Счетчик фотонов Советский патент 1987 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения интенсивности малых уровней непрерывного оптического излучения, а также для измерения одноэлектронных характеристик фотоумножителей,

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных

возможностей устройства за счет обес- ю логического переключателя 5 и анало

печения режима одноканального амплитудного анализа одноэлектронных импульсов фотоумножителя,

На фиг. 1 изображена структурная схема счетчика фотонов; на фиг. 2 - временная диаграмма формирования тактов и циклов процесса измерения; на фиг. 3. - пример расположения нижнего и верхнего значений уровня дискриминации относительно дифференциального p(h) и интегрального А(h) спектров амплитуд фотоэлектронных импульсов фотоумножителя,

Счетчик фотонов содержит фотоумножитель 1, усилитель-формирователь 2, интегральный амплитудный дискриминатор 3, первый временной селектор 4, логический переключатель 5, реверсивный счетчик 6 импульсов, генерато 7 опорной частоты, временной селектор 8, первый делитель 9 частоты, счетный триггер 10, второй делитель 11 частоты, блок 12 управления, регулируемый генератор 13 стабильного тока, аналоговый переключатель 14 тока и шину 15 сброса. I

Выход фотоумножителя 1 подключен

входу усилителя-формирователя 2j выход которого подключен к входу дискриминатора 3, сигнальный выход которого подключен к входу первого временного селектора 4, утхравляющий выход - к управляющему входу второго временного селектора 8. Управляющий вход дискриминатора 3 соединен с выходом аналогового переключателя 14. Выход первого временного селектора 4 под1Шючен к информационному входу логического переключателя 5, выходы которого подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 6, Управляющий вход первого временного селектора 4 подключен к первому выходу блока 12 управления второй выход которого соединен с шиной 15 сброса, подключенной к входам сброса реверсивного счетчика 6, счетного триггера 10, первого 9 и второго 11 делителей частоты. Гене

ратор 7 опорной частоты подключен к входу второго врементшго селектора 8, выход которого связан с входом первого делителя 9 частоты, выход которого подключен к счетному входу триггера 10. Выход последнего соединен с входом второго делителя 1I частоты, а также с управляющими входами

0

0

5

гового переключателя 14 тока, вход которого соединен с генератором 13 стабильного тока, а выход - с управляющим входом дискриминатора 3, Выход второго делителя 11 частоты подключен к входу блока 12 управления.

Блок 12 управления предназначен для формирования команд пуска, останова и сброса.

Последовательно соединенные фотоумножитель 1, усилитель-формирователь 2, дискриминатор 3, первый временной селектор 4, логический переключатель 5 и реверсивный счетчик 6 образуют сигнальный канал, в котором происходит обработка и накопление импульсов, генерируемых фотоумножителем 1 при воздействии измеряемого сигнала (потока фотонов измеряемого излучения),

Последовательно соединенные генератор 7 опорной частоты, второй временной селектор В, первый делитель 9 частоты, счетный триггер 10, второй делитель 11 частоты и блок 12 управления образуют хронирующий канал, предназначенный для формирования интервала времени измерения, а также для разбиения его на циклы и такты суммирования и вычитания импульсов в сигнальном канале синхронно с переключением уровня дискриминации из нижнего-положения в верхнее и обратно.

Счетчик фотонов работает следующим образом.

По команде Пуск, подаваемой в блок 12 управления извне (например, от кнопки ручного запуска) или вырабатываемой внутри блока управления (в режиме автоматического периодического запуска) блок 12 управления формирует импульс сброса, подаваемый на шину 15 сброса и устанавливающий в gg нуль содержание счетчика 6 импульсов, делителей 9 и 11 частоты, а также счетного триггера 10, Уровень О, действующий на выходе триггера 10, поддерживают аналоговый переключатель

5

0

5

0

14 в разомкнутом состоянии, при этом уровень амплитудной дискриминации (h) находится в нижнем положении (h, а выход первого временного селектора 4 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 6 через логический переключатель 5, на управляющем входе которого также действует уровень О с выхода триггера 10, По заднему фронту импульса сброса блок 12 управления формирует на первом выходе передний фронт строб-импульсов временных ворот, который открывает на время измерения первый временной селектор 4.

Одноэлектронные импульсы, возникающие на выходе фотоумножителя 1 при воздействии потока фотонов измеряемого излучения, усиливаются и формируются усилителем-формирователем 2 и поступают на вход интегрального амплитудного дискриминатора 3, уровень дискриминации которого в течение первого такта и других нечетных тактов находится в нижнем положении (h/). Выходные импульсы дискриминатора 3 поступают через открытый временной селектор 4 и логический переключатель 5 на суммирующий вход реверсивного счетчика 6. В течение первого такта происходит суммирование импульсов, превышающих по амплитуде нижнее положение уровня дискриминации (h). Одновременно происходит заполнение хронирующего канала импуль- .сами от генератора 7 опорной частоты через второй временной селектор 8, который блокируется по управляющему входу на время при каждом срабатывании дискриминатора, где - разрешающее время дискриминатора. Выходные импульсы второго временного селектора 8 поступают на вход первого делителя 9 частоты. Первьй такт заканчивается с приходом на вход первого делителя частоты импульса (с начала такта). В этот момент на выходе первого делителя 9 частоты возникает импульс, перебрасывающий счетный триггер 10 в состояние с 1 на выходе, которое сохраняется до конца второго такта.

В течение второго такта уровень 1, действующий на выходе триггера 10, поддерживает аналоговый переклю- чатель 14 в замкнутом состоянии, генератор 13 стабильного тока подключен при этом к управляющему входу дискри

0

5

0

5

минатора 3, за счет чего уровень дискриминации поддерживается в верхнем положении (h,+Ь до конца второго такта. Выходные импульсы дискриминатора 3 в течение второго такта поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 6 через первый временной селектор 4 и логический переключатель 5, на управляющем входе которого действует уровень 1 с выхода : триггера 10. В течение второго такта происходит вычитание импульсов, превышающих по амплитуде верхнее поло- жени,е уровня дискриминации, из ранее накопленного в счетчике 6 (за предыдущий такт) числа импульсов, а также продолжается заполнение хронирующего канала импульсами от генератора 7 опорной частоты.

Второй такт заканчивается с приходом на вход первого.делителя 9 частоты К, -го импульса (с начала такта), В этот момент на выходе первого делителя 9 частоты возникает импульс, перебрасывающий триггер 10 в исходное состояние с О на выходе. На этом заканчивается первый цикл, а в счетчике 6 выделяется разностное число импульсов, накопленное за цикл.

Далее циклы повторяются аналогичным образом, результат накопления импульсов в счетчике 6 увеличивается с каждым циклом. В момент окончания цикла на выходе второго делителя 1 частоты появляется импульс, подаваемый на вход блока 12 управления, который при этом формирует на первом выходе задний фронт строб-импульса временных ворот, закрывающий первый временной селектор 4. На этом заканчивается интервал времени измерения, а в реверсивном счетчике 6 выделяется с число импульсов N, отображающее результат измерения. Временная диаграмма, изображенная на фиг. 2, поясняет процесс формирования тактов и циклов.

Коэффициенты деления К. и К2 первого и второго делителей частоты выбирают исходя из требуемого диапазона интервалов времени измерения Т, а также с учетом того, что частота переключения счетного триггера 10 должна быть не менее 1 Гц, Последнее требование обусловлено необходимостью подавления флИккерных шумов фотоумножителя, сосредоточенных обычно в области частот менее 0,1-1 Гц. Так,

0

5

0

0

5

например, для перекрытия диапазона Т 0,02 - 200 с при fв 1 МГц фициент деления К 2. установлен фиксированным (К2. 10), а коэффициент К, установлен, изменяемым в диапазоне К 10 -10, При этом частота переключения триггера 10 находится в пределах 5 Гц - 5 кГц, что вполне удовлетворяет изложенным требованиям, ю

При использовании устройства для измерения интенсивности излучения виртуальное окно дискриминации устанавливают достаточно широким путем выбора hftM порядка I, а уровень дис- 15 криминации фиксируют. Пример расположения уровней дискриминации показан на фиг, 3, где h О,64 и ,02, удовлетворяющие условию стабилизации . Коэффициента преобразования 20

h.p(h) (h,-HhJp(h,+h,).

При использовании устройства для одноканального анализа амплитуд одно- электронных импульсов фотоумножителя 25 ширину виртуального окна устанавливают достаточно малой путем выбора hcM 1 и, изменяя последовательно нижний уровень h, , регистрируют зависимость числа импульсов, имеющих ЗО амплитуду между h и h, h,, от уровня дискриминации h, График получаемой в

1345065

обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства - измерение дифференциального распределения амплитуд однозлектронных импульсов ФЭУ и повышение точности за счет снижения нестабильности коэффициента преобразования.

Формула изобретения

Счетчик фотонов, содержащий последовательно включенные фотоумножитель, усилитель-формирователь, интегральный амплитудный дискриминатор, первый временной селектор в сигнальном канале и последовательно включенные генератор опорной частоты, второй временной селектор, первый делитель частоты в хронирующем канале, а также счетчик импульсов, второй делитель частоты и блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого временного селектора, второй выход подключен к шине сброса счетчика импульсов и делителей частоты, а управляющий выход дискриминатора соединен с управляющим входом второго временного селектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей устройства за счет обеспечения режима одноканального амплитудного анализа одноэлектронных импульсов

Счетчик фотонов, содержащий последовательно включенные фотоумножитель, усилитель-формирователь, интегральный амплитудный дискриминатор, первый временной селектор в сигнальном канале и последовательно включен ные генератор опорной частоты, второй временной селектор, первый делитель частоты в хронирующем канале, а также счетчик импульсов, второй делитель частоты и блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого временного селектора, второй выход подключен к шине сброса счетчика импульсов и делителей частоты, а управляющий выход дискриминатора соединен с управляющим входом второго временного селектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей устройства за счет обеспечения режима одноканального амплитудного анализа одноэлектронных импульсов

результате этих измерений зависимости соответствует по форме функции дифференциального распределения амплитуд фотоумножителя, в него введены регу- p(h) (кривая 16 на фиг, 3), Соответ- лируемый генератор стабильного тока.

.ствующая функция интегрального рас- .пределения амплитуд А(h) представлена Кривой 17 на фиг, 3, Ширина виртуального окна в данном устройстве определяется лишь генератором 13 стабильного тока и сохраняется постоянной при изменении нижнего уровня h ,

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществить мультиплексную обработку потока одноэлектронных импульсов фотоумножителя с модуляцией уровня дискриминации и синхронным реверсивным счетом. При этом с помощью единственного порогового элемента формируется визуальное динамическое окно дискриминации, ширина которого задается регулируемым генератором стабильного тока, что

Формула изобретения

Счетчик фотонов, содержащий последовательно включенные фотоумножитель, усилитель-формирователь, интегральный амплитудный дискриминатор, первый временной селектор в сигнальном канале и последовательно включенные генератор опорной частоты, второй временной селектор, первый делитель частоты в хронирующем канале, а также счетчик импульсов, второй делитель частоты и блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого временног селектора, второй выход подключен к шине сброса счетчика импульсов и делителей частоты, а управляющий выход дискриминатора соединен с управляющим входом второго временного селектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей устройства за счет обеспечения режима одноканального амплитудного анализа одноэлектронных импульсов

фотоумножителя, в него введены регу- лируемый генератор стабильного тока.

0

5

0

аналоговый переключатель тока, логический переключатель и счетный триггер, причем установочный вход триггера связан с шиной сброса, счетный вход подключен к выходу первого делителя частоты, выход триггера подключен к входу второго делителя частоты и к управляющим входам логического и аналогового переключателей, выход последнего связан с управляющим входом дискриминатора, а вход - с генератором стабильного тока, информационный вход логического переключателя подключен к выходу первого временного селектора, а его выходы - к суммирующему и вычитающему входам счетчика импульсов, который выполнен реверсивным.

P((fi)

Q3U2.Z

0.5115

фиг. 3

ВНИИШ Заказ 4910/41Тираж 776 Подписное

Пронзв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к фотометрии. Цель изобретения - повьшение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства. Счетчик фотонов содержит хронирующий канал, сигнальный канал с фотоумножителем, интегральным амплитудным дискриминатором, логическим переключателем и реверсивным счетчиком, а также регулируемый генератор стабильного тока, подключенный к входу аналогового переключателя, выход которого соединен с управляющим входом дискриминатора. В устройстве осуществляется мультиплексная обработка потока одно- электронных импульсов с мс уляцией уровня дискриминации и синхронным реверсивным счетом. С помощью единственного порогового элемента формируется виртуальное окно дискриминации, ширина которого задается гене- -ратором стабильного тока, который периодически подключается к управляющему входу дискриминатора через аналоговый переключатель, управляемый синхронно с логическим переключателем, задающим направление счета. Сигнал управления переключателем формируется в хронирующем канале, при этом интервал времели измерения разбивается на ряд чередующихся тактов: суммирования - с нижним и вычитания - с верхним уровнями дискриминации. При соответствующем выборе уровня дискриминации и смещающего тока достигается повышение точности измерений за счет снижения нестабильности коэффициента преобразования. При установке достаточно малого смещающего устройство позволяет производить однока- нальный амплитудный анализ одноэлек- тронных импульсов фотоумножителя. 3 ил. (Л 00 4 СП О О5 01