Многоканальный хронографический регистратор одиночных импульсов ионизирующего излучения

Многоканальный хронографический регистратор одиночных импульсов ионизирующего излучения

Реферат

 

Многоканальный хронографический регистратор одиночных импульсов ионизирующего излучения, содержащий расположенные в зоне воздействия ионизирующего излучения конверторы, оптически связанные с фотокатодом электронно-оптического преобразователя (ЭОП), датчик гамма-импульса, через линию передачи и блок развертки соединенный с отклоняющими пластинами ЭОП, оптически связанный с экраном ЭОП блок приборов с зарядовой связью (ПЗС), выход которого через последовательно соединенные усилитель - формирователь и линию передачи подключен к регистратору видеосигнала, синхрогенератор, строчный выход которого соединен с первым управляющим входом усилителя - формирователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия регистратора, он дополнительно содержит блок задержки, первый и второй коммутаторы, блок управления суммированием, счетчик, причем блок ПЗС расположен таким образом, что его строки параллельны направлению развертки ЭОП, тактовый выход синхрогенератора через первый коммутатор соединен с входом формирователя фазных напряжений (ФФН) выходного регистра блока ПЗС, выход переносов - с первым входом блока управления суммированием, а через второй коммутатор - с ФФН секции переноса (СП) блока ПЗС, строчный выход синхронизатора соединен с вторым входом блока управления суммированием и первым входом блока задержек, второй вход которого через коаксиальную линию передачи соединен с выходом датчика гамма-импульса, третий - через счетчик с первым выходом блока управления суммированием, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющим входом первого коммутатора, вторым управляющим входом усилителя - формирователя, первым управляющим входом второго коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с первым выходом блока задержек, второй выход которого соединен с третьим входом блока управления суммированием. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования импульсных ионизирующих излучений. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. На фиг. 1 представлена функциональная схема регистратора; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу регистратора; на фиг. 3 вариант выполнения блока задержек; на фиг. 4 схема блока управления суммированием. Регистратор содержит источник излучения 1, датчик 2 гамма-импульса, конверторы 3, волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) 4, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 5 с фотокатодом 6, отклоняющими пластинами 7 и экраном 8, коаксиальную линию передачи 9, блок развертки 10, блок 11 приборов с зарядовой связью (ПЗС), усилитель-формирователь 12, коаксиальную линию передачи 13, цифровой регистратор 14, синхрогенератор 15, коммутаторы 16, 17, блок 18 управления суммированием, блок задержек 19, счетчик 20. На фиг. 2 показаны сигналы 21, 22, 23 с выходов синхрогенератора 15, сигнал 24 с выхода датчика 2, сигналы 26, 28, 29, 32 с выходов блока 18, сигналы 25, 27 с выходов блока 19, сигналы 30, 31 с выходов коммутаторов 16, 17 соответственно, сигнал 33 с выхода счетчика 20, сигнал 34 с выхода усилителя-формирователя 12. Цифровой регистратор 14 содержит амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и блок выделения синхроимпульсов. Блок ПЗС (матрицы) содержит секцию накопления (СН), секцию памяти (СП), выходной регистр (Рr), формирователи фазных напряжений (ФФН) СП, СН и выходного регистра, оптическую систему (ОС). Блок задержки 19, функциональная схема которого представлена на фиг. 3, содержит триггер 35, счетчик задержки 36, схему И 37, триггер 38. Установочный вход триггера 35 является вторым входом блока задержки (сигнал 24), счетный вход счетчика задержки 36 первым входом блока задержки (сигнал 23), вход сброса триггеров 35 и 38 третьим входом (сигнал 33), выходы схемы И 37 и триггера 38 первым и вторым выходами блока задержки (сигналы 25 и 27). Блок 18 управления суммированием, вариант функциональной схемы которого представлен на фиг. 4, содержит триггер 39 и схему И 40, одни из входов которых соединены вместе и являются вторым входом блока управления суммированием (сигнал 23), счетчик строк 41 в СП и счетчик в зоне 42, счетные входы которых соединены вместе и являются первым входом блока (сигнал 22), схему И 43, один из входов которой совместно со входом управления счетчика 41 является третьим входом блока (сигнал 27), схему И 44, схемы ИЛИ 45, 46. Первым выходом блока управления суммированием является выход схемы И 44 (сигнал 32), вторым выход схемы ИЛИ 46 (сигнал 28), третьим выход схемы И 43 (сигнал 26), четвертым выход схемы ИЛИ 45 (сигнал 29). Устройство работает следующим образом. Синхрогенератор 15 вырабатывает импульсы со следующими частотами следования: тактовая частота выходного регистра f_в (21), частота быстрых переносов f_n (22) строчная телевизионная частота f_c (23). Сигнал с частотой f_c несимметричен, например, в стандартном телевизионном режиме периода строчной развертки , длительность "прямого хода" строчной развертки t_пр 52 мкс, длительность "обратного хода" строчной развертки t_обр 12 мкс. Сигнал с тактовой частотой f_в модулирован строчной частотой f_c. В исходном состоянии импульсы синхрогенератора 15 с частотой f_n поступают через коммутатор 16 на ФФН, СН и СП блока ПЗС 11, а импульсы с частотой f_в поступают через коммутатор 17 на ФФН выходного регистра блока ПЗС 11. Таким образом, накопленные в ячейках СН и СП ПЗС блока "темновые" заряды непрерывно (с частотой f_n) перемещаются из СН в СП и далее в выходной регистр, откуда выносятся с частотой f_в на усилитель-формирователь 12, образуя "темновые" видеосигналы. Импульсы синхрогенератора 15 с частотой f_c поступают на второй вход усилителя-формирователя 12, обеспечивая формирование строчных синхроимпульсов в видеосигналах, поступающих через линию передачи 13 на цифровой регистратор видеосигналов 14. Излучение источника 12 поступает на датчик -импульса 2, на выходе которого возникает электрический импульс 24, и конверторы 3, преобразующее ионизирующее излучение в световое, поступающее через ВОЛС 4 различной длины на фотокатод 6 ЭОП 5. Электрический сигнал датчика 2 через линию передачи 9 поступает на входы блока развертки 10 и блока задержек 19. Пилообразное напряжение с выходов блока развертки 10 подается на отклоняющие пластины 7, обеспечивая хронографическую развертку сигналов по экрану 8 ЭОП 5. ВОЛС 4 устанавливают таким образом, чтобы точки пересечения выходящих из них счетовых пучков с плоскостью фотокатода 6 принадлежали прямой, перпендикулярной направлению развертки. На экране 8 ЭОП 5 возникает изображение хронограмм - линий переменной яркости, изменяющейся пропорционально изменениям амплитуды регистрируемых световых сигналов. Регулируя (или определяя заранее расчетным путем) длину каждой из ВОЛС 4 с учетом задержки, вносимой линией передачи 9, обеспечивают требуемое положение регистрируемых каждым каналом процессов относительно развертки хронографа. Таким образом, на экране ЭОП можно регистрировать равновременные сигналы (например, g-излучение и поток нейтронов, возникающие при термоядерной реакции); либо обеспечить регистрацию с высоким временным разрешением сигнала, длительность которого превышает длительность развертки, располагая его на нескольких хронограммах (подавая один и тот же сигнал на несколько каналов регистрации, имеющих различное время задержки сигнала), либо обеспечить регистрацию сигналов в широком диапазоне амплитуд с высокой точностью (подавая один и тот же сигнал на несколько каналов, имеющих различную чувствительность). В каждом из перечисленных случаев блок ПЗС 11 устанавливают таким образом, чтобы расположение строк матрицы ПЗС соответствовало направлению линий развертки на экране 8 ЭОП 5. Из-за присущих ЭОП дисторсионных искажений направление линий развертки на экране 8 отклоняется от прямолинейного, а изменение яркости линии хронограммы по длине развертки неизбежно вызывает неравномерность этих линий по ширине. Таким образом, проецируемое оптической системой изображение с экрана 8 на СН блока ПЗС 11 содержит несколько (по числу каналов регистратора) линий, причем изображение каждой линии перекрывает по ширине "зону" из нескольких строк СН. Сигнал 24 с датчика 2 через линию передачи 9 поступает на вход блока задержек 19 (фиг. 3), на выходе которого вырабатывается сигнал 25, длительность которого устанавливается соответствующей ожидаемому времени высвечивания люминофора экрана 8. Это может быть достигнуто, например, с помощью счетчика 36 с регулируемым коэффициентом пересчета, на вход которого поступает сигнал f_c с синхрогенератора 15. Сигнал 25 с выхода блока задержек 19 запрещает передачу коммутатором 16 сигналов синхрогенератора 15 f_n на ФФН СН и СП блока ПЭС 11. Таким образом, блок ПЭС 11 устанавливается в режим накопления в СН зарядов, соответствующих проецируемому на СН с экрана 8 ЭОП 5 изображению хронограмм на время, определяемое длительностью импульса 25 (интервал времени t_o t₁ на диаграмме фиг. 2). На это же время задерживается относительно момента t_o сигнал 27 на выходе блока задержек, поступающий на управляющий вход блока 18 управления суммированием (фиг. 4), сигналы 28, 29 с выходов которого, поступающие на коммутаторы 17 и 16, управляют прохождением импульсов синхрогенератора частотой f_в и f_n на ФФН выходного регистра и ФФН СН и СП блока АЗС 11. После окончания запрещающего сигнала 30 с блока 19 (момент времени t₁ блок ПЗС 11 возвращается в режим быстрых переносов накопленных в ячейках СН зарядов в защищенную от воздействия света СП. Число переносов подсчитывается счетчиком 41 блока 18, и после того, как оно становится равным числу строк в каждой из секций СН и СП, с выхода блока 18 снимается разрешающий переносы сигнал и коммутатор 16 отключает импульсы 30 синхрогенератора 15 с частотой f_n от ФФН СН и СП блока ПЗС 11 (момент времени t₂, фиг. 2). Кадровый синхронизирующий импульс 26 поступает с выхода блока 18 на усилитель-формирователь 12 и через линию передачи 13 на запуск регистратора видеосигнала 14. В течение первого после окончания кадрового синхроимпульса 31 интервала времени в t₂ t₃ (фиг. 2) происходит вынос накопленных в выходном регистре зарядов на усилитель-формирователь 12 и далее на регистратор 14. Эта "первая строка" несет информацию о суммарных "темновых" зарядах, образовавшихся в столбцах СП блока ПЗС 11 и просуммированных в ячейках выходного регистра за время "сдвига" из СН в СП (т.е. за время t₁-t₂ формирования кадрового синхроимпульса). Зарегистрированная регистратором 14 первая строка может быть использована для контроля работоспособности блока ПЗС 11 и системы его охлаждения. После окончания первой строки сигнал 28, поступающий на коммутатор 17 с выхода блока 18, запрещает подачу импульсов с частотой f_в на выходной регистр блока ПЗС 11 на время, равное периоду следующей строки (t₃-t₄, 28). В это время сигнал 29 с выхода блока 18 поступает на управляющий вход коммутатора 16 и разрешает прохождение импульсов синхрогенератора 15 с частотой быстрых переносов на ФФН СН и СП блока ПЗС 11. Длительность этого сигнала определяется коэффициентом пересчета счетчика строк 42 блока 18, который выбирается равным числу строк зоны СН ПЗС блока, отведенной для изображения каждой хронограммы. Например, при использовании матрицы типа 1200 ЦМ2 с числом строк в СН и СП до 288 при 20 каналах регистрации число строк в зоне составит 14. В течение интервала времени t₃-t₄ в ячейках выходного регистра блока ПЗС 11 будут просуммированы по столбцам заряды 14 строк, соответствующих ближайшему к выходному регистру изображению хронограммы, на СН блок ПЗС 11. "Вторая строка" поэтому не формируется, между вторым и третьим строчными синхронизирующими импульсами (интервал времени t₃-t₄, сигнал 34) видеосигнал отсутствует. В интервале времени t₃-t₅ по сигналу с блока 18 коммутатор 17 подключает импульсы 31 синхрогенератора 15 с частотой f_в к ФФН выходного регистра и накопленные в ячейках выходного регистра заряды выносятся на усилитель-формирователь 12, образуя видеосигнал, соответствующий хронограмме первого канала, поступающей на регистратор 14 (интервал t₄-t₅34). Далее процесс повторяется, т.е. в период очередной четной строки происходит суммирование в ячейках выходного регистра блока ПЗС 11 зарядов, соответствующих "зоне" очередной хронограммы, а во время "прямого хода" нечетной строки накопленные в выходном регистре заряды выносятся на усилитель-формирователь 12, образуя очередной видеосигнал 34, соответствующий хронограмме следующего канала. Счетчик 20 подсчитывает число считанных зон, т. е. число импульсов 32 с выхода блока 18. После того как это число станет равным числу регистрируемых хронограмм, выходной сигнал 33 счетчика 20 возвращает блок 19 и устройство в целом в исходное состояние. Считывание информации с экрана ЭОП 5 закончено. Цифровой регистратор 14 осуществляет запись поступающих по линии 13 видеосигналов, начиная с момента окончания кадрового синхроимпульса. В каждой следующей нечетной строке (1, 3.К + 1) определяется и записывается в ОЗУ столько дискретных значений напряжения видеосигнала, сколько ячеек содержится в строке матрицы ПЗС. Например, в строке матрицы 1200 ЦМ2 360 ячеек, соответственно каждая строка телевизионного видеосигнала будет разделена синхронизатором на 360 участков, на каждом из которых АЦП будет преобразовано в цифровую форму и записано в ОЗУ мгновенное значение амплитуды видеосигнала. Для каждой линии хронограммы будет зафиксирован набор из 360 дискретных значений, отражающий изменение во времени яркости поступающего на фотокатод 6 ЭОП 5 светового сигнала с соответствующего конвертора Таким образом, настоящий регистратор, будучи выполненным из той же ПЗС - матрицы (например, типа 1200 ЦМ 2), что и прототип, обеспечивает при 20-канальной регистрации выигрыш во времени вывода информации в 7 раз (41 период строчной развертки вместо 288 периодов у прототипа). Кроме того, объем ОЗУ цифрового регистратора видеосигнала приблизительно в 14 раз больше, чем у прототипа, что означает повышение быстродействия записи информации в ОЗУ за счет устранения информационной избыточности (21 х 360 слов вместо 288 х 360 слов у прототипа).

Формула изобретения

Многоканальный хронографический регистратор одиночных импульсов ионизирующего излучения, содержащий расположенные в зоне воздействия ионизирующего излучения конверторы, оптически связанные с фотокатодом электронно-оптического преобразователя (ЭОП), датчик гамма-импульса, через линию передачи и блок развертки соединенный с отклоняющими пластинами ЭОП, оптически связанный с экраном ЭОП блок приборов с зарядовой связью (ПЗС), выход которого через последовательно соединенные усилитель-формирователь и линию передачи подключен к регистратору видеосигнала, синхрогенератор, строчный выход которого соединен с первым управляющим входом усилителя-формирователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия регистратора, он дополнительно содержит блок задержки, первый и второй коммутаторы, блок управления суммированием, счетчик, причем блок ПЗС расположен таким образом, что его строки параллельны направлению развертки ЭОП, тактовый выход синхрогенератора через первый коммутатор соединен с входом формирователя фазных напряжений (ФФН) выходного регистра блока ПЗС, выход переносов с первым входом блока управления суммированием, а через второй коммутатор с ФФН секции накопления (СН) и секции переноса (СП) блока ПЗС, строчный выход синхронизатора соединен с вторым входом блока управления суммированием и первым входом блока задержек, второй вход которого через коаксиальную линию передачи соединен с выходом датчика гамма-импульса, третий через счетчик с первым выходом блока управления суммированием, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющим входом первого коммутатора, вторым управляющим входом усилителя-формирователя, первым управляющим входом второго коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с первым выходом блока задержек, второй выход которого соединен с третьим входом блока управления суммированием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000