Способ регистрации слабых световых сигналов Советский патент 1993 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к техническим средствам регистрации слабых световых сигналов, например техническим средствам регистрации хемилюминесценции или флюоресценции.

Наиболее близок изобретению способ регистрации слабых световых сигналов посредством фотоэлектронного умножителя в режиме счета (PC).

В PC производят счет отдельных импульсов анодного тока в течение определенного времени, называемым временем счета. При комнатной температуре в отсутствии светового сигнала в PC регистрируют тем- новой счет, имеющий для ФЭУ различных типов величину до 100-1000 импульсов за секунду. Он возникает по причине автоэмиссии электронов с поверхности фотокатода. Определенное увеличение отношения сигнал/фон получают, применяя амплитудную дискриминацию анодных импульсов, которая основывается на различии распределений по величине амплитуды импульсов,

регистрируемых в темноте и при воздействии света на фотокатод. Результат счета на последовательных интервалах времени предъявляют оператору посредством индикатора.

Недостаток известного способа регистрации слабых световых сигналов заключается в низкой величине отношения сигнал/фон при приеме слабых нестационарных, в том числе импульсных, световых сигналов. Уменьшение отношения сигнал/фон при регистрации таких сигналов связано с Пуассоновским характером распределения величины света, распределение представлено формулой

сап

(f Т) п ехр (- f Т) гГГ

0)

СО

С

00

о N ел о о

СА)

где О) (п) - вероятность счета величиной п;

Т - длительность интервала времени счета;

f- средняя частота следования импульсов (параметр распределения).

Средняя величина счета равна f Т, среднеквадратичное отклонение величины света равно Vf Т.

Воздействие света на фотокатод ФЭУ сопровождается изменением средней частоты следования анодных импульсов от некоторой величины тт до величины fc и изменением средней величины счета от fr Т до f с Т. Отношение сигнал/фон равно

(f с ft) Т f с f т VFT

При регистрации кратковременных (импульсных) световых сигналов для того чтобы не пропустить его появление требуется устанавливать время счета сравнимое с длительностью сигнала, что приводит к уменьшению отношения сигнал/фон в соответствии с (2) и снижению точности регистрации.

Цель изобретения состоит в повышении точности путем увеличения отношения сигнал/фон при регистрации слабых кратковременных световых сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регистрации световых сигналов фотоэлектронным умножителем в режиме счета, включающем усиление анодных импульсов, их дискриминацию по амплитуде и подсчет количества импульсов вводится операция селекции анодных импульсов по величине межимпульсного интервала, после чего за время счета определяют количество интервалов с длительностью меньшей заданной величины, зависящей от средней частоты следования импульсов в темноте.

Распределение количества межимпульсных интервалов за время счета Т, имеющих длительность меньшую времени селекции Ts, находится математически из соотношения (1) и описывается формулой (3)

рм- ЈT)k-exp(-F--r

k

где 1-epx(f -T,),

p(k) - вероятность счета к межимпульсных интервалов длительностью меньшей Ts за время Т,

f-средняя частота следования анодных импульсов,

F - средняя частота появления межимпульсных интервалов с длительностью меньше Ts.

Доказательство соотношения (3) приведено в приложении. Отношение сигнал/фон после временной селекции равно:

vf. fc 1 - exp ,) - fT 1 - exp (- ft Tsll

VfT- l-exp(-fT.T,)U .

5При Ts j- отношение сигнал/фон (4)

больше отношения сигнал/фон (2).

В таблице приведены данные о снижении порога регистрации кратковременного сигнала при времени счета: 0,01, 0,04 и 0,1

Ю секунды и вероятности ложного обнаружения 0,001.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Фотоприем осуществляли ФЭУ-71 со

15 щелочным фотокатодом при напряжении питания 1200 В. Средняя частота следования темновых импульсов после усиления и амплитудой дискриминации равнялась 800 имп/с. Время счета было выбрано равным

20 0,1 с. При регистрации калибровочного светового сигнала отношение сигнал/фон было равно

160-80 ---- 8,9

2580

Временную селекцию осуществляли схемой, состоящей из формирователя временного окна и электронного ключа. Каждый поступающий на схему импульс

30 запускал формирователь временного окна, сигнал с которого открывал ключ и разрешал тем самым прохождение на выход схемы последующего импульса в том случае, если длительность межимпульсного интер35 вала была меньше длительности временного окна.

Время селекции установили равным 1 /800 с. При выполнении измерений калибровочного сигнала было получено отноше40 ние сигнал/фон

45

140-51

51

12,4

Увеличение отношения сигнал /фон составило 39%.

Использование способа наиболее эффективно при малых длительностях време- 50 ни счета при регистрации кратковременных световых сигналов.

Использование способа регистрации слабых световых сигналов обеспечивает по сравнению с известными следующие пре- 55 имущества: увеличение отношения сигнал/фон при приеме кратковременных сигналов и соответственно обеспечивает снижение пороговых уровней интенсивно- стей обнаруживаемых световых сигналов;

допускает каскадное использование временной селекции.

Формула изобретения Способ регистрации слабых световых сигналов фотоэлектронным умножителем в режиме счета, включающий усиление анодных импульсов, их дискриминацию по амплитуде и подсчет количества импульсов, о т- личающийся тем, что, с целью

0

повышения точности путем увеличения отношения сигнал/фон при обнаружении кратковременных световых сигналов, дополнительно производят селекцию анодных импульсов по величине межимпульсного интервала, после чего за время счета опреде- ляют количество интервалов с длительностью меньшей заданной величины, зависящей от средней частоты следования анодных импульсов в темноте.

Способ регистрации слабых световых сигналов. Сущность изобретения; анодные импульсы фотоэлектронного умножителя после их усиления и амплитудной дискриминации подвергают селекции по величине межимпульсного интервала и подсчитывают количество интервалов, длительность которых меньше среднего периода следования импульсов в темноте. 1 табл,