Преобразователь время-амплитуда Советский патент 1979 года по МПК H03K5/08 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕШ ВРЕМЯ-АМПЛИТУДА

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть применено в приборах экспериментальной ядерной физики, в частности для измерения времен жизни короткоживущих ядер, для спектрометрии нейтронов по времени пролета, для изучения распределений по массам заряженных продуктов ядерных реакции и т.д.

При измерении коротких 1штервалоБ времени широкое распространение получили старт-стопные преобразователи время-амплитуда на накопительных устройствах l. В них исследуемый временной спектр трансформируется в спектр амплитуд выходных сигналов и регистрируется обычным многоканальным амплитудным анализатором.

Точность таких преобразователей, особето при работе с детекторами ионизирующих излучений Б наносекундном диапазоне, определяется, в основном, разбросами их входных старт- и стоп- сигналов по амплитуде и форме.

Недостатком этих преобразователей является усложненность их схемотехнического решения, которая выражается в использовании трех 1ши даух зарядно--накопительных устройств. Вследствие этого они имеют относительно высокие величины нелш1ейности и температурной нестабильности.

Известен преобразователь время-амплитуда повышенной ТОЩ5ОСТИ, содержащий по стартвходу дифференциальный усилитель, пороговые устройства измерения и генератор тока компенсаци начала измерения, и по стоп-входу - дифференциальньп усилитель, пороговые устройства конца измерения и компенсавди конца измерения, генераторы тока интервала измерения и компенсации конца измерения, а также накопительный конденсатор, повторитель напряжения, линейный пропускатель, TlHCKpHMifflaTOp и элемент совпадения, причем вход дифференциального усилителя по старт-входу соединен со входом старт-преобразователя, а два его выхода

через пороговые устройства начата измерения и компенсации начала измерения соединены соответственно со входами ключа начала измерения и генератора тока компенсации начала измерения, вход дифференциального усилителя по стоп-входу со входом стоп-прсобразователя, а два его выхода через пороговые устройства конца измерения и компенсации конца измерения соединены соответственно со входами генераторов тока интервала измерения и компенсации конца измере ния, выходы ключа начала измерения и генераторов тока компенсации начала измерения и интервала измерения соединены с одной обкладкой накопительного конденсатора, другая обкладка которого подключена к корпусу, а через повторитель напряжения с основным входом JiHHeigioго пропускателя, выход которого является выходом преобразователя jjZ. К недостаткам такого преобразователя относятся усложненность схемотехнического решения из-за использования двух зарядно-накопительных устройств, а следовательно относительно высокие величины нелинейности и температ)фной нестабильности; невысокая точность и достоверность измерения интервалов времени при работе с не- . прерывными спектрами амплитуд входных старти стоп- сигналов из-за нарушения одного из условий оптимальной компексащш, которое заключается в том, чтобы минимальная амплитуда вход ного сишапа, приводящая к правильной регистрации интервала времени, в 2-3 раза превышала уровень срабатывания порогового устройства компенсации начала (конца) измерения. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Указанная цель достигается тем, что преобразователь время-амплитуда, содержащий по стартг вхрду дифференциальный усилитель, пороговые устройства начала измерения и компенсации начала измерения, ключ начала измерения и генератор тока компенсации начала измерения, и по стопгвходу - дифференциальный усилитель, поро говые устройства конца измерения и компенсации конца измерения, генераторы тока интервала измерения и компенсации конца измерения, а также накопительный конденсатор, повторитель напряжения, линейный пропускатель, дискримина тор и. элемент совпадений, причем вход дифференщального усилителя по старт-входу соединен со входом старт-преобразователя, а два его выхода через псфоговые устройства начала измерения и компенсации начала измерения соединены соответственно со входами ключа начала измерения и генератора тока компенсации начала измерения, вход дифференциального усилителя по стоп-входу соединен со входом стоп-преобразователя, а два его выхода через пороговые устройства конца измерения и компенсации конца измерения соединены соответственно со входами генераторов тока интервала измерения и компенсации конца измерения, выходы ключа начала измерения и генераторов тока компенсации начала измерения и интервала измерения соединены с одной обкладкой накопительного конденсатора, другая обкладка которого подключена к кор 65 4 пусу, и через повторитель напряжения с основным входом линейного пронускателя, выход которого является входом преобразователя, содержит дополнительно два боковых пороговых устройства и линейный пропускатель, причем старт- и стоп-входы преобразователя через боковые пороговые устройства подключены ко входам элемента совпадений, выход которого подключен к управляющему входу дополнительного линейного пропускателя, основной вход которого соединен с выходом повторителя напряжения , а его выход через дискриминатор - с управляющим входом упомянутого линейного пропускателя, выход генератора тока компенсации конца измерения подключен к накопительному конденсатору, причем полярность его тока противоположна полярности токов остальных двух генераторов; кроме того в боковые пороговые устройства вводятся дополнительные входы управления длительностью их выходных сигналов, причем выход дискриминатора подключен ко входам управления обоих боковых пороговых устройств по старт- и стоп-входам, а их выходы соответственно - к попарно соединенным входам управления остальных пороговых устройств по каждому входу, при этом собственная длительность выходного сигнала у бокового порогового устройства по старт-входу больше диапазона измерения интервалов времени на величину максимальной длительности переднего фронта для входных стоп-сигналов, а у всех остальных пороговьк устройств равна последней величине для входных сигналов по соответствующему входу преобразователя. На чертеже показана структурная схема преобразователя время-амплитуда. Устройство содержит дифференциальные усилители 1,2, пороговое устройство начала измерения 3, ключ измерения 4, пороговое устройство компенсации начала измерения 5, генератор тока компенсации начала измерения 6, пороговое устройство конца измерения 7, генератор тока интервала измерения 8, пороговое устройство компенсации конца измерения 9, генератор тока компенсации конца измерения 10, накопительный конденсатор 11, повторитель напряжения элементы 4,6,8, 10, 11 и 12 образуют заряднонакопительный блок 13; основной 14идополнительный 15 линейные пропускатели, дискриминатор 16, дополнительные боковые пороговые устройства 17 и 18, элемент совпадения 19. Устройство работает следующим образом. При отсутствии входных старт- и стоп- сигналов ключ 4 открыт и суммарный ток генераторов . 6,8 и 10 не производит накопительного конденсатора 11. Линейные пролускатели 14 и 15 закрыты и на выходе преобразователя отсутствует сигнал.

Рассмотрим случай правильной регистрации интервалов времени, когда

входной старт- сигнал приходит раньше стопсигнала;

интервал времени между ними не превышает диапазона измерения;

амплитуды обоих входных сигналов достаточны для срабатывания всех пороговых устройств.

Тогда в силу конечного времени нарастания переднего фронта входных сигналов произойдет последовательное срабатывание всех пороговых устройств, соответственно 3,5, 17 и 7,9, 18. При срабатывании порогового устройства 3 ключ закрывается и начинается заряд кйнденсатора 11 током +2IO +1о - То +21о. Далее при срабатывании устройства 5 генератор 6 отключается и происходит заряд конденсатора 11 током+2Ь -Io:i-IO.

При срабатывании устройства 7 генератор 8 отключается, заряд конденсатора 11 прекращается и начинается его разряд током - 1 о. Далее после срабатывания устройства 9 генератор 10 отключается и на конденсаторе 11, а также после повторителя 12 на входе блока 13, начинает формироваться плоская часть сигнала, амплитуда которого с высокой точностью пропорциональна истинному значению измеряемого интервала времени. После срабатывания боковых пороговых устройств 17 и 18 на выходе злемента совпадений 19 появляется сигнал, который на время своей длительности открывает пропускатель 15 для анализа заведомо плоской части выходного сигнала блока 13 дискриминатором 16, так как все процессы зарядаразряда в блоке 13 к этому моменту времени уже закончились. Кроме того, выходные сигналы боковых пороговых устройств 17 и 18 продлевают на свою собственную длительность работу пороговьх устройств 3, 5 и 7,9 соответственно.

Дискриминатор 16 представляет собой дифференциальный дискриминатор с двумя уровнями, причем срабатывание нижнего уровня соответствует регистрации.положительного, т.е. правильного интервала времени, а срабатывание верхнего уровня - регистрации положительного интервала, но превышающего диапазон измерения. Таким образом, при срабатывании только нижнег уровня дискриминатора 16 на его выходе появляется сигнал, а при срабатывании обоих уровней - нет. Выходной сигнал дискриминатора 16 на время своей длительности продолжает работу пороговых устройств 17 и 18 и через них соответственно пороговых устройств 3, 5 и 7, 9, а также открывает пропускатель 14, на выходе которого появляется прямоугольный сигнал с плоской вершиной и амплитудой , пропорциональной источнику измеряемого интервала времени. После окончания выходного сигнала дискриминатора 16 все пороговые устройства заканчивают свою работу.

включаются все генераторы токов, открывается ключ 4, через который происходит быстрый разряд накопительного конденсатора 11, и цикл работы преобразователя время-амплитуда заканчивается.

Рассмотрим теперь, как отбраковываются в преобразователе случаи неправильной регистрации. При срабатывании только пороговых устройств по старт-входу 3 или 3 и 5 или 3, 5 и 17 или только по стоп-входу 7 или 7 и 9 или 7, 9 и 18, сигнал на выходе преобразователя отсутствует, так как не срабатывает элемент совпадений 19. При этом не происходат больших потерь полезной информации из-за просчетов, так как соб ственная длительность выходных сигналов устройств 3, 5, 7 и 9, порог которых находится вблизи шумов, не превышает максимальной длительности переднего фронта входных старт- и стопсигналов. Случаи регистрации отрицательных интервалов времени, соответствующих более раннему приходу стоп-сигнала по Отношению к стартсигналу, даже при срабатываний всех пороговых устройств и элемента совпадений 19, будут искЙючены дискриминатором 16.

Формула изобретения

1. Преобразователь время-амплитуда, содержащий по старт-входу дифференциальный усили-, тель, пороговые устройства начала измерения и компенсации начала измерения, ключ начала из мерения и гшератор тока компенсахши начала измерения, и по стоп-входу - дифференциальный усилитель, пороговые устройства конца измерения и компенсации конца измерения, генераторы тока интервала измерения и компенсации конца измерения, а также накопительный конденсатор, повторитель напряжения, линейный пропускатель, даскриминатор и элемент совпадений, причем вход дифференциального усилителя по старт-входу соешгаен со входом старт-преобразователя, а два его выхода через пороговые устройства начала измерения и компенсации начала измерения соединены соответственно со входами ключа начала измерения и генератора тока компенсации начала измерения, вход дифференциального усилителя по стоп-входу соединен со входом стоппреобразователя, а два его выхода через пороговые устройства конца измерения и компенсации конца измерения соединены соответственно со входами генераторов тока интервала измерения и компенсации конца измерения, выходы ключ начала измерения и генераторов тока компенсации начала измерения и интервала измерения соединены с одной обкладкой накопительного коиденсатора, другая обкладка которого подключе - « - - .i, . 4,i.V ,. к корпусу, и черёз-нввтор1Я«ЛтбйШряжения с основным входом линейного пропускателя, выход которого является выходом преобразователя отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введено дополнительно два боковых пороговых устройства и лшейный пропускатель, причем старт- и стопвходы преобразователя. через боковые пороговые устройства подключены ко входам элемента совпадений, выход которого подключен к управляющему входу дополнительного линейного пропускателя, основной вход которого соединен с выходом повторителя напряжения, а выход через дискриминатор - с управляющим упомянутого линейного пропускателя; выход генератора тока компенсации.конца измерения подключи к накопительному конденсатору, причем полярность его тока противоположна полярности токов и у остальных двух генераторов. 2. Преобразователь время-амплитуда по п.1, отличающийся тем, что в боковые пороговые устройства вводятся дополнительные входы управления длительностью их выходных сигналов, причем выход дискриминатора подключен ко входам управления обоих боковых пороговых устройств по старт- и стоп-входам, а их выходы соответственно - к попарно соединенным входам управления остальных пороговых устройств по каждому входу, при этом собственная длительHocjb выходного сигнала у бокового порогового устройства по старт-входу больше днапазона измерения интервалов времени на величину максимальной длительности переднего фронта шя входных стоп-сигналов, а у всех остальных пороговых устройств равна последней величине для входных сигналов по соответствующему входу преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 207263, КЛ.НОЗК13/10,1967. 2.Авторское свидетельство СССР № 341159, кл. И 03 К 13/10,1970.