УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕТОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИБОРА Советский патент 1994 года по МПК G01T1/17 

Описание патента на изобретение SU1605802A2

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к сцинтилляционным детекторам, может быть использовано для измерения характеристик фотоэлектронного умножителя и является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт. св. СССР N 528526.

Целью изобретения является увеличение точности измерения и увеличение точности его функциональных возможностей.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для измерения; на фиг. 2 - осциллограммы импульсов напряжения на анодной (фиг. 2, диаграмма а) и динодной нагрузках (фиг. 2, диаграммы б. в).

Импульс с генератора 1 линейно-нарастающего напряжения поступает на блок 2 линеаризации световыхода источника 3 света, яркость которого зависит от прикладываемого к нему напряжения, а другой выход генератора 1 подключен к первому входу блока 4 регистрации. Источник 3 света освещает фотоэлектронный умножитель 5, электрический сигнал с анода 6 которого поступает на второй вход блока 4 регистрации и анодную нагрузку 7. Фотоэлектронный умножитель 5 содержит электроды, которыми являются n диодов 8.1, . . . , 8. (n-1), 8. n, и фотокатод 9. Питание фотоэлектронного умножителя 5 осуществляется через делитель напряжения из резисторов 10.1, . . . , 10. (n-1), 10. n делителя, к которым подключены соответствующие электроды, за исключением j-го, которые подключены к делителю через резистор 11 Конденсаторы 12 шунтируют резисторы 10. (n-2)- 10. (n-1), 10. n и обеспечивают импульсный режим работы фотоэлектронного умножителя 5. Сигнал с j-го электрода 8. (n-2) через последовательно включенные разделительный конденсатор 13 и линию 14 задержки поступает на резистор 15 нагрузки j-го электрода 8. (n-2), которая подключена к третьему входу блока 4 регистрации и через дополнительный резистор 16 к аноду 6.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход блока 2 линеаризации света линейно-нарастающего напряжения от генератора 1 с длительностью Т > > τn, где τ n - время нарастания фронта переходной характеристики фотоприбора, яркость источника 3 света будет нарастать по линейному закону, и импульсы тока с анода и j-го электрода фотоэлектронного умножителя 5 будут нарастать также по линейному закону до тех пор, пока амплитуда тока с анода не выйдет за предел линейности выходной характеристики. При этом световая характеристика j-го электрода остается линейной, так как ток этого электрода в Мк раз меньше анодного, а напряжения между электродами отличаются не столь значительно (где Мк - коэффициент усиления К последних каскадов от j-го электрода до анода, на фиг. 1 К = 3, j = (n-2). При сбалансированном значении сопротивления дополнительного резистора 16 (условия баланса приведены ниже) напряжение на анодной нагрузке 7 пропорционально току с анода 6 и соответствует световой характеристике фотоэлектронного умножителя 5 на ее линейном участке, ограниченном временем tо (фиг. 2а), а напряжение Uд на диодной нагрузке равно нулю (скомпенсировано). При отклонении световой анодной характеристики от линейной зависимости на диодной нагрузке (резисторе 15) возникает напряжение Uд, которое пропорционально абсолютной величине отклонения ΔIа анодного тока от линейной зависимости. Измерив напряжение Uд1 и соответствующее ему напряжение Uа1 на анодной нагрузке 7 (фиг. 2а), определяют коэффициент нелинейности световой характеристики
κ= α . (1) Поскольку погрешность прямого измерения значения тока ΔIа по напряжению Uд1, значительно меньше погрешности косвенного измерения ΔIа по разности двух значений (Uа2-Uа1) из зависимости на фиг. 2, диаграмма а, то погрешность измерения коэффициента нелинейности световой характеристики κ также значительно уменьшается.

Условия баланса (Uд = 0) определяются из условия, соответствующего равенству (по модулю) частей анодного и диодного токов, протекающих через резистор 15 нагрузки. В этом случае напряжение Uд = 0, так как токи j-го электрода и анода имеют разные направления. Разделительный конденсатор 13 и резистор 11 разделяют напряжение цепи питания j-го электрода от измерительной цепи.

Iа15 = Iд15, где Iа15= I ;
Iд15= Iд ; (2)
R Σ = Ra + Rд + Rб;
I = I ; (3)
Rо, Rд, Rб - сопротивления анодной нагрузки 7, резистора 15 нагрузки j-го электрода и дополнительного резистора 16 соответственно;
Iа, Iд - ток анода 6 и j-го электрода соответственно.

С другой стороны, токи Iа и Iд можно выразить через ток Iффортокатода 9
Iа= MIф= Iф ;
Iд= Iфj-1) ; ( σ j-1), (4) где σi - коэффициент вторичной эмиссии i-го динода;
M - коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя.

Из формул (3) и (4) можно получить условия для выбора сопротивления анодной нагрузки 7 и дополнительного резистора 16
, (5) если использован фотокатод 9 в качестве j-го электрода
, (6) если использован j-ый динод, где Mк= - коэффициент усиления последних К каскадов (динодов) фотоумножителя 5 (на фиг. 1 К = 3).

Выбрав сопротивления анодной нагрузки 7 и дополнительного резистора 16 так, чтобы выполнилось условие (5) или (6), которое соответствует условию (3), можно, измерив значения сопротивлений анодной нагрузки 7 и дополнительного резистора 16, определить коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя 5 (из условия (5) и его отдельных динодов из условия (6) поочередно, начиная с последнего n-го динода, для которого
, что расширяет функциональные возможности устройства.

При наличии отклонения от линейной зависимости в анодной характеристике, т. е.

Ia = Iал + ΔIа, где Iал - соответствует пропорциональной (линейной) зависимости
Iал = mat (пунктир на фиг. 2а);
ma - коэффициент крутизны анодного тока;
ΔIa - отклонение от линейности, на резисторе 15 нагрузки возникает напряжение Uд, значение которого составляет величину
Uд= I - IRд = mд - <mа(t-τ0)+ + ΔIа> Rд= -ΔIRд+ (m - m)Rдt+mIаτ0
(7)
или Uд= - ΔI Rд при τ3 = τ о,
mд· = m
или при τ3 = 0 m = m .


(8) где ma, mд - коэффициенты крутизны анодного и динодного импульсов тока.

При условии (3) значение Uд пропорционально модулю и имеет полярность, обратную ΔIа, т. е. при уменьшении относительно пунктирной линии Iа( ΔIa < 0) Uд имеет положительную полярность (см. фиг. 2), при увеличении Iа относительно пунктирной линии Uд имеет отрицательную полярность. Как видно из формулы (8), значение Uд не зависит от выходного тока Ia, если ΔIa = = 0. Так как сигнал с анода 6 задержан относительно сигнала с j-го электрода на время τо пролета электронов К каскадов, то, выбрав задержку такой, чтобы она задерживала сигнал с j-го динода на время τ3 = τ о, обеспечивают независимость Uд от формы импульса от источника 3 света. Это означает, что погрешность измерения коэффициента χ не зависит от погрешности приближения к линейной зависимости яркости источника 3 света, обеспечиваемой блоком 2 линеаризации световыхода. На фиг. 2в показаны осциллограммы импульсов на резисторе 15 нагрузки при невыполнении условия (3) - зависимость τо (фиг. 2, диаграмма в) и при невыполнении условия τ3 = = τо - зависимость g (фиг. 2, диаграмма в) из которой видно, что, измеряя Uд2 при различных значениях задержки τ3, можно определить время задержки τо сигнала в фотоэлектронном умножителе 5 или в последних К каскадах как задержку τ3, при которой Uд2 = 0. Дополнительное увеличение точности измерения коэффициента χ получается за счет уменьшения погрешности измерения тока ΔIа, обусловленной дробовым эффектом, так как флуктуации анодного тока и тока j-го динода обусловлены одним источником-фотокатодом 9, и поэтому на резисторе 15 нагрузки относительная флуктуация от дробового эффекта уменьшается в ≈ раз.

Таким образом, взаимосвязь j-го электрода с вновь введенными конденсаторами 11, линией 14 задержки и дополнительным резистором 16 обеспечивает достижение цели.

Аналогично формуле (7) можно определить напряжение Uа на анодной нагрузке 7 при выполнении условий (3) и τ3 = τ о.

Uа= Rа(Iа7-Iд7)= I + U (9) где Ia7, Iд7 - части анодного и динодного токов, протекающие через анодную нагрузку 7;
Uд - определяется из формулы (8), Uд= ΔI .

Как видно из формулы (9) напряжение Uд пропорционально анодному току Iа, а при наличии нелинейности ΔIа нелинейность Uа (от времени) увеличивается за счет дополнительного члена, что позволяет более точно определять диапазон линейных токов фотоэлектродного умножителя.

Практически при измерении коэффициента χ целесообразно и достаточно использовать n-(2-3) динод, а в этом случае Мк = = 30-100 и формулы (6, 8 и 9) упрощаются
при σ j = σi≈ 3, т. е. Rб> >Ra; Uд= -ΔIаR при Rд ≈ Rб и Uд ≈ - Δ IaRa; Ua ≈IaRa; κ ≃ - . (56) Авторское свидетельство СССР N 528526, кл. G 01 T 1/17, 1974.

Похожие патенты SU1605802A2

название год авторы номер документа
СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ 2004
  • Морозов О.С.
  • Новиков В.М.
  • Ржищин А.В.
RU2263368C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ 1975
  • Морозов О.С.
  • Новиков В.М.
  • Чумаков Ю.М.
SU558593A1
Фотоэлектронное устройство 1978
  • Светлых Александр Алексеевич
  • Шокин Юрий Викторович
  • Тен Волич
  • Гречин Анатолий Георгиевич
  • Утенков Борис Иванович
  • Лебедев Вячеслав Андреевич
SU792357A1
Импульсный фотометр 1986
  • Алексашкин Александр Евгеньевич
  • Кононов Алексей Алексеевич
SU1341504A1
Фотоэлектронное устройство 1977
  • Светлых Александр Алексеевич
  • Тен Волич
  • Шокин Юрий Викторович
  • Лебедев Вячеслав Андреевич
  • Утенков Борис Иванович
  • Темников Николай Николаевич
SU630676A1
КАТОДНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОВАКУУМНОГО ПРИБОРА ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЯХ 2011
  • Алымов Олег Витальевич
  • Левко Геннадий Владимирович
  • Лукьянов Валерий Николаевич
  • Серебряков Александр Сергеевич
  • Мамаева Галина Анатольевна
  • Филиппова Ольга Александровна
  • Фролов Виктор Михайлович
  • Коротун Валентин Павлович
RU2487433C1
АКТИВНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА С ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СХЕМОЙ 2014
  • Бузоверя Владимир Васильевич
RU2570170C1
Делитель фотоэлектронного умножителя 1977
  • Надеждин Виталий Сергеевич
SU636714A1
Устройство стабилизации аноднойчуВСТВиТЕльНОСТи фОТОэлЕКТРОННОгОуМНОжиТЕля 1978
  • Петрухин Геннадий Дмитриевич
  • Породин Борис Михайлович
  • Мартюшев Юрий Юрьевич
  • Фанасов Олег Васильевич
  • Ковалев Евгений Васильевич
SU803046A1
Устройство для регистрации световых импульсов 1980
  • Зеленцов Станислав Алексеевич
  • Морозов Олег Сергеевич
SU949346A1

Иллюстрации к изобретению SU 1 605 802 A2

Реферат патента 1994 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕТОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИБОРА

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к сцинтилляционным детекторам, может быть использовано для измерения характеристик фотоэлектронного умножителя. Изобретение позволяет повысить точность измерения световой характеристики фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и определить его коэффициент усиления. Устройство содержит источник линейно-нарастающей яркости света с генератором линейно-нарастающего напряжения и блоком линеаризации световыхода, блок регистрации и ФЭУ, анод которого через дополнительный резистор, линию задержки, разделительный конденсатор соединен с j-ым диодом ФЭУ. При появлении нелинейности в анодной характеристике ФЭУ на динодной нагрузке возникает напряжение, пропорциональное абсолютному значению амплитуды тока отклонения от линейной зависимости. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения SU 1 605 802 A2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕТОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИБОРА по авт. св. N528526, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, в качестве фотоприемного устройства использован фотоэлектронный умножитель и введены последовательно соединенные дополнительный резистор, линия задержки и конденсатор, которые включены между анодом и j-м электродом, причем третий вход блока регистрации подключен к нагрузке j-го электрода, а сопротивления анодной нагрузки Rа и дополнительного резистора Rб выбраны из соотношения
= -1,
где Mк - коэффициент усиления K каскадов фотоэлектронного умножителя от j-го электрода до анода;
σj - коэффициент усиления j-го электрода.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью определения коэффициента M усиления фотоэлектронного умножителя, в качестве j-го электрода использован фотокатод, при этом сопротивления анодной нагрузки Rа и дополнительного резистора Rб выбраны из соотношения
Rб / Ra = M-1.

SU 1 605 802 A2

Авторы

Морозов О.С.

Даты

1994-04-15Публикация

1988-12-29Подача