Счетчик фотонов

Счетчик фотонов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к фотометрии . Цель изобретения - повьшение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства. Счетчик фотонов содержит хронирующий канал, сигнальный канал с фотоумножителем , интегральным амплитудным дискриминатором , логическим переключателем и реверсивным счетчиком, а также регулируемый генератор стабильного тока, подключенный к входу аналогового переключателя, выход которого соединен с управляющим входом дискриминатора . В устройстве осуществляется мультиплексная обработка потока одноэлектронных импульсов с мс уляцией уровня дискриминации и синхронным реверсивным счетом. С помощью единственного порогового элемента формируется виртуальное окно дискриминации , ширина которого задается гене- -ратором стабильного тока, который периодически подключается к управляющему входу дискриминатора через аналоговый переключатель, управляемый синхронно с логическим переключателем , задающим направление счета. Сигнал управления переключателем формируется в хронирующем канале, при этом интервал времели измерения разбивается на ряд чередующихся тактов: суммирования - с нижним и вычитания - с верхним уровнями дискриминации. При соответствующем выборе уровня дискриминации и смещающего тока достигается повышение точности измерений за счет снижения нестабильности коэффициента преобразования. При установке достаточно малого смещающего устройство позволяет производить одноканальный амплитудный анализ одноэлектронных импульсов фотоумножителя. 3 ил. (Л 00 4 СП О О5 01

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А(1 4 С О1 1 1/44.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 4053365/24-25 (22) 08. 04. 86 (46) 15. 10. 87. Бюл. N- 38 (72) А. С. Мартынюк (53) 535. 24 (088. 8) (56) Aoshima R., Iriyama K., Asai Н, High sensitivity Ейогоphotometer using photon counting.—

Appl. 0ptics, 1973, vof. 12, К- 11, р. 2748-2750.

Мартынюк А. С., Николаев Е. П, Широкодиапазонный фотонно-счетный приемник видимого излучения. - ПТЭ, 1974, N - 2, с. 193-197. (54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ (57) Изобретение относится к фотометрии, 1(ель изобретения — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства.

Счетчик фотонов содержит хронирующий канал, сигнальный канал с фотоумножителем, интегральным амплитудным дискриминатором, логическим переключателем и реверсивным счетчиком, а также регулируемый генератор стабильного тока, подключенный к входу аналогового переключателя, выход которого соединен с управляющим входом дискриминатора, В устройстве осуществляется мультиплексная обработка потока одноэлектронных импульсов с мс(дуляцией уровня дискриминации и синхронным ре" версивным счетом. C .помощью единственного порогового элемента формируется виртуальное окно дискриминации, ширина которого задается гене-ратором стабильного тока, который периодически подключается к управляющему входу дискриминатора через аналоговый переключатель, управляемый синхронно с логическим переключателем, задающим направление счета. Сигнал управления переключателем формируется в хронирующем канале, при этом интервал времени измерения разбивается на ряд чередующихся тактов: суммирования — с нижним и вычитания — с верхним уровнями дискриминации. При соответствующем выборе уровня дискриминации и смещающего тока достигается повышение точности измерений за счет

/ снижения нестабильности коэффициента преобразования, При установке достаточно малого смещающего тока устройство позволяет производить одноканальный амплитудный анализ одноэлектронных импульсов фотоумножителя.

3 ил.! 134

Изобретение относится к фотометрии и может быть исткэльэовано для измерения интенсивности малых уровней непрерывного оптического излучения, а также для измерения одноэлектронных характеристик фотоумножителей, Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения режима одноканального амплитудного анализа одноэлектронных импульсов фотоумножителя, На фиг. 1 изображена структурная схема счетчика фотонов; на фиг. 2 временная диаграмма формирования тактов и циклов процесса измерения; на фиг. 3 — пример расположения нижнего и верхнего значений уровня дискриминации относительно дифференциального

p(h) и интегрального A(h) спектров амплитуд фотоэлектронных импульсов фотоумножителя, Счетчик фотонов содержит фотоумножитель 1, усилитель-формирователь 2, интегральный амплитудный дискриминатор 3, первый временной селектор 4, логический переключатель 5, ренерсивный счетчик 6 импульсон, генератор

7 опорной частоты, временной селектор 8, первый делитель 9 частоты, счетный триггер 10, второй делитель

11 частоты, блок !2 управления, регу- лируемый генератор 13 стабильного тока, аналоговый переключатель 14 тока и шину 15 сброса.

Выход фотоумножителя 1 подключен к входу усилителя-формиронателя 2, выход которого подключен к входу дискриминатора 3, сигнальный выход которого подключен к входу первого нременного селектора 4, уттравляющий выход — к управляющему входу второго временного селектора 8, Управляющий вход дискриминатора 3 соединен с выходом аналогового переключателя 14.

Выход первого временного селектора 4 подключен к информационному входу логического переключателя 5, выходы которого подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 6, Управляющий вход первого временного селектора 4 подключен к первому выходу блока 12 управления, второй выход которого соединен с шиной 15 сброса, подключенной к входам сброса реверсивного счетчика 6, счетного триггера 10, первого 9 и второго 11 делителей частоты, Гене5065

1О

50 батываемой внутри блока управления (в режиме автоматического периодического запуска) блок 12 управления формирует импульс сброса, подаваемый на шину 15 сброса и устанавливающий в

45 ратор 7 опорной частоты подключен к входу второго временного селектора

8, выход которого связан с входом первого делителя 9 частоты, выход которого подключен к счетному входу триггера 10. Выход последнего соединен с входом второго делителя ll частоты, а также с управляющими входами логического переключателя 5 и аналогового переключателя 14 тока, нход которого соединен с генератором 13 стабильного тока, а выход — с управляющим входом дискриминатора 3. Выход второго делителя 11-частоты подключен к входу блока 12 управления.

Блок 12 управления предназначен для формирования команд пуска, останова и сброса.

Последонательно соединенные фотоумножитель 1, усилитель-формирователь 2, дискриминатор 3, первый временной селектор 4, логический переключатель 5 и реверсивный счетчик 6 образуют сигнальный канал, в котором происходит обработка и накопление импульсов, генерируемых фотоумножителем 1 при воздействии измеряемого сигнала (потока фотонов измеряемого излучения), Последовательно соединенные генератор 7 опорной частоты, второй временной селектор 8, первый делитель 9 частоты, счетный триггер 10, второй делитель 11 частоты и блок l2 управления образуют хронирующий канал, предназначенный для формирования интервала времени измерения, а также для разбиения его на циклы и такты суммирования и вычитания импульсов в сигнальном канале синхронно с переключением уроння дискриминации из нижнего положения в верхнее и обратно.

Счетчик фотонов работает следующим образом.

По команде "Пуск", подаваемой в блок 12 управления извне (например, от кнопки ручного запуска) или вырануль содержание счетчика 6 импульсов, делителей 9 и 11 частоты, а также счетного триггера 10. Уровень "0", действующий на выходе триггера !О, поддерживают аналоговый переключатель

13450

45

14 в разомкнутом состоянии, при этом уровень амплитудной дискриминации (h) находится в нижнем положении (h ), а выход первого временного селектора

4 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 6 через логический переключатель 5, на управляющем входе которого также действует уровень "0" с выхода триггера 10. По заднему фронту импульса сброса блок

12 управления формирует на первом выходе передний фронт строб-импульсов временных ворот, который открывает на время измерения первый времен- 15 ной селектор 4.

Одноэлектронные импульсы, возникающие на выходе фотоумножителя 1 при воздействии потока фотонов измеряемого излучения, усиливаются и формируются усилителем-формирователем 2 и поступают на вход интегрального амплитудного дискриминатора 3, уровень дискриминации которого в течение первого такта и других нечетных так- 25 тов находится в нижнем положении (h ). Выходные импульсы дискриминатора 3 поступают через открытый временной селектор 4 и логический переключатель 5 на суммирующий вход реверсивного счетчика 6. В течение первого такта происходит суммирование импульсов, превышающих по амплитуде нижнее положение уровня дискриминации (h ), Одновременно происходит за1 °

35 полнение хронирующего канала импуль.сами от генератора 7 опорной частоты через второй временной селектор

8, который блокируется по управляющему входу на время при каждом сра40 батывании дискриминатора, где с разрешающее время дискриминатора, Выходные импульсы второго временного селектора 8 поступают на вход первого делителя 9 частоты. Первый такт заканчивается с приходом на вход первого делителя частоты К -ro импульса (с начала такта). B этот момент на выходе первого делителя 9 частоты возникает импульс, перебрасывающий счетный триггер 10 в состояние с "1" на выходе, которое сохраняется до конца второго такта.

В течение второго такта уровень

"1", действующий на выходе триггера

10, поддерживает аналоговый переклю- чатель 14 в замкнутом состоянии, генератор 13 стабильного тока подключен при этом к управляющему входу дискри65 а минатора 3, за счет чего уровень дискриминации поддерживается в верхнем положении (h, +h,) до конца второго такта. Выходные импульсы дискримина" тора 3 в течение второго такта по" ступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 6 через первый временной селектор 4 и логический переключатель 5, на управляющем входе кото" рого действует уровень "1" с выхода триггера 10, В течение второго такта происходит вычитание импульсов, превышающих по амплитуде верхнее положение уровня дискриминации, иэ ранее накопленного в счетчике 6 (за предыдущий такт) числа импульсов, а также продолжается заполнение хронирующего канала импульсами от генератора 7 опорной частоты.

Второй такт заканчивается с приходом на вход первого. делителя 9 частоты К, -го импульса (с начала такта), В этот момент на выходе первого делителя 9 частоты возникает импульс, перебрасывающий триггер 10 в исходное состояние с "0" на выходе, На этом заканчивается первый цикл, а в счетчике 6 выделяется разностное число импульсов, накопленное за цикл.

Далее циклы повторяются аналогичным образом, результат накопления импульсов в счетчике 6 увеличивается с каждым циклом. В момент окончания

К -го цикла на выходе второго делителя ll частоты появляется импульс, подаваемый на вход блока 12 управления, который при этом формирует на первом выходе задний фронт строб-импульса временных ворот, закрывающий. первый временной селектор 4, На этом заканчивается интервал времени измерения, а в реверсивном счетчике 6 выделяется число импульсов N, отображающее результат измерения, Временная диаграм" ма, изображенная на фиг. 2, поясняет процесс формирования тактов и циклов.

Коэффициенты деления К и К первого и второго делителей частоты выбирают исходя из требуемого диапазона интервалов времени измерения Т, а также с учетом того, что частота переключения счетного триггера 10 должна быть не менее 1 Гц, Последнее требование обусловлено необходимостью подавления фликкерных шумов фотоумножителя, сосредоточенных обычно в области частот менее 0,1 — 1 Гц. Так, 1345065 например, для перекрытия диапазона

Т = 0,02 — 200 с при f = 1 МГц коэффициент деления К установлен фиксированным (К =10 ), а коэффициент

К, установлен изменяемым в диапазоне

К = 10 "10, При этом частота переЙ ключения триггера 10 находится в пределах 5 Гц — 5 кГц, что вполне удовлетворяет изложенным требованиям.

При использовании устройства для измерения интенсивности излучения виртуальное окно дискриминации устанавливают достаточно широким путем выбора h > порядка 1, а уровень дис- 15 криминации фиксируют. Пример расположения уровней дискриминации показан на фиг,. 3, где h, = О,б4 и hc„=1,02, удовлетворяющие условию стабилизации коэффициента преобразования 20

Ь p(k ) (h Ь )p(h+h ) При использовании устройства для одноканального анализа амплитуд одноэлектронных импульсов фотоумножителя 25 ширину виртуального окна устанавливают достаточно малой путем выбора

hz < 1 и, изменяя последовательно нижний уровень h, регистрируют зависимость числа импульсов, имеющих 3О амплитуду между h u h +h.„,.oò уровня дискриминации h, График получаемой в результате этих измерений зависимости соответствует по форме функции дифференциального распределения амплитуд р(Ь) (кривая 16 на фиг. 3), Соответствующая функция интегрального рас.пределения амплитуд A(h) прецставлена кривой 17 на фиг. 3, Ширина виртуального окна в данном устройстве опреде- 40 ляется лишь генератором 13 стабильного тока и сохраняется постоянной при изменении нижнего уровня h

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществить мультиплексную обработку потока одноэлектронных импульсов фотоумножителя с модуляцией уровня дискриминации и синхронным реверсивным счетом. При этом с помощью единственного порогового элемента формируется визуальное динамическое окно дискриминации, ширина которого задается регулируемым генератором стабильного тока, что обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства — измерение дифференциального распределения амплитуд одноэлектронных импульсов

ФЭУ и повышение точности за счет снижения нестабильности коэффициента преобразования.

Фор мула изобретения

Счетчик фотонов, содержащий последовательно включенные фотоумножитель, усилитель-формирователь, интегральный амплитудный дискриминатор, первый временной селектор в сигнальном канале и последовательно включенные генератор опорной частоты, второй временной селектор, первый делитель частоты в хронирующем канале, а также счетчик импульсов, второй делитель частоты и блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого временного селектора, второй выход подключен к шине сброса счетчика импульсов и делителей частоты, а управляющий выход дискриминатора соединен с управляющим входом второго временного селектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей устройства за счет обеспечения режима одноканального амплитудного анализа одноэлектронных импульсов фотоумножителя, в неro введены регулируемый генератор стабильного тока, аналоговый переключатель тока, логический переключатель и счетный триггер, причем установочный вход триггера связан с шиной сброса, счетный вход подключен к выходу первого делителя частоты, выход триггера подключен к входу второго делителя частоты и К управляющим входам логического и аналогового переключателей, выход последнего связан с управляющим входом дискриминатора, а вход — с генератором стабильного тока, информационный вход логического переключателя подключен к выходу первого временного селектора, а его выходы — к суммирующему и вычитающему входам счетчика импульсов, который выполнен реверсивным, j 345065 р(6); A(b) ав

А (А)

p(r,)r ип

4(А А.м) ВНИИПИ Заказ 4910/41

Тираж 776 Подписное

Произв.- олигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4