SU1374063A1 - Дифференцирующий счетчик фотонов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области технической физики и может быть ис1 пользовано при регистрахщи слабых световых потоков в физике, химии, биологии и т.д. Устройство предназначено дл  регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике , химии, биологии, медицине и др., а также дл  использовани  в системах автоматического регулировани . Изобретение позвол ет повышать точность регистрации малых изменений светового потока при воздействии некоторого параметра. Устройство дает возможность регистрировать первую производную интенсивности светового потока. Дл  достижени  цели в изобретение вводитс  триггер знака, злемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ и инвертор.

Description

со

Изобретение относитс  к технической физике и может быть использовано при регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, химии, биологии, медицине, геологии и др.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  малых изменений светового потока на большом фоне.

На чертеже представлена блок-схема дифференцирующего счетчика фотонов .

Дифференцирующий счетчик фотонов содержит источник 1 света, модул тор 2, которые вместе образуют источник модулированного света, фотоэлектронный умножитель 3, дискриминатор 4, включенные последовательно, формирователь 5 тактовых импульсов, блок 6 установки кода, устройство 7 сравне- НИН кодов, первый делитель 8 частоты, второй делитель 9 частоты, блок 10 управлени , первый вентиль 11, второй вентиль 12, реверсивный счетчик 13, основной счетчик 14, блок 15 пам ти, элемент ИЛИ 16, генератор 17 импульсов , третий вентиль 18, дешифратор 19 триггер 20 знака, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, инвертор 22. Формирователь 5 тактовых импульсов соединен через делитель 9 частоты с блоком 10 управлени  и с входом элемента ИСКШО- ЧАМДЕЕ ИЛИ 21, второй вход которого подключен к выходу триггера 20 знака, а выход подключен к входу вентил  11 и через инвертор 22 к входу вентил  12. Выход дискриминатора через вентили 11 и 12 и элемент ИЛИ 16 подключен к входам реверсивного счетчика 13, выход которого подключен к блоку 15 пам ти, а выход заема - к входу триггера 20 знака. Выход блока 15 пам ти и выход блока 6 установки кодов подключены к входам блока 7 сравнени  кодов, выходы которого подключены к блоку 10 управлени  и к входу дешифратора 19, выходы которо- го подключены к делител м 8 и 9 частоты . Генератор 17 импульсов через вентиль 18 и делитель 8 частоты подключен к входу основного счетчика 14 Устройство работает следующим образом .

При подаче на управл ющий вход блока 10 управлени  сигнала Пуск блок подготавливаетс  к приему синхросигнала , устанавливают на Ноль ре- версивньш счетчик 13, основной счетчик 14, коэффициенты делени  первого

5 0 5 0 j

0

8 и второго 9 делителей частоты равными единице, сбрасывают триггер 20 знака и в зависимости от синхросигнала , поступающего от модулированного источника 1 и 2 света через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, инвертор 22, первьй 11 и второй 12 вентили, устанавливает направление счета реверсивного счетчику 13. Измерение начинаетс  с началом первого полупериода синхросигнала. На катод фотоэлектронного умножител  3 фотоны поступают от модулированного источника света. Эти фотоны выбивают из фотокатода фотоэлектронного умножител  3 отдельные электроны, которые умножаютс  его диодной системой и поступают на дискриминатор 4 в виде электрических импульсов. Нормированные по амплитуде и длительности импульсы через вентиль 11 или 12 в зависимости от синхросигнала, поступающего через формирователь 5 от модул тора 2, попадают на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика 13. Если начальное положение модул тора 2 таково , что с первым полупериодом синхросигнала устанавливаетс  пр мое направление счета реверсивного счетчика 13, то импульсы, поступающие от дискриминатора 4, проход т через вентиль 11 на суммирующий вход реверсивного счетчика 13, в счетчике накапливаетс  колих ество импульсов N,, которое  вл етс  суммой световых и шумовых импульсов N +Nm. Во втором полупериоде модул ции поступающий от модул тора 2 синхросигнал измен ет направление счета реверсивного счетчика на противоположное, закрывает вентиль 11 и открывает вентиль 12. Импульсы от дискриминатора 4 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 13, и из количества импульсов N, вычитаетс  количество импульсов N, которое  вл етс  суммой

световых и шумовых импульсов N. Так как количество импульсов N, иNj содержит одно и тоже слагаемое N,, то после вычитани  N, из N, содержимое счетчика 13 соответствует .количество N;,,-N фотонов, поступивших на фотоэлектронньй умножитель в течение периода синхросигнала. Если N,, окажетс  больше N., , то при переходе счетчика 13 через ноль на его выходе заема по вл етс  импульс, который переключает триггер 20 знака.

При этом сигнал от триггера 20 знак через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и инвертор 22 измен ет направление счта счетчика 13 и он снова заполни- ётс .

Если начальное положение модул тора 2 такое, что устанавливаетс  обратное направление счета счетчика 13, то с первым же поступающим на вход счетчика 13 импульсом на выход заема его по вл етс  импульс, который переключает триггер знака и, соответственно, направление счета, и измерение проходит, как описано вьпие.

По истечении периода модул ции в счетчике 13 накопилось bN импульсов . При достаточно малой величине AZ, вызывающей изменение светового потока (модул ции)

, . AN dN lira -г dZ

Это перва  производна  количества импульсов N по модулирующему параметру Z. При Д получаем величину ., , которую можно считать дифференциалом dN. По окончании первого цикла измерени  число Y, накоп- ленное в счетчике 13, записываетс  в блоке 15 пам ти и в блоке 7 сравнени  кодов сравниваетс  с числом X выбранным в блоке 6 установки кодов из совокупности чисел X, jX, ... ,Х :Х., Х. По установочным входам делителей 8 и 9 частоты через дешифратор 19 из блока 7 сравнени  кодов поступает сигнал, устанавливающий соответствующий коэффициент делени . Чем больше отношение , тем больше коэффициент делени  К. После установлени  соответствующего коэффициента делени  сигналом от блока 10 управлени  открываетс  третий вентиль 18, и импульсы от генератора импульсов 1 через вентиль 18 и делитель 8 частоты поступают на вход основного суммирующего счетчика 14. Одновременно импульсы от генератора 17 импульсов через вентиль 18 и элемент ИЛИ 16 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 13. Когда реверсивный счетчик 13 устанавливаетс  на

ноль, на его выходе заема по вл етс 

сигнал, закрывающий вентиль 18. Это означает, что в счетчике 14 накопилось такое количество импульсов, какое было в реверсивном счетчике 13,

-

to 5

0

5 о , Q

0

5

деленное на К,, так как коэффициент делени  установлен равным К.

Команда Конец измерени  на блок 10 управлени  поступает от делител  9 частоты в момент по влени  на его выходе импульса. Таким образом , количество циклов определ етс  коэффициентом делени  и равно коэффициенту делени  делител  8 частоты. Следовательно, результат измерени , полученный на основном счетчике 14, всегда нормируетс  к одному циклу (периоду модул ции).

Количество циклов К определ етс  установкой коэффициентов делени , что, в свою очередь, зависит от отношени  Х„/У. Следовательно, при выбранном Х чем меньше Y, тем больше количество циклов. Тем самым независимо от светового потока, а также от дифференциала AN результат измерени  имеет одинаковую заранее выбранную относительную ошибку.

Данное изобретение позвол ет получить более высокую точность измерений малых изменений светового потока, обусловленную выбором времени накоплени  исход  не из абсолютной величины светового потока, а по величине изменени  этого потока, вызванного изменением модулируемого параметра. Например, при регистрации светового потока 1000 имп/с изменение его на 100 имп/с в прототипе определ ют с с точностью до 20%, а в предложенном устройстве -с относительной погрешностью до 2%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Дифференцирующий счетчик фотонов,. содержащий модулированный источник света, по ходу лучей которого установлен фотоэлектронный умножитель с дискриминатором на выходе, а также формирователь тактовых импульсов, вход которого соединен с модулированным источником света, а выход через один из двух делителей частоты импульсов подключен к одному из входов блока управлени , другой вход которого подключен к выходу блока сравнени  кодов, к одному из входов которого подключен блок установки кодов, выход блока управлени  соединен с входами сброса основного и реверсивного счетчиков , выход блока сравнени  подключен к входу дешифратора, а

   вход соединен с выходом блока пам ти, один вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а другой - к блоку управлени , который подсоединен к одному управл ющему входу третьего вентил , другой управл ющий вход которого соединен с реверсивным счетчиком, вычитающий Ёход которого через элемент ИЛИ соединен с сигнальным входом первого делител  частоты, вход котор ого через третий вентиль соединен с генератором импульсов , а выход - с входом основного счетчика, установочный вход подключен к выходу дешифратора, второй выход которого соединен с установочным входом второго делител  частоты, выход дискриминатора соединен с перлей , выходы которых соответственно соединены с входами реверсивного счетчика и элемейта ИЛИ, отличающийс - тем, что, с целью повышени  точности измерени  малых изменений интенсивности светового йотока на большом фоне, в него дополнительно введены триггер знака,

   элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инвертор, через который второй вход второго вентил  соединен с вторым входом первого вентил  и с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, один вход которого

   соединен с выходом формировател  тактовых импульсов, а другой вход - с вькодом триггера знака, счетный вход которого соединен с выхо - дом заема реверсивного счетчи

   выми входами первого и второго венти- ка.

   j « cmovHux ноду ираU .1- данного света