Способ измерения коэффициента усиления электронного умножителя Советский патент 1982 года по МПК H01J43/00 

(5) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ

Изобретение относится к электрон ному приборостроению, а именно к спо собам измерения коэффициента усиления электронных умно хителей (ЭУ), в частности, фотоэлектронных умножителей (ОЗУ). Известен способ определения коэффициента усиления.электронного умножителя по отношению анодного тока к катодному Г1 . На практике часто, трудно измерить катодный и анодный токи при идентичных условиях, особенно, если усиление велико. Поэтому обычно анод ный ток измеряется при освещении фотокатода с коэффициентом ослабления, при этом основную погрешность в измерение вносит точность градуировки нейтральных светофильтров. Кроме того, в известном способе определяется не усиление собственно умножительной системы, а эффектив;ность всего умножителя. Оба эти ве личины равны меиду собой только в ТОМ случае, если коэффициент сбора электронов на входе умножительной системы равен единице. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения коэффициента усиления электронного умножителя, содержащий облучение умножителя, измерение одноэлектронных импульсов в анодной цепи при определенном пороге диСкрим.инации по амплитуде выходного сигнала и определение коэффициента усиления электронного умножителя через интегральный и дифференциальный счета одноэлектронных импульсов в некотором временном интервале t21. Однако этот способ применим лишь для приборов с экспоненциальным распределением амплитуды одноэлектронных импульсов, и точность измерений осуществляемых по этому способу, недостаточно высока, Целью изобретения является повышение точности измерений и расшире3ние функциональных возможностей спо соба . Цель достигается тем, что соглас способу измерения коэффициента усиления электронного умножителя, вклю чающему облучение умножителя, измер ние одноэлектронных импульсов в ано ной цепи при определенном пороге дискриминации по амплитуде выходного сигнала и определение коэффициен та усиления электронного умножителя через интегральный и дифференциальный счета одноэлектронных импульсов в некотором временном интервале, ин тенсивность облучающего потока регу лируют до обеспечения частоты счета одноэлектронных импульсов Н в интервале Nyj N(. , где мовая частота, Njy максимальная частота, при которой вероятность пе рекрытия импульсов соответствует ма симально ДОГ1УСТИМОЙ погрешности изме рений , дискриминацию осуществляют последовательно rjo т ступеням при определенном напряжении дискриминации ли, подсчитывают число импуль.сов Пи...п-, амплитуды которых / UMHH Я минимальное зна чение выходного сигнала, и определяют -коэффициент усиления электронного умножителя по зависимости гл я, 4 ди . uU Т где К - коэффициент, определяемый видом и параметрами анодной нагрузки. Способ измерения коэффициента ус ления электронного умножителя определяется следующими положениями. Математическое среднее определяе ся формулой o-.fcu, где п - общее числоимпульсов, U/амплитуда j-того импульса. Реально можно измерить амплитуды импульсов с известной погрешностью в ограниченном динамическом диапазоне амплитуд, MClKcT и Мин где являются минимальным и соответственно максимальным значениями достоверно измеряемых амплитуд при помощи применяемого средства измерения. Отсчет измерения производится с известной для данного средства измерения дискретностью дУ - интервал амплитуд, величина которого выбирается не менее абсолютного значения случайной погрешности измерения. Если разделить динамический диапазон U на равные m интервалы лИ , то в I-том интервале попадает лп: импульсов (из общего числа импульсов п) с амплитудами )удовлетворяющими соотношениеСредняя амплитуда этих импульсов,, применяя линейную аппроксимацию, определяется выражением 0.1. При таком разделении с известной искретностью дУ средняя амплитуда ля п импульсов, попадающих в динаический диапазон, определяется выражениемТЛ д.. fi- wg4- r- MHH-fПо этой формуле рассчитывается редняя амплитуда, если измерения распределений производится многока- . альным дифференциальным анализом имульсов с коррекцией нулевого сдвига. Дифференциальная величина Д п ; ЯВляется разностью двух интегральных - п где п. - число импульсов, амплитуды которых превышают порог (i-l)-AU + +U...,..,. Используя интегральные велиЧИНЫ, сумму ряда можно преобразовать mVTT Si - лп. Г. ()if «l% V -щ.+.- тп-п -ЗПз-Зп4 + .-.+1Г1 - nin--N V 3 - i i an.-m-n Если вероятность появления импульсов с амплитудами, превышающими ло (1ренебрежительно мала. выполняется равенство .Г. m .n. i ь Для определения средней амплитуды по значениям интегрального распределения амплитуд служит формула ..Сп. и и- МИН 1 П . и коэффициент усиления ЗУ определяет ся формулой К /„ ли ( J 1 ,„. -Fi HH-T- IT где е - заряд электрона; К - коэффициент пропорциональности, зависящий от.вида нагрузки анода. Если постоянная времени нагрузТ , то - суммарная емкость нагрузки; если Т « t.,-, то ./R, где R - сопротивление нагрузки, - длительность П-образного импульса, который переносит одинаковую величину заряда как нормированный одноэлектронный импульс (tlj измеряется осциллографически и является постоянной величиной для данного типа приборов. Измерение коэффициента усиления электронного умножителя проводится следующим образом. Подаетсяизлучение на исследуемы ЗУ с такой интенсивностью, чтобы средняя частота счета сигнальных одноэлектронных импульсов (ОИ) была намного больше шумовой частоты , но меньше максимальной частоты Nfjy(.j при которой вероятность перекрытия импульсов соответствует максимально допустимой погрешности измерений. И лучение может быть нестационарным Допускается дрейф N в указанных пределах. Затем подсчитывается числ импульсов п и п, одновременно соо ветствующих импульсам, амплитуды ко торых превышают и/1и равны ветственно U,jj( i-1 )4 IJ. Подсчет ве дется до определенного значения чис ла п. Целесообразно выбрать , чтобы деление в расчета-х упростилос до поставки запятой в нужное место. Показатель Р - натуральное число, которое выбирается из соображений допустимой статистической погреш,ности измерений. Считывание производится для всех значений Суммируются все значения п. . По формулам 1 и 2 ра считывается средняя амплитуда импульсов или коэффициент усиления ЗУ соответственно. Предлагаемый способ пригоден для всех видов амплитудных распределений импульсов. Очевидно,что производить суммирование ряда значений п- намного проще i-дп,-. б6 Кроме того чтобы исключить диференциальную нелинейность многоканального дифференциального амплитудного анализа погрешности установки и, что порождает неравенство п |Ij4n,), необходимо рассчитать сумму ряда - , от чего свободен пред- . лагаемый способ. На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации способа. Устройство содержит источник 1 излучения (для ФЗУ применяется источник света, для ЗУ - источник излучения электронов), электронный умножитель 2, усилитель 3 импульсов, первый интегральный амплитудный дискриминатор 4, второй интегральный амплитудный дискриминатор 5, первый в1 вентиль 6 импульсов, второй вентиль 7 импульсов, первый счетчик 8 импульсов, второй счетчик 9 импульсов, третий счетчик 10 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 11, блок 12 управления, -блок 13 сравнения кодов 13 и регистр 14 памяти результата измерения. Устройство для ФЗУ работает следующим образом. Световые фотоны от источника 1 излучения падЛют на фотокатод 2 ФЗУ. Зти фотоны выбивают из катода отдельные электроны, которые умножаются в умножительной системе и поступают в виде электрических импульсов на усилитель 3 импульсов. Усиленные импульсы по амплитуде известное число раз подаются параллельно на входы первого k и второго 5 амплитудных дискриминаторов, работающих в интегральном режиме. Технические характеристики обоих дискриминаторов идентичные. Динамический диапазон дискриминации амплитуд импульсов U равен -мии отсчитывается относительно входа импульсного усилителя, служащего нагрузкой анода электронного умножителя 2. Порог, срабатывания второго дискриминатора установлен на значение , при котором полностью отсекаются собственные шумы усилителя 3. Порог срабатывания первого дискриминатора Ц задается цифроаналоГовым преобразователем 11 в соответствии числу импульсов, сосчитанных в виде кода в третьем счетчике 10 с добавлением значения U(wviH Третий счетчик 10 имеет объем счета до m единиц импульсов ипри поступлении т+1 импульса вырабатывает сигнал переполнения, передаваемый на блок 12 управления. Дискретность цифроаналогового преобразователя 1 1 соответствует значению и. Следовательно, максимальное значение порога срабатывания первого дискриминатора k равно m-л и +Циин является верхней границей N., динамического диапазона амплитудной дискриминации импульсов.

Нормированные по амплитуде и длительности импульсы выхода дискриминаторов 4 и 5 передаются на соответствующие входы первого 6 и второг 7 вентилей. Выход первого вентиля 6 связан со счетным входом первого счетчика 8, выход второго вентиля 7 со счетным входом второгосчетчика 9 Первый 8 и второй 9 счетчики имеют одинаковые технические характеристики. Кодовые выходы первого счет- чика 8 подключены к регистру k памяти, а второго счетчика 9 к блоку 13 сравнения кодов. Блок 13 сравнения кодов вырабатывает сигнал равнозначности и передает его на блок 12 управления в случае, если код во втором счетчике 9 достиг значения ., где величина Р равняется натуральному числу, постоянному для каждого .измерения и выбранному из соображений необходимой статической точности результата измерения.

Блок,12 управления после подачи на управляющий вход сигнала пуска устанавливает все три счетчика 8-10 на ноль, после чего одновременно открывает первый б и второй 7 вентили. При подсчете вторым счетчиком 9 числа импульсов срабатывает блок 13 сравнения кодов и сигнализирует блоку 12 управленияk Последний в этот момент запирает одновременно первый 6 и BTopovl 7 вентили, подает один импульс на счетный вход третьего счетчика 10 и устанавливает второй счетчик 9 на ноль. Закончен первый интервал счета.

После небольшой паузы, во время которой новый код от третьего счетчика 10, соответствующий значению единица, при помощи цифроаналогового преобразователя 11 устанавливает порог срабатывания первого дискриминатора t величиной 1-ди + блок 12 управления открывает оба вентиля 6 и 7- Начинается второй интервал счета, после завершения которого анлогично первому начинается следующи

и т.д. до завершения m -того интервала счета, когда m+1-ый импульс от блока 12 управления переполнит третий счетчик 10. В этой ситуации от

третьего счетчика 10 сигнал переполнения передается на блок 12 управления, после чего блок 12 управления выдает сигнал разрешения записи на регистр 14 памяти и вырабатывает сигнал Конец измерения. I ,. : m

Результат счета f. выдается

от первого счетчика 8 и записывается в виде кода в регистр 14 памяти. От регистра памяти результат счета может быть считан при помощи цифровой индикации, цифропечатанием или цифроаналоНовым преобразованием для стрелочных приборов.

Результат измерения величины средней амплитуды импульсов равен результату счета, представленному в регистр памяти в единицах 4U/1О добавлением значения U..,.,, - ли/2.

РЛИН

Результат измерения величины коэффициента усиления электронного умножителя получается из результата измерения средней амплитуды, одноэлектронных импульсов, умножая это значение на множитель К/1, где 1 - значение заряда электрона, К - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбранных параметров анодной

цепи и формы одноэлектронного импульса тока

iL р

Зная эти величины, можно выбрать такое ди, чтобы

К-ли .р - г--р-- iO 40 I

где 10 п, а г - натуральное 4усло. При этом умножение при определении

М сводится к установлению запятой в нужное место согласно величине г.

Предлагаемый способ может быть использован для стабилизации КОЭФФИ-. циента усиления приемных устройств

излучения и т.д.

Использование способа позволяет более, чем на порядок повысить точность измерения коэффициента усиления в сравнении с известными способами,. расширяет функциональные возможности способов, так как позволяет .одновременно осуществлять точное измерение средних амплитуд. Способ пригоден для электронных умножителей с .

практически любым распределением одноэлектронных импульсов.

Формула изобретения

Способ измерения коэффициента усиления электронного умножителя, включающий облучение умножителя, измерение одноэлектронных импульсов в анод ной цепи при определенном пороге диск риминации по амплитуде выходного сигнала и определение коэффициента усиления электронного умножителя через интегральный и дифференциальный счет одноэлектронных импульсов в некотором временном интервале, о тли чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей способа, интенсивность облучающего потока, регулируют до обеспечения частоты счета одноэлектронных импульсов Н в интервале Мщ N,., N -.,„, где NQJ - шумовая частота, .с максимальная частота, при которой вероятность перекрытия импульсов соответствует максимально допустимой погрешности измерений, дискриминацию осуществляют последовательно по m ступеням при определенном напряжении дискриминации дУ, подсчитывают число импульсов п...п, амплитуды которых U мин мин минимальное значение выходного сигнала, определяют коэффициент усиления электронного умножителя по зависимости

м(и l liicn) е Гммн а п fef V

где К - коэффициент определяемый видом и параметрами анодной нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Марьин Б. В.,Тельцов М. В. Определение .коэффициента усиления аналоговых электронных умножителей с экспоненциальным амплитудным распределением заряда на выходе. ПТЭ, 1976, № 1, с. 16 1-165 (прототип).