Счетчик фотонов Советский патент 1987 года по МПК G01J1/44 

134

Изобретение относится к оптике атмосферы и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, лазерном зондировании атмосферы, космических

15

20

исследованиях, спектроскопии, химии астрономии и др.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем увели- -JQ чения скорости накопления информации.

На чертеже представлена блок-с;хема устройства.

Предлагаемое устройство содержит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 1, дискриминатор 2, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 3, ЭВМ Д, схему 5 синхронизации, управляемьш тактовый генератор 6, триггер 7 фотона, адресный счетчик 8,триггер 9 режима, двоичный реверсивный счетчик 10, логический элемент ИЛИ 11, логический элемент И 12.

Выход ФЭУ 1 подключен к входу дискриминатора 2, его выход - к первому входу триггера 7 фотона и к первому входу логического элемента И 12, его выход - к входу Счет вперед двоичного реверсивного счетчика 10, выход триггера фотона - первому входу управ-зо ления ОЗУ 3, его информационный К-раз- рядный выход - к К разрядам входного регистра ЭВМ 4, выход схемы 5 синхронизации подключен к первым входам управляемого тактового генератора 6 и триггера 9 режима, выход управляемого тактового генератора 6 - к второмуI.входу триггера 7 фотона и. к первому входу адресного счетчика 8,, информационные выходы двоичного реверсивного счетчика 10 подключены к п адресным входам ОЗУ 3, выход триггера 9 режима - к вторым входам управения управляемого тактового генератора 6, ОЗУ 3, к/(п+1)-ому входу огического элемента ИЛИ 11 и к второму входу логического элемента И 12, адресные выходы адресного счетчика

8подключены к информационным входам ЗУ 3, выход управления адресного счетчика 8 - к второму входу триггера

9режима; один из разрядов выходного регистра ЭВМ 4 подключен к входу Счет назад двоичного реверсивного четчика 10, выход логического элеента ИЛИ 11 подключен к (К+1)-ому азряду входного регистра ЭВМ 4.

Устройство работает следующим об- азом.

35

40

45

50

55

25

Управляемый генератор 6 временных интервалов запускается импульсом со схемы 5 синхронизации, определяющим начало цикла регистрации входных импульсов. Этот же импульс устанавливает триггер 9 режима и ОЗУ 3 в режим Запись и блокирует работу логического элемента ИЛИ 11.

Синхронно с появлением синхроимпульса запускается управляемый тактовый генератор 6, вырабатывая последовательность управляющих импульсов для формирования адресным счетчиком последовательности временных интервалов заданной длительности, для временной привязки фотоимпульсов относительно импульсов зондирования. Разрядность адресного счетчика В и период тактовых импульсов, вырабатываемых управляемым тактовым генератором 6, определяют пространственное разрешение регистрируемых атмосферных характеристик (, О, 1 5 км) и длину трассы

зо

25 зондирования L N х о

где-о

8VI

длительность временного интервала; N щ, - число временных интервалов; Ыц 2 - 1; К - разрядность адресного счетчика 8.

о

5

0

5

0

5

Поступающий с дискриминатора 2 фотоимпульс устанавливает триггер 7 фотона и, проходя через открытый логический элемент И 12, прибавляет единицу к содержимому двоичного реверсивного счетчика 10. Сигнал управления с выхода триггера 7 фотона разрешает запись информации (состояния адресного счетчика 8) по адресу, определяемому состоянием двоичного реверсивного счетчика 10. В момент начала следующего временного интервала триггер 7 фотона сбрасывается и подготавливается к регистрации очередного фотоимпульса. При его поступлении описанный цикл записи данных в ОЗУ 3 повторяется. Таким образом, число поступивших фотонов за весь цикл записи регистрируется в двоич- ном реверсивном счетчике 10, а моменты их поступления определяются состоянием соответствующих ячеек ОЗУ 3, в 1 которых записаны в двоичном виде состояния адресного счетчика 8, .соответствующие моментам поступления фотонов. Сколько фотоимпульсов поступило в цикле записи, столько ячеек ОЗУ 3 заполнилось информацией о моментах поступления фотоимпульсов.

После прохождения всех возможных состояний адресного счетчика 8 сигнал окончания цикла записи с его выхода перебрасывает триггер 9 режима в режим Чтение, отключая управляемый тактовый генератор 6, передавая таким образом управление двоичным счетчиком 10 к ЭВМ 4, разрешает прохождение информации через логический элемент ИЛИ 11 на входной регист ЭВМ 4, блокирует прохождение одно- электронных импульсов через логический элемент И 12 на двоичный ревер- сивньй счетчик 10, переводит ОЗУ 3 в режим Чтение. ЭВМ 4 постоянно анализирует состояние разряда Флаг входного регистра на наличие в нем единицы. Если в цикле записи бьшо зарегистрировано поступление некоторого 2о ниё фотоимпульса, в последовательных

числа фотонов, то .при переходе устройства в режим Чтение, на выходе логического элемента ИЛИ 11 появляется 1, воспринимаемая ЭВМ как команда чтения данных, выставляемых на выходе ОЗУ 3, в ОЗУ ЭВМ. Принятые данные (adress) интерпретируются ЭВМ 4 как .адрес ячейки ОЗУ ЭВМ, по которому к содержимому ячейки прибавляется 1, обеспечивая увеличение (накопление) зарегистрированной в этой ячейке информации. Окончание чтения состояния данной ячейки ОЗУ 3 определяется активацией разряда выходного регистра ЭВМ 4, переводящим двоичный реверсивный счетчик в (п-1)-е состояние. Если было зарегистрировано более одного фотона, то хотя бы в одном разряде двоичного реверсивного счетчика 10 будет 1, которая опять, проходя через открытый логический элемент ИЛИ 11, воспринимается ЭВМ как сигнал наличия информации в очередной ячейке ОЗУ 3, которую необходимо считать. Поэтому цикл считывания и интерпретации информации повторяется. Окончание его также завершается генерацией импульса окончания цикла на выходном регистре ЭВМ 4. Это повторяется до тех пор, пока двоичный реверсивный счетчик не достигнет состояния 000...О, т.е. когда число циклов чтения не достигнет числа зарегистрированных в цикле записи фотонов. В этот момент заканчивается цикл чтения данных из ОЗУ устройства 3 в ОЗУ ЭВМ 4.и, фактически, устройство готово к новому циклу записи данных, который начинается после по35

ячейках ОЗУ повзоляет сократить время считывания данных из ОЗУ 3 в ОЗУ ЭВМ 4 за счет времени, здтрачиваемо- го на тестирование состояния ячеек

25 ОЗУ 3, что дает возможность увеличить частоту посылок зондирующих импульсов, скорость накопления фотоимпульсов, сократить время эксперимента и увеличить точность измерения парамех

3Q ров атмосферы.

Формула изобретения

Счетчик фотонов, содержащий последовательно включенные фотоэлектрон ный умножитель,дискриминатор, триггер фотона, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), ЭВМ, а также триггер режима, последовательно включенные схему синхронизации, управляемый тактовый генератор и адресной счетчик причем выход дискриминатора подключен к первому входу триггера фотона, схема синхронизации подключена к первым входам триггера режима и управляемого тактового генератора, вьрсод которого подключен ко второму входу триггера фотона, выход триггера фотона подклю.чен к первому входу управления ОЗУ, выход триггера режима подключен ко второму входу управляемого : тактового генератора и ко второму входу управления ОЗУ,/выход управления адресного счетчика подключен ко второму входу триггера режима, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров атмосферы, в состав счетчика фотонов введены двоичный реверсивный счетчик, логическая схема ИЛИ и

40

45

50

55

5

ступления очередного синхроимпульса на схему 5 синхронизации.

Многократное повторение циклов Запись-Чтение приводит к тому, что в ячейках ОЗУ ЭВМ, адресу которых определяют положение поступающих на устройство фотонов относительно импульса синхронизации, происходит формирование профиля отраженного атмосферой сигнала с точностью, определяемой уровнем накопления в каждом временном интервале, по которому может быть вычислен профиль атмосферных характеристик.

Таким образом, запись моментов поступления фотоимпульсов в виде двоичных кодов временных интервалов, в которых было зарегистрировано появле5

ячейках ОЗУ повзоляет сократить время считывания данных из ОЗУ 3 в ОЗУ ЭВМ 4 за счет времени, здтрачиваемо- го на тестирование состояния ячеек

5 ОЗУ 3, что дает возможность увеличить частоту посылок зондирующих импульсов, скорость накопления фотоимпульсов, сократить время эксперимента и увеличить точность измерения парамех

Q ров атмосферы.

Формула изобретения

Счетчик фотонов, содержащий последовательно включенные фотоэлектронный умножитель,дискриминатор, триггер фотона, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), ЭВМ, а также триггер режима, последовательно включенные схему синхронизации, управляемый тактовый генератор и адресной счетчик, причем выход дискриминатора подключен к первому входу триггера фотона, схема синхронизации подключена к пер вым входам триггера режима и управляемого тактового генератора, вьрсод которого подключен ко второму входу триггера фотона, выход триггера фотона подклю.чен к первому входу управления ОЗУ, выход триггера режима подключен ко второму входу управляемого : тактового генератора и ко второму входу управления ОЗУ,/выход управления адресного счетчика подключен ко второму входу триггера режима, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров атмосферы, в состав счетчика фотонов введены двоичный реверсивный счетчик, логическая схема ИЛИ и

0

5

0

5

5ПЛ15036

логическая схема И, причем выход дис-входам логического элемента ИЛИ, ад- криминатора подключен к первому входуресные выходы адресного счетчика под- логического элемента И, его выходключены к К информационным входам подключен к входу Счет вперед ,ОЗУ, К информационных выходов ОЗУ двоичного реверсивного счетчика, подключены к К разрядам входного ре- выход триггера режима подключен кгистра ЭВМ, выход логического злемен- второму входу логического элемента Ита ИЛИ подключен к (К+1)-ому разряду и к (п+1)-ому входу логического эле-входного регистра ЭВМ, оДин разряд мента ИЛИ, информационные выходы дво- Qвыходного регистра ЭВМ подключён к ичного реверсивного счетчика подклю-входу Счет назад двоичного ревер- чены к адресньм входам ОЗУ и к псивного счетчика.

Изобретение относится к оптике атмосферы и предназначено для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство включает ФЭУ 1, дискриминатор 2, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 3, ЭВМ 4, схему синхронизации 5, управляемый тактовый генератор 6, триггер фотона 7, адресный счетчик 8, триггер режима 9, двоичный реверсивный счетчик 10, логический элемент ИЛИ 11, логический элемент И 12. Запись моментов поступления фотоимпульсов осуществляется не в виде меток в соответствующих ячейках ОЗУ, а в виде двоичных кодов временных интервалов, в которых было зарегистрировано появление фотоимпульса, в последовательных ячейках ОЗУ. Это сокращает время считывания паяных из ОЗУ 3 в ЭВМ 4 за счет времени, затрачиваемого на тестирование состояния ячеек ОЗУ 3, что дает возможность увеличить частоту посылок зондирующих импульсов, скорость накопления фо.тоимпульсов и точность измерения параметров атмосферы. 1 ил.