Устройство с позиционно-чувствительными детекторами для определения координаты электронной лавины Советский патент 1992 года по МПК G01T1/208 H01J49/00 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с коллектором, осуществляют пропорциональное координате электрическое или неэлектрическое деление заряда поступающей на него электронной лавины и может использоваться в координатно-чувствитель- ных детекторах на микроканальных пластинах.

Известен сцинтилляционный коорди- натно-чувствительный детектор, содержащий сцинтиллятор, два ФЭУ, два

интегратора, два формирователя и время- амплитудный преобразователь.

Данный детектор имеет невысокое быстродействие.

Известно устройство для определения координаты, содержащее два зарядочувст- вительных усилители, два аналогоцифровых преобразователя и ЭВМ.

Данное устройство сложно и имеет невысокое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является устройство для определения координаты электронной лаО

00

вины, содержащее два зарядочувствитель- ных усилителя, два операционных усилителя, два коллиматора, два формирователя, триггер, счетчик, генератор опорной частоты, блок ввода-вывода и микропроцессор.

Недостатками устройства являются высокая сложность и недостаточное быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения координаты электронной лавины, содержащее первый и второй зарядочувствительные усилители, входы которых являются входами устройст- вз, источник постоянного напряжения, источник опорного напряжения, два операционных усилителя, два компаратора, два формирователи, триггер, счетчик импульсов, генератор импульсов, причем вы- ход первого зарядочувствительного усилителя соединен с первыми входами обоих операционных усилителей, выход второго зарядочувствительного усилителя соединен с вторым входом второго опера- ционного усилителя, выход источника постоянного напряжения соединен с вторым входом первого операционного усилителя, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом первого компа- ратора, выход второго операционного усилителя соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход первого компаратора соединен с вхо- дом первого формирователя, выход второго компаратора соединен с входом второго формирователя, выход первого формирователя соединен с управляющим входом триггера, выход второго формирователя соединен с обнуляющими входами счетчика импульсов, выход генератора опорной частоты соединен с тактовым входом триггера и счетным входом счетчика импульсов, введены ключ, конденсатор, блок задержки и преобразователь напряжение - ток, подключенный входом к выходу второго операционного усилителя и выходом к второму входу первого компаратора и к первым выводам ключа и конденсатора, вторые выво- ды которых подсоединены к выходу источника постоянного напряжения, выход триггера подсоединен к управляющему входу ключа и входу блока задержки,- выход которого соединен с входом разрешения рчета счетчика импульсов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства с позиционно-чувстви- тельными детекторами для определения координаты электронной лавины; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит (фиг,1) зарядочувствительные усилители 1 и 2, операционные усилители 3 и 4, источник 5 постоянного напряжения, первый компаратор 6, конденсатор 7, ключ 8, преобразователь 9 напряжение - ток, второй компаратор 10, формирователи 11 и 12, триггер 13, генератор 14 импульсов, блок 15 задержки, счетчик 16 импульсов и источник 17 опорного напряжения. Выход первого зарядочувствительного усилителя 1 соединен с первыми входами операционных усилителей 3 и 4. Выход второго зарядочувствительного усилителя 2 соединен с вторым входом второго операционного усилителя 4, а выход источника 5 постоянного напряжения - с вторым входом первого операционного усилителя 3, выход которого соединен с первым входом первого компаратора 6. Выход второго операционного усилителя 4 соединен с первым входом второго компаратора 10, второй вход которого подключен к выходу источника 17 опорного напряжения.

Преобразователь 9 напряжение - ток подсоединен входом к выходу второго операционного усилителя 4 и выходом к второму входу первого компаратора 6 и выходу источника 5. постоянного напряжения через конденсатор 7, шунтируемый ключом 8, управляющий вход которого соединен с выходом триггера ,13.

Выходы компараторов 6 и 19 соединены с выходами формирователей 11 и 12 соответственно. Выход первого формирователя 11 соединен с управляющим входом триггера 13, а выход второго формирователя 12- с обнуляющими входами триггера 13 и счетчика 16.

Выход генератора 14 соединен с тактовым входом триггера 13 и с счетным входом счетчика 16. Выход триггера 13 через блок 15 задержки соединен с входом Разрешение счета счетчика 16. Выходы последнего являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Заряд электронной лавины, попадающей на анод, делится (электрически или механически) на две части Qa и Оь. поступающие соответственно на входы устройства. Зарядочувствительные усилители 1 и 2 преобразуют эти сигналы в экспоненциальные напряжения (позиции 18 и 19, фиг.2)А(г,)иВ(1)вида

A(t) (Qe/C)exP(-t/RC), B(t)«(Qb/C)exp(-t/RC),

(1)

где Qa и Оь - части электронной лавины, поступающие на первый и второй входы устройства;

A(t), B(t) - сигнал на выходе соответственно первого 1 и второго 2 зарядочувстви- тельных усилителей;

RC - постоянная времени зарядочувствительного усилителя 1 и 2;

С - величина -емкости интегрирующего конденсатора зарядочувствительного усилителя.

На выходе первого операционного усилителя 3 действует сигнал

Sa(t) - Ss- B(t) Ss - (Qb/Q exp (-t/RC), (2) где Ss - выходное напряжение источника 5 постоянного напряжения.

На выходе второго операционного усилителя 4 сигнал $4(t) описывается (позиция 20, фиг.2) соотношением

S4(t) - (Qa + Qb)/C exp (-t/RC). Ток Id на выходе преобразователя 9 напряжение - ток имеет вид

19 - S4(t)/R9 ЩОа )/c exp C-t/RC)}/R9, где Rg - коэффициент преобразования преобразователя 9.

В момент пересечения сигналом $4 порогового напряжения Unop сигнал с выхода второго компаратора 10 (позиция 21, ) запускает второй формирователь 12, сигнал с выхода которого сс-вместно с сигналом . генератора 14 переводит триггер 13 в состояние логической единицы. Сигнал с выхода триггера 13 (позиция 22, фиг.2) закрывает ключ 8, и конденсатор 7 начинает разряжаться через преобразователь 9 по закону

Ут(т) - Ss - lg(t) t/C S4(t)t/R9C7 - Ss - (Qa - Qb)/C (t/R9C) exp (-t/RC), где U(t) - напряжение на конденсаторе 7;

Ст - емкость конденсатора 7.

Напряжение U(t) с выхода конденсатора 7 (позиция 24, фиг.2) поступает на второй вход первого компаратора 6, на первый вход которого поступает напряжение Sa(t) (позиция 23, фиг.2) с выхода первого операционного усилителя 3. В момент ti равенства напряжений Ur(t} и Ss(t) первый компаратор 6 срабатывает (позиция, 25, фиг.2) и сигнал с его выхода запускает первый формирователь 11, импульс с выхода которого (позиция 26, фиг.2) совместно с сигналом генератора 14 (позиция 27, фиг.2) переводит триггер 13 в состояние логического нуля.

Таким образом, на счетный вход счетчика 16 импульсы с выхода генератора 14 (позиция 27, фиг.2) поступают в течение времени ti (позиция 28, фиг.2). Рассмотрим соотношение

U.(ti)-S3(ti).(4)

С учетом (2) или (3) выражение (4) примет вид

Ss(Qa + Qb)/CXti/RC) exp (-ti/RC) (Qb/C)exp(-tt/RC), 5 где ti - время, в Течение которого на счетный вход счетчика 16 поступают импульсы с выхода генератора 14. откуда получаем

(Qa + Qb)ti/RgC7 Qb 0 или

ti - RgCyQbAQb + Qa)- XiRgCy/L, (5) где Xi - относительная координата электронной лавины на поверхности детектора, т.е. длительность импульса на выходе.триг- 5 гера 13 пропорционально отношению Qb/(Qa + С1ь)(относительной координате Xi электронной лавины на поверхности детектора) с коэффициентом преобразования L/RgC. где L - длина коллектора детектора. 0 Использование изобретения позволит повысить быстродействие, поскольку измерение координаты осуществляется на интервале времени между передним и задним фронтами сигналов, при этом отпадает не- 5 обходимость вычисления экспоненты от результата измерения временного интервала.

Формула изобретения Устройство с позиционно-чувствитель0 ными детекторами для определения координаты электронной лавины, содержащее два зарядочувствительных усилителя, входы которых являются входами устройства, два операционных усилителя, два компаратора,

5 два формирователя/триггер, счетчик импульсов, выход которого является выходом устройства, источник опорного напряжения, источник постоянного напряжения и генератор импульсов, выход которого сое0 динен с тактовым входом триггера и со счетным входом счетчика импульсов, выход первого зарядочувствительного усилителя соединен с первыми входами первого и второго операционных усилителей, выход вто5 рого зарядочувствительного усилителя подсоединен х второму входу второго orte- рационного усилителя, первый операционный усилитель подсоединен вторым входом к выходу источника постоянного напряже0 ния и выходом - к первому входу первого компаратора, выход которого соединен с , входом первого формирователя, подключенного выходом к управляющему входу триггера, выход второго операционного уси5 лителя соединен с первым входом второго компаратора, подключенного вторым входом к выходу источника опорного напряже- ния и выходом - к входу второго формирователя, выход которого соединен с обнуляющими входами триггера и счетчика,

от л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены ключ, конденсатор, блок задержки и преобразователь напряжение - ток, подключенный входом к выходу второго операционного усилителя и выходом - к второму входу первого компаратора и к первым

выводам ключа и конденсатора, вторые выводы которых подсоединены к выходу источника постоянного напряжения, выход триггера подсоединен к управляющему входу ключа и к входу блока задержки, выход которого соединен с входом разрешения счета счетчика импульсов.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с коллектором, осуществляющим пропорциональное координате электрическое или неэлектрическое деления заряда поступающей на .него электронной лавины, и может использоваться в координатно-чувствитель- ных детекторах на микроканальных пластинах. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. При достижении сигналом на выходе второго операционного усилителя порогового значения запускается второй формирователь, выходным сигналом которого триггер переводится в состояние логической единицы, .при этом закрывается ключ и конденсатор разряжается через преобразователь напряже- ние - ток. Напряжение с выхода конденсатора поступает на второй вход первого компаратора ,с которым сравнивается напряжение с выхода первого операционного усилителя. При равенстве этих напряжений появляется сигнал на выходе первого компаратора, запускается первый формирователь, выходным сигналом обнуляется триггер и прекращается счет в счетчике импульсов. Таким образом, длительность им- пульса на выходе триггера пропорциональна координате электронной лавины, что позволяет повысить быстродействие устройства. 2 ил. . Ј

Фиг. 2

Редактор И. Горная

Составитель В. Костюхин Техред М.Моргентал

Корректор М. Кучерявая