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

Изобретение относится к фотометрии, а именно к устройствам для регистрации слабых оптических излучений путем фотоэлектрического преобразования светового излучения в последовательность одноэлект- ронных импульсов и может быть использо- ЁЭНО в спектральном анализе, астрономии, биофизике и т.д.

Известны устройства, содержащие лавинный фотодиод (ЛФД), работающий в области пропорциональности умножения, подключенный первым выводом к источнику напряжения, а вторым - ко входу усилителя тока. Недостатком этих устройств является невысокая чувствительность.

Наиболее близким к изобретению является фоторегистратор для счета фотона, ее держащий ЛФД, работающий в области микроплазменного пробоя, подключенный первым выводом к источнику напряжения, а вторым-ко входу усилителя тока. Недостатком этих устройств является невысокая чувствительность.

Наиболее близким к изобретению является фоторегистратор для счета фотона, содержащий ЛФД, работающий в области микроплазменного пробоя, подключенный первым выводом к источнику напряжения через резистор гашения лавины, а вторым - ко входу усилителя импульсов тока Вследствие технологических особенностей из гоvj XI

$

VJ GO

товления ЛФД, площадь их чувствительного элемента невелика.

Недостатком данного устройства является нестабильность рабочей точки ЛФД, что приводит к снижению точности измерений.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в фоторегистраторе для счета фотонов, содержащем ЛФД, работающий в области микроплазменного пробоя, подключенный первым выводом ко входу усилителя тока микроплазменных импульсов, а вторым выводом через резистор гашения лавины - к выходу источника питания, источник питания выполнен управляемым, и в устройство дополнительно введены интенсиметр, усилитель сигнала рассогласования, устройство фиксации напряжения, схема суммирования напряжения, управляемый генератор приращения напряжения и генератор калибровочных интервалов, при этом выход усилителя тока микроплазменных импульсов подключен через интенсиметр к инвертирующему входу усилителя сигнала рассогласования, к неинвертирующему входу которого подключен источник опорного напряжения, выход усилителя сигнала рассогласования через устройство фиксации напряжения подключен к первому входу схемы суммирования напряжения, второй вход которой соединен с выходом управляемого генератора приращения напряжения, вход которого подключен к первому выходу генератора калибровочных интервалов, второй выход генератора калибровочных интервалов соединен с управляющим входом устройства фиксации напряжения, выход схемы суммирования напряжения подключен к управляющему входу источника питания, а выход усилителя тока микроплазменных импульсов и первый выход генератора калибровочных интервалов является выходами фоторегистратора.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит ЛФД 1 с гасящим резистором, усилитель 2 тока микроплазменных импульсов, управляемый источник 3 питания, интенсиметр 4, усилитель 5 сигнала рассогласования, устройство 6 фиксации напряжения, схему 7 суммирования напряжения, управляемый генератор 8 приращения напряжения, генератор 9 калибровочных интервалов.

Выход усилителя 2 тока микроплазменных импульсов подключен через интенсиметр 4 к инвертирующему входу усилителя 5 сигнала рассогласования, к неинвертирующему входу которого подключен источник опорного напряжения, выход усилителя 5 через устройство б фиксации напряжения подключен к первому входу схемы 7 сумми- рования напряжения, второй вход которой соединен с выходом управляемого генератора 8 приращения напряжения, вход кото- рого подключен к первому выходу генератора 9 калибровочных интервалов, второй выход которого соединен с управляющим входом устройства 6 фиксации напряжения, выход схемы 7 суммирования напряжения подключен к управляющему входу источника 3 питания, а выход усили- 5 теля 2 тока и первый выход генератора 9 являются выходами фоторегистратора,

Устройство работает следующим образом.

Генератор 9 калибровочных интервалов 0 периодически задает прямоугольными импульсами, поступающими на управляемый генератор 8 приращения напряжения, длительность подачи на ЛФД 1 импульсов перенапряжения. В результате подачи 5 повышенного напряжения рабочая точка ЛФД смещается в область сильной зависимости скорости счета темновых микроплазменных импульсов от напряжения питания. Приращение напряжения выбирается таким 0 образом, чтобы в смещенной точке выполнялось соотношение Д n nm, где nm - максимальная скорость счета импульсов в рабочей (несмещенная рабочая точка) области;

5 Л n - изменение скорости счета в смещенной рабочей точке при дополнительном к смещающему приращению напряжения Аи, Д U - максимально допустимая нестабильность рабочего напряжения. 0 В режиме поданного повышенного напряжения скорость счета импульсов на вы ходе усилителя 2 преобразуется интенси- метром 4 в аналоговый сигнал и подается на инвертирующий вход усилителя 5 рассогла- 5 сования. На неинвертирующий вход подается опорное напряжения Uon. Выходное напряжение усилителя 5 рассогласования через устройство 6 фиксации напряжения и схему 7 суммирования подается на управля- 0 емый источник 3 питания. После начала калибровочного цикла за счет замкнутого кольца отрицательной обратной связи устанавливается некоторое определенное питающее напряжения на ЛФД. За счет 5 изменения Uon питающее напряжзние в цикле калибровки подбирается таким образом, чтобы оно превышало рабочее напряжение ровно на величину приращения, генерируемого генератором 8. В конце цикла калибровки по сигналу генератора 9 калибровочных интервалов в устройстве 6 фиксируется выходное напряжение, управляемый генератор 8 приращения напряжения выключается и в результате на ЛФД 1 поступает напряжение близкое к рабочему. В промежутке времени до следующего калибровочного цикла проводятся основные измерения.

Ф о р м у л а и зо б рете н и я

Фоторегистратор для счета фотонов, содержащий лавинный фотодиод, работающий в области микроплазменного пробоя, подключенный первым выводом к входу усилителя тока микроплазменных импуль- сов, а вторым выводом через регистр гашения лавины - к выходу источника питания, отличающийся тем, что. с целью повышения точности, источник питания выполнен управляемым, а в устройство допол- нительно введены интенсиметр, усилитель сигнала рассогласования, устройство фиксации напряжения, схема суммирования на- пряжения, управляемый генератор

приращения напряжения и генератор калибровочных интервалов, при этом выход усилителя тока микроплазменных импульсов подключен через интенсиметр к инвертирующему входу усилителя сигнала рассогласования, к неинвертирующему входу которого подключен источник опорного напряжения, выход усилителя сигнала рассогласования через устройство фиксации напряжения подключен к первому входу схемы суммирования напряжения, второй вход которой соединен с выходом управляемого генератора приращения напряжения, вход которого подключен к первому выходу генератора калибровочных интервалов, второй выход генератора калибровочных интервалов соединен с управляющим входом устройства фиксации напряжения, выход схемы суммирования напряжения подключен к управляющему входу источника питания, а выход усилителя тока микроплазменных импульсов и первый выход генератора калибровочных интервалов являются выходами фоторегистратора.

Использование: устройство предназначено для регистрации слабых оптических излучений методом счета фотонов и может быть использовано в спектральном анализе, астрономии, биофизике. Сущность изобретения: в устройство, содержащее лавинный фотодиод(ЛФД)с гасящим резистором, усилитель и источник питания, иведены интен- симетр, усилитель рассогласования, устройство фиксации напряжения, схема суммирования напряжения, управляемый генератор приращения напряжения, гене ратор калибровочных интервалов. Источник питания выполнен управляемым. Генератор калибровочных интервалов периодически задает интервалы циклов калибро и и управляет генератором приращения напряжения и устройством фиксации напряжения. При этом происходит подстройка напряжения питания ЛФД по частоте темновых импульсов. В конце цикла калибровки фиксируется установившееся напряжение питания и устройство переходит в режим измерения. 1 ил. СО С

Выход