Счетчик фотонов Советский патент 1982 года по МПК G01J1/44 

(54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, химии, биологии, медицине, геологии т.д.

Известен счетчик фотонов, содержащий источник света, прерыватель света, ФЭУ, дискриминатор, формирователь тактовых импульсов, блок установки кода, устройство сравнения-кодов,первый делитель частоты, .второй делитель частоты, блок управления, первый вентиль , второй вентиль, вспомогательный реверсивный счетчик и основной реверсивный счетчик CllНедостатком данного устройства является ограниченная помехоустойчивость к электромагнитным помехам.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является счетчик фотонов, содержащий последовательно установленные источник света, прерыватель света и фотоэлектронный умножитель , подключенный к дискриминатору, выход которого соединен с входами двух вентилей, другие входы которых соединены с блоком управления, выход которого соединен с входом сброса основного .счетчика, вход кото..

рого через первый делитель частоты импульсов соединен с выходом третьего вентиля, один вход которого соединен с выходом блока управлений, второй вход соединен с генератором импульсов, а третий вход соединен с первым выходом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентиля, а вычитаю10щий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один вход которого соединен с выходом второго вентиля, а другой вход - с выходом третьего вентиля причем второй выход реверсивного счетчика соединен с одним входом блока

15 памяти, другой вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с одним входом блока сравнения .кодов, другой вход которого 20 соединен с блоком установки кодов., два выхода блока сравнения кодов соединены с блоком управления, а третий .выход соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с установочными входами первого и

25 -второго делителей частоты импульсов, при этом выход второго делителя частоты импульсов соединен с блоком управления, а формирователь тактовых импульсов соединен с

30

прерывателем света Недостаток известного устройства состоит в недостаточной помехоустойчиБости по отношению к внешним источникам случайных помех, например, к электромагнитным импульсам, к космическому излучению и др. Помехи, воздействующие на это устройство в отдельных циклах измерения, вносят свой вклад в погрешность результата измерения. Появление -помех в первом цикле измерения, кроме того, является дополнительным, вторым .ВОЗМОЖНЕЛМ фактором существенного снижения точности результата измерения, так как приводит к ошибочному уменьшению выбора необходимого количества циклов измерения. Достижение требуемой точности измерения в условиях наличия помех связано с повторными, часто многократными измерениями, что приводит к -большим затратам реального времени измерения. Цель изобретения - повышение поме хозащищенности , Указанн 1Я цель достигается тем, что счетчик фотонов, содержащий последовательно установленные источник света, прерыватель света и фотоэлект ронный умножитель, подключенный к дискриминатору, выход которого соеди нен с входами двух вентилей, другие входы которых соединены с блоком управления, выход которого соединен с входом сброса основного счетчика, вход которого через первый делитель частоты импульсов соединен с выходом третьего вентиля, один вход которого соединен с выходом блока управления второй вход соединен ..с генератором импульсов, а третий вход соединен g пеэз)ым выходом реверсивного -счетчика суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентиля, а вычитаю щий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один вход которого соединен с выходом второго вентиля, а другой вход - с выходом третьего вентиля, причем второй выход реверсивного счетчика соединен с одним входом блока памяти, другой вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с одним входом блока сравнения кодоэ, другой вход которог соединен с блоком установки кодов, два выхода блока сравнения кодов сое динены с блоком управления, а третий выход соединен с входом дешифратора выход которого соединен с установочными входами первого и второго делителей частоты И1«1пульсов, при этом выход второго делителя частоты импульсов соединен с блоком управления а формирователь тактовых импульсов соединен с прерывателем света, введе ны дополнительные блок установки ко дов, блок сравнения кодов, элемент ИЛИ и блок формирования импульса цикл , вход которого соединен с блоком формирования тактовых импульсов, выход соединен с вторым делителем частоты импульсов, а его вход установки в исходное состояние соединен с входом сброса реверсивного счетчика и с выходом дополнительного элемента ИЛИ, один вход которого соединен с входом сброса основного счетчика, а другой вход - с выходом дополнительного блока сравнения кодов, один вход которого соединен с вторым выходом реверсивного счетчика, а другой вход соединен с дополнительным блоком установки кодов . На чертеже представлена блок-схема устройства. Счетчик фотонов содержит посл&довательно установленные источник -1 света, прерыватель 2 света и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 3, подключенный к дискриминатору 4, а также формирователь 5 тактовых импульсов, блок 6установки кода, блок 7, сравнения кодов, первый делитель 8 частоты импульсов , второй делитель 9 частоты импульсов , блок 10 управления, первый вентиль 11,, второй вентиль 12, реверсивный счетчик 13, основной счетчик 14, блок 15 памяти элемент ИЛИ 16, генератор 17 импульсов, третий вентиль 18, дешифратор 19, дополнительные блок 20 установки кода, блок 21, сравнения кодов элемент ИЛИ 22 и блок 23 формирования импульса цикл . Выход дискриминатора 4 соединен с входами двух вентилей 11 и. 12, другие входы которых соединены с блоком 10 управления, выход которого соединен с входом сброса основного счетчика 14, вход которого через первый делитель 8 частоты импульсов соединен с выходом третьего вентиля 18, , один вход которого соединен с выходом блока 10 управления, второй вход соединен с генератором 17 импульсов а третий вход соединен с первым выходом реверсивного счетчика 13, суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентиля 11, а вычитающий вход соединен с выходом элемента ИЛИ 16, один вход которого соединен с выходом второго вентиля 12, а другой вход - с выходом третьего вентиля 18, причем второй выход реверсивного счетчика 13 соединен с одним входом блока 15 памяти, другой вход которого соединен с блоком 10 управления, а выход соединен с одним входом блока 7сравнения кодов, другой вход которого соединен с блоком 6 установки кодов, два выхода блока 7 сравнения кодов соединены с блоком 10 управления, а третий выход соединен с входом дешифратора 19, выход которого соединен с установочными входами первого и второго делителей 8 и 9 частоты импульсов, при этом выход второго делителя 9 частоты импульсов сое динен с блоком 10 управления, а фор мирователь 5 тактовых импульсов со динен с прерывателем 2 света. Блок 23 формирования импульса цикл сое динен с блоком 5 формирования такто вых импульсов, его выход соединен с вторым делителем 9 частоты импульсов, а его вход установки в исходное состояние соединен с входом сброса реверсивного счетчика 13 и с выходом дополнительного элемента ИЛ 22 один вход которого соединен с . входом сброса основного счетчика. 14 а другой вход - с выходом дополнительного блока 21 сравнения кодов, один вход которого соединен с вторым выходом реверсивного счетчика 13, а другой вход соединен с дополнительным блоком 20, установки кодов. Устройство работает следующим образом. Сигнал сброса от блока 10 управления поступает на основной счетчик 14 и через элемент ИЛИ на реверсивный счетчик 13 и формирователь 23 им .пульса цикл. Коэффициенты деления делителей 8 и 9 всегда равны и в исходном положении равны 1. С пос туплением первого тактового импульс в течение первого такта работы устройства открывается прерыватель 2 света. От источника света на катод ФЭУ 3 поступают фотоны. Фотоны выбивают из катода ФЭУ отдельные элек роды, которые умножаются диодной системой и поступают в виде электри ческих импульсов на дискриминатор 4 Нормированные по амплитуде и длительности импульсы через первый вен тиль 11 с момента поступления второго тактового импульса в течение второго такта попадают на суммирующий вход реверсивного счетчика 13, в котором накапливается сумма световых и шумовых импульсов (.NC;- Мщ) . В течение третьего такта закрывается прерыватель 2 света при этом ве тили 11 и 12 закрыты. С поступлением очередного тактового импульса в четвертом, завершающем такте первого ци ла измерения открывается второй вентиль 12 и через элемент ИЛИ 16 на вы читающий вход реверсивного счетчика 13 поступает число импульсов Мщ , поскольку прерыватель 2 света в это время закрыт. Таким образом, в реверсивном счетчике 13 накопленный счет импульсов соответствует количеству N фотонов, поступающих в течение второго такта первого цикла на фотоэлектронный умножитель 3. Число Y, накопленное в реверсивно счетчике 13 за первый цикл измерения записывается в блоке 15 памяти и в блоке 7 сравнения кодов сравнивается с числом X, выбранным в блоке 6, установки кодов из совокупности чисел Х, Х , . . . , Хп Хгп.Х,устанавливаемых в блоке б установки кодов. По установочным входам делителей 8 и 9 частоты импульсов через дешифратор 19 из блока 7 сравнения кодов по;;тупает сигнал, устанавливающий соответствующий коэффициент деления делителей. Чем больше отношение Xn/Y тем больше коэффициент деления к. Одновременно число накопленных импульсов в дополнительном блоке 21 сравнения кодов сравнивается с числом 2 , установленном в дополнительном блоке 20 установки кода. Число 2 выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие у Z при наличии помех в цикле измерения. Если | 2. на выходе дополнительного блока21 сравнения кодов выдается сигнал сброса, который, через дополнительный элемент ИЛИ 22 воздействует на реверсивный счетчик 13 и блок 23 формирования импульса цикл устанавЛивая их в исходное состояние. .1 Если , как это имеет место при отсутствии помех, то после установления соответствующего коэффициента деления делителей 8 и 9 частоты импульсов сигналом из блока 10 управления открывается третий вентиль 18. Импульсы от генератора 17 через BeiOтиль 18 и первый делитель 8 частоты импульсов поступают на вход основного счетчика 1U. Одновременно импульсы от генератора 17 импульсов через третий вентиль 18 и элемент ИЛИ 16 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 13. Когда реверсивный счетчик 13 устанавливается на ноль, на его выходе появляется сигнал, закрываюидий вентиль 18. Это означает, что в основном счетчике 14 накопилось такое количество импульсов, сколько было в реверсивном счетчике 13, деленное на К , так как коэффициент первого делителя 8 частоты импульсов установлен равным значению К . С очередным тактовым импульсом на выходе блока 23 формирования импульса цикл появляется импульс цикл,и начинается второй цикл измерения. Второй цикл измерения проходит подобно первому, только информация из реверсивного счетчика 13 не записывается в блоке 15 памяти, а при условии, что ;; 2 через первый делитель 8 частоты импульсов заносится непосредственно в основной счетчик 14. Если в каком-то из циклов измерения -у 72 то сигнал сброса с выхода дополнительного блока 21 сравнения кодов через дополнительный элемент ИЛИ 22 возвращает в исходное состояние реверсивный счетчик 13 и блок 23 фор-.

мирования импульса цикл. Таким образом, накопленное за этот цикл число импульсов не поступает на основной счетчик 14 , как и не поступает на второй делитель 9 частоты импульсов импульс цикл, в результате чего этот цикл исключается из числа циклов измерения, дающих конечный результат измерения.

Импульс команды конец измерения на блок 10 управления поступает от второго делителя 9 частоты импульсов в момент появления на его выходе импульса. Таким образом, количество циклов определяется коэффициентом деления К делителей 8 и 9 частоты импульсов величину которого определяет отношение P(rt/V. Следовательно, результат измерения, полученный на основном счетчике 14, всегда нормируется к одному циклу.

Количество циклов К определяетс уотгацовкой коэффициентов деления делителей 8 и 9 частоты .импульсов,что зависит от отношения . Следовательно, при выбранном Х чем, меньше i , тем больше количество циклов. Тем самым, независимо от интенсивности потока, результат измерения имеет одинаковую заранее выбранную относительную погрешность. Погрешность измерения можно уменьшить путем выбора и установки з блоке 6 большего значения из совокупности чисел.

Предлагаемое изобретение цозволяе измерять слабые и сверхслабые световые излучения при наличии внешних случайных помех, в частности, позволяет избежать влияния случайных импульсов электромагнитных полей.Это важно при создании надежных автоматических измерительных систем, применяемых в разных отраслях народного хозяйства, например, медицине,геологии, биологии, химии. Кроме того, Предлагаемый счетчик фотонов позволяет экономить реальное время измерения, так как при наличии случайных помех во время измерения счетчик фотонов сохраняет ранее накопленный результат измерений, исключается только результат этого цикла измерения, в течение которого была поме.ха. Это также важно, поскольку время измерения при слабых и сверхслабых интенсивностях света может достигать .

Формула изобретения

Счетчик фотонов, содержащий последовательно установленные источник света, прерыватель света и фотоэлектройный умножитель, подключенный к дискриминатору.,. выход которого соединен с входами двух вентилей, други входы которых соединены с блоком управления , выход которого соединен с входом сброса основного счетчика,, вход которого через первый делитель частоты импульсов соединен с выходом третьего вентиля, один вход которого соединен с выходом блока управления второй вход соединен с генератором импульсов, а третий вход соединен с первым выходом реверсивного счетчика суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентиля, а вычитающий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один вход которого соединен с выходом второго вентиля, а другой вход - с выходом третьего вентиля, причем второй выход реверсивного счечика соединен с одним входом блока памяти, другой вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с одним входом блока сравнения кодов, другйй вход jKOToporo соединен - с блоком установкк коДов, два выхода блока сравнения кодов соединены с блоком управления, а третий выход соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с установочными входами пер.вого и второго делителей частоты импульсов, при этом выход второго делителя частоты импульсов соединен с блоком управления, а формирователь тактовых импульсов соединен с прерывателем света, отлича.ющийс я тем, что, с целью повышения помехозащищенности в него введены до1полнительные блок установки кодов, блок сравнения кодов, элемент ИЛИ и блок формирования импульса цикл, вход которого соединен с блоком формирования тактовых импульсов, выход соединен с вторым делителем частоты импульсов, а его вход установки в исходное состояние соединен с входом сброса реверсивного счетчика и с выходом дополнительного элемента ИЛИ, один вход которого соединен с входом сброса основного счетчика, а другой вход - с выходом дополнительного блока сравнения кодов, один вход которого соединен с вторым выходом реверсивного счетчика, а другой вход соединен с дополнительным блоком установки кодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 790932, кл. G 01 J 1/44, 1981, (прототип).