SU1670545A1 - Способ дл исследовани кинетики затухани люминесценции при возбуждении импульсным излучением и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение может использоватьс  при фундаментальных исследовани х, в частности дл  изучени  кинетики затухани  люминесценции, наблюдаемой после импульсного возбуждени  образца. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  путем устранени  искажени  статистического распределени , возникающего за счет регистрации временного положени  всех импульсов как одиночных. В способе дополнительно определ етс  временное положение двойных, тройных и т. д. "слипшихс " световых импульсов в отдельности с последующим цифровым накоплением информации. В устройстве дл  реализации способа образец, помещенный в криостат, облучаетс  импульсом света, на пути лазерного излучени  стоит прозрачна  пластина, часть отраженного света от пластины попадает на датчик блока временной прив зки, который вырабатывает импульс, соответствующий моменту импульса лазерного излучени  и  вл ющийс  запускающим дл  блока регистрации. Люминесценци  образца после лазерного облучени  через конденсор и монохроматор попадает на вход ФЭУ, работающего в режиме счета фотонов. Сигнал с ФЭУ попадает в предварительный усилитель, который необходим дл  нормальной работы дискриминаторов, первый из которых настроен на фиксацию одиночного импульса, второй - импульса двойного "слипани " и т. д.

N-й дискриминатор настроен на фиксацию испульса N-го "слипани ". На выходах дискриминаторов формируютс  импульсы, необходимые дл  нормальной работы блока регистрации, регистрирующего их временное положение, и по окончанию цикла регистрации информаци  о временных положени х одиночных и "слипшихс " импульсов передаетс  в ЭВМ, в которой по соответствующей программе осуществл етс  временной анализ измерени  и накопление сигнала до соответствующего уровн . По окончании цикла накоплени  информаци  обрабатываетс  на ЭВМ. 2 с.п. ф-лы, 13 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано1 при фундаментальных исследовани х, в ча: стности, дл  изучени  кинетики затухани 

люминесценции, наблюдаемой после импульсного возбуждени  образца.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  путем устранени  искажени 

статистического распределени , возникающего за счет регистрации временного положени  всех импульсов как одиночных.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - функциональна  схема устройства, выдел ющего одиночные и двойные импульсы; на фиг. 3 - схема блока регистрации; на фиг. 4 - функциональна  схема блока запуска и развертки; на фиг. 5 и 6 - функциональна  схема и временные диаграммы работы распределител ; на фиг. 7 - функциональна  схема блока защелок; на фиг. 8 - функциональна  схема защелки; на фиг. 9 - функциональна  схема счетчика; на фиг. 10 - функциональна  схема блока оперативного запоминающего устройства (ОЗУ); на фиг. 11 - функциональна  схема  чейки ОЗУ; на фиг. 12 - временна  диаграмма работы блока запуска и развертки; на фиг. 13 - алгоритм работы ЭВМ.

Устройство (фиг. 1) содержит образец в криостате 1, конденсор 2, монохроматор 3, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 4, предварительный усилитель 5, лазер 6, блок 7 временной прив зки, прозрачную пластину 8, п дискриминаторов 9, 10,...п, блок 11 регистрации и вычислитель - ЭВМ 12.

Образец, помещенный в криостат 1, облучаетс  импульсом света. На пути лазерного излучени  стоит прозрачна  пластина 8, часть отраженного света от пластины 8 попадает на датчик блока 7 временной прив зки , который вырабатывает импульс, соответствующий моменту импульса лазерного излучени  и  вл ющийс  запускающим дл  блока 11 регистрации. Люминесценци  образца после лазерного облучени  через конденсор 2 и монохроматор 3 попадает на вход ФЭУ 4, работающего в режиме счета фотонов. Сигнал с ФЭУ 4 попадает в предварительный усилитель 5, который необходим дл  нормальной работы дискриминаторов 9, 10.... Первый дискриминатор настроен на фиксацию одиночного импульса (при превышении некоторого значени  Unop.i), второй - импульса двойного слипани  (превышение Unop.2, причем Unop.2 Unop.i), и т.д., п-й - на фиксацию импульса n-го слипани  (превышение Unop.n, Unop.(n-i)). На выходах дискриминаторов формируютс  импульсы, необходимые дл  нормальной работы блока 11 регистрации. Блок регистрирует их временное положение и по окончании цикла регистрации информаци  о временных положени х одиночных и слипшихс  импульсов передаетс  в ЭВМ 12. в которой по соответствующей программе осуществл етс  временной анализ измерени  и накопление сигнала до соответствующего уровн . По окончании цикла накоплени  информаци  обрабатываетс  на ЭВМ 12.

С увеличением интенсивности фосфоресценции увеличиваетс  веро тность по влени  слипшихс  импульсов, причем в зависимости от интенсивности фосфорес- ценции веро тности по влени  двойных, тройных и т.д. слипшихс  импульсов различ0 ны. При очень малых интенсивност х веро тность по влени  одиночного импульса очень высока, двойного - существенно ниже , тройного и т.д. практически равна нулю. При увеличении интенсивности падает ве5 ро тность по влени  одиночного импудьса, возрастает веро тность по влени  двойного , тройного и т.д. импульсов. Обща  тенденци  при увеличении интенсивности следующа : возрастает веро тность по в0 лени  импульсов с более высоким числом слипани  импульсов п и падает с более низким ( соответствует одиночным импульсам ). Таким образом, если выбирать интенсивность, при которой веро тность

5 по влени  тройного слипшегос  импульса значительно ниже двойного, то при использовании предложенной схемы уменьшаетс  врем  накоплени  за счет увеличени  интенсивности фосфоресценции и увели0 читс  точность регистрации за счет регистрации двойных импульсов.

Блок 11 регистрации содержит блок 13 запуска и развертки, распределители 14 и 15, блоки 16 и 17 защелок, блок 18 и 19 ОЗУ,

5 блок 20 св зи и селектор-мультиплексор 21 данных.

Блок 13 запуска и развертки образуют элемент И 22,триггер 23, элемент ИЛИ 24, генератор 25, триггер 26, элемент И 27. фор0 мирователи 28-30, счетчик-делитель 31, счетчик 32, элемент ИЛИ 33, счетчик 34 и селектор-мультиплексор 35.

Распределитель 14 содержит элемент И 36, счетчик 37. формирователь 38, инвертор

5 39, элемент И 40, дешифратор 41 и элементы И 42 - 45.

На фиг. 6 представлены эпюры напр жений: а - сигнала Сброс, б - на выходе формировател  38.

0 Блок защелок состоит из защелок 46 - 49, кажда  из которых выполнена на регистрах 50 и 51, триггере 52 и мультиплексоре 53.

Счетчик 32 включает в себ  счетчик 54,

5 формирователь 55, элемент И 56 и элемент ИЛИ 57.

Блок 18 ОЗУ содержит  чейки 58 - 61,кажда  из которых состоит из мультиплексора 62, элемента ИЛИ 63, формировател  64, счетчика 65, формировател  66,

триггера 67, элементов И68 - 70, ОЗУ 71, инвертора 72, регистра 73 и мультиплексора 74.

На фиг. 12 представлены следующие эпюры напр жений: а - на выходе мультиплексора 35; б - на выходе формировател  28; в - на выходе формировател  29; г-на выходе формировател  30; д - на выходе элемента ИЛИ 33; е - на выходе младшего разр да счетчика 32; ж - на выходе младшего разр да счетчика 34; з - результирующие моменты переключени  каналов; и - на выходе 2 элемента ИЛИ 63  чейки ОЗУ; к - на выходе формировател  66  чейки ОЗУ; л - на выходе инвертора 72  чейки ОЗУ.

Блок 11 регистрации работает следующим образом.

Перед началом цикла накоплени  с помощью уставки задаетс  ширина канала. Из ЭВМ 12 через блок 20 св зи поступает сигнал Сброс, который приводит все узлы блока 11 регистрации в исходное состо ние, затем следует сигнал Разрешение работы, разрешающий прохождение импульса запуска (Пуск) с блока 7 временной прив зки. Первый пришедший импульс Пуск разрешает прохождение одиночных и двойных импульсов с дискриминаторов 9, 10 уровн .

Одиночные импульсы попадают в распределитель 14, а двойные - в распределитель 15. Импульсы с распределителей 14 и 15 поступают в блоки защелок 16 и 17.

Одновременно в блоки защелок поступают сигналы номеров канала с блока 13 запуска и развертки, которые фиксируютс  в блоках 16 и 17 защелок. После фиксации эта информаци  переписываетс  в блоки 18 и 19 ОЗУ. По окончании развертки ЭВМ 12 через блок 20 св зи считывает номера  чеек m и к блоков ОЗУ 18 и 19, в которые была сделана последн   запись, а затем содержимое  чеек 0 - m блока ОЗУ 18 и 0 - k блока ОЗУ 19 считываетс . На этом цикл регистрации заканчиваетс . В ЭВМ 12 производитс  временной анализ импульсов и по окончании цикла накоплени  производитс  дальнейша  обработка результатов эксперимента.

Блок 13 запуска и развертки (фиг. 4) работает следующим образом.

Сигнал Сброс ЭВМ 12 из блока 20 св зи поступает на первый вход элемента ИЛИ 24, одновременно он сбрасывает счетчик-делитель 31 и счетчики 32 и 34. Сигнал с выхода элемента ИЛИ 24 сбрасывает триггеры 23 и 26. Сигнал Разрешение работы с блока 20 св зи устанавливает триггер 23. разреша  прохождение сигнала Пуск с блока 7 временной прив зки через элемент И 22, первый из которых устанавливает

триггер 26. Высокий уровень с пр мого вы хода триггера 26 разрешает прохождение импульсов с генератора 25 через элемент И 27 на вход счетчика-делител  31, выходы которого соединены с информационными входами мультиплексора 14. В зависимости от уставки, поступающей на управл ющие входы мультиплексора, на его выходе име0 ютс  сигналы выбранного разр да счетчика- делител  31 (фиг. 12). С выхода мультиплексора 35 сигнал поступает на вход формировател  28, на выходе которого формируетс  импульс длительностью 20 не

5 по перепаду из О в 1 (фиг. 12), поступающий на входы счетчика 32 и формировател  29. Выход первого разр да счетчика 32 показан на фиг. 11е. С выхода формировател  29 импульс (фиг. 12в) положительной пол р0 ности длительностью 25 не поступает на вход формировател  30 и первый вход элемента ИЛИ 33. Импульс с выхода формировател  30 (фиг. 12г) поступает на вход счетчика 34 и второй вход элемента ИЛИ 33,

5 выходной сигнал которого (фиг. 12д) поступает в блоки 16 и 17 защелок в качестве сигнала Признак, а сигналы со счетчиков 32 и 34 - в качестве информационных сигналов . Сигнал с инверсного выхода триггера

0 26 поступает в блоки 18 и 19 ОЗУ в качестве сигнала Разрешение записи, а сигнал с пр мого его выхода поступает н  входы распределителей 14 и 15, разреша  прохождение импульсов с дискриминаторов 9 и 10.

5 Сигнал переполнени  счетчика 32. пройд  элемент ИЛИ 24, сбрасывает триггеры 23 и 26, запреща  прохождение импульсов с генератора 25 и дискриминаторов 9 и 10 на распределители 14 и 15. Высокий уровень с

0 инверсного выхода триггера 26 запрещает запись информации п блоки 18 и 19 ОЗУ. Сигнал переполнени  счетчика 32 поступает через блок 20 св зи в ЭВМ 12 в качестве признака об окончании-цикла измерени .

5Распределители 14 и 15 по своей схеме

идентичны. При поступлении сигнала Сброс (фиг. 6а) на вход формировател  38, на его выходе образуетс  импульс (фиг. 6), который, пройд  элемент И 40, поступает на счетный вход счетчика 37. происходит уста0 новка счетчика в О (на установочных входах низкий потенциал).

Сигнал Разрешение (высокий уровень ) разрешает прохождение импульсов с дискриминаторов. В зависимости от состо5  ни  выходов дешифратора 41 разрешаетс  прохождение сигнала с выхода элемента И 36 через один из элементов И 42 и 43. Выходной сигнал инвертора 39. пройд  элемент И 40, переключает счетчик 37, который измен ет состо ние дешифратора 41. Таким образом, на выходах элементов И 42-45 образуютс  сигналы, соответствующие времен нЬму положению входногоо сигнала с дискриминатора, но частота по влени  на выходе каждого элемента И 42-45 в 4 раза ниже частоты входного сигнала.

Блоки 16 и 17 защелок по своей схеме идентичны. Необходимость блоков защелок обусловлена следующим. Сигналы с дискриминаторов , временное положение которых необходимо зафиксировать, поступают в любые моменты времени. Блок 13 запуска и развертки имеет два счетчика, работающие с некоторым временным сдвигом (фиг. 12 е, ж),а также вырабатывает сигнал Признак. По вление переднего фронта этого сигнала свидетельствует о том. что переходные процессы в счетчике 32 закончены, а в счетчике 34 еще не начались, а по вление заднего фронта свидетельствует об окончании переходных процессов в счетчике 34 (фиг. 12д). Таким образом, если фиксировать значение счетчиков 32 и 34 в зависимости от значени  сигнала Признак, неопределенность исключаетс . В св зи с тем, что съем информации происходит с различных счетчиков в зависимости от значени  сигнала Признак , то фактическое переключение каналов происходит в моменты to, ti, 12 to (фиг. 12).

Схема блока 16 защелок состоит из четырех идентичных схем защелок. Защелки работают следующим образом.

С приходом записывающего импульса происходит фиксаци  состо ни  счетчика 32 в регистре 50. счетчика 34 в регистре 51 и сигнала Признак в триггере 52. Выходы регистров соединены с информационными входами мультиплексора 53, на управл ющий вход которого поступает сигнал с инверсного выхода триггера 52, в зависимости от зафиксированного значени  сигнала Признак на выходе мультиплексора 53 присутствует значение с регистра 50 или 51.

Блоки 18 и 19 ОЗУ состо т из четырех идентичных  чеек 58-61, наличие которых определ етс  следующим. Сигнал с выхода дискриминатора 9 на вход блока 11 регистрации может поступать с минимальным периодом 40 не, а полный цикл работы модул  ОЗУ составл ет 130 не. Поэтому, если на вход модул  ОЗУ поступает каждый четвертый импульс с дискриминатора, то исключаетс  потер  информации при максимальной интенсивности входных сигналов.

Модуль ОЗУ работает следующим образом .

При поступлении сигнала Сброс устанавливаетс  в О счетчик 65 адреса и триггер 67 переполнени .

В цикле измерени  на вход WR ОЗУ 71 поступает сигнал низкого уровн  Разрешение записи из блока 13 запуска и развертки , который переводит ОЗУ в режим записи.

Сигнал f3an положительной пол рности поступает на формирователь 64, сигнал с выхода которого пройд  элемент И 70, поступает на вход В К, ОЗУ и осуществл ет запись информации, поступающей с блока

16 (17) защелок. Одновременно этот импульс поступает на счетный вход счетчика 65 через элемент И 69. По окончании действи  импульса счетчик 65 перебрасываетс  в следующее состо ние. При переполнении

счетчика 85 устанавливаетс  в 1 триггер 67.

В режиме считывани  считываетс  два вида информации - содержимое ОЗУ и номер адреса  чейки, в которую должна быть

записана информаци  с защелок. Это объ сн етс  тем, что в цикле записи заполн ют-, с  не все  чейки, а часть из них, и если известен номер первой  чейки, в которую еще не записана информаци , то необходимо сосчитать содержимое  чеек с нулевого адреса по данную. Дл  считывани  номера адреса на управл ющий вход мультиплексора 74 достаточно подать высокий уровень. Информаци  со счетчика 65. поданна  на

входы В мультиплексора, поступает на его выход.

Дл  считывани  информации с ОЗУ 71 на вход А мультиплексора 62 с блока 20 св зи с ЭВМ 12 поступает номер адреса

 чейки, из которой считываетс  информаци  и поступает на установочные входы счетчика 65. Сигнал считывани  с блока 20 св зи с ЭВМ 12 через элемент ИЛИ 63 по: ступает на вход EWR счетчика 65 и переводит его в режим записи Этот же сигнал, пройд  формирователь 66 и элемент И 69. поступает на счетный вход С счетчика 65 и устанавливает счетчик в соответствии с заданным кодом. По окончании импульса формировател  66, выходной сигнал элемента И 68, пройд  элемент И 70, поступает на вход ВК ОЗУ 71; происходит считывание информации . Одновременно импульс с выхода инвертора 72 фиксирует эту информацию в

регистре 73. С выхода регистра 73 информаци  поступает на информационный вход А мультиплексора 74 и может быть считана в ЭВМ 12.

Блок 20 св зи осуществл ет св зь ЭВМ

12с регистрирующим устройством 11 и выполнен на двух платах 12. которые вставлены в корзину ЭВМ. Мультиплексор 74 осуществл ет подключение информации с соответствующего блока ОЗУ к блоку 20 се 

зи в зависимости от кодовой комбинации на выходе блока 20 св зи,

ЭВМ 12 управл ет работой блока 11 регистрации и осуществл ет временной анализ поступившей информации согласно алгоритму работы. В начальный момент ЭВМ 12 выдает сигнал Сброс, затем сигнал Разрешение измерени  и ожидает окончани  измерени . По окончании измерени  ЭВМ 12 считывает значени  адрес- ных счетчиков с блоков ОЗУ 18 и 19. В случае переполнени  одного из счетчиков ЭВМ 12 осуществл ет новый запуск цикла измерени , в противном случае считывает информацию из пам ти блоков ОЗУ. После считывани  информации ЭВМ 12 запускает блок 11 регистрации и производит преобразовани  с поступившей информацией. Информацию первого цикла измерени  ЭВМ заносит в соответствующие  чейки рабоче- го массива, дл  последующих циклов производит сложение результатов со значени ми соответствующих  чеек в рабочем массиве. Результат сложени  остаетс  в тех же  чейках рабочего массива. Далее ЭВМ 12 прове- р ет, был ли это последний цикл измерени , Если нет, то цикл запуска и измерени  повтор етс , если да - происходит останов работы (программы.

Положительный эффект достигаетс  за счет выделени  и регистрации каждого импульса , как одиночного, так и слипшихс , что не искажает статистическое распределение .

Claims (2)

1. Способ дл  исследовани  кинетики затухани  люминесценции при возбужде2

нии импульсным излучением путем регистрации временного распределени  отдельных фотонов с применением цифрового накоплени  информации дл  выделени  периодических сигналов из некоррелированного шума, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  путем устранени  искажени  статистического распределени  возникающего за счет регистрации временного положени  всех импульсов как одиночных, дополнительно определ ют временное положение отдельно двойных, тройных,... n-кратных световых импульсов с последующим цифровым накоплением информации.

2. Устройство дл  исследовани  кинетики затухани  люминесценции при возбуж- дении импульсным излучением, содержащее блок регистрации, лазер, оптически соединенный через прозрачную пластину , с одной стороны с входом блока временной прив зки, а с другой - с последовательно соединенными криостатом,кон- денсором, мон ох ром а то ром и фотоэлектронным умножителем, выход которого подключен к входу предварительного усилител , отличающеес  тем, что в него введены первый - n-й дисктримина- торы и вычислитель, причем выход предварительного усилител  соединен с входами первого - n-го дискриминаторов, выходы которых соединены соответственно с первым - п-м входами блока регистрации, на (п+1)-й вход которого подана уставка. (п+2)-й вход св зан с выходом блока временной прив зки , а двунаправленные шины вход-выхода подключены к вычислителю.

фиа/

ГГг

 

J Ус/по&ка

Фт.г

Ok б

Ус/псгбха f

«j 4. ZJ/

0./

.J

УЙУф..

Ote7

jn

Лж| А

ДО

Л

faffjpffjp

Лерелот

Фиг.9

Фиг. 10

Риг. /2

С защелки(Юрозр)

Сосчитать змачени

адресных cvemwmt

03У 1 г озу8

До

Сос1/(//па/пб содержимое пам ти ff/ioxoi ОЗУ

Не/л

Произвести лреобаь fсложить i/toesyJi ГПОЯШ fCOOff Pf/H. JNO4ent/a6poff occt/6

J

Не/л

( Конец J