Моделирующий анализатор снимков пузырьковых камер Советский патент 1982 года по МПК G01T5/06 

Изобретение относится к эксперимеитальиой физике элементарных частиц, а именно к системам для автоматической обработки снимков пузырьковых камер.

Известные автоматические измерительные устройства содержат электроннолучевые трубки и управляются электронными вычислительными машинами по принципу «бегущего луча, т. е. все точки каждой проекции стереоснимка пузырьковой камеры (или все точки отдельных зон снимка) в этих устройствах последовательно просвечиваются световым лучом с экрана электроннолучевой трубки. При помощи оптического устройства световой луч образует на поверхности измеряемого снимка световое пятно, размеры которого меньще пли соизмери.мы с размерами пузырьков, образующих па снимке первичный и вторичный треки события. Прощедщий через снимок свет собирается светоприемником, который при пересечении световым пятном затемненных участков снимка с пузырьками трека формирует электрические импульсы. Эти импульсы при помощи электронных схем однозначно привязываются к координатам пузырьков на снимке. Получаемые координаты пузырьков далее используются в электронной вычислительной как материал для расчета основных характеристик

зафиксированного па спимке события в камере.

Несмотря на то, что в известных измерительных устройствах измеряются координаты не всехпузырьков, имеющихся на снимке, а только тех, которые на треках интересующего события или вблизи трека, память вычислительных мащин загрул ается большим объемом информации, часть

которой бесполезна для решения главной задачи обработки, так как пузырьки образуются вдоль трека случайно и их координаты вдоль трека не содерл ат полезной информации. Интерес представляют только

параметры трека как траектории движения заряженной частицы в камере и плотность вызванной ею ионизации. Получение, а затем математическая обработка не несущих информации координат составляют основную загрузку известных измерительных устройств и связанных с ними вычнслительных мащин. Это снн}кает производительность процесса обработки и вызывает необходимость использовать мощные вычислительные маппшы.

. Отмеченный недостаток в значительной мере устранен в предложенном моделирующем анализаторе снимков пузырьковых камер, На фиг. 1 показана блок-схема предла гаемого анализатора; на фиг. 2 - линей ный элемент модели; на фиг. 3 - элект роннолучевая трубка; на фнг. 4 - схема передвижения светового пятна; на фиг. 5- блок-схема канала выделения сигнала со гласия. Анализатор работает под контролем упп версальной цифровой электронной вычнсли тельной машины 1, которая через блок н,ифро-аналоговых преобразователей 2 уп равляет фокусировкой и отклонением луча в моделирующей электроннолучевой трубке 3. Изображение с экрана этой трубки через систему объективов 4 проектируется сразу на три проекции стереоснимка 5 события в пузырьковой камере. Три основных фотоэлектронных умножителя 6 преобразуют прошедший через снимки свет в электрические сигналы, постунаюн;ие затем в канал 7 выделения сигнала согласия, выход которого через блок аналого-цифровых преобразователей 8 подключен к входу вычислительной машины 1. Моделируюш.ая электроннолучевая трубка осуществляет быструю генерацию модели анализируемой траектории но управляющим сигналам из вычислительной машины. Моделирующая трубка имеет высокую разрешающую способность. Она относится к приемным трубкам, предназначенным для работы в системах с «бегущим лучом, по в отличие от обычных трубок описываемая характеризуется развитыми функциональными возможностями и высокими техническими характеристиками. Капал выделения сигналов согласия изменяет степень согласия модели траектории на экране трубки с изображением трека по проекции стереоснимка и определяет плотность ионизации. По измеренному значению степени согласия вычислительная машина подбирает наиболее онтимальные параметры для нового варианта модели траектории до тех пор, пока не будет нолучена наивысшая степень согласия, обеспечивающая требуемую точность определения параметров траектории. Скорость анализа снимков с номощью описываемого анализатора в основном определяется возможностями применяемой вычислительной машины. Для определения оптимальных параметров одной траектории необходимо испробовать примерпо 20 вариантов параметров. Каждый вариант требует порядка 10 тыс. арифметических операций. При скорости машины 100 тыс. операций в секунду на вычисление одной траектории в пространстве затрачивается около 2 с. Это означает, что годовая производительность анализатора вместе с вычислительной машиной среднего класса при двухсменной работе составит свыше 1 млн. несложных событий в год. Известные измерительные автоматы, работающие в линии С мощными вычислительными машинами, имеют годовую производительность до 500 тыс. в год каждый. Модель траектории на экране моделнрующей трубки строится поэлементно для каждого трека трех проекций стереоснимка, т. с. в нространствс камеры. Для снимков, имеющих нолезную плон1,адь 104XGO мм-, максимальная длина элементов модели равна 5 мм, минимальная 0,025 мм. Функ1дионалыгые возможности моделирующей трубкн позволяют изменять длину элемента модели симметрично в обе стороны от 0,025 до 5 мм (см. фиг. 2,а), устанавливать его в любой точке рабочей части экрана с точностью 2,5 мк, вращать элемент модели вокруг центра симметрии на угол ±90° с дискретностью 1-2 мрад (см. фиг. 2,6 и в), изгибать элемент модели до необходимого радиуса кривизны по закону симметричной параболы с вершиной в центре симметрии (см. фиг. 2,г и д). В начале анализа по данным предварительного просмотра и оцифровывания линейп1:,1Й элемент модели располагают рядом с началом первичного трека гга одной нз трех проекций и нрямым варьированием параметров точно устанавливают на изображение трека. Установка производится на каждой из трех проекций. Затем участок согласия расширяют и дополнительно варьирзют один комбинирова гп1ый параметр - тот, о котором дополнительный участок трека содерл{ит болыне всего информации. Участок согласия расширяют до тех пор, пока не исчерпается весь трек. После каждого варьировапия уточняют материалы ошибок параметров. Возможность одновременного анализа трех проекций события при поочередности в пределах одного элемента модели (можно сделать внеочередной анализ в пределах отдельного пззырька) ускоряет процесс анализа параметров траектории в пространстве и допускает быстрый обмен дополнительной информацией между проекциями стереоснимка, что особенно важно при анализе сложных событий, прерывистых пересекающихся н параллельных треков и т. д. Особенности моделирующей электроннолучевой трубкн ноясняются фиг. 3. На колбе 9 трубки установлены магнитные электроннооптнческие элемепты, с помощью коорых осун;ествляются юстировка луча и правление режимом работы трубки. Главая фокусирующая линза 10 фокусирует лектронный луч и проектирует на экран рубки изображение кроссовера электроной пушки. В качестве главной лннзы приеняется система сильной фокусировки на снове тринлета магнитных квадрунольных инз.

изображение элемента модели, так как элемент модели - это не сплошной штрих, а геометрическое место точек, что позволяет прош,упывать каждый отдельный пузырек трека, и обеспечивает в процессе этого формирования небольшие поперечные отклонения - вибрации светового пятна на экране, которые необходимы для выделения сигнала согласия.

Главная отклоняющая система 12 позволяет установить элемент модели в любую точку рабочей части экрана (104X60 мм). Отклонение в двух взаимно перпендикулярных направлениях осуществляется двумя парами отклоняющих катушек без ферромагнитного сердечника. Это позволяет исключить влияние гистерезисных явлс1 ий в сердечпике. В связи с тем, что отклонять на значительные углы () приходится не отдельный луч, а целый элемент модели, диаметр пучка в области отклонения существенно уменьшен за счет трансформации фазового объема пучка продольным ускоряющим полем, создаваемым спираль1ГОЙ электростатической липзой 13. При этом сохраняется высокая разрешающая способность трубки и отпадает необходимость в сложных системах динамической коррекции фокусировки и астигматизма.

Магнитная октупольная линза 14, установленная эксцентрично относительно оптической оси трубки, обеспечивает изгиб линейного элемента модели по закону параболы с вершиной в центре его симметрии.

Вращение линейного и изогнутого элементов модели относительно центра симметрии осуществляется системой слабых коротких магнитных линз 15, которая при небольшом сжимающем воздействии обеспечивает плавное вращение элемента модели на заданные углы.- Магниты 16 служат для юстировки электронного луча относительно колбы трубки. . Процесс выделения сигнала согласия в описываемом анализаторе осуществляется по методу трехполосного разложения зоны, прилегающей к элементу модели. С этой целью при формировании элемента модели световое пятно, передвигаясь вдоль элемента модели, одновременно совершает быстрые колебания с малой амплитудой перпендикулярно направлению движения (см. фиг. 4,а, б), т. е. световое пятно 1 епрерывно анализирует зону вблизи продольной оси элемента модели, а канал выделения сигнала согласия обрабатывает результаты этого анализа.

Опорный генератор 17 генерирует синусоидальные колебания с такой частотой, которая при формировании элемента модели обеспечивает поперечное прохождение светового пятна через каждый пузырек трека по 3-5 раз, что необходимо для выделения сигнала согласия отдельно по каждому

пузырьку, с выхода генератора 17 напряжение подается на усилитель тока соответствующей пары катушек системы 11 предварительного отклонения и на схему 18 разделения уровней. На эту схему через усилитель-распределитель 19 также подаются сигналы с нагрузок фотоэлектронных умножителей 6.

Работа схемы 18 разделения уровней поясняется эпюрой на фиг. 4,в. Разделение осуществляется по временному принципу путем стробирования сигналов ФЭУ прямоугольными импульсами с определенными длительностью и фазовым положением по

отношению к напряжению генератора 17. Выделенные сигналы верхнего, среднего и ннжнего уровней через интеграторы н аналого-цифровые преобразователи поступают на входы вычислительной машины.

Одновременно сигналы верхнего, среднего и нижнего уровней поступают на схему 20 перемножения уровней, выход которой через интегратор и аналого-цифровой преобразователь 21 также связан с входом вычислительной машнны. Перемножение уровней позволяет формировать наиболее ценную часть сигнала согласия - мультипликативный сигнал согласия, который отличается высокой чувствительностью к небольшим отклонениям пузырьков от продольной оси элемента модели.

Для определения величины плотности ионизации сигнал с выхода усилителя-раснределителя 19 пропускают через фильтр

нижних частот 22, где выделяется та часть, которая пропорциональна количеству встреченных пузырьков Tia данном элементе модели, когда последний точно совмещен с участком трека. В тех случаях, когда пузырьки на треке расположены очень плотно, нижнюю границу для числа пузырьков можно вычислить по отношению длины участка трека к видимому диаметру пузырька и по величине среднего уровня сигнала согласия.

Формула изобретения

1. Моделирующий анализатор снимков пузырьковых камер, содержащий электроннолучевую трубку, связанную с цифровой электронной вычислительной машиной через блок цифро-аналоговых преобразователей, а также фотоэлектронные умножители, соединенные через блок аналого-цифровых преобразователей с электронной вычислительной манлпюй, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью ускорения автоматического определения параметров траекторий заряженных частиц в пузырьковой камере, . ta колбе электроннолучевой трубки вдоль ее оптической оси установлены система сильной ФОКУСИРОВКИ, содержащая триплет магнитных квадрупольньтх линз, отклоняющая система для мнкровибрации, нелинейпая линза для фуикц1юиал зного прогиба, набор слабых вращающих соленоидов н магнитная система прецизионного отклонения.

2. Анализатор по и. 1, отличающийся тем, что, с целью формирования мультипликативного сигнала согласия, он содержит стробоскопический мультипликатор

сигнала согласия н синхронизатор, связанный с отклоняющей системой для микровибрации.

3. Анализатор по н. 1, отличающийс я тем, что, с целью упрощения процесса анализа параметров траектории, он снабжеп тремя лентопротяжными механизмами и электро 1ной системой.

с,/

/J /

Ось

Пузырьки модел г

Фиг.

К J/.M