Спектрометрический усилитель Советский патент 1982 года по МПК G01T1/36 

(54) СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

которого соединен с входом управления линейного пропускателя, дополнительно введены укорачивающая цепь с компенсацией полюса нулем, времязависимый стабилизатор базовой линии, стробируемая схема выборки, формирователь фронта имнульса, вторая линия задержки и логическая схема И. Выход укорачивающей цени с компенсацией полюса нулем соединен со входом линейного усилителя, вход времязависимого стабилизатора базовой линии подключен к выходу формирователя па линии задержки, а выход - ко входу линейного пропускателя, последовательно соединенные инвертирующий С-интегратор, стробируемая схема выборки и формирователь фронта подключены к первому входу ли11ей)юго сумматора, а управляющий вход стробируемой схемы выборки подключен ко второму выходу логического узла, вход второй линии задержки соединен с выходом первой линии задержки, а выход - со вторым входом линейного сумматора, один из входов логической схемы И соединен с выходом схемы временной привязки, другой вход -с логическим выходом спектрометрического фильтра с режектором наложений, а выход - со входом логического узла.

На фиг. 1 представлена стуктурная схема предлагаемого усилителя; па фиг. 2 диаграммы, ноясняющие его работу.

Устройство содержит укорачиваюп1ую цепь с компенсацией полюса пулем 1, линейный усилитель 2, первую линию задержки 3, усилительную секцию 4, формирователь на линии задержки 5, времязависнмый стабилизатор (ВЗС) базовой линии 6, линейный пропускатель 7, инвертирующий С-интегратор 8, стробируемую схему выборки 9, формирователь фронта импульса 10, линейный сумматор II, спектрометрический фильтр с режектором наложения 12, вторую линию задержки 13, схему временной привязки (СВП) 14, логическую схему И 15, логический узел 16.

Укорачивающая цепь с компенсацией полюса нулем 1 предназначена для дифференцирования входного экспоненциального сигнала с постоянной времени т,-, равной постоянной времени интегрирования инвертирующего .RC-интегратора 8. Наличие компенсации полюса нуле.м осун1ествляет согласование постоянной спада входного сигнала и исключает появление выброса обратной полярности. В линейном усилителе 2 сосредоточено основное усиление, благодаря чему осуществляется фильтрация его щумов размещенны.ми за ним фильтрами, тем самым уменьшается уровень приведенных ко входу собственных щумов. Схема временной привязки 14 осуществляет точную временную отметку моментов поступления на вход сигналов. На ее выходе формируется короткий импульс через интервал задержки после момента поступления

входного сигнала, причем величина задержки не зависит от амплитуды входного сигнала СВП. Логическая схе.ма И 15 предназначена для отбора сигналов СВП, поступающих в интерва.че формирования спектро.метрического фильтра. Линия задержки 3 задерживает сигнал па время задержки формирования сигналов СВП, логической схемы И 15 и логического узла 16. О Усилительная секция 4, формирователь на линии задержки 5, ВЗС 6, линейный пропускатель 7, инвертирующий / С-интегратор 8, стробируемая схема выборки 9 и формирователь фронта и.мнульса 10 образуют канал формирования компенсируюи|их импульсов, в котором фильтрация щумов осуществляется фильтром на основе линии задержки (формирователь) 5 и стробируе.мого / С-интеграто;уа (линейный пропуска0 тель 7 и инвертирующий / С-интегратор 8). Усилительная секция 4 предназначена для установления необход 1.мого коэффициента передачи канала формирования компе1гсирующих и.мпульсов. Формироза5 тель на линии задержки 5 выполняет функцию фильтра верхних частот, па выходе которого формируется сигнал прямоугольной формы из входного пмп льса экспоненциальной формы. Длительность

0 сформированного сигнала Т,, определяется временем задержки линии. ВЗС базовой линии 6 устраняет сдвиги базовой линии, обусловленные медлеиьгымн из.менениями потенциала на выходе фор.мирователя на

5 линии задержки. В исходном состоянии ВЗС представляет собой дифференцирующую цепь с постоянной времени т. На интервале длительности входного сигнала постоянная цепи увеличивается на несколько порядков, что исключает 1;скажение формы нрямоугольного входного сигнала за счет дифференцирования. Нормально-закрытый линейный нропускатель 7 пропускает сигнал на выход в течение длитель5 пости управляющего и.мпульса. Ипвертирующий / С-интегратор (является фильтром нижних частот) предназначен для интегрирования сигнала формирователя на линии задержки с постоянной времени Тц,

согласованной с постоянной Тд формирования фильтра верхних частот. Стробируемая ехема выборки 9 предназначена для формирования сигналов интегратора с крутым передним фронтом и в исходном состоянии

5 эквивалентна усилителю с единичным коэффициентом передачи. Импульс управле П Я запрещает передачу сигнала на выход схемы выборки в интервале его длительности, а мгновенное значение входного

O сигнала в момент времени, соответствующий началу и.мпульса управления, запоминается на емкости памяти. В интервале сигнала управления запомненное значение напряжения уменьщается по экспоненциаль5 ному закону с постоянной времени, равной

постоянной времени спада входного сигнала Ти- Это обеспечивает формирование наложенных сигналов экспоненциальной формы с крутыми передними фронтами. Формирователь переднего фронта 10 предназначен для формирования переднего фронта экспоненциального импульса, близкого к фронту сигнала на выходе второй линии задерл ки 13 (поз. 13), которая задерживает сигналы на интервале времени Tg фор.мирования импульса в канале компенсирующих импульсов. На линейном сумматоре 11 производится суммирование сигналов канала формирования компенсирующих импульсов с задержанными сигналами. Спектрометрическим фильтром 12 осуществляется

формирование сигналов с оптимальной постоянной времени для обеспечения минимального коэффициента повыщения шума. В. состав спектрометрического фильтра также входит режектор наложенных сигналов. Ло:гический узел 16 обеспечивает управление узлами канала формирования комненсирующих импульсов.

Усилитель работает следующим обра-ЗОМ.

Рассмотрим поступление на вход усилителя сигнала с бесконечно крутым передним фронтом и экспоненциальным спадом в момент /1 (Ua на фиг. 2), за которым в моменты 4 и /7 поступают импульсы, причем их моменты поступления находятся в интервале формирования спектрометрическим фильтром 12 первого сигнала. Этот случай соответствует двукратному наложению. Укороченные цепью с компенсацией полюса нулем 1 и усиленные импульсы, постоянная времени спада которых Тс, представлены на эпюре Uc- Задержанные второй линией задержки 13 на длительность формирования в канале компенсирующих импульсов сигналы (Un) поступают на вход линейного сумматора 11. На первый импульс (3, тг) компенсирующий сигнал не вырабатывается, и этот импульс без изменений проходит на выход линейного сумматора и далее поступает на спектрометрический фильтр 12. С момента з начинается обработка первого сигнала спектрометрическим фильтром с оптимальной постоянной вре-Мени формирования. На логическом выходе фильтра формируется импульс, длительность которого равна времени обработки одиночного сигнала /ю-/з (г), п поступает на второй вход логической схемы И 15. На выходе СВП 14 в моменты /2, s и 8 (Us) вырабатываются короткие сигналы временной привязки, задержанные относительно моментов поступления сигналов на .вход СВП на равные интервалы времени /2-ii- Логическая схема И пропускает на выход сигналы в моменты времени /s и 8 (У(),так как они поступают в интервале 10-4 обработки первого сигнала спектрометрическим фильтром и поэтому соответствующие им входные сигналы являются наложенными на первый. Эти сигналы запускают логический узел 16, на выходах которого ((7.V, Uy) в моменты /5 и s вырабатываются импульсы, управляющие узлами канала формирования компенсирующих сигналов. Из импульсов Ua экспоненциальной формы, усиленных усилительной секцией 4, на выходе формирователя на линии задержки 5 формируются прямоугольные сигналы с длительностью , определяемой установленной постоянной формирования, и поступают на ВЗС, исключающий постоянную составляющую Ug. С выхода ВЗС тройка сигналов подается на линейный пропускатель 7, на вход управления которого в моменты /s и /8 поступают импульсы 1) с логического узла. Длительность этих импульсов равна

длительности сигналов, сформированных формирователем 5, поэтому входные сигналы в интервалах /е-4 и /д-/g неискаженными пропускаются линейным пропускателем и поступают на вход инвертирующего

С-интегратора. В интервале длительности входных сигналов емкость интегратора заряжается (, , k) с постоянной

TU, а в промежутках между сигналами разряжается с той же постоянной. Сформированные сигналы экспоненциальной формы отличаются от сигналов в точке d наличием фронта в интервалах и Для дальнейшей формировки они поступают на стробируемую схему выборки 9. В интервале на входе управления последней действует логический импульс Vy, закрывающий схему выборки. Сигнал па ее выходе Ue появляется в момент времени t и имеет крутой передний фронт и экспоненциальный спад. В момент tg, на вход схемы выборки поступает следующий сигнал с интегратора, а на вход управления - логический импульс длительностью , и схема закрывается. Поскольку предыдущий экспоненциальный сигнал к моменту 4 не окончился, то на емкости памяти стробируемой схемы запоминается значение этого сигнала в момент 4 и в интервале емкость памяти разряжается с постоянной времени,

равной постоянной спада входного сигнала Тц. В момент Гд схема открывается и формируется крутой перепад второго наложенного экспоненциального сигнала. Амплитудные значения сигналов на выходе и входе стробируемой схемы выборки равны. Сигналы Ue со схемы выборки, пропущенные через формирователь переднего фронта 10, имеют длительность фронта, близкую к длительности фронта сигналов, прощедщих

через вторую линию задержки. Величина задержки этой линии выбрана равной гб-/5, поэтому моменты прихода наложенных сигр1алов с выхода линии задежки совпадают с началом сформированных импульсов, длительности фронтов их близки и импульсы имеют равные постоянные снада (TU Те). Изменением коэффициента усиления уенлительной секции 4 достигаетс5 равенство амнлитуд сигналов, одновремс1Н10 прингсдших на входы линейного еумматора 11. Поскольку полярности сигналов разные, то их суммирование дает результат, б.лизкнй к нулю. Тем самым наложешияе на нервый импульс сигналы полностью компенсируются, и на выходе лннейного сумматора присутствует 1гервый из входной сигпал, скорректированный от наложений (6,,). Данный сигнал обрабатывается как одиночный пос.тедующим фи.т /гром. Шумовой вклад канала формирования комненсирующпх имнульсов уменьн1ен введением формлрованпя с ноетояннымн, отличаюп1,имися от оптимальной в 3-5 раз. Если интервал между первым и вторым входными с1ННГ1лами либо между иало/ксннымп ti--t. оказывается меньшим длительности формироваиия комненсанионного сигнала, то комнеигация отсутствует, и эти сигналы исключаются режектором наложений, входяндим в снектрометрическпй фп.чьтр 12.

При ноетунлении на вход одииочного снгнала в момент /ц отлпчне в работе схемы заключается в том, что логнческий узел не зануекается спгпалом СВП, лииейный пропуекатель 7 остается закрьггым, гго псключает формирование комненсируюндего сигнала.

Таким образом, псно.тьзование в спектрометрическом усилителе узлов коррекнии паложс1Н1Й повыпшет частоту следовання выходных спгпалов, пеискажеппых наложениями, т. е. увелнчивает его быстродейст впе. Применение в канале формирования компенсирующих сигналов фильтра на оспове линии задержки и стробируемого С-пнтсгратора и эффективного времязависимого стабилизатора у.меньшает (в сравнении с известиым устройством) н умовой склад этого канала в процессе формирования скорректированного импульса снектрометрическнм фильтром с онтимальной постоянной времени, что улучгчает энергетическое разрешеппе прп высокой частоте поступления входных сигналов.

Формула изобретения

Спектрометрический усилитель, содержащий последовательио соединсппые линейный усилитель, линию задержки, усилительную секцию н формирователь на линии задер/кки, последовательно соединенные линейн. ироиускатель и инвертируюнтий; / С-интегратор, носледовательно соединен;ib;c линейнь Й с мматор и спектрометрический ф.1Л1)Тр с режектором маложений, а так;ке схему временной нривязки, вход которой соединен с вь;ходом отипейпого си.1:гге; ;1, и логический узел, один V3 в)1ХодоЕ Kc;Top(jro сосдлпен с входом управления линейного нропуекателя, о т л и ч а ю HI и йс я тем, что, с целью повышения точноети и скоростн измерений, в него введены укорачивающая цепь с компепеацисй по.тюеа пу.ic-M, врсмязаБисимьн стабилизатор базовой линии, стробнруе.мая схема выборки, формп)()ватель фр01гга импульса, вторая л.ния задержки и .логическая схела И, выход укорачивающей цени с ксмиснсапией полюса нулем соедпие - со входом линейного уси.П1тс,;и, вход иремязависимого стаби.:i;i:iaTf)pa базовой линии нодкл 0чен к выходу формирователя на лпппи задержки, а

выход - ко входу .липейного проиускателя, после.тователыю соедииеппые И1;вертирую1ЦИЙ / С-иптегпатор, строб;1руемая схема Bb.uxjpKi и формирователь фронта подключен)) к первому вхо.ту липейного еумматора, а управляющий вход стробируемой схеМ1)1 выборки подк.почен ко второму выходу логического узла, вход второй линии задержки еоед, с выходом первой линии задержки, а выход - со вторым входом ли|;е пи;-го суммат())а, о.тии из входов логической с/;емь И соединеп с выходом ехемы временной привязки, другой вход - с логическим вьгходом енектро метрического ф1.); с ;е/кектором нало 1-;ений, а выход - со г ходох: .логического узла.

1. Палднн С. А. н др. Прикладная С 1С1ггроме1рия с по;1уцроводниковь ми детекторами. М., Ато.миздат, 1974, с. 83.

2. S. L. Blalt, I. MahicHX, D. Kohler. iiiiiniriation of Pnlse Pilenp Distortion in 4ielear Radiation Spectra. Nucl Instr. and Meih. 1968, p. 221--230 (нрототип).