Способ измерения интенсивности последовательности случайных импульсов Советский патент 1990 года по МПК G01T1/16 

позволяющего выбирать число упорядоченных последовательностей н частоты импульсов этих последовательностей для обеспечения требуемой выходной характеристики. Целью изобретения является обеспечение получения заданной выходной характеристики прибора. Поставленная цель достигается тем что аннулирование импульсов постоянной амплитуды производят по случайно му закону F(t), удовлетворяющему выражению 1 ) dt l-V(P) где V(P) - выходная характеристика. Изобретение поясняется фиг.1, на которой изображена структурная схема измерения интенсивности последовател ности .случайных импульсов, где 1 детектор, 2 - логическая ячейка с дв мя входами А и Б, 3 - блок случайног запуска, 4 - внутренний генератор им пульсов, 5 - фильтр, 6 - выходной ре гистр, 7 - измеритель амплитуды выходного сигнала. На фиг,2 показана выходная характеристика; на фиг.З - соответствующий этой характеристике закон распре деления моментов случайного запуска. Измерение осуществляется следующим образом.. На вход А логической ячейки 2 поступают сигналы от детектора 1. Поступление каждого сигнала формирует на выходе ячейки 2,отклик в виде постоянного во времени сигнала единичной амплитуды. Блок случайного запуска 3 в случайные моменты времени запускает внутренний генератор 4 аннулирующих импульсов, поступающих на вход Б ячейки 2. Под действием этих сигналов на выходе ячейки 2 амплитуда сигнала обращается в нуль. Таким образом, выходной сигнал ячейки 2 имеет вид прямоугольных импульсов единичной амплитуды и различной, слу чайной длительности. Эти импульсы пр ходят через фильтр 5, выделяющий постоянную составляющую выходного тока т.е. его среднее по времени значение которое на выходном резисторе создае напряжение, регистрируемое измерителем амплитуды выходного сигнала 7. Работа блока случайного запуска 3 организована так, что после предыдущего запуска следующий произойдет в интервале времени tjt+dt с вероятностью f(t)dtt За нуль отсчета временр. принят момент предыдущего запуска. Тогда функция I f(x)dx; F(0) 0; F(t) 1 (1) дает вероятность того , что очередной запуск внутреннего генератора аннулирующих импульсов 4 произойдет в интервале (0,t) после предыдущего запуска. Вероятность отсутствия очередного запуска внутреннего генератора 4 в том же интервале времени равна оо (i(t) l-F(l) J f(x)dx; (f(0) 1; q)(oo) 0; .(., -1 Сигналы, поступающие с детектора 1, распределены во времени по закону Пуассона. Обозначим через Р среднее число частиц, регистрируемых в единицу времени. Тогда вероятность прихода очередного сигнала от детектора 1 на вход А ячейки 2 в интервале + dt после того, как их не было в течение времени (0,t) равна q)«(t)dt Ре dt Пусть в момент t О на вход Б ячейки 2 пришел сигнал внутреннего генератора импульсов 4. Второй сигнал генератора 4 по команде блока случайного запуска 3 появится на входе Б ячейки 2 в интервале + dt с вероятностью f(t)dt. Дпя моментов .t детектор 1 с вероятностью fy,(x)dx даст на выходе ячейки 2 единицу в интервале + dx. В интервале (0,t) единица на выходе ячейки 2 будет держаться в среднем (относительно моментов прихода сигналов детектора 1 время T(t), равное T(t) (t-x)f (x)dx ° -pt I -pt t (t-x) f- -(1 -f ) При , , при , как и должно быть по физическим соображег ниям. Средняя длительность интервала между двумя аннулирующими импульсами внутреннего генератора 4 определяется формулой 00 t I tf(t)dt(5) Длительность существования единичной амплитуды на выходе ячейки 2, усредненная по различным интервалам межДУ двумя последующими импульсами генератора 4, равна - .pt JT(t)f (t)dt |П: - -(I -1 )jx X ffbdt .f ---f n X f(t)dt :t - I (I -I ol / X f(t)dt Регистрируемое вольтметром 7 на выходном резисторе 6 фильтра 5 напря жение пропорционально величине „сР).Щ.,-Л..Л.у„.,К, X f(t)dtо (7Г Примем за единицу времени величину t; - средний интервал между двумя случайными запусками внутренне го генератора 4. Тогла соотношение (7), связывающее закон распределения C|(t) моментов запуска генератора 4 с зависимостью V(P) выходного сигнала от интенсивности Р импульсов детектора 1 , примет более простой ВИД00 р V(P) 1 - -р-+-р-1 lVf(t)dt (8) Выходная характеристика V(P) известна, а функцию l(t) находим, решая интегральное уравнение (8). Это уравнение можно привести к стандартному виду, используя соотношение (2) в результате получим |q)(t) Ф(Р) I -V(P) (9 Отсюда видно, что в математическом отношении задача сводится к нахождению функции-оригинала Cf(t) по известному изображению, которое получается из CP(fc) при помощи преобразования Лапласа. Условия (2), которым .должна удовлетворять функция C|(t) .накладывают некоторые ограничения на P(P), a следовательно, и на выходную характеристику V(P), ня Tit,rvnnHvm vflnavTf nnnTHjfv . Известное из теории преобразования Лапласа соотношение lim Р Р(Р) tfCO) 1 (10) приводит к асимптотической формуле при р- 00 9(Р) ; 1 - -рВ остальном зависимость V(P) может быть произвольной.При малыхзначени. ях Р в формуле (8) экспоненту можно разложить в ряд и ограничиться члена-; ми до Р2 включительно. Таким путем находим : 1 при (Р) v(p) - 2 ЯР 2 t f(t)dt - средний квадрат интервала между двумя последовательными импульсами генератора 4. Уравнение (9) может быть решено относительно C(t) при произвольной . функции V(P) различными аналитическими и численными методами. Для получения, например, логарифмической выходной характеристики непрерывную функцию V(P), удовлетворяющую предельным условиям (П) и (12), можно задать в виде

V(P)

1

1п(Р)Р,)

(13)

P Р

,

Величина t связана с параметрами Рд,Р|,Р, входящими в формулу (13), соотношением

.V .2(, J) lniPi/Ы

Р/ Р/ 1п(Р2/Ро) (14)

Интервал интенсивностей (Ру ,Pg) вну- ри которого выходная характеристика у(Р) изменяется строго по логарифмическому закону, может задаваться произвольно. Требования к точности вычислений не слишком велики, поскольку важна не сама функция cp(t) , а лишь то

ее свойство чтобы при подстановке в интеграл (9) она давала требуемую зависимость V(P).

50

В иллюстративных целях зависимость V(P) была взята в виде, позволяющим дпя уравнения (9) найти простое аналитическое решение

V(P) , .AlncJi - -)

,,

Bln(iV Щгде А,В, , и, - постоянные. Соотношения (11), (12) будут выполнены.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ ИМПУЛЬСОВ, путем преобразования _ее впоследовательность импульсов, имеющих постоянную амплитуду и разную длительность, определяемую упорядоченной последовательностью аннулирующих им- . пульсов, выделения постоянной составляющей и регистрации ее, о т л и - чающийся тем, что, с целью обеспечения получения заданной выходной характеристики, аннулирование импульсов постоянной амплитуды производят по случайному закону F(t) удовлетворяющему выражениюUOJ[l - F(t)]J.e~ dt = l-V(p), о где V(p) - выходная характеристика.(ЛсИзобретение относится к дозиметрии проникающих излучений, регистрации частиц.и квантов различных энергий, поступающих на вход прибора по закону радиоактивного распада. Оно может быть использовано в тех случаях, когда необходимо измерять одним прибором интенсивности, существенно различаю- 1цнеся по величине.Известны способы создания нелинейных (логарифмических) датчиков, в которых требуемая характеристика достигается использованием физических нелинейностей в самом датчике или использованием нелинейных элементов в выходньрс цепях.Недостаток указанного способа состоит в том, что нелинейные ЭJ:eмeнты имеют значительный разброс параметров от образца к образцу, что требует калибровки, которую вследствие нестабильности во времени нелинейных элементов, необходимо периодически повторять.Известен также способ, реализованный в устройстве, представляющем собой логарифмический измеритель интенсивности случайных импульсов, согласно которому измерение интенсивности последовательности случайных импульсов производят путем преобразования ее в последовательность импульсов постоянной амплитуды и разной длительности, определяемой упорядоченной последовательностью аннулирующих импульсов, выделение постоянной составляющей и регистрации ее.Недостатками способа являются необходимость формирования значительного числа упорядоченных последовательностей аннулирующих импульсов, отсутствие теоретического метода.0500•^со 4^ со