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= Iф (σj-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 = mдt· - <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.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ | 2004 |
|
RU2263368C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ | 1975 |
|
SU558593A1 |
Фотоэлектронное устройство | 1978 |
|
SU792357A1 |
Импульсный фотометр | 1986 |
|
SU1341504A1 |
Фотоэлектронное устройство | 1977 |
|
SU630676A1 |
КАТОДНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОВАКУУМНОГО ПРИБОРА ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЯХ | 2011 |
|
RU2487433C1 |
АКТИВНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА С ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СХЕМОЙ | 2014 |
|
RU2570170C1 |
Делитель фотоэлектронного умножителя | 1977 |
|
SU636714A1 |
Устройство стабилизации аноднойчуВСТВиТЕльНОСТи фОТОэлЕКТРОННОгОуМНОжиТЕля | 1978 |
|
SU803046A1 |
Устройство для регистрации световых импульсов | 1980 |
|
SU949346A1 |
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.
= -1,
где Mк - коэффициент усиления K каскадов фотоэлектронного умножителя от j-го электрода до анода;
σj - коэффициент усиления j-го электрода.
Rб / Ra = M-1.
Авторы
Даты
1994-04-15—Публикация
1988-12-29—Подача