Способ измерения коэффициента усиления электронного умножителя

Способ измерения коэффициента усиления электронного умножителя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Е. И. Абрамов, Ю. Д. Кутенин, Я. Л. Янсонс, Я. Э. Тибергс и A. В. Калныньш (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ

Изобретение относится к электрон- ному приборостроению, а именно к способам измерения коэффициента усиления .электронных умножителей (ЭУ), в частности, фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

Известен способ определения коэффициента усиления. электронного умножителя по отношению анодного тока к катодному Е».

1О

На практике часто трудно измерить катодный и анодный токи при идентичных условиях, особенно, если усиление велико. Поэтому обычно анодный ток измеряется при освещении фотокатода с коэффициентом ослабления,при этом основную погрешность в измерение вносит точность градуировки нейтральных светофильтров.

Кроме того, в известном способе 20 определяется не усиление собственно умножительной системы, а эффектив,ность всего умножителя. Оба эти величины равны между собой только в том случае, если коэффициент сбора электронов на входе умножительной системы равен единице.

Наиболее близким техническим ре" шением к изобретению является способ измерения коэффициента усиления электронного умножителя, содержащий облучение умножителя, измереwe одноэлектронных импульсов в анодной цепи при определенном пороге дискриминации по амплитуде выходного сигнала и определение коэффициента усиления электронного умножителя че рез интегральный и дифференциальный счета одноэлектронных импульсов в некотором временном интервале (23.

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 расшире3 94592 ние функциональных возможностей способа.

Цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента усиления электронного умножителя, включающему облучение умножителя, измерение одноэлектронных импульсов в анодной цепи при определенном пороге дискриминации по амплитуде выходного сигнала и определение коэффициен- щ та усиления электронного умножителя через интегральный и дифференциальный счета одноэлектронных импульсов в некотором временном интервале, интенсивность облучающего потока регулируют до обеспечения частоты счета одноэлектронных импульсов Nc в интервале N ш (Nc < N zwc где пь -шу мовая частота, N „ - максимальная частота, при которой вероятность перекрытия импульсов соответствует максимально допустимой погрешности измерений, дискриминацию осуществляют последовательно по m ступеням при определенном напряжении дискриминации д Б, подсчитывают число импульсов n1...n„, амплитуды которых

U ) U н, где U „„- минимальное значение выходного сигнала, и определяют коэффициент усиления электрон- зо ного умножителя по зависимости где К вЂ” коэффициент, определяемый з видом и параметрами анодной нагрузки.

Способ измерения коэффициента усиления электронного умножителя определяется следующими положениями, 40

Иатематическое среднее определяется формулой и ) 9%

Ci - Pn, =С i (П„.-П;,„)=П1-О +Ъ - т +

1=1 1=1

1311 -ЗО +.--+Ю -1П. +- +nl- 1

3 4 1 1+1 т .т1 -11 +р ill +...+n,ill +--Ч 3 1 и т

--i f1т„ю О пФ1= P3 nl - tT nn1+1

1=1

11 ц= — О.) Yl „) Ф

Если вероятность появления импуль50 сов с амплитудами, превышающими

Ц пренебрежительно мала, .то п=п

4ldllc и выполняется равенство

И7

f77 " 1 .Qn «C

55 i=1 i

Для определения средней амплитуды по значениям интегрального распределения амплитуд служит формула — - — + Х"

К ьО aU

Г 1 „-= где и — общее число импульсов U

У амплитуда j -того импульса.

Реально можно измерить амплитуды импульсов с известной погрешностью в ограниченном динамическом диапазоне амплитуд, U = Uz c- Омичи где Оиин Макс вля " " минималь ным и соответственно максимальным значениями достоверно измеряемых амплитуд при помощи применяемого средства измерения.

6 4

Отсчет измерения производится с известной для данного средства измерения дискретностью QU - интервал амплитуд, величина которого выбирается не менее абсолютного значения случайной погрешности измерения. Если разделить динамический диапазон U на равные m интервалы а О, то в

1-том интервале попадает cln импуль1 сов (из общего числа импульсов n) с амплитудами, удовлетворяющими соотношение

+ (- ) 1- -(>>.

Средняя амплитуда этих импульсов применяя линейную аппроксимацию, определяется выражением

aU и мИН

При таком разделении с известной дискретностью а0 средняя амплитуда для и импульсов,,попадающих в динамический диапазон, определяется выражением тп -« aU -aU - Ц.. . () + ;1.ДП. мин

По этой формуле рассчитывается средняя амплитуда, если измерения распределений производится многоканальным дифференциальным анализом импульсов с коррекцией нулевого сдвига.

Дифференциальная величина n . яв1 ляется разностью двух интегральных

hn.= и. - n-+ 1

1 1 1 где n. — число импульсов, амплитуды которых превышают порог (j-1)- dU +

+U „. Используя интегральные величины, сумму ряда можно преобразовать

945926

Ou - — + ; ()

ЬО 5и ™

МИН И„;„г и коэфгггициент усиления ЭУ определяется формулой

1(Д0 О м= — u - — — M n„-,(ц

=Е И Я где P. - заряд электрона;

t; - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида нагрузки анода.

Если постоянная времени нагрузки 7ь )7 Е„., то К=С вЂ” суммарная емкость нагрузки; если С (< t; то

K=t ° /R, где R - сопротивление наг1 рузки, t; - длительность П-образного импульса, который переносит одинаковую величину заряда как нормированный одноэлектронный импульс (t ° измеряется осциллографически и г является постоянной величиной для данного типа приборов.

Измерение коэффициента усиления электронного умножителя проводится следующим образом.

Подается излучение на исследуемый

ЭУ с такой интенсивностью, чтобы средняя частота счета сигнальных одноэлектронных импульсов (ОИ) была намного больше шумовой частоты йш, но меньше максимальной частоты М « при которой вероятность перекрытия импульсов соответствует максимальной допустимой погрешности измерений ° Излучение может быть нестационарным

Допускается дрейф М в указанных пределах. Затем подсчитывается число импульсов п.г и п„, одновременно соот-. ветствующих импульсам, амплитуды .которых превышают или равны 0„„„н соответственно U Mô(i 1) 5 0. Подсчет ведется до определенного значения числа и<. Целесообразно выбрать и„ =10, чтобы деление в расчетаж упростилось до поставки запятой в нужное место.

Показатель Р— натуральное число, которое выбирается из соображений допустимой статистической погреш,ности измерений.

Считывание производится для всех значений 1= 1 ° „). Суммируются все значения п.. По формулам 1 и 2 рас

1 считывается средняя амплитуда импульсов или коэффициент усиления ЭУ соответственно.

Предлагаемый способ пригоден для всех видов амплитудных распределений импульсов. Очевидно,что производить суммирование ряда значений и. намг ного проще i- n;.

Кроме того, чтобы исключить дифференциальную нелинейность многоканального дифференциального амплитудного анализа погрешности установки д0, что порождает неравенство n< g

ФД 4п1), необходимо рассчитать сумму г- г ряда - ьп;, от чего свободен пред- . лагаемый способ.

На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации способа °

Устройство содержит источник 1 излучения (для фЭУ применяется источник света, для ЭУ вЂ” источник излучения электронов1, электронный умно15 житель 2, усилитель 3 импульсов, первый интегральный амплитудный дискриминатор 4, второй интегральный амплитудный дискриминатор 5, первый el 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

25 и регистр 14 памяти результата измерения, Устройство для ФЭУ работает следующим образом.

Световые фотоны от источника 1 излучения падают на фотокатод 2 ФЭУ, Эти фотоны выбивают из катода от" дельные электроны, которые умножаются в умножительной системе и поступают в виде электрических импульсов

55 на усилитель 3 импульсов. Усиленные импульсы по амплитуде известное число раз подаются параллельно на входы первого 4 и второго 5 амплитудных дискриминаторов, работающих в ин40 тегральном режиме. Технические характеристики обоих дискриминаторов идентичные. Динамический диапазон дискриминации амплитуд импульсов U равен 0г,, «г,с- 0г,,гин и отсчитывается от45 носительно входа импульсного усилителя, служащего нагрузкой анода электронного умножителя 2. Порог. срабатывания второго дискриминатора установлен на значение 0„ „, при котором полностью отсекаются собственные шумы усилителя 3. Порог срабатывания первого дискриминатоРа 4 задается цифроаналоговым преобразователем 11 в соответствии числу импульсов, со55 считанных в виде кода в третьем счетчике 10 с добавлением значения 0 г.

Третий счетчик 10 имеет объем счета до m единиц импульсов и при поступлении m+1 импульса вырабатывает сиг945926 нал переполнения, передаваемый на блок 12 управления. Дискретность цифроаналогового преобразователя 11 соответствует з11ачению л О. Следовательно, максимальное значение порога срабатывания первого дискриминатора

4 равно m - л 0 +U и„и является верхней границей М, „ динамического диапазона амплитудной дискриминации импульсов.

Нормированные по амплитуде и длительности импульсы выхода дискриминаторов 4 и 5 передаются на соответствующие входы первого 6 и второго

7 вентилей, Выход первого вентиля 6 связан со счетным входом первого счетчика 8, выход второго вентиля 7со счетным входом второго счетчика 9.

Первый 8 и второй 9 счетчики имеют одинаковые технические характеристики. Кодовые выходы первого счетчика 8 подключены к регистру 14 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 и =10, 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 6 и второй 7 вентили. При подсчете. вторым счетчиком

9 числа импульсов и =10 P срабатывает

1 блок 13 сравнения кодов и сигнализирует блоку 12 управления, Последний в этот момент запирает одновременно первый 6 и второй 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 IO, соответствующий значению

"единица", при помощи цифроаналогового преобразователя 11 устанавливает порог срабатывания первого дискриминатора 4 величиной 1-л11 + U»11, блок

12 управления открывает оба вентиля

6 и 7. Начинается второй интервал счета, после завершения которого аналогично первому начинается следующий и т.д. до завершения m -того интервала счета, когда m+1-ый импульс от блока 12 управления переполнит третий счетчик 10 В это" 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 выраба10 тывает сигнал "Конец измерения".! :Ю

Результат счета Я 1 выдается

1=1 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 цифроаналоговым преобразованием для стрелочных приборов, Результат измерения величины средней амплитуды импульсов равен результату счета, представленному в регистр памяти в единицах 6 U/10 доP бавлением значения 0 > - а0/2.

М14Н

Результат измерения величины коэффициента усиления электронного умножителя получается из результата из" мерения средней амплитуды одноэлектронных импульсов, умножая это значение на множитель К/1, где 1 - значение заряда электрона, К - коэффициент пропорциональности, зависяо щии от выбранных параметров анодной цепи и формы одноэлектронного импульса тока

20 г ; зо

Ф. .1

КЗная эти величины, можно выбрать

4о такое ьО, чтобы — 10 где 10" Фп„, à r - натуральное ñïî, При этом умножение при определении

4 М сводится к установлению запятой в нужное место согласно величине r, Предлагаемый способ может быть использован для стабилизации коэффи-. циента усиления приемных устройств

gp излучения и т.A.

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 4 1 40

Π- — + — — Q

МЦц Я п„ коэффициент определяемый видом и параметрами анодной нагрузки.

«к

М=—

to, Р гдеКриминации по амплитуде выходного сигнала и определение коэффициента усиления электронного умножителя через интегральный и дифференциальный счет одноэлектронных импульсов в некотором временном интервале, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей способа, интенсивность облучающего потока регулируют до обеспечения частоты счета одноэлектронных импульсов N в интервале и „ < М <

< N . ®„, где М - шумовая частота, N „ - максимальная частота, при которой вероятность перекрытия импульсов соответствует максимально допустимой погрешности измерений, дискриминацию осуществляют последовательно по m ступеням при определенИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Клобухар Ахумада, Майкл Кэрол, Точный метод определения усиления фотоумножителей. - ПдНИ, 1974, Р 9, с. 26-28.

2. Марьин Б. В.,Тельцов И, В. On" ределение,коэффициента усиления ана25 логовых электронных умножителей с экспоненциальным амплитудным распределением заряда на выходе. ПТЭ, 1976, и 1, с. 164-165 (прототип) .

9 945926 10 практически любым распределением од- ном напряжении дискриминации ь U, подноэлектронных импульсов. считывают число импульсов и ...n1, Формула изобретения амплитуды которых U p U, где

Способ измерения коэффициента уси- U<<< - минимальное значение выходления электронного умножителя, вклю- ного сигнала, определяют коэффициент чающий облучение умножителя, измере- усиления электронного умножителя по ние одноэлектронных импульсов в анод- зависимости ной цепи при определенном пороге диск=