Устройство фиксации временного положения электрических импульсов Советский патент 1979 года по МПК H03K13/17 

I

Изобретение относится к информаодонно измерительной технике и может быть использовано в анализаторах распределений временных интервалов для фиксации временного поло 1сения сигналов детекторов излучений с флуктуирующими амплитудой и длительностью фронта.

Известны устройства фиксации временного положения электрических импульсов детекторов излучений, основанные на двухиороговом методе привязки и преш1азначенные Для сОвШстной работы с время-амплитудными преобразователями 11. Эти устройства используют для фиксации временного положения регистрируемых импульсов информацию о моментах пересечения ими двух уровней напряжения и характеризуются низкой тотостью, а также ограниченными функциональными возможностями..:

Из известных устройств фиксации временного положения импульсов детекторов излучений наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее два дискриминатора с различающимися пороговыми уровнями-дйМрйминатор верхнего и дискриминатор нижнего уровней, линию задержки, аналоговый сумматор

Преобразователь время - амплитуда, включающий в себя управляемый генератор тока заряда, накопительный конденсатор, истокбвый повторитель 12.

Данное устройство предназначено для работы в анализаторах временных распределений, построенньис на основе время-амплитудных преобразователей. Сущность устройства состоит в фиксации Положений импульсов, задающих границы измеряемь1х временных интервалов, дискриминатором с заданным пороговым, уровнем, измерении крутизны упомянутых импульсов и введении соответствующей поправки в результат преобразования временного интервала основным преобразоват елем время-амплитуда. . Извест1юе устройство имеет низкую точность при работе в щироком динамическом диапазоне амплитуд входных Импульсов, так как форма переднего фронта реальных импульсов на быходе усилителя, связывающего детектор излучения со схемой фиксации, особенно на начальном участке, существенно отличается от линейной. Вследствие этого уже при амплитуде импульса, в несколько раз превышающей пороговое напря36жеиие дас сриминатрра нижнего уровня, даскриминаторь работают на участках фронта различающейся крутизны, причем для дискриминатора нижнего уровня крутизна ниже, чем для дискриминатора верхнего уровня. Последнее обстоятель ство приводит к ошибкам измерения крутизны, так ,как малыеизменения амплитуды приводят к больцшм изменениям в моменте запуска дискриминатора нижнего уровня и, как следствие, к ошибкам компенсации и значительным результирующим погреошостям измерения временных интервалов. Известное устройство характеризуется также ограниченными функциональными возможностями, так как его нельзя использовать во временных анализаторах, принцип работы которых отличен от метода трансформации времяамплитуда, например, нониусных или счетно-импульсных. Целью настоящего изобретения является повышение точности устройства фиксации временного положения электрических импульсов детекторов излучения в широком динамическом диапазоне вариаций амплитуды и расширение его функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство фиксации временного положения электрических импульсов, содержащее входную клемму, соединенную со входом линии задержки и со входом дискриминатора верхнего уровня, выход которого связан с первым входом дискриминатора нижнего уровня, второй вход которого соединен с выходом линии задержки, а, выход дискриминатора нижнего уровня соединен с первым генератора постоянного тока заряда, выход которого связан с незаземленной обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого заземлена, а также выходную клемму, дополнительно вводят последовательно соединенные инвертирующий усилитель, расилири тель И1йпульсов ограничитель, аттенюатор и элемент Сравнения,сЬединеннь1Й с выходной клеммой, а также генератор постоянного тока разряда и ключ, причем вход инвертирующего усилителя подключен ко входу линии задержки, а вто рой вход элемента сравнения соединен с незазем ленной обкладкой накопительного конденсатора, выходом генератора постоянного тока разряда и выходом ключа, а вход ключа соединен с выходом дискриминатора верхнего уровня, первым входом дискриминатора нижнего уровня и вторым входом генератора постоянного тока заряда. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства. Предлагаемое устройство фиксации временного положения электрических импульсов детек торов излучений содержит входную клемму f, ЙИИН1 2 задержки, дискриминатор 3 нижнего уровня, /хискриминатор 4 верхнего уровня, генератор 5 тока эаряда накопительного конденатора, накопительный конденсатор 6. инвертирующий линейный усилитель 7, расширитель 8 мпульсов, ограничитель 9 снизу, аттенюатор JO, элемент II сравнения, генератор 12 тока разряа накопительного конденсатора, параллельный ключ 13 восстановления начального уровня накопительного конденсатора и выхпдную клемму 14. Входной сигнал с клеммы 1 поступает на вход инвертирующего усилителя 7, на дискриминатор 4 верхнего уровня и через линию 2 задержки на дискриминатор 3 нижнего уровня. Электрическая длина линии 2 задержки выбирается таким образом, чтобы при любых (в пределах заданного диапазона) изменениях длительности фронта входного сигнапа выходной импульс дискриминатора 4 верхнего уровня опережал по времени импульс дискриминатора 3 нижнего уровня. Выходной сигнал дискриминатора 4 верхнего уровня разрешает запуск дискримииатора 3, выключает ключ 13 и включает генератор 5 тока заряда. Накопительный конденсатор 6 начинает при этом заряжаться разностью токов Ii и Ij генераторов тока 5 и 12. При срабатывании дискриминатора 3 нижнето уровня генератор 5 тока заряда включается и конденсатор 6 разряжается током генератора 12. При Достижении потенциалом накопительного конденсатора 6 уровня напряжения, приложенного ко второму входу элемента 11 сравнения, на выходе последнего появляется импульс, фиксирующий временное положение входного сигнала устройства. После формирования выходного импульса по окончании импульса дискриминатора 4 верхнего уровня ключ 13 замыкается, накопительный конденсатор 6 разряжается и устройство подготавЛ1геается к регистрации следующего входного сигнала. В случае входных сигналов с линейным фронтом момент срабатывания to схемы сравнения будет равен (см, фиг. 2 а) )где и - пороговое напряжение дискриминатора нижнего уровня; Ug - пороговое напряжение дискриминатора верхнего уровня; т - электрическая длина линии 2 задержки;k - крутизна входного импульса; Сц - емкость нако1гительного конденсатора;и - уровень напряжения на втором входе схемы сравнения.

Ксли const, то токи Ji и li м.оШ6 и Убрать таким образом, что t,, не будет зависеть от крутизны импульса. Для этого необходимо выполнение условия

bLvL. V Однако при работе с реальными сигналами

полной независимости tg от крутизны получить невозможно, что обусловлено нелинейносгью переднего фронта сигналов. Влияние нелинейности фронта на точность работы схемы фиксатш особенно сказывается при изменении .амплитуды регистрируемых сигналов. В слч-чае, если крутизна фронта в области порогового напряжения дискриминатора нижнего уровня меньше, чем В области верхнего порогового напряжения,увеличение амплитуды сигнала приводит к большему уменьшению задержки срабатывания дискриминатора нижнего уровня, чем в случае Линейного фронта. Это в свою очередь вызывает пргрешность М в определении положения выходного сигнала устройства.

Для компенсаиции указанной погрешности входной сигнал усиливается и инвертируется усилителем 7, расширяется расширителем 8 импульсов, ограничивается снизу органичител(гм 9 и через аттенюатор Ш подается на вхйд схемы сравнения. Таким образом, при увеличений амплйтуды входных сигналов опорный уровень элемента 11 сравнения будет снижаться и его задержка срабатьгоания будет увеличиваться, кбмпейсируя погрешность At. Оптимальная передаточная характеристика цепи управления устанаВлйР вается подбором коэффициента усиления усилителя 7, пороговым уровнем оградичителя 9 и коэффициентом ослабления аттенюатора10. Уровень ограничения при этом устанавливается таким образом, чтобы компенсация начинйЖ р1 ботать при напряжениях входных сигна ов которые соответствуют попаданию порогового напряжения дискриминатора нижнего уровня в область нелинейности фронта.

Применение в устройстве фиксации временного положения электрических импульсой цепи компенсации погрешности, возникаюшей при изменении амплитуды входного сигнала из-э нелинейности переднего фронта рёгистрируемьтх

Сигналов, существенно повьплает точность временной привязки.

Следует также отметить, что на выходе данного устройства формируется сигнал фиксации временного ШтоШн1ияПрёп1стрйр5 Шь1 Гямпульсов, а не сигнал коррекции, как в известных устройствах Тналогйчного назначения. Это позволяет использовать устройство с измерителями временных интервалов любого типа, и, следовательно, существенно расширяет его функциональные возможности.

Формула изобретения

Устройство фиксации временного положения электрических импульсов, содержашее входную клемму, соединенную со входом линии задержки и со входом дискриминатора верхнего уровня, выход которого связан с первым входом дискриминатора нижнего уровня, второй вход которого соединен с выходомлинии задержки, а выход дискриминатора нижнего уровня соединен с первым входом генератора постоянного тока заряда вьгхбд koTOJ bfo сйязан с незаземленной обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого заземлена, отличаюшееся тем, что, с целью повышения точности и расши.рения фуикционаш1ьнь1х возможностей устройства, в него введены последовательно соединенные инвертирующий усилитель, расширитель импульсов, огра1шчитель, аттенюатор и элемент сравнения, соединенный с выходной клеммой, а также генератор постояннбРб тока разряда и ключ, причем вход инвертирующего усилителя подключен ко входу линии задержки, а второй вход элемента сравнения соеданен с незаземленной обкладкой накопительного конденсатора, выходом генератора постоянного тока разряда и выходом

ттз & тбя тт& оёштяс выходом дискриШнатора в фТнего урЬвня, ШрвьШ входом дискриминатора нижнего уровня и вторым входом генератора постоянного тока заряда.

Источники информавди, принятые во втмание при экспертизе I. Е. Р. Brady. Nuclear Jnstruments and Methods, 81, 1970, с. 280-284.

2.NijicIear-instruments and Methods, 53, 1967, стрГ349 5ГГ

Ъл F-..Vr:;- :: :.r.vUiis SS-iYV..-. :«. .---X-i - fifKf F..