Устройство для счета ионов Советский патент 1981 года по МПК G01N27/62 H01J49/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ИОНОВ ров) цепочки из последовательно соединенных амплитудно-временных преобразователей и схем И, входы амплитудно-временных преобразователей попарно объединены со входами пороговых устройств (или компараторов) и подключены к соответствующим выходам усилителя, вторые входы всех схем И объединены и подключены к генератору импульсов, третьи входы всех схем И подключены к выходам дешифратора, а выходы всех схем И подключены к счетчику импульсов. На чертеже изображена блок-схема одного из вариантов устройства. Устройство состоит из аспирационной ионной камеры 1, соединенной с источником 2 питания и ключом 3, подключенным к блоку 4 управления и усилителю 5, состоящему из буферного блока б и отдельных усилительных секций 7 II 8, .коэффициент усиления которых равен десяти выходы усилите ля 5 соединены со входами идентичных амплитудно-временных преобразователе 9-11, к которым кроме амплитудновременного преобразователя 11 подклю чены соответственно одинаковые пороговые устройства или компараторы 12 и 13, выходы амплитудно-временных преобразователей 9-11 соединены со входами схем И соответственно 14-16, выходы которых подключены к счетчику 17импульсов, а вторые входы объединены и подключены к выходу генератор 18импульсов, например кйарцевого, третьи входы подключены к выходам де шифратора 19, входы которого соедине ны с выходами блока 20 памяти, подключенного к выходам пороговых ройств или компараторов 12 и 13, дополнительные входы сброса счетчика 17 импульсов и блока 20 памяти подключены к выходу блока 4 управления. В исходном состоянии после включения напряжения питания емкость аспирационной ионной камеры 1 заряжает ся от источника 2 питания через ключ 3, например, реле с янтарным изолятором, которое до прихода сигнала с блока 4 управления нормально замкну:ТО и через входное сопротивление раз ;мещено в усилителе 5 буферного блока ;б. Затем из блока 4 управления поступает сигнал сброса а счетчик 17 импульсов, который .устанавливается в нулевое состояние , и в блок 20 памяти, .который через дешифратор 19 подает сигнал разрешения на схему И 14 и сигнал запрета на схемы И 15 и 16. После этого из блока 4 управления поступает сигнал на ключ 3 и раз мыкает его, в результате чего из про дуваемого через аспирационную ионную камеру 1 воздуха или газа ионы задан ной полярности, определяемой полярностью источника 2 питания, под действием электрического.поля, созданно го тем же источником 2 питания осаЖаются на собирающем электроде, соединенном I с ключом 3 и создает заряд Q CLI)I. nVte (l ) -гт -где Q - заряд, Кл, Cj, - емкость аспирационной ионной камеры 1, Ф, . и - потенциал,создаваемый на собирающем электроде аспирационной ионной камеры 1, В, п - концентрация ионов измеряемого знака, 1/См , М - объемный расход воздуха, или газа через аспирационную ионную камеру 1, , t - время разомкнутого состояния ключа 3, с, е 1,6 - заряд иона . По истечении заданного времени блок 4 управления снимает сигнал с ключа 3, и ключ 3 замкнется, в результате чего произойдет перезаряд аспирационной ионной камеры 1 через ключ 3 и входное сопротивление усилителя 5, на входе которого возникает экспоненциальный импульс напряжения, амплитуда которого равна где УЗ амплитуда импульса на входе уси 1ителя 5,В, суммарная входная емкость усилителя 5, включая емкость аспирационной ионной камеры Импульс напряжения после буферного блока.6 поступает на амплитудновременной преобразователь 11 и этот же импульс, усиленный в 10 и 100 раз усилительными секциями 7 и 8 поступает соответственно на входы амплитудно-временного преобразователя 10 с пороговым устройством 13 и амплитудно-временного преобразователя 9 с пороговым устройством 12. Если-концентрация ионов мала, то в соответствии с ( 2), и мал импульс напряжения, пороговые устройства 12 и 13 не срабатывают, блок 20 памяти в исходном состоянии и через дешифратор 19 держит сигнал разрешения только на схеме И 14. В это время амплитудно-временные.преобразователи 9-11 преобразуют поступившие на их входы импульсы в прямоугольные импульсы с длительностью, пропорциональной амплитудеимпульсов, поступивших на их входы. Эти прямоугольные импульсы поступают на соответствующие входы схем И, соответственно 14-16, куда все время поступают на другие вхо.ды счетные импульсы от генератора импульсов 18. Поскольку, сигнал разрешения от дешифратора 19. присутствует на входе схемы И 14,. то через нее на вход счетчика. 17 импульсов.проходят .счетные Импульсы из генератора 18 импульсов, количество которых определяется длительностью прямоугольного импульса с выхода амплитудновременного преобразователя 9, т.е. число, записавшееся в счетчике 17 импульсов, прямо пропорционально кон центрации ионов на самом чувствитель ном диапазоне измерения. Если же концентрация ионов велика то в зависимости от ее величины сработает только пороговое устройство 12, либо и пороговое устройство 13. В случае, если сработали оба пороговых устройства, их срабатывание запоминается блоком 20 памяти, который через дешифратор 19 подает сигналы запрета на схемы И 14 и 15 и сигнал резрешения на схему И 16, в результа те чего на счетчик 17 импульсов поступают из генератора 18 импульсов счетные импульсы, количество которых пропорционально длительности, прямоугольного импульса на выходе 1мплитудно-временного преобразователя 11. Одновременно с этим с помощью дешифратора 19 включена либо соответствующая ((на чертеже не показана)занятая на цифровом индикаторе, либо соответствукадий множитель на том же индикаторе, который подключается к счетчику 17 импульсов, хотя это и -не обязательно при работе устройства на цифропечать или телеметрию, где сигнал о диапазоне измерения передается отдельно. После окончания первого измерения вновь из блока 4 управления поступае сигнал на ключ 3 и размыкает его. В дальнейшем измерение происходит aHatn гично описанному. Усилитель 5 может быть и другого типа, например, из параллельных усилительных секций коэффициент усиления каждой из которых в 10 раз больше предыдущей. Как правило, со всех выходов усилителя 5 сигналы снимаются одной полярности, независимо от полярности ионов. Для этого буферный блок 6 име ет переключаемую полярность выходного сигнала, что делается автоматически блоком 4 управления при смене измеряемой полярности ионов (на чертеже не показано) . Количество амплитудно-временных преобразователей и пороговых устройств определяется количеством диапазонов измерения. Обычно диапазонов измерения не более четырех (при описаннсж методе измерения с помощью накопления заряда). Устройство позволяет повысить быстродействие и тем самым, уменьшить затраты времени на измерения. Формула изобретения Устройство для счета ионов, содержащее аспирадионную ионную камеру с источником питания, ключ соединения камеры с измерительным блоком, измерительный блок с последовательно соединенными усилителем, амплитудновременным преобразователем/ схемой И, счетчиком импульсов, генератором импульсов, подключен{шм к схеме И с пороговыми устройствами, подключенными через блок памяти к дешифратору и блок управления, соединенный с ключом, счетчиком импульсов и блоком памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения скорости измерения, в него дополнительно введены по количеству псч оговых устройств цепочки из последовательно соединенных аинплитудно-временных преобразователей и схем И, входы амплитудно-временных преобразователей попарно объединенные со входами пороговых устройств и подключены к соответствующим выходам усилителя, вторые входы всех схем И объединены и подключены к генератору импульсов, третьи входы всех схем И подключены к выходам дешифратора, а выходы всех схем И подключены к счетчику импульсов . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 474827, кл. Q 06 М 11/00, 28.05.74. 2.Авторское свидетельство СССР .по заявке 2031788/18-25, кл. G 01 Nf 15/00, О7.06.74 (прототип)