Счетчик фотонов Советский патент 1987 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к области измерений, может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, лазерном зондировании атмосферы, космических исследованиях, спектроскопии, химии, астрономии и является усовершенствованием изобретения по авт. ев, № 1078259.

Цель изобретения - повышение точ- йости регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондирования.

На чертеже представлена блок-схе- ма устройства.

Устройство содержит фотоэлектрический умножитель ФЭУ 1, дискриминатор 2, опертивное запоминающее устройство (ОЗУ) 3, ЭВМ 4, схему.5 синх ронизации, управляемый тактовьй генератор 6, триггер 7 фотона, адресный счетчик 8, триггер 9 режима, первый логический элемент И 10, второй логический элемент И 11, первьй двоичный счетчик 12, первый регистр 13, дешифратор 14, второй двоичный счетчик 15 второй регистр 16, блок управления БУ 17,

Выход ФЭУ 1 подключен к входу дискриминатора 2, его выход - к первому входу триггера 7 фотона и к счетному входу первого двоичного счечика 12, выход триггера 7 фотона - к первому входу управления ОЗУ 3, его выход - к одному из разрядов входного регистра ЭВМ 4, выход схемы синхронизации 5 подключен к первым входам триггера 9 режима, управляемого тактового генератора 6 и к первому входу первого регистра 13, выход управляемого тактового генератора 6 - к вторым входам триггера 7 фотона, логического элемента И 10, первого регистра 13, к входу управления пер- вого двоичного счетчика 12 и к счетному ВХОДУ второго двоичного счетчика 15, информационные выходы первог двоичного счетчика 12 - к информационным входам первого регистра 13, его информационные выходы - к информационным входам дешифратора 14, ег управляющие выходы - к первым входа первого и второго логических элементов И 10 и 11, их объединенный вы- ход - к входу адресного счетчика 8, его адресный выход - к адресным входам ОЗУ 3, к входному регистру ЭВМ и к входам второго регистра 16,

5

0

5

0 пульсов

4550 gg

его выходы - к соответствующим входам входного регистра ЭВМ 4, выход управления адресного счетчика 8 - к второму входу триггеров 9 режима, его выход - к вторым входам управляемого тактового генератора 6 и ОЗУ 3, N разрядов выходного регистра ЭВМ 4 . . подключен к N входам второго двоичного счетчика 16, один из его N выходных разрядов подключен к второму входу второго логического элемента ИИ,

Устройство работает следующим образом.

Управляемый генератор 6 временных интервалов запускается импульсом со схемы 5 синхронизации, определяющим начало цикла регистрации входных имЭтот же импульс устанавливает первый регистр 13 в режим Заполнен, при зтрм на выходе дешифратора 14 устанавливаются уровни, пропускающие тактовые импульсы на адресный счетчик с управляемого тактового генератора 6 и блокирующие прохождение уменьшенных в N раз тактовых импульсов с выхода второго двоичного счетчика 15; триггер 9 режима при этом устанавливает ОЗУ 3 в режим Запись,

При этом длительность временных интервалов определяется частотой управляемого тактового генератора 6 и jg выбирается из условия фиксации в ОЗУ всех фотоимпульсов, наибольшая частота которых наблюдается в ближней зоне, а также из минимально допустимой длительности цикла записи информации 40 (метки) в используемый тип ОЗУ, Режим БЛИЖНЯЯ зона сохраняется до уменьшения интенсивности входного потока фотоимпульсов до значения , где t gn - длительность временного интервала вне ближней зоны, которая выбирается из необходимого пространственного разрешения измеряемого атмосферного параметра и необходимой длины трассы зондирования, так как естественном,,уменьшение длительности временного интервала ведет к уменьшению длиты трассы, что неприемлимо. Длительность временных интервалов, т,е, пространственное разрешение регистрируемых сигналов вне ближней зоны может быть изменена путем подачи управляющих кодов на входы второго двоичного счетчика 15 через выходной регистр ЭВМ 4.

0

3

Поступающие на первый двоичный счетчик фотоимпульсы накапливаются в нем в .течение временного интервал формируемого с выхода N разряда второго двоичного счетчика 15 и представляющего со.бой увеличенный в N раз период управляемого тактового генератора 6. , В конце каждого такого временного интервала состояние первого двоичного счетчика 12 перепсывается в первый регистр 13 и, в зависимости от зафиксированного в нем числа, дешифратор выдает на выхде управляющий сигнал, разрешающий прохождение на адресный счетчик тактовой частоты с управляемого тактовго генератора 6 или второго двоично счетчика 15, а именно, если в перво двоичном счетчике за время интервал счета регистрировано более одного фотоимпульса, то сохраняется режим Ближняя зона, т.е. адресный счетч управляется от управляемого генератра. Если же-в первом двоичном счетч ке будет зарегистрировано число 1 или О, то дешифратор переключает переключатель тактовой частоты в режим Дальняя зона и адресный счетч управляется от второго двоичного . счетчика 15 поделенной в N р аз тактвой частотой через открытьй логический элемент 11.

При этом момент, в который произшло переключение режимов, фиксирует ся во втором регистре и затем считывается в ЭВМ.

Коэффициент деления определяется разрядом, с которого подается такто

Вия частота на элемент И 11, которая выбирается, исходя из требуемого пространственного разрешения, равно 8ИГО ±1/2

Зарегистрированные в режиме За- пись 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 в виде

при поступлении фотона в ближней зоне, где N - - номер ячейки, в котояч

рой зафиксирована

метка.

1, дли0

5

5

0

тельность временных интервалов п ближней зоне, или

t,ADR+(N,-ADR)€,, ,

где ADR - длина ближней зоны, выраженной в количестве временных интервалов длительностью г , .

Многократное повторение цикла записи-считывания приводит к тому, что в ячейках ОЗУ ЭВМ, адреса которых.- определяют положение поступающих на устройство фотонов относительно импульса синхронизации, происходит фор- мироадние профиля отраженного атмосферой сигнала с точностью, опреде-. ляемой уровнем накопления в каждом временном интервале.

Таким образом, цель изобретения достигается путем разделения трассы зондирования на два участка, в которых регистрация сигнала (моментов поступления фотонов) ведется с различным пространственным разрешением, Что позволяет значительно снизить уровень просчетов в ближней зоне даже при значительной интенсивности фотоимпульсов и, тем самым, увеличить точность регистрации сигнала.

25

30

, 2535

40

45

50

55

Формула изобретения

Счетчик фотонов по авт.св. №1 078259, отличающий ся тем, что, с целью повышения точности регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондирования, в состав устройства дополнительно введены последовательно включенные первый двоичный счетчик, первьй регистр, дешифратор и переключатель тактовой частоты, состоявший из двух логических элементов И, объединенных по выходу, а также второй двоичный счетчик и второй регистр, причем выход схемы синхронизации подключен к первому входу первого регистра, выход заправляемого тактового генератора подключен к счетному входу второго двоичного счетчика и к второму входу первого логического элемента И переключателя тактовой частоты, выход дискриминатора одноэлектронных импульсов подключен к счетному входу первого двоичного счетчика, информационные выходы которого подключены к информационным входам первого регистра, его информационные вйходы - к информационным входам дешифратора, первый управляющий выход дешифратора

513505096

подключен к первому входу первогоэлемента И переключателя тактовой

логического элемента И и к управляю-частоты, к входу управления первого

щему входу второго регистра, второйдвоичного счетчика и к второму входу

управляюпщй выход дешифратора подклю-управления первого регистра, выход

чен к первому входу второго логичес-переключателя тактовой частоты подкого элемента И, N разрядов выходногоключен к входу адресного счетчика,

регистра ЭВМ подключены к N входамадресные выходы которого подключены

второго двоичного счетчика, выходк информационным входам второго региN-ro разряда которого подключен к Qстра, а его выходы - к соответствторому входу второго логического вующим разрядам входного регистра ЭВМ.

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков. Целью изобретения является повышение точности регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондирования, что достигается путем разделения трассы зондирования на два участка, в которых реализация сигнала (моментов поступления фотонов ) ведется с различным пространственным разрешением, что позволяет значительно .снизить уровень просчетов в ближней зоне, даже при значительной интенсивности фотоимпульсов, и тем самым увеличить точность регистрации сигнала. Управляемый генератор 6 временных интервалов запускается импульсом со схемы синхронизации 5, определяющим цикла регистрации входных импульсов. Этот же импульс устанавливает первый регистр -13 в режим Заполнен, при этом на- выходе дешифратора 14 устанавливаются уровни, пропускающие тактовые импульсы на адресный счетик с управляемого тактового генератора 6 и блокирующие прохождение уменьшенных в Ы раз тактовых импульсов с выхода второго двоичного счетчика 15. Триггер режима 9 при этом устанавливает опертивное запоминающее устройство (ОЗУ) 3 в режим Запись. При этом длительность временных интервалов определяется частотой управля мого тактового г.енератора 6 и выбирается из условия фиксации в ОЗУ всех фотоимпульсов , наибольшая частота которых наблюдается в бл1-1жней зоне. 1 ил. 15 Г Л i (Л 00 ел о ел о со N)