Устройство для счета фотонов Советский патент 1992 года по МПК G01J1/44 

(46) 30.06.92.Бюп. № 24

(21)4420669/25

(22)06.05.88

(71) Институт оптики атмосферы

(72) А.А.Макаров

(53) 535.24(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 1078259, кл. G 01 J 1/44, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1130746, кл. G 01 J 1/44, 1984.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ФОТОНОВ

(57) Изобретение относится к оптике атмосферы и может быть использовано для многоканальной регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в оптике атмосферы, физике, спектроскопии, астрономии и т.д. Цель изобретения - повышение точности и опе

(Л

с

СП

Ј

ю ю

ратипности измерений. Устройство состоит из фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) 1, дискриминатора 2, тригге ра 3 фотона, N-M-регистра 4 сдвига, тактового генератора, N-H-буферного регистра 6, логических элементов ИС™ КЛЮЧАЩЕЕ ИШ 70 двоичных счетчиков /позиции фотона и числа собы-п й 8 к 9 соотв., логического элемента ИЛИ, схемы 13 синхронизации с триггерами режима Ts,,T$l и электронной вычислительной машины (ЭВМ) 14, В процессе работы каждый импульс фотоотсчета f проходя дискриминатор 2, зме яяет состояние триггера 3 фотона на обратное. Это состояние заносит- ся в регистр 4 сдвига с частотой тактового генератора. По заполнении регистра сдвига его выходное состоя1

Изобретение относится к оптике .2 атмосферы и может быть, использовано для многоканальной регистрации слабых И сверхслабых световых потоков в оптике атмосферы, физике, спектроскопии, астрономии и т.д.

Целью изобретения является повы- шение точности и быстродействия счетчика фотонов (путем уменьшения Bqpo ятности просчета фотона и точности временной привязки).На чертеже изображена блок-схема Устройства для счега фотонов.

Предлагаемое устройство содержит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 1, дискриминатор 2, триггер 3 фотона, д (N-J-1 )-разрядный регистр 4 сдвига, тактовый генератор 5, (МИ)- оазрядный

uif™

буферный регистр 6, N логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИШ 7, двоичный счетчик 8 позиции фотоне, двоичный л счетчик 9 числа событий, N-ПХОДОЕЫЙ логический элемент ИЛИ 10S опеоатив™ иое запоминающее устройство (ОЗУ) И, рчетчик-делитель 12, схему 13 синхронизации с триггерами режима TSI, Tg, электронную вычислительную машлну (ЭВМ)- U.

Устройство работает следующим об« разом,

Ч Тактовый генератор вырабатывает зу

временные интервалы длительностью Q e1/f,s где CG период5 a f, - часто- та колебаний геиер атора, которые осу

4

ние переносится в N-H-буферный регистр б. Элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ 7 выделяют позиции, соответствующие фо- тоотсчетам путем сравнения состояний в двух соседних разрядах буферного регистра, после чего позиционный код заносится в ячейку ОЗУ. Одновременно туда же записывается двоичный код с выхода счетчика В позиции фотона, соответствующий номеру цикла заполнения регистра сдвига. Изменение адреса ячейки производится счетчиком 9 в том случае, если в текущем цикле имелся хотя бы один фотоот- счет. По прошествии заданного числа циклов триггер TSl переводится в режим чтения, при этом содержимое всех ячеек ОЗУ последовательно передается во входной регистр ЭВМ. 1 ил.

ществляют последовательную запись в разряды (N4-1)-разрядного регистра 4 сдвига состояние триггера 3 фотона. Входным сигналом UUA устройство переводится в режим . Запись так, что ОС- НОРНОЙ триггер режима Г51устанавливайся в состояние, разрешающее работу дополнительного триггера режима Сигнал синхронизации START, например, от внешнего фотодатчика, отмечающего качало интервала накопления, устанавливает дополнительный триггер режима TSZ в состояние, разрушающее работу триггера 3 фотона, счетчика-делителя 12 и двоичного счетчика 8 позиции фотона. Каждый фотонный импульс с выхода дискриминатора 2 меняет состояние триггера 3 фотона на противоположное. Это вызывает по запросу от тактового генератора смен/ состояний первого разряда (N-H)-разрядного регистра 4 сдвига, которое продвигается с.каждым тактовым импульсом по разрядам этого регистра. Таким образом, приход фотона фиксируется наличием отличающихся состояний двух смежных разрядов ()-разрядного регистра , сдвига. Состояние (N+D-регистра сдвига ограничз вается тактовой частотой по тактовому входу (N-J- ljf-разрядного буферного регистра так, что на каждом такте содержимое (N+1)-регистра сдвига переносится в (Я-И)-раз рядный буферный регистр. Операция переноса производится не

зависимо от состояния триггера 3 фо тона, состояния (N+1)-разряцного регистра 4 сдвига и адресов ОЗУ 11, В этом случае операция переноса не вызывает пересчета фотона и производится за время N. Логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7 выделяют в позиции из N сдвигов сигнал, соот ветствующий наличию фотона за время Ј«,, где Ј(- время переходных процессов ОЗУ. Этот сигнал отсутствует, если состояния двух смежных разрядов (М+1)-разрядного регистра сдвига совпадают, и появляется, если не совпадают. Тем самым из перепада уровней при смене состояния триггера 3 фотона, обусловленной наличием фотона, выделяется сигнал уровня, который заносится в ОЗУ 11 как сигнал наличия фогона во временном интервале длиной ,, где Ј„ - длина мертвой зоны с точностью позиционирования, определяемой лишь нестабильностью переходных процессов тр-иг- гера 3 фотона и длиной мертвой зоны Ц. Состояние (N+1)-разрядного регистра 4 сдвига на каждой позиции из N сдвигов не зависит от состояния в предыдущих позициях и тактах сдвига, их числа. Число позиций подсчитывается двоичным счетчиком 8 позиции фотона, на вход которого с выхода счетчика-делителя 12 поступают импульсы с

тактовой частотой fг. Смена состояния этого счетчика производится независимо от состояния, (N+O-разрадного ре- -гистра 4 сдвига, и переходные процессы в двоичном счетчике 8 поз.иции не влияют на величину мертвой зоны С и точность счета фотона. В результате в ячейку ОЗУ 11 заносится с такто- вой частотой fг смешанный двоично- позиционный код и адрес ячейки задается содержимым двоичного счетчика 9 числа событий. Содержимое этого счетчика увеличивается на единицу лишь в том случае, если в записанной позиции зафиксировано наличие хотя бы одного фотона. Разрешающий сигнал формируется N-входовым логическим элементом ИШ. Каждый цикл накопления начинается с адреса последней позиции предыдущего цикла, без обращения к ЭВМ 14 для перезаписи и очистки ОЗУ

В отсутствие фотона в позиции операция запись в ОЗУ проходит по адресу, равному содержимому счетчика 9 .числа событий. Если в следую10

15

5

20

щей позиции возникает фотосчет, то эта позиция записывается по тому же адресу, так как в отсутствие фотона логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7 запрещает сдвиг счетчика 9 числа событий. Этот счетчик при наличии фотона в позиции по окончании записи в ОЗУ изменяет состояние, меняя тем самым адрес ячейки, подготовленной для записи новой позиции и т.д. При этом очистки содержимого ОЗУ перед каждым циклом накопления не требуется. Далее основной триггер Т51 режима переводится в режим Чтение совокупным сигналом с выхода переполнения двоичного счетчика 8 позиции фотона и двоичного счетчика 9 числа событий. В этом режиме по каждому адресу ОЗУ содержимое Ячейки передается во входной регистр ЭВМ 14. Цикл чтения повторяется до тех пор, пока не будет исчерпано заданное число адресов или не пройдены все состояния двоичного счетчика 9 числа событий. С этого момента без какой-либо дополнительной подготовки счетчик фотонов готов к работе в режиме Запись.

Изобретение позволяет повысить точность временной привязки фотоотсчета за счет исключения влияния переходных процессов при изменении адреса ячейки ОЗУ, а также повысить оперативность измерения за счет исклю чения обращения к ЭВМ перед каждым циклом накопления. Формула изобретения Устройство для счета фотонов, содержащее последовательно соединенные 0 Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), дискриминатор и триггер фотона, а также оперативное запоминающее устройство, электронную вычислительную машину, схему синхронизации с 5 триггером режима, тактовый генератор, логический элемент ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и оперативности , измерений, в него дополнительно вве 0 дены (N+1)-разрядный регистр сдвига, (Н+1)-раэрядный буферный регистр, N логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ - ИЛИ, двоичный счетчик позиции фотона и двоичный счетчик числа событий, , счетчик-делитель и второй триггер режима s при этом выход ФЭУ через ди-. скриминатор подключен к счетному входу триггера фотона, выход которого подключен к информационному входу

0

5

5

(Н-Н)-раэрядного регистра сдвига, а выход тактового генератора подключен к тактовому входу этого регистра, (N-H) выходов (N+1)-разрядного регистра сдвига подключены соответственно к (N+1) входам (N+1)-разрядного буферного регистра и (N+1) выходов этого регистра подключены попарно к Входам логических элементов ИС1СШО- ЧАИЦЕЕ ИЛИ так, что первый вход каждого логического элемента ИСКЛЮЧАКЪ ЩЩ ИЛИ подключен к каждому предыду- щеНгу выходу (Ы-М)-разрядного буферного регистрац а второй вход каждого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к каждому последующему выходу (N+1)-разрядного буферного регистра, выходы N логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к пер- 20 ключены к оставшимся информационным

вым N-информационным входам оперативного запоминающего устройства и к N входам логического элемента ИЛИ, выход, которого подключен к разрешающему входу двоичного счетчика событий, 25 выводы которого подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства, первый вход управления которого и счетные входы двоичного счетчика позиции фотона,, двоично- 30 го счетчика числа событий, тактовый

входам оперативного запоминающего устройства} при этом выход основного триггера режима соединен с входом электронной вычислительной машины, выходы оперативного запоминающего устройства соединены с шиной данных последней, а ее управляющий выход соединен с вторым управляющим входом оперативного запоминающего устройств и с вторым управляющим входом счетчи ка числа событий.

Составитель А.Грузиноя Редактор С.Кулакова Техррд л.Сердюкова- Корректор Т,Малец

Заказ 2815

Тираж 303

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

Производственно-издательский комбинат , г.Ужгород, ул. Гагарина,101

пход (N-H )-разрядного буферного регистра подключены к выходу счетчика- делителя, счетный вход которого подключен к выходу тактового генератора, нход сброса счетчика-делителя, вход сброса счетчика позиции фотона, вход управления счетчика числа событий а выход предустанова триггера фотона

подключены к выходу дополнительного триггера режима один вход этого триггера подключен к выходу переполнения двоичного счетчика позиции фотона, а второй вход этого же триггера

5 подключен к выходу основного триггера режима, вход основного триггера ре- жкма подключен к выходу двоичного счетчика числа событий и выходы двоичного счетчика позиции фотона подвходам оперативного запоминающего устройства} при этом выход основного триггера режима соединен с входом электронной вычислительной машины, выходы оперативного запоминающего устройства соединены с шиной данных последней, а ее управляющий выход соединен с вторым управляющим входом оперативного запоминающего устройства и с вторым управляющим входом счетчика числа событий.

Подписное