Устройство для регистрации слабых световых потоков Советский патент 1990 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к технической физике и монет быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, химии, биологии, медицине.

Целью изобретения является повышение точности регистрации динамики изменения интенсивности слабых световых потоков„

На чертеже приведена блок-схема устройства

Устройство содержит оптически связанные источник 1 света и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 2, подключенный к усилителю-дискриминатору 3 амплитудному, два трехвходовых элемента И 4 и 5, триггер 6, широтный дискриминатор 7, элемент ИЛИ 8, первый

счетчик 9 импульсов, генератор 10 тактовых импульсов, двухвходовый элемент И 11, второй счетчик 12 импульсов, первую 13 и вторую 14 схемы сравнения кодов, первый 15 и второй 16 блоки установки кода, дешифратор 17, блок 18 регистрации и блок 19 запуска.

Выход усилителя-дискриминатора 3 амплитудного подключен к первым входам трехвходовых элементов И 4 и 5, к вторым входам которых и к управляющему входу генератора 10 тактовых импульсов подключен блок 19 запуска. К четвертому входу первого трехвходо- вого элемента И 4 и управляющему входу усилителя-дискриминатора 3 амплитудного подключен первый выход триггера 6, второй выход которого подклюел

U

Ј

00 4

чен к третьему входу второго трехвхо- дового элемента И 5, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 8, к второму входу которого через широтный дискриминатор 7 подключен выход первого трехвходового элемента И 4. Выход элемента ИЛИ 8 подключен к счетному входу первого счетчика 9 импульсов, выход которого подключен к первому входу двухвходового элемента И 11, к первым входам первой 13 и второй 14 схем сравнения кодов и к управляющему входу Запуск блока 18 регистрации, кодовый вход которого объединен с вторыми входами первой 13 и второй 14 схем сравнения кодов и подключен к кодовому выходу второго счетчика 12 импульсов, выход переполнения которого подключен к входу блокировки блока 18 регистрации. Причем к счетному входу второго счетчика 12 импульсов через двухвходовую схему И 11 подключен выход генератора 10 тактовых импульсов. Выход первой схемы 13 сравнения кодов через дешифратор 17 по его первому входу и первому выходу подключен к первому установочному входу триггера 6, а по второму выходу дешифратора 17 - к входу Сброс второго счетчика 12 импульсов. Выход второй схемы 14 сравнения кодов через дешифратор 17 по второму входу и третьему выходу подключен к второму установочному входу триггера б и кодовому входу первого счетчика 9 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в блоке 19 запуска клавиша Пуск отжата и через ее контакты на элементы И 4 и 5 и генератор 10 импульсов поступает запирающий нулевой потенциале При этом после включения источника питания счетчики 9 и 12 автоматически сбрасываются в нулевое исходное положение (цепи сброса не показаны). Перед началом работы в схемах 13 и 14 устанавливают соответствующие коды чисел N и п, которые определяют частоту дискретизации интенсивностей измеряемого светового потока, подчиняющегося закону распределения Пуассона. Например, в схеме 13 задается код числа N, соответствующий переполнению счетчика 9 импульсов при поступ-з й ян541484

лении на него 512 импульсов, а в схеме 14 задается код числа п, соответствующий переполнению счетчика 9 при поступлении на него 256 импульсов. Такая переменная дискретизация интенсивности светового потока, обеспечиваемая устройством в процессе измерения автоматически, позволяет JQ регистрировать с требуемой заранее заданной точностью потоки с изменяющейся в течение опыта интенсивностью от сверхслабой (на уровне шумов 10 имп./с) до максимально возможной

0

5

0

5

( О имп./с) для исследуемого класса объектов.

После установки объекта исследования перед ФЭУ 2 клавишей Пуск блока 19 запуска запускается генератор 10 импульсов и открывается элемент И 4, так как на его третий вход подается в этот момент разрешающий единичный потенциал от первого выхода триггера б, при этом нулевой потенциал с второго выхода триггера 6 закрывает элемент И 5,Кроме того, единичный потенциал с первого выхода триггера 6 обеспечивает низкий уровень амплитудной .дискриминации в усилителе-дискриминаторе 3, Таким образом, сразу после пуска фотоны светового потока от исследуемого объекта преобразуются ФЭУ 2 в электрические импульсы, усиливаются и нормируются по амплитуде в усилителе-дискриминаторе 3 и поступают через открытый элемент И 4 на вход широтного дискриминатора 7. Через широтный дискриминатор 7 проходят только информационные импульсы, которые (это известно априори) имеют как минимум в два раза большую длительность, чем шумовые импульсы, и через элемент ИЛИ 8 поступают на счетный вход счетчика 9. При этом импульсы с генератора 0 с частотой как минимум на порядок большей, чем регистрируемая интенсивность светового потока, через открытый по входу от счетчика 9 элемент И 11 поступают на счетчик 12 импульсов. В момент переполнения счетчика 9 элемент И 11 блокируется. При этом сигнал переполнения счетчика 9 поступает на первые управляющие входы схем 13 и 14 сравнения и на управляющий вход Запуск блока 18 регистрации, который преобразует (ЦАЛ-пре- образование) и регистрирует код со счетчика 12, соответствующий интерва0

5

0

5

лу времени, в течение которого полностью был- заполнен счетчик 9 с известной емкостью накопления импульсов. Одновременно код Ј, со счетчика 12 поступает на вторые входы схем 13 и 14 сравнения, где происходит его сравнение с кодами, заданными блоками 15 и 16 (N и п), соответствующими максимально регистрируемому интервалу и некоторому среднему интервалу (т.е. минимально регистрируемой интенсивности светового потока в некоторой средней возможной интенсивности потока).

В дешифраторе 17 проверятся значение выходов схем 13 и 14 сравнения и в случае выполнения неравенства вырабатывается сигнал, подтверждающий положение триггера 6, при котором устройство продолжает работать в прежнем режиме, а в случае выполнения неравенства , вырабатывается сигнал на установку триггера 6 в противоположное положение и на запись в старший разряд счетчика 9 единицы, что вдвое уменьшает его емкость и приводит к другой (более частой) дискретизации регистрируемого светового потока. При этом с второго выхода дешифратора 17 независимо от значений выходов схем 13 и 14 поступает сигнал Сброс на счетчик 12 для его подготовки к очередному измерительному такту. Большая частота дискретизации светового потока при наивысшей его интенсивности позволяет уловить и зарегистрировать все возможные локальные экстремумы, несущие важную информацию об исследуемом объекте.

После переключения триггера 6 открывается элемент И 5, закрывается элемент И 4 ив усилителе-дискриминаторе 3 устанавливается наивысший порог амплитудной дискриминации. С этого момента импульсы с усилителя-дискриминатора 3 проходят через открытый элемент И 5 и элемент ИЛИ 8 на счетчик 9, минуя широтный дискриминатор 7. Далее работа устройства повторяется.

В случае, если счет,чик 12 переполняется от импульсов генератора 10 тактовых импульсов быстрее, чем заполняется счетчик 9 от импульсов измеряемого светового потока (что означает уменьшение интенсивности этого потока ниже заданной критической N,

после которой исследовать объект не имеет смысла), с выхода переполнения счетчика I2 выдается сигнал Блокировка на блок 18 регистрации и устройство выключается из работы.

По окончании измерений в блоке 18 регистрации зафиксирована с заданной точностью динамика изменения интенсивности светового потока от исследуемого объекта за счет автоматической перестройки параметров измерительного тракта с адаптацией устройства на регистрацию с заданной точ5 ностью изменяющихся по интенсивное- ти слабых световых потоков, которые подчиняются закону распределения Пуассоня.

0 Формула изобретения

Устройство для регистрации слабых световых потоков, содержащее оптически связанные источник света и ФЭУ,

5 подключенный к усилителю-дискриминатору амплитудному, два счетчика импульсов, генератор тактовых импульсов и первый блок установки кода, подключенный к первой схеме сравне0 ния кодов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регистрации динамики изменения интенсивности световых потоков, подчиняющихся закону распределения Пуассона, в него введены блок запуска, второй блок установки кода, вторая схема сравнения кодов, дешифратор, триггер, два трехвходовых и один двухвходовой элемент И, широтный дискриминатор, элемент ИЛИ и блок регистрации, причем выход усилителя- дискриминатора амплитудного подключен к первым входам трехвходовых элементов И, к вторым входам которых и управляющему входу генератора тактовых импульсов подключен блок запуска, к третьему входу первого трехвходового элемента И и управляющему входу усилителя-дискриминатора амплитудного

Q подключен первый выход триггера, второй выход которого подключен к третьему входу второго трехвходового элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, к второму входу которого через широтный дискриминатор подключен выход первого трехвходового элемента И, выход элемента ИЛИ подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, выход которого

5

0

5

5

подключен к первому входу двухвходово- го элемента И, к первым входам первой и второй схем сравнения кодов и к управляющему входу блока регистрации, кодовый вход которого объединен с вторыми входами первой и второй схем сравнения кодов и подключен к кодовому выходу второго счетчика импульсов, выход переполнения которого подключен к входу блокировки блока регистрации, к счетному входу второго счетчика импульсов через двухвходовый элемент И подключен выход генератора тактовых

15414848

импульсов, при этом выход первой схемы сравнения через дешифратор по его первому входу и первому выходу подключен к первому установочному входу триггера, а по второму выходу дешифратора - к входу Сброс второго счетчика импульсов, выход второй схемы сравнения через дешифратор по второ- 10 му входу и третьему выходу подключен к второму установочному входу триггера и кодовому входу первого счетчика импульсов.

Изобретение может быть использовано в химии, биологии, медицине. Цель изобретения - точности регистрации динамики изменения интенсивности световых потоков, подчиняющихся закону распределения Пуассона. Устройство содержит источник света, ФЭУ усилитель-дискриминатор, два трехвходовых и один двухвходовый элементы И, триггер, широтный дискриминатор, элемент ИЛИ, два счетчика импульсов, генератор тактовых импульсов, две схемы сравнения кодов с соответствующими блоками установки кодов, дешифратор, блок регистрации и блок запуска. Устройство обеспечивает в автоматическом режиме переменную дискретизацию измерений с адаптацией на регистрацию с заданной точностью изменяющихся по интенсивности слабых световых потоков, которые подчиняются закону распределения Пуассона. 1 ил.