ОЗУ .3. Адресные выходы адресного счетчика -8 подключены к адресным входам ОЗУ 3 и к входному регистру ЭВМ 4., а выход управления адресного счетчика - к второму входу триггера 9 режима. Один из разрядов выходного регистра ЭВМ 4 подключен к второму входу адресного счетчика 8.

Устройство работает следующим образом.

Управляемый г-енератор 6 -запускается импульсом со схемы 5 синхронизации, определяющим начало цикла ре 1 истрации входных импульсов. Этот же импульс устанавливает тригтер 9 режима ОЗУ в режим Запись. В этом режиме длительность временных

2382

интервалов опт еделяется частотой управляемого тактового генератора, поступающей через шифратор 11 на адресный счетчик 8, и выбирается из 5 условия фиксации в ОЗУ всех фотоимпульсов, наибольшая частота которых наблюдается в ближней зоне, а также из минимально допустимой длительности цикла записи информации (мет- 0 ки) в используемый тип ОЗУ. Учитывая вид входног О сиг нала, для уверенной регистрации потока изменяющейся интенсивности необходимо уменьшать длительность временног-о интерва15

20

ла-до пределов, допускаемых минимальной длительностью цикла записи инфор- мац1- и используемый тип ОЗУ, и затем по мере удаления от передатчика увеличивать длительность временных интервалов до значений, определяемых требуемым пространственньш разрешением, которое определяется как ± 1/2tgn , где 1 длительность

временного интервала. 25

Эта задача решается использованием двоичног о К-разрядно1 о счетчика 10 и шифратора 11. При зтом разрядность счетчика 10 фактически опреде- 30 ляет диапазон изменения длительности временных интервалов от мини- мальнох о до максимального и является мерой снижения динамическог о

|Х

.диапазона входног о сиг нала в 2 ,

35 г Де К - разрядность двоичного счетчика.

Совместная работа счетчика 10 и шифратора 11 позволяет вырабатывать выходные .импульсы, поступающие на

40 адресный счетчик через изменяющийся (увеличивающийся) интервал времени. Это достиг ается тем,, что на выходе шифратора появляются импупьсы т лько при определенных значениях входных

45 сиг налов, которыми для него являются выходные состояния двоичного счетчика, а именно при достижении двоичным счетчиком 1,2,4,8,16 и 32 и т.д. состояний. Эти импульсы изменяют сос50 тояние адреснот о счетчика 8 и по мере удаления от источника зондирующих импульсов длительность временных интервалов, 3 которых проиехо.дит регистр; ция поступ; К1;ц;.гх с днскримина55 тора 2 фотоимпульсов., уосличивс ется пропорционально сняжен о ИНТР.НГГНВ- ности ВХОДНОГ О сигналя. Б.г;а одар -; этому инте:1сквнос;ть (или В 1роят- ность регистрации) фотоимпульса в

31

течение i-r-o временног о интервала сохраняется практически постоянной, а следовательно, точность рег истра- иии в ближней зоне возрастает.

Режим зоны плавающей длительности временных интервалов сохраняется до уменьшения интенсивности входног о потока фотоимпульсов до значения , 1 Де Длительность временного интервала вне ближней зоны, которая выбирается из необходи- мог о пространственног о разрешения измеряемого атмосферног-о параметра и необходимой длины трассы зондирования, так как уменьшение длительности временного интервала ведет к уменьшению длины трассы, что неприемлемо. Длина зоны плавающей длительности временных интервалов может быть изменена путем подключения соответствующего числа разрядов двоичного счетчика 10 к входам шифратора 11. Конкретная разрядность (и длительность зоны) подбирается экспериментально или может быть предварительно рассчитана.

Зарегистрированнь1е в режиме Запись моменты поступления фотонов на устройство в режиме чтения ОЗУ передаются в ЭВМ в виде адресов временных интервалов, в которых был зарегистрирован факт поступления фотона, причем в ЭВМ происходит прибавление единицы к содержимому ячейки ЭВМ, адрес которой считывается с устройства.

Момент поступления фотона определяется как

п яч /макс

К

21

где К,

1-1 - номер ячейки, в которой

зафиксирована метка; tj - плавающая длительность временных интервалов в ближней зоне; длительность временных

интервалов в дальней зоне (постоянная). Многократное повторение цикла записи считывания приводит к тому, что в ячейках ОЗУ, ЭВМ, адреса кото- pbjx определяют положение поступающих на устройство фотонов относительно импульс,- синхронизации, происходит формирование профиля отраженного атмосферой сигнала с точностью.

84

определяемой уровнем накопления в каждом временном интервале.

Таким образом, разделение трассы зондирования на два участка, в которьк регистрация сигнала (моментов поступления фотонов) ведется с различным пространственным разреп1екием, позволяет значительно снизить уровень просчетов в ближней зоне даже

при значительной интенсивности

фотоимпульсов и увеличить точность регистрации сиг нала, причем длительность временных интервалов в ближней зоне изменяется пропорционально

снижению интенсивности потока вход- ньк фотоимпульсов.

Формула изобретения

Счетчик фотонов, содержащий фотоэлектрический умножитель (ФЭУ), дискриминатор, триггер фотона,оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

электронно-вьмислительную машину (ЭВМ), схему синхронизации, триггер режима, управляемый тактовый генератор и адресный счетчик, причем ФЭУ подключен к дискриминатору,выход хоторого подключен к первому входу тригт ера фотона, схема синхронизации подключена к первым входа.; угфав- ляемого тактовог о генератора и трнт - г ера режима, выход триггера фотона

подключен к первому входу управления ОЗУ, выход триг гера режима подкл а- чен к второму входу управляемого тактового генератора и второму входу управления ОЗУ, адресные выходы адресного счетчика подключены к адресным входам ОЗУ и к входному регистру ЭВМ, к входному регистру ЭВМ подключен информационный выход ОЗУ, один из разрядов выходного регистра

ЭВМ подключен к второму входу адрёс- Hoi o счетчика, выход управления которого подключен к второму входу триггера режима, информационный вход ОЗУ подключен к шине питания, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения точности регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондирования, Е состав устройства введены двоичный

счетчик и шифратор, причем выход уп-. равляемого тактового г енератора подключен к счетному входу двоичного счетчика и к первому входу шифратора выходы двоичног о счетчика подклю513U2386

чены к 2 - (К 1) входам шифратора, гера фотона и к первому входу адрес- а его выход - к второму входу триг- ного счетчика.

,,;V; 1 i

Изобретение относится к области измерений слабых и сверхслабых световых потоков. Цель изобретения - увеличение точности регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондирования путем разделения трассы зондирования на два участка, в которых регистрация сигнала (моментов поступления фотонов) ведется с различным пространственным разрешением. Счетчик включает ФЭУ 1, дискриминатор 2, ОЗУ 3, ЭВМ 4, схему синхронизации 5, управляемый тактовый генератор 6, триггер фотона 7, адресный счётчик 8, триггер режима 9,двоичный счетчик 10, шифратор 11 .Совместная работа счетчи- ка 10 и шифратора 11 позволяет выраба- тывать выходные импульсы, поступающие на адресный счетчик 8, через изменяющийся (увеличивающийся) интервал времени, так как на вькоде шифратора появляются импульсы только при определенных значениях сигналов на его входе, которыми для шифратора являются выходные состояния двоичного счетчика - 1,2,4,8,16,32 и т.д. состояний. Таким образом, по мере удаления от источника зондирующих импульсов длительность временных интервалов увеличивается пропорционально снижению интенсивности сигнала, благодаря чему интенсивность (вероятность регистрации) фотоимпульса в течение i-i o временного интервала сохраняется практически постоянной, т.е. точность регистрации в ближней зоне возрастает. 1 ил. с (Л 00 ю со 00