Счетчик фотонов Советский патент 1989 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к измерениям и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в космических исследованиях, химии, астрономии и др.

Цель изобретения - повышение точности за счет увеличения скорости накопления информации.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 1, дискриминатор 2 одноэлектронных импульсов, кольцевой регистр 3 сдвига, блок 4 триггеров фотонов, N-разрядный регистр 5 временного хранения данных, логический элемент ИЛИ 6, первое оне- ративное запоминающее устройство (ОЗУ) 7, реверсивный счетчик 8, ЭВМ 9, схему 10 синхронизации, триггер 11 режима, управляемый тактовый генератор 12, делитель 13 тактовой частоты на N, адресный счетчик 14, второе 1 5 .

Выход ФЭУ 1 подключен к входу дискриминатора 2 одноэлектронных импульсов, его выход подключен к первым входам блока 4 триггеров фотонов. Выходы триггеров фотонов подключены к входам N-разрядного регистра 5 временного хранения данных, его выходы подключены к входам логического элемента ИЛИ и к первым входам управления первого ОЗУ 7. Информационный выход первого ОЗУ 7 подключен к первому входу триггера 11 режима, его выход - к входу упрявляемого тактового генератора 12, к второму входу управления второго ОЗУ 15 и к третьему входу уц- равления первого ОЗУ 7. Выход управляемого тактового генератора подключен к входу кольцевого регистра сдвига и к входу делителя 13 тактовой частоты на N. Выходы кольцевого регистра сдвига подключены к вторым входам блока 4 триггеров фотонов. Выход делителя 13 тактовой частоты на N подключен к входу адресного счетчика 14,; выходы которого подключены к информационному входу второго ОЗУ 15. Ин- формационньй выход второго ОЗУ 15 подключен к входному регистру ЭБМ 9. Выход управления адресного счетчика 14 подключен к второму входу триггера 11 режима. Выход логического эле мента ИЛИ 6 подключен к входу Счет вперед реверсивного счетчика 8, к второму входу управления первого

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ОЗУ 7 и к первому входу управления второго ОЗУ 15. Информационный выход реверсивного счетчика 8 подключен к адресным входам первого 7 и второго 15 ОЗУ. Выход управления реверсивного счетчика 8 подключен к входному регистру ЭВМ 9. Выходной регистр ЭВМ подключен к входу Счет назад реверсивного счетчика 8.

Устройство работает следующим образом.

Управляемый 1 енератор 12 запускается сигналом с выхода триггера 11 режима, которьй управляется импульсом со схемы 10 синхронизации. Этим импульсом определяется начало цикла регистрации входных одноэлектронных импульсов. Триггером 11 режима первое 7 и второе 15 ОЗУ устанавливаются в режим Запись.

Управляемый тактовый генератор I2 вырабатывает последовательность импульсов для сдвига импульса разрешения записи входных данных с дискриминатора 2 в блок 4 триг геров фотонов. Эта последовательность формируется кольцевым регистром 3 сдвига. Момент поступления фотоимпульса фиксируется путем записи единицы в тот триггер фотона, в котором в данный момент времени присутствуют единицы на обоих входах. После записи единицы в последний N-й триггер фотона, делитель 13 на N вырабатывает управляющий импульс, по которому информация из триггера фотонов переписывается в регистр 5 временного хранения данных, а номер адреса байта увеличивается адресным счетчиком 14 на единицу. Затем начинается следующий цикл фиксации моментов поступления фотоимпульсов прохождением новой серии N разрешающих импульсов по кольцевому регистру 3 сдвига. В это время на выходе регистра 5 временного хранения данных появляются входные данные.

Если хотя бы один фотоимпульс поступает в течение предьщущего цикла фиксации, импульс через логический элемент ИЛИ 6 поступает на вход Счет вперед реверсивного счетчика 8 и увеличивает на единицу адрес ячеек первого 7 и второго 15 ОЗУ, в которые записывается положение бита, в котором зафиксированы входной импульс (в ОЗУ 7) и номер слова, в котором наблюдалось поступление фотоимпульса (второе ОЗУ 15). Этим же импульсом с

515

выхода логического элемента Ш1Н 6 производится запись состояний регистра 5 временного хранения данных и ОЗУ 7 и адреса слова, при котором наблюдалось поступление фотоимпульсов с адресного счетчика 14 во второе ОЗУ 15 .

Если же в текущем цикле регистрации не зафиксировано поступление ни одного фотоимпульса, то в регистр 5 временного хранения данных будут записаны нули во всех разрядах. На выходе логического элемента ИЛИ 6 - нулевой уровень. Состояние реверсивного счетчика 8 не изменяется. Разрешающий сигнал записи ня пход ОЗУ 7 и 15 не поступает.

Таким образом, информация о моментах поступления фотоимпульсов записывается в последовательные ячейки ОЗУ 7 и 15 и только тогда, когда эта информация имеется. При этом момент поступления фотоимпульса определяется как

t АОР,,д„ьд + N,, ,

где состояние адресного

счетчика 14 слов, зафиксированное в i-й ячейке второго ОЗУ 15; N - номер бита (бит) в слове, зафиксированном в ОЗУ 7 в i-й ячейке. После прохождений всех возможных состоянш адресный счетчик 14 выра- батьшает сигнал окончания режима регистрации, по которому триггер II режима переводит ОЗУ 7 и 15 в режим Чтение и запрещает работу управляемого тактового генератора 12.

Если в реверсивном счетчике 8 зарегистрировано число, определяющее число слов, в которых было зафиксировано поступление фотоимпульсов, то на выходе управления его появляется сигнал, который воспринимается ЭВМ 9 как сигнал готовности передачи данных в ОЗУ ЭВМ 9. При этом ЭВИ читает адреса слов и бит, формирует из них исполнительный адрес и прибавляет к содержимому ячейки ОЗУ ЭВМ с этим адресом единицу.

Таким образом, происходит накопление информации Б ячейках ОЗУ ЭВМ. После окончания цикла суммирования ЭВМ вырабатьшает сигнал, по которому номер адресуемых ячеек ОЗУ 7 и 15 уменьшается на единицу и после аналн

0

за выхода реверсивпогп счо чпка 8 снова повторяется цикл передачи и накопления данных 13 ОЗУ JBM. Кгли в результате анализа выясняется, что он пуст, т.е. все яч. 1;ки ОЗ уст1) считаны, устройство псрехр;:1 т п ре/снм регистрации, который иачип.чется с но- ступлением очередного сппхро1 пулься.

Таким образом, и .чанном устройс ве

отсутствует процедура а ;ллиза содержимого каждой ячейки ОЗУ, ведет к существенному сокращению п,икла чтения информации из ОЗУ ycTpoi icTjsa, а

следовательно, позволяет увеличнть частоту следования зон/и гу -пмгх №1- jiyjibcoiJ и, в свои очр;рсць , г -жрач HTJ, время накоплен нибор-г- ;J:ITUI :: ЗУ ЭВМ, Чем меньше iipeMH игл- атимшч фл 1пчос,-;их

параметров а а но сферы, -.-. K i .-i N:cni.myio величину они изменяются иргмя ич- мерения , следор.ателько , r;tMn пп..с-тся точность. За счет c OK aiii: п,с--:п ОЗУ снижаются его и 01лтом} -сгь и

энергопотребление, нозр;и: 1 , пллсж- HocTi. устройств; .

Формула н 3 о б р с т е н и я

Счетчик фотонов, co;;L p,,n,iHii .- доватеаЬ Ю включенные фо ю-лч.ьл iv i. MMi умножитель и дискр.чмипитср o;u j .- ронпых импульсов, а цч N триггеров фотонов, блсч i s; .o u one-- paTHi Horo запоминающе XI устройства, ЭВМ, схему синхроп11зап,ип, триггер ро- жима, управляемый тактотзый г.;чп. ратор, кольцевой регистр сдвига, лслиголь тактовой частоты на N и адресный

счетчик, причем выход .11111атора одноэлектронных импульсов подключен к первым входам триггеров фотонов, вторые входы которых: подключены к выходам кольцевого регистра сдвига, выход схемы синхронизации подключен к первому входу триггера режима, выход которого подключен к входу управляемого тактового генератора и к первому входу управляемого первого оперативного запоминающего устройства, информационные выходы которого подключены к вхояному регистру ЭВМ, выход управляемого тактового генератора подключен к входам кольцевого регистра

55

сдвига и делителя тактовой частоты на N, выход которого подключе}) к входу адресного счетчика слов, выход управления которого подключен к второму входу триггера режима, о т л и чающийся тем, что, с целью rioBbmieiinH точности, в него введены N-разрядный регистр временного хранения данных, логический элемент ИЛИ, реверсивный счетчик и второе оперативное запоминающее устройство, причем выходы триггеров фотонов подключены к N-разрядному регистру временного хранения данных, выходы которого подключены к N первым входам управления первого onepaTJCBHoro запоминающего устройства и к N входам логического тлемента 1ШИ, выход которого подключен к входу Счет вперед реверсивного счетчика, к второму входу уп- раи-ченил иериого оперативного запо- М)11яю1цег1т устройства, к первому иходу

управления второго оперативного запоминающего устройства, второй вход управления которого подключен к выходу триггера режима, выход управления реверсивного счетчика подключен к входному регистру ЭВМ, выходной регистр ЭВМ подключен к входу Счет назад реверсивного счетчика, информационные выходы которого подключены к адресньм входам первого и второго оперативных запоминающих устройств, адресные выходы адресного счетчика подключены к информационным входам второго оперативного запоминающего устройства, информационные выходы которого подключены к входному регистру ЭВМ.

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике лазерного зондирования атмосферы, космических исследованиях, химии, астрономии. Цель - повышение точности измерений за счет увеличения скорости накопления информации. Устройство содержит последовательно включеные ФЭУ, дискриминатор одноэлектронных импульсов, блок их N триггеров, а также блок ОЗУ, ЭВМ, схему синхронизации, триггер режима, управляемый тактовый генератор, кольцевой регистр сдвига, делитель тактовой частоты на N, адресный счетчик слов, причем выход ФЭУ подключен к входу дискриминатора одноэлектронных импульсов, его выход подключен к первым входам триггеров фотонов, выход данных ОЗУ подключен к входному регистру ЭВМ, выход схемы синхронизации подключен к первому входу триггера режима, его выход подключен к входу управляемого тактового генератора, и к первому входу управления ОЗУ, выход управляемого тактового генератора подключен к входам кольцевого регистра сдвига и делителя тактовой частоты на N, выходы кольцевого сдвигового регистра подключены к вторым входам триггеров фотонов, выход делителя на N подключен к входу адресного счетчика слов, его выход управления подключен к входу триггера режима, а также регистр временного хранения данных, логический элемент ИЛИ, реверсивный счетчик и дополнительное ОЗУ, причем выходы триггеров фотонов подключены к N-разрядному регистру временного хранения данных, выходы регистра временного хранения данных подключены к первым входам управления ОЗУ и к N входам логического элемента ИЛИ, выход логического элемента ИЛИ подключен к входу "Счет вперед" реверсивного счетчика, к второму входу управления первого ОЗУ и входу управления второго ОЗУ, выходы реверсивного счетчика подключены к адресным входам первого и дополнительного ОЗУ, выход управления реверсивного счетчика подключен к второму регистру ЭВМ, выходной регистр ЭВМ подключен к входу "Счет назад" реверсивного счетчика, выход триггера режима подключен к второму входу управления дополнительного ОЗУ, адресные выходы адресного счетчика подключены к информационным входам дополнительного ОЗУ, его информационные выходы подключены к входному регистру ЭВМ. 1 ил.

Рецг.ктор И.Касарда

Составитель Е.Макалкин

Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Бескид

Чаклз,6598/46

Тираж 466

аМИИНИ Госудярстнеипого комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное