Устройство для счета ионов Советский патент 1988 года по МПК H03K23/00 

00

Од Ч

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройства для измерения концентрации газовых ионов, например атмосферных.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для счета ионов; на фиг. 2 и 3 - графики, поясняющие функционирование устройства4

Устройство содержит ионный источник 1 с устройством 2 питания, BTopirq- ный электронный умножитель (ВЭУ) 3 с устройством 4 питания, формирователь 5 импульсов, четыре счетчика 6-9, индикатор 10, два элемента ИЛИ 11 и 12, сумматор 13, два триггера 14 и 15, генератор 16, коммутатор 17, регистр 18, элемент И 9 и узел 20 деления,

Ионный источник 1 с устройством 2 питания, вторичный электронный умножитель 3 с устройством-4 питания, формирователь 5 импульсов и первый счетчик 6 соединены последовательно. Информационный выхода-первого счетчика 6 соединен с первым инфовмацион- ным входом коммутатора 17, выход пе- реполнения счетчика 6 соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 11„ Выход первого элемента ИЛИ.П соединен с входом установки в ноль первого триггера 14, первый выход которо- го подключен к первому входу управления коммутатора 17,, а второй выход соединен с вторым входом управления коммутатора 17,с входом управления устройства 4 питания вторичного элек ронного умножителя 3 и первым входом элемента И 19, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика 8,

ВыКод счетчика 8 соединен с вхо- дом ввода делителя узла 20 деления, с входом ввода делимого i oTOporo соединен выход регистра 18, ас выходом - второй информационный вход коммутатора 17, В качестве узла деления может быть использован любой делител оперирующий с информацией в цифровом виде. Выход коммутатора 7 подключен к информационному входу сумматора 13, выход которого соединен с индикатором 10. Первый вход вт орого .элемента ИЛИ 12 соединен с входом установки в ноль сумматора 13 и с входом установки в единицу второго триггера

15, куда подается сигнал Пуск, ход этого триггера соединен с входом управления генератора 16, выход которого соединен с вторым входом элемента И 19 и со счетным входом второго счетчика 7, Выход этого счетчика соединен с входом установки в ноль счетчиков 6 и 8, с входом разрешения записи сумматора 13 и с вторым входом второго элемента ИЛИ 12, выход которого подключен к входу установки в единицу триггера 14, Выход четвертого счетчика 9 подключен к входу установки в ноль второго триггера 15 и к второму входу первого элемента ИЛИ 11

Устройство работает следующим образом.

Различают два режима работы устройства; режим прямого счета импульсов ВЭУ и режим аппроксимации. Указанные режимы работы иллюстрируются графиками, приведенными на фиг.2, Графики отражают увеличение интенсивности счетов при росте парциального давления газа в камере ионного источника Р,, РГ) iPj По оси абцисс отложено текущее время, а по оси ординат количество импульсов N, поступающих с ВЭУ.

Обозначим: п емкость счетного устройства, п.; - к олич ее ТВ oi импульсов, поступивиее на счетное устройство в ре}киме прямого счета, По - результат аппроксимации, - заданное время счета, выбираемое из соображений допустимой погрешности счета; tp - время до момента полного заполнения емкости счетного устройства, пропорциональное величине парциального давления газа в камере ионного источника. Если интенсивность импульсов такова,

что за заданное время

измерения количества имлульсов ВЭУ переполнение счетного устройства не

произойдет, т.е,

Пс - устройство работает в режиме прямого счета. Если парциальное давление газа увеличилось настолько, что счетное устройство переполнилось еще до истечения заданного времени измерения Т, то в момент переполнения отключается ВЭУ, фиксируется время tc и проводится аппроксимация количества импульсов на заданное время измерения Т

На графиках 1 и 2 фиг,2 показан режим прямого счета; на графиках 3 и 4 - счет в реж1- ме аппроксимации.

Аппроксимация проводится по формуле, полученной из рассмотрения гряфи- / ПсТ ков J и А, , .

С1

Так как Пс и Т - величины постоянные, то произведение ПсТ - величина постоянная, задаваемая до начала измерений,.

Обозначим п.Т С. Тогда п о; с

t

Рабочий ток ВЭУ при парциальном давлений газа Р,- определяется вырамерения. Влияние шумовой погрешности можно значительно уменьшить путем усреднения результатов измерений,взятых по К выборкам. Для этого интервал

делится на К равных отрезков времени и на каждом из них проводится самостоятельное измерение либо в режиме прямого счета, либо в режиме аппроксимации, в зависимости от парциального давления газа на этом отрезке времени. В течение всего времени измерения средний ток ВЭУ не превышает допустимого значения. Результаты из

Изобретение относится к импульсной технике и измерительной аппаратуре и может быть использовано в устройствах измерения концентрации частиц. Цель изобретения - расширение диапазона измерения. Более широкий динамический диапазон в сторону увеличения парциального давления газа, а также повышение надежности и срока службы вторичного электронного умножителя достигается за счет введения в устройство для счета ионов, содержащее источник ионов, устройство питания, вторичный электронный умножитель, формирователь, два счетчика, индикатор и триггер, дополнительно второго триггера, третьего и четвертого счетчиков, элементов И и ИЛИ, коммутатора, узла деления, регистра и сумматора. 3 ил. а S (/

Средний ток ВЭУ в течение заданного времени измерения Т определяется выражением

Тер

р

An;t р Т

жением I , An., где А - коэффициент 15 мерения на всех отрезках суммируют-

пропорциональности.ся и,следовательно, шумовой вклад

усредняется. Из этих соображений выбирается величина К.

Измерение начинается по сигналу 2Q Пуск на входе 21. При этом второй триггер 15 устанавливается в единичное состояние и разрешает работу генератору 16, Сигнал Пуск устанавВЭУ на заданном интервале измерения Т, ливает в ноль сумматор 13 и через В режиме прямого счета (график 1): 25 первый элемент ИЛИ 12 устанавливает

П; п, tp Т, тогда I ср Ani. первый триггер 1А в единичное состояние. Триггер 14 включает устройство 4 питания ВЭУ 2 и устанавливает коммутатор 17s положение пропускания 30 информации со своего первого информационного входа, т,е. с первого счетчика 6 на сумматор 13 и, кроме того, триггер 14 открывает элемент И 19 для прохождения импульсов генератора

где Т. - время практической работы

В предельном случае режима прямого счета (график 2) п; п с 1, р Т, тогда I рр А , В режиме аппроксимации (графики 3 и 4) п,- Пд,-,

ПсТ

t. р - t с

тогда I ср

, Т Тпо7

Ап

Таким образом, при увеличении пар-35 счетный вход четвертого счет- циального давления газа в камере ион- - исходном состоянии все ного источника свьппе Р „р пропорцио- счетчики находятся в нулевом состоя- нального росту рабочего тока ВЭУ I . нии. Устройство готово к счету ионов, сокращается время практической рабо- ионного источника 1 через вторич- ты ВЭУ tp, т.е, время до момента пе- 40 м электронный умножитель 3 и фор- реполнения счетного устройства, но средний ток ВЭУ остается неизменным I ср Af. Величина среднего тока

мирователь 5 импульсов импульсы напряжения поступают на счетный вход первого счетчика 6. Одновременно с выхода генератора 16 импульсы также

значения и в зависимости от этого вы- элементы И 19 поступают на бирается емкость счетного устройства. счетный вход третьего счетчика 8, а

также поступают на счетный вход второго счетчика 7, который задает длительность каждого из К временных от- 5Q резков измерения (все К временных отрезков равны). Если парциальное давление газа таково, что счетчик 6 за один отрезок времени счета ионов не переполнился, то в конце первого связанную с собственными шумами ион- 55 отрезка, равного Т т выхо- ного источника и ВЭУ (фпюктуациониые, да второго счетчика 7 подается сиг- тепловые, дробовые и т,д.),т.е. шумо- нал на вход разрешения записи сумма- вую погрешность. Шумовая погрешность тора 13, который фиксирует информа- не зависит от величины интервала из- цию, поступившую через коммутатор 17

ВЭУ выбирается исходя из допустимого

На фиг.З показана зависимость среднего тока ВЭУ Ij,.OT парциального давления газа Р.

Интервал измерения выбирается из соображений допустимой погрешности измерений, .представляющей собой статистическую погрешность зависящую от величины интервала, и погрешность.

с выхода счетчика 6 и выводит ее на индикатор 10, а затем устанавливает счетчики 6 и 8 в нулевое Состояние, Этот же сигнал через второй элемент ИЛИ 12 поступает на вход установки в единицу триггера 14 и подтверждает его предыдущее состояние, а также поступает на счетный вход четвертого

счетчика 9, задающего величину К Уст-|0 ется источник 4 питания ВЭУ 3 и прекройство готово к счету ионов на следующем отрезке времени Если парциальное давление газа таково, что счетчик 6 переполнился до истечения времени, загдаваемого счетчиком 7 сиг-1 нал переполнения с выхода счетчика 6 поступает через первый элемент ИЛИ 1 на вход-установки в ноль триггера 14, который отключает устройство 4

питания ВЭУ 3, прекращая формирование 20 оты устройства в сторону увеличения

импульсов счета, закрывает элемент

И 19 и устанавливает коммутатор 17

в положение пропускания информации

со своего второго информационного

входа, т.е. с выхода узла 20 деления, 25 кость реагирования устройства при изпарциального давления газа, увеличивается надежность работы устройства и срок работы ВЭУ за счет исключения его перегрузок и увеличивается гибНа вход ввода делимого этого узла подается сигнал с выхода регистра IS, в который заранее заносится величина С. На вход ввода делителя узла 20 деления поступает информация с третьего счетчика 8, представляющая собой количество импульсов генератора 16, прищедших на счетный вход .третьего счетчика 8 к моменту переполнения первого счетчика 6 и равное т. На выходе узла 20 деления формируется сигнал, представляющий собой величину п о с/т , который через коммутатор 17 поступает на сумматор 13 Второй счетчик Т. досчитывает отрезок времени измерения до конца и его выходной сигнал поступает на вход разрешения записи сумматора 13, который суммирует информацию, поступившую через коммутатор 17 с выхода узла 20 деления с предыдущей и выводит ее на индикатор 10. .

Кроме того, сигна,п второго счетчика 7 через второй элемент ИЛИ 12 поступает на вход установки в единицу триггера 14, устанавливая его в единичное состояние. При этом включается источник 4 питания вторичного электронного умножителя 3, а коммутатор 17 переключается в состояние пропускания .информации с выхода первого счетчика 6, Этот же сигнал устанавливает счетчики 6 и 8 в нулевое состояние, а также поступает на счетто

1443)676

ный вход четвертого счетчика 9, Устройство готово к счету ионов на следующем отрезке времени. В конце последнего отрезка времени измерения с выхода четвертого счетчика 9 через первый элемент ИЛИ 11 поступает сигнал на вход установки в ноль первого триггера 14, При этом выключа5

рап1ается формирование импульсов счета, С выхода четвертого счетчика сигнал также поступает на вход установки в ноль второго триггера 15,который sanpenjaeT работу генератора 16 Процесс измерения количества ионов окончен.

Таким образом, обеспечивается расширение динамического диапазона рапарциального давления газа, увеличивается надежность работы устройства и срок работы ВЭУ за счет исключения его перегрузок и увеличивается гиб

менении условии измерения, так как переход из ре7 а-1ма прямого измерения на режим измерения при помощи аппроксимации и обратно осуществляется автоматически.

Формула

обретения

5

0

5

Устройство для счета ионов, содержащее ионный источник с устройством питания, вторичный электронный умножитель с устройством питания и формирователь импульсов, соединенные последовательно, первый триггер,первый счетчик, индикатор, и соединенные последовательно генератор и второй счетчик, отличающееся тем, что, с расширения диапазона измерения, дополнительно введены второй триггер, третий счетчик, элемент И, два элемента 1-ШИ, четвертый счетчик, коммутатор, узел деления, регистр и сумматор, выход формирователя импульсов подключен к счетному входу первого счетчика, информационный выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, а выход переполнения соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом уста- НОБКИ в О первого триггера, первый выход которого подключен к первому входу управления коммутатора, а второй его выход подключен к второ лу

0

входу управления коммутатора, к входу управления устройства питания вторичного электронного умножителя и к первому входу элемента И, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, выход которого подключен к входу ввода делителя узла деления, вход ввода делимого которого соединен с выходом регистра, а выход подключен к второму информационному входу коммутатора, выход которого подключен к информационному входу сумматора, выходом соединенного с индикатором, первый вход второго элемента ИЛИ подключен к входу установки в О сумматора и к входу установки в 1 второго триггера, и входу сигнала Пуск, выход второго триггера подключен к входу управления генератора, выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход второго счетчика подключен к счетному входу четвертого счетчика, к входам установки в О первого и третьего счетчиков, к входу разрешения записи сумматора и к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в 1 первого триггера, а выход третьего счетчика подключен к входу установки в О второго триггера и к второму входу первого элемента ИЛИ

9и,2.1

fср. зад.

Фаг.З

Редактор В.Бугренкова

Составитель О.Скворцов Техред Л.Сердюкова

Заказ 6395/54

Тираж 929

ВНИИ11И .Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ял

Рпр

Корректор М.Васильева

Подписное