Устройство для измерения световой характеристики фотоприбора

Устройство для измерения световой характеристики фотоприбора

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к сцинтилляционным детекторам, может быть использовано для измерения характеристик фотоэлектронного умножителя. Изобретение позволяет повысить точность измерения световой характеристики фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и определить его коэффициент усиления. Устройство содержит источник линейно-нарастающей яркости света с генератором линейно-нарастающего напряжения и блоком линеаризации световыхода, блок регистрации и ФЭУ, анод которого через дополнительный резистор, линию задержки, разделительный конденсатор соединен с j-ым диодом ФЭУ. При появлении нелинейности в анодной характеристике ФЭУ на динодной нагрузке возникает напряжение, пропорциональное абсолютному значению амплитуды тока отклонения от линейной зависимости. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к сцинтилляционным детекторам, может быть использовано для измерения характеристик фотоэлектронного умножителя и является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт. св. СССР N 528526. Целью изобретения является увеличение точности измерения и увеличение точности его функциональных возможностей. На фиг. 1 показана структурная схема устройства для измерения; на фиг. 2 - осциллограммы импульсов напряжения на анодной (фиг. 2, диаграмма а) и динодной нагрузках (фиг. 2, диаграммы б. в). Импульс с генератора 1 линейно-нарастающего напряжения поступает на блок 2 линеаризации световыхода источника 3 света, яркость которого зависит от прикладываемого к нему напряжения, а другой выход генератора 1 подключен к первому входу блока 4 регистрации. Источник 3 света освещает фотоэлектронный умножитель 5, электрический сигнал с анода 6 которого поступает на второй вход блока 4 регистрации и анодную нагрузку 7. Фотоэлектронный умножитель 5 содержит электроды, которыми являются n диодов 8.1, . . . , 8. (n-1), 8. n, и фотокатод 9. Питание фотоэлектронного умножителя 5 осуществляется через делитель напряжения из резисторов 10.1, . . . , 10. (n-1), 10. n делителя, к которым подключены соответствующие электроды, за исключением j-го, которые подключены к делителю через резистор 11 Конденсаторы 12 шунтируют резисторы 10. (n-2)- 10. (n-1), 10. n и обеспечивают импульсный режим работы фотоэлектронного умножителя 5. Сигнал с j-го электрода 8. (n-2) через последовательно включенные разделительный конденсатор 13 и линию 14 задержки поступает на резистор 15 нагрузки j-го электрода 8. (n-2), которая подключена к третьему входу блока 4 регистрации и через дополнительный резистор 16 к аноду 6. Устройство работает следующим образом. При подаче на вход блока 2 линеаризации света линейно-нарастающего напряжения от генератора 1 с длительностью Т > > _n, где _n - время нарастания фронта переходной характеристики фотоприбора, яркость источника 3 света будет нарастать по линейному закону, и импульсы тока с анода и j-го электрода фотоэлектронного умножителя 5 будут нарастать также по линейному закону до тех пор, пока амплитуда тока с анода не выйдет за предел линейности выходной характеристики. При этом световая характеристика j-го электрода остается линейной, так как ток этого электрода в М_к раз меньше анодного, а напряжения между электродами отличаются не столь значительно (где М_к - коэффициент усиления К последних каскадов от j-го электрода до анода, на фиг. 1 К = 3, j = (n-2). При сбалансированном значении сопротивления дополнительного резистора 16 (условия баланса приведены ниже) напряжение на анодной нагрузке 7 пропорционально току с анода 6 и соответствует световой характеристике фотоэлектронного умножителя 5 на ее линейном участке, ограниченном временем t_о (фиг. 2а), а напряжение U_д на диодной нагрузке равно нулю (скомпенсировано). При отклонении световой анодной характеристики от линейной зависимости на диодной нагрузке (резисторе 15) возникает напряжение U_д, которое пропорционально абсолютной величине отклонения I_а анодного тока от линейной зависимости. Измерив напряжение U_д1 и соответствующее ему напряжение U_а1 на анодной нагрузке 7 (фиг. 2а), определяют коэффициент нелинейности световой характеристики = . (1) Поскольку погрешность прямого измерения значения тока I_а по напряжению U_д1, значительно меньше погрешности косвенного измерения I_а по разности двух значений (U_а2-U_а1) из зависимости на фиг. 2, диаграмма а, то погрешность измерения коэффициента нелинейности световой характеристики также значительно уменьшается. Условия баланса (U_д = 0) определяются из условия, соответствующего равенству (по модулю) частей анодного и диодного токов, протекающих через резистор 15 нагрузки. В этом случае напряжение U_д = 0, так как токи j-го электрода и анода имеют разные направления. Разделительный конденсатор 13 и резистор 11 разделяют напряжение цепи питания j-го электрода от измерительной цепи. I_а15 = I_д15, где I_а15= I ; I_д15= I_д ; (2) R = R_a + R_д + R_б; I = I ; (3) R_о, R_д, R_б - сопротивления анодной нагрузки 7, резистора 15 нагрузки j-го электрода и дополнительного резистора 16 соответственно; I_а, I_д - ток анода 6 и j-го электрода соответственно. С другой стороны, токи I_а и I_д можно выразить через ток I_ффортокатода 9 I_а= MI_ф= I_ф ; I_д= I_ф (_j-1) ; ( _j-1), (4) где _i - коэффициент вторичной эмиссии i-го динода; M - коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя. Из формул (3) и (4) можно получить условия для выбора сопротивления анодной нагрузки 7 и дополнительного резистора 16 , (5) если использован фотокатод 9 в качестве j-го электрода , (6) если использован j-ый динод, где M_к= - коэффициент усиления последних К каскадов (динодов) фотоумножителя 5 (на фиг. 1 К = 3). Выбрав сопротивления анодной нагрузки 7 и дополнительного резистора 16 так, чтобы выполнилось условие (5) или (6), которое соответствует условию (3), можно, измерив значения сопротивлений анодной нагрузки 7 и дополнительного резистора 16, определить коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя 5 (из условия (5) и его отдельных динодов из условия (6) поочередно, начиная с последнего n-го динода, для которого , что расширяет функциональные возможности устройства. При наличии отклонения от линейной зависимости в анодной характеристике, т. е. I_a = I_ал + I_а, где I_ал - соответствует пропорциональной (линейной) зависимости I_ал = m_at (пунктир на фиг. 2а); m_a - коэффициент крутизны анодного тока; I_a - отклонение от линейности, на резисторе 15 нагрузки возникает напряжение U_д, значение которого составляет величину U_д= I - IR_д = m_дt - <m_{(t-0)+ + Iа> Rд= -IRд+ (m - m)Rдt+mIа0 (7) или Uд= - I Rд при 3 = о, mд = m или при 3 = 0 m = m . (8) где ma, mд - коэффициенты крутизны анодного и динодного импульсов тока. При условии (3) значение Uд пропорционально модулю и имеет полярность, обратную Iа, т. е. при уменьшении относительно пунктирной линии Iа( Ia < 0) Uд имеет положительную полярность (см. фиг. 2), при увеличении Iа относительно пунктирной линии Uд имеет отрицательную полярность. Как видно из формулы (8), значение Uд не зависит от выходного тока Ia, если Ia = = 0. Так как сигнал с анода 6 задержан относительно сигнала с j-го электрода на время о пролета электронов К каскадов, то, выбрав задержку такой, чтобы она задерживала сигнал с j-го динода на время 3 = о, обеспечивают независимость Uд от формы импульса от источника 3 света. Это означает, что погрешность измерения коэффициента не зависит от погрешности приближения к линейной зависимости яркости источника 3 света, обеспечиваемой блоком 2 линеаризации световыхода. На фиг. 2в показаны осциллограммы импульсов на резисторе 15 нагрузки при невыполнении условия (3) - зависимость о (фиг. 2, диаграмма в) и при невыполнении условия 3 = = о - зависимость g (фиг. 2, диаграмма в) из которой видно, что, измеряя Uд2 при различных значениях задержки 3, можно определить время задержки о сигнала в фотоэлектронном умножителе 5 или в последних К каскадах как задержку 3, при которой Uд2 = 0. Дополнительное увеличение точности измерения коэффициента получается за счет уменьшения погрешности измерения тока Iа, обусловленной дробовым эффектом, так как флуктуации анодного тока и тока j-го динода обусловлены одним источником-фотокатодом 9, и поэтому на резисторе 15 нагрузки относительная флуктуация от дробового эффекта уменьшается в раз. Таким образом, взаимосвязь j-го электрода с вновь введенными конденсаторами 11, линией 14 задержки и дополнительным резистором 16 обеспечивает достижение цели. Аналогично формуле (7) можно определить напряжение Uа на анодной нагрузке 7 при выполнении условий (3) и 3 = о. Uа= Rа(Iа7-Iд7)= I + U (9) где Ia7, Iд7 - части анодного и динодного токов, протекающие через анодную нагрузку 7; Uд - определяется из формулы (8), Uд= I . Как видно из формулы (9) напряжение Uд пропорционально анодному току Iа, а при наличии нелинейности Iа нелинейность Uа (от времени) увеличивается за счет дополнительного члена, что позволяет более точно определять диапазон линейных токов фотоэлектродного умножителя. Практически при измерении коэффициента целесообразно и достаточно использовать n-(2-3) динод, а в этом случае Мк = = 30-100 и формулы (6, 8 и 9) упрощаются при j = i 3, т. е. Rб> >Ra; Uд= -IаR при Rд Rб и Uд - IaRa; Ua IaRa; - . (56) Авторское свидетельство СССР N 528526, кл. G 01 T 1/17, 1974.}

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕТОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИБОРА по авт. св. N528526, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, в качестве фотоприемного устройства использован фотоэлектронный умножитель и введены последовательно соединенные дополнительный резистор, линия задержки и конденсатор, которые включены между анодом и j-м электродом, причем третий вход блока регистрации подключен к нагрузке j-го электрода, а сопротивления анодной нагрузки R_а и дополнительного резистора R_б выбраны из соотношения = -1, где M_к - коэффициент усиления K каскадов фотоэлектронного умножителя от j-го электрода до анода; _j - коэффициент усиления j-го электрода. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью определения коэффициента M усиления фотоэлектронного умножителя, в качестве j-го электрода использован фотокатод, при этом сопротивления анодной нагрузки R_а и дополнительного резистора R_б выбраны из соотношения R_б / R_a = M-1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2