Устройство для определения множественности при регистрации ядерных частиц Советский патент 1989 года по МПК G01T1/17 

Изобретение относится к ядерной электронике и может применяться в устройствах многоканальных детекторов координат ядерных частиц.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем регистрации событий с кластерами и определения точного количества зарегистрированных в детекторе частиц.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства , на фиг. 2 я 3 - варианты схем для вычисления соответственно определителей второго и третьего порядка.

На структурной схеме устройства (фиг . 1) предполагается, что число входов п 60 и эти входы разделены на J-5 групп по 4 входа в каждой группе 1-15. Кроме того, группы пронумерованы степенями элементов поля Галуа GF (2) соответственно а°-а, и предполагается, что t - число регистрируемых символов, равное 2, а длина символа m 4. Устройство содержит группы усилителей-формирователей 16-30, группы схем 31-45, 46- 60 и о 1-75 умножения двух элементов доля Галуа GF (24), причем (а-а).

GF

15). a° 0010; a

31532893

(a0)7 -(a )2J, (a0)3 4a)JJ - константы, подаваемые на второю группу входов схем умножения, группу сумматоров 76 по модулю два, группу арифметических блоков 77-79 для вычисления определителей, группу элементов НЕ 80 и 81, группу элементов И 82 и 83, группу элементов ИЛИ 84 и

85, Первую И ВТОРУЮ ГРУППЫ ВЫХОДОВ JQ

86-88 и 89, 90 устройства соответственно .

Схема для вычисления определителя второго порядка ёеЛг(фиг. 2)

состоит из схемы 91 умножения двух f5

элементов, схемы 92 возведения эле- ОНО; а

мента в квадрат, группы сумматоров

93-96 по модулю два, логического элемента И 97, логического выхода

98 и нагрузочного сопротивления 99. 20

Схема для вычисления определителя третьего порядка detL3 (фиг.3 )

состоит из программируемых постоянных запоминающих устройств (ППЗУ)

100-104, сумматоров 105-108 по мо- 25

дулю два, схемы ИЛИ 109, логического выхода 110 и нагрузочного резистора

111 .

Работа предлагаемого устройства основана на методе синдромного коди- 30 рования. Суть метода заключается в следующем. На передающей стороне имеется п датчиков . Причем одновременно сигналы поступают от 10-15% датчиков. Число одновременно сработавших датчиков обозначим через t. В качестве датчиков в физическом эксперименте могут служить, например, проволочки в газонаполненных камерах. Если не было события, то получается нулевое о слово, а появление сигналов в результате взаимодействия заряженных частиц с веществом детектора от некоторых датчиков рассматривается как появление ошибочных символов. Далее с помощью схем проверки на четность вычисляется синдром кодового слова и на выходах групп схем проверки на четность формируется код, число размирователКаждая гр телей име которые п первой гру 75 умноже дов которы жения лог ского нул ния элеме представл

(24)

а

1010; 01 11 1001 .

Исходя подаются о ницы и тр так как ас нужно учит нашем прим Поэтому ( а или - a 5 a 5

Любые Галуа GF полиномов

имеем и Б Ae- A

35

о пэ чения О

В,

а

чения кон умггожение

45

GF

15). a° 1000, 0010; a3 0001-,

ООП ;

ОНО; а

мирователи являются стандартными, Каждая группа усилителей-фо мкрова- телей имеет по 4 входа и 4 выхода, которые подключены соответственно к первой группе входов групп схем 31- 75 умножения, на вторую группу входов которых подаются уровни напряжения логической единицы и логического нуля в зависимости от значения элемента поля Галуа в двоичном представлении. Так, в поле Галуа

(24) имеются 15 элементов(2 - 1

ь ., ,9

а а

0100; а 1100, а НОГ, а

5

а 2 11

01010, ato ПО-, а Ю; а 5 101 , а

1010; 01 11 1001 .

Исходя из этого на входы схемы 3 подаются один уровень логической едницы и три уровня логического нуля, так как ас 1000, и т.д. При этом нужно учитывать цикличность поля. Б нашем примере цикл равен 24 - 1 1 Поэтому (ais) а1Ь а a f1 ъ ° а а или (а )J а a 3e- a - a 5 a 5 .

Любые два элемента А и В в поле Галуа GF () представляются з виде полиномов (т - 1)-и степени, при m 4

0 о

имеем и Б Ae- A

5

о пэ чения О

В,

Ае,.1ч - В.а +

Э

В„а

А

-г В,а:

где знаВ0-Вj могут принимать или 1 в зависимости от значения конкретного элемента. Прямое умггожение дает

Изобретение относится к ядерной электронике и может быть использовано в устройствах, регистрирующих процессы образования частиц с большой множественностью с помощью многоканальных детекторов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем регистрации кластерных событий и точного определения числа зарегистрированных кластеров в детекторе. Устройство состоит из N усилителей-формирователей, разделенных на N/M группы, нескольких групп схем умножения элементов поля Галуа GF (2⁴), группы сумматоров по модулю два, группы арифметических блоков для вычисления определителей, группы элементов НЕ, группы элементов И, группы элементов ИЛИ. Работа устройства основана на методе синдромного кодирования известном из теории кодов, исправляющих ошибки. Информация от детекторов рассматривается как появление ошибочных символов, что позволяет методами теории кодирования регистрировать количестве кластерных событий с минимальными затратами аппаратурных средств. 3 ил.

рядов которого равно: N . Очевидно, что обработка более короткого слова занимает меньше времени и требует меньше аппаратурных затрат.

В предлагаемом устройстве входы усилителей-формирователей 16-30 подключены к выходам многоканального детектора ядерных частиц(тип детектора не имеет значения,, поэтому на фиг. 1 он не показан). Усилители фор™

лю два. Схемы для параллельного умножения двух элементов поля Галуа GF (2т) известны. Они состоят из логических элементов И и сумматоров по модулю два. Выходы схем умножения подключены соответственно к входам групп сумматоров по модулю два, на выходах которых формируются симметрические функции S1; S2, и S, в со8Э в

ответствии с кодом Рида-Соломона. В общем виде матрица проверочных соотношений для кода Рида-Соломона пр m 4 имеет вид таблицы.

Величины

г 2 . 4Г-г

8, ZX;ar;S2 XX-(a )

г г . °

s -гх{(а;).

Выходы группы сумматоров 76 по

модулю два подключены к входам группы арифметических блоков 77-79, с помощью которых параллельно вычисляются определители 1-го, 2-ro,...,tTO порядков :

U

J2t-M

SS

it-i

В соответствии с теорией кодирования свойства определителя Lt тако- иы, что если, например, на входах устройства появилось два символа (сигналы были в двух группах), то определители первого detL, и второго detL порядков не равны нулю, но зато определитель третьего порядка detLз 0, а тем более detL /... detLf 0.

На таком свойстве определителя и основана работа предлагаемого устройства. При t - 3

det L, S, , detL 8,8 +8

и det L3 + 8,84

L

+ .

+ S:

40 стей устройства, например для реги рации координат кластеров. В схем для вычисления определителя третье порядка detLj (фиг,3) использует табличный метод реализации выражеВ- поле Галуа GF (21) операции ело- ний с помощью ППЗУ, так как выполжения и вычитания равносильны и выполняются по модулю два. Поэтому приведение подобных членов выполняется по правилу; четное число одинаковых членов равно нулю, и нечетное число - одному члену. Например, S,+ St 0 , но S1+S,+S, St.

В нашем примере блок 77 является тривиальным, так как detL1 St. Число шин на входах блока 77 равно 4. Число входных шин у блоков 78 и 79 равно 8 и 12 соответственно. Выходы блоков 77 и 79, каждый из которых имеет по одной выходной шине, подклюнение операции умножения трех элеме тов требует много комбинационных схем. В начале с помощью ППЗУ 100 выполняется умножение двух элементо 50 Sт 3, а с помощью ППЗУ 101 получается произведение S1S5SJf. Посколь ку поле Галуа является конечным полем, то в результате любых преобразований получается один из элементо поля. Этот факт положен в основу по строения схемы умножения с помощью ППЗУ. Устройство для одновременного умножения двух элементов поля Галуа один из которых находится под сте55

чены к входам группы элементов ИЛИ 84 и 85 и логических элементов И 82 и 83. На выходах 86-88 формируются логические сигналы t 1 , и , а на выходах 89 и 90 - строгие равенства t « 1 и t 2. Допустим, что кластерные события имели место на позициях 1 и 3, т.е. на позициях а° и а1. Причем значения кластеров соответственно равны а1 и а 1 . Тог- да при t ж 1 и при условии, что кластер а поступил на позицию 3, имеем: 8,

10

15

20

°,

3i

a V

a

13

a a «

a a4

t

M a a8

а и S5 - a a - av. Тогда значения определителей равны: detLf « S, 0 detLj 0 и detLf 0.

При t « 2 полагаем, что кластерные события У, а и Уг ли место на позициях 1 и 3,

а име- т.е . а«

и а 8

Тогда имеем 8, « a, S 4 а

i«.

3-а,-и4 а значениях det L

и S

25 detL

О

1 1 5 detL s

it.

i - d

1e. При этих 0 J 0.

Таким образом, на выходах группы схем проверки на четность вырабатываются сигналы, соответствующие St, S: и S.j ( схемы для выработки S4

и S5 на фиг. 1 не показаны).

Все элементы схемы для вычисления определителя второго порядка detL2 (фиг.2) известны и легко реализуются на базе комбинационных схем. На

выходах сумматоров 93-96 по модулю два получается значение определителя второго порядка detL 4 « 8,5 3 + St, которое может быть использовано для расширения функциональных возможностей устройства, например для регистрации координат кластеров. В схеме для вычисления определителя третьего порядка detLj (фиг,3) используется табличный метод реализации выражений с помощью ППЗУ, так как выполнение операции умножения трех элементов требует много комбинационных схем. В начале с помощью ППЗУ 100 выполняется умножение двух элементов 0 Sт 3, а с помощью ППЗУ 101 получается произведение S1S5SJf. Поскольку поле Галуа является конечным полем, то в результате любых преобразований получается один из элементов поля. Этот факт положен в основу построения схемы умножения с помощью ППЗУ. Устройство для одновременного умножения двух элементов поля Галуа( один из которых находится под сте5

fieHbro, известны. Кроме того, такие Операции также могут быть выполнены С помощью ППЗУ. Например, аг(ат)г 1 а 9 а 4 а°а а. Другими словами, по сложности реали- Јации схемы умножения двух элементов :з поле Галуа и схемы умножения со степенью равносильны. Поэтому с помощью ППЗУ 102 выполняется одновременное умножение с возведением в квадрат, т.е. вычисление члена S. С помощью ППЗУ 03 вычисляется член э-jSj . И, наконец, с помощью ППЗУ 104 выполняется возведение элемента

а )

(а5)3 а°«, (а)5

в куб: (а°)3 (а)

Пз

а-, (а ) а (а4)3

,э.

.1Ь

пэ

,6(а8)(аэ)э 3

а а

я3 яе о. а

L .Hi

аээ а

, 12

(а)э

(а1Ъ) аЭЭ

а3-, (аг)

; (а1°)

(а1г)э

9 i

(а|4)Э

а а

Микросхема 309.представляет собой элемент ИЛИ, у которого выходы объединены для формирования логического сигнала. Аналогично вычисляются определители и более з„,еоких порядков. Кроме того, как это известно из алгебраической теории кодирования, код синдрома S ,, S г, 5Э и т.д. несет в себе информацию не только о количестве символов, в которых имеется информация, но и об их позициях,что позволяет отнести предлагаемое устройство

40

к новому типу устройств, предназначен-- Р°в по модулю два подключены ных для обработки данных при регистрации множественности заряженных частиц. Этот код получается на арифметических блоках (фиг.З и 2).

Формула изобретения

Устройство для определения множественности при регистрации ядерных частиц, содержащее п усилителей-формирователей, разделенных на n/m групп, по m усилителей-формирователей, элементов ИЛИ, 2t-l групп сумматоров по модулю два, t арифметических блоков для вычисления определителей от 1-го до t-ro порядков в поле Галуа, причем выходы групп сумматоров по мо45

50

дам арифметических блоков, вы K-ro (I iK t) арифметическо соединен с соответствующим вх К-го элемента И, а выход t-ro метического блока является вы устройства, кроме того, выход О ) арифметического бло динен с входом (M-l)-ro элеме из группы элементов НЕ, выход рых соединены с соответствующ дом (M-lJ-ro элемента из груп ментов И и образуют группу вы устройства, причем арифметиче блоки представляют собой устр ства для параллельного вычисл ределителей от гервого по tдок в поле Галуа GF (2m) .

0

5 0

дулю два подключены соотвеч стве-v , v входам арифметических блоков, выход первого арифметического блскэ подключен к входам элементов ИЛИ, выход К-го арифметического блока (1 К t) соединен с входами групп элементов ИЛИ, начиная с первой по К-ю группу, выход t-ro,арифметического блока явля-. ется t-м выходом устройства, отличающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей путем регистрации кластерных событий и точного определения числа зарегистрированных кластеров в детекторе, в устройство введены (2t-l) (2m -1) схем параллельного умножения двух элементов поля Галуа GF (2 ), группа элементов НЕ и группа элементов И, причем выходы групп усилителей- формирователей подключены соответственно к входам первой группы входов схем умножения двух элементов в поле Галуа GF (21), а их выходы подключены к входам соответствующих им сумматоров по модулю два, вторая группа входов групп схем параллельного умножения двух элементов в поле Галуа GF (21) подключена к источникам сигналов логической единицы и логического нуля, соответствующих кодам ae)) ,.. .(а0) - (а ) , являющимся элементами поля Галуа GF (2W), выходы групп суммато

Р°в по модулю два подключены

к входам арифметических блоков, выход K-ro (I iK t) арифметического блока соединен с соответствующим входом К-го элемента И, а выход t-ro арифметического блока является выходом устройства, кроме того, выход М-го О ) арифметического блока соединен с входом (M-l)-ro элемента из группы элементов НЕ, выходы которых соединены с соответствующим входом (M-lJ-ro элемента из группы элементов И и образуют группу выходов устройства, причем арифметические блоки представляют собой устройства для параллельного вычисления определителей от гервого по tй порядок в поле Галуа GF (2m) .

®U2-2 ЗД

Ц)иг.З

GfetL,