Счетчик фотонов

Счетчик фотонов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 100481 (21) 3270б56/18-25 ($1) М. Кл. с присоединением заявки ¹G 01 J 1/44

Государственный комитет

С С С Р но делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (531УДК 535. 242 (088. 8) Опубликовано 2310.82, Бюллетень ¹ 39

Дата опубликования описания 23. 10. 82 (72) Авторы изобретения

О. Е. Вилитис, A. П. Круминьш, А. Г. Стродс и У. В. Янсон

Латвийский ордена Трудового Красного Знамени ., государственный университет им. П. Стучки и Физико-энергетический институт AH ЛатвИйской .ССР (71) Заявитель (54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, химии, биологии, медицинв, 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 (1 3.

Недостатком 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 ко-. торых 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 управления, второй

5 вход соединен с генератором импульсов, а третий вход соединен с первым выходом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентиля, а вычитаю 10 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.кодов, другой вход которого

2р 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 .второго делителей частоты импульсов, при этом выход второго делителя частоты импульсов соединен с блоком управления, а формирователь тактовых импульсов соединен с прерывателем света (21.

968624

Недостаток известного устройства состоит в недостаточной помехоустой-" чивости 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, являет- 10 ся дополнительным, вторым возможным 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 помехозащищенности.

Указанная цель достигается тем, что 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 которого через первый делитель частоты импульсов соединен с выходом 35 третьего вентиля, один вход которого соединен с выходом блока управления второй вход соединен..с генератором импульсов, а третий вход соединен первым выходом реверсивного счетчика., 4Q 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 счетчика соединен с одним входом блока памяти, другой вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с одним входом блока сравнения кодов, другой вход которого соединен с блоком установки коцов, два выхода блока сравнения кодов соединены с блоком управления, а третий выход соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с установочными входами первого и второго делителей частоты импульсов, при этом выход второго делителя частоты импульсов соединен с блоком управления, 6О а формирователь актовых импульсов соединен с прерывателем света, введены дополнительные блок установки кодов, блок сравнения кодов, элемент

ИЛИ и блок формирования импульса 65

"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 — c выходом дополнительного блока сравнения кодов, один вход которого соединен с вторым выходом реверсивно-о счетчика, а другой вход соединен с дополнительным блоком установки кодов.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Счетчик фотонов содержит последовательно установленные источник 1 света, прерыватель 2 света и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 3, подключенный к дискриминатору 4, а также формирователь 5 тактовых импульсов„ блок

6 установки 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 счетчик- 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 соецинен с одним входом блока

7 сравнения 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, целителей 8 и 9 частоты импульсов, при этом выход второ968624

ro делителя 9 частоты импульсов соединен с блоком 10 управления, а формирователь 5 тактовых импульсов соединен с прерывателем 2 света. Блок

23 формирования импульса "цикл" соединен с блоком 5 формирования тактовых 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 ИЛИ

22 один вход которого соединен с входом сброса основного счетчика 14 а другой вход — с выходом дополнительного блока 21 сравнения кодов, 15 один вход которого -соединен с вторым выходом реверсивного счетчика

13, а другой вход соединен с дополнительным блоком 20, установки кодов. 20

Устройство работает следующим образом.

Сигнал сброса от блока 10 управления поступает на основной счетчик

14 и через элемент ИЛИ на реверсив — 25 ный счетчик 13 и формирователь 23 им.пульса "цикл". Хоэффициенты деления делителей 8 и 9 всегда равны и в исходном положении равны 1. С поступлением первого тактового импульса 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 электроды, которые умножаются диодной системой и поступают в виде электрических импульсов на дискриминатор 4.

Нормированные по амплитуде и длительности импульсы через первый вентиль 11 с момента поступления второ- 4О го тактового импульса в течение второго такта попадают на суммирующий вход реверсивного счетчика 13, в котором накапливается сумма световых и шумовых импульсов (Nc+ Nm 45

В течение третьего такта закрывается прерыватель 2 света при этом вентили 11 и 12 закрыты. С поступлением очередного тактового импульса в чет-вертом, завершающем такте первого цик-50 ла измерения открывается второй вен.тиль 12 и через элемент ИЛИ 16 на вычитающий вход реверсивного счетчика

13 поступает число импульсов йш поскольку прерыватель 2 света в 55 это время закрыт. Таким образом, в реверсивном счетчике 13 накопленный счет импульсов соответствует количеству Мс фотонов, поступающих в течение второго такта первого цикла на фотоэлектронный умножитель 3.

Число У, накопленное в реверсивном счетчике 13 за первый цикл измерения, записывается в блоке 15 памяти и в блоке 7 сравнения кодов сравнивается 65 с числом Х 6 установки кодов из совокупности чисел X„, Х,..., Х„ < Х „сХ,устанавливаемых в блоке 6 установки кодов.

Чо установочным входам делителей 8 и 9 частоты импульсов через дешифратор 19 из блока 7 сравнения кодов

IIo,;zóëý ò сигнал, устанавливающий соответствующий коэффициент деления делителей. Чем больше отношение Xn/Y тем больше коэффициент деления к .

Одновременно число накопленных импульсов Y в дополнительном блоке 21 сравнения кодов сравнивается с числом

2,,установленном в дополнительном блоке 20 установки кода. Число z выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие > z при наличии помех в цикле измерения.

Если > на выходе дополнительного блока 21 сравнения кодов выдается сигнал сброса, который, через дополнительный элемент ИЛИ 22 воздействует на реверсивный счетчик . 3 и блок 23 формирования импульса "цикл" устанавливая их в исходное состояние.

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 вехбтиль 18 и первый делитель 8 частоты импульсов поступают на вход основного счетчика 1- . 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, закрывающий третий 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 деления первого делителя

8 частоты импульсов установлен pabным значению

С очередным тактовым импульсам 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 с z через первый делитель 8 частоты импульсов заносится непосредственно в основной счетчик 14. Если в каком-то из циклов измерения 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 фор968624 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 !О второго делителя 9 частоты импульсов, в момент появления на его выходе импульса. Таким образом, количество циклов определяется коэффициентом деления K делителей 8 и 9 частоты импульсов величйну которого определяет отношение Х /Y. Следовательно, результат измерения, полученнйй на .основном счетчике 14, всегда нормируется к одному циклу. 20

Количество циклов "К" определяется установкой коэффициентов деления делителей 8 и 9 частоты импульсов,что зависит от отношения Хп/Y. Следовательно, при выбранном Х„ чем, меньше З, 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 позволяет 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 автомати- 40 ческих измерительных систем, применяемых в разных отраслях народного хозяйства, например, медицине,геологии, биологии, химии. Кроме того, предлагаемый счетчик фотонов позволя- 45 ет 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 помеха. Это также важно, поскольку время измерения при слабых и сверхслабых интенсивностях света ..может достигать

10 — 10 с.

Формула изобретения

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 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 счетчика. соединен с одним входом блока памяти, другой вход которого соеди нен с блоком управления, а выход соединен с одним входом блока сравнения кодов, другой вход которого 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 первого и второго делителей частоты импульсов, при этом выход второго делителя частоты импульсов соединен с блоком управления, а формирователь тактовых импульсов соединен с прерывателем света, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения

;помехозащищенности в него введены доI полнительные 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

1. Авторское свидетельство СССР

9 717561 кл. С 01 3 1/44, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

М 790932, кл. G 01 J 1/44, 1981, (прототип).

968624

Составитель Е.Глазкова

Редактор Г. Ус Техред.Ж.Кастелевич ХорректорМ Шароши

Заказ 8143/67 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и отКрытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская йаб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4