SU295098A1 - Моделирующий анализатор снимков пузырьковых камер - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к эксперимеитальиой физике элементарных частиц, а именно к системам дл  автоматической обработки снимков пузырьковых камер.

Известные автоматические измерительные устройства содержат электроннолучевые трубки и управл ютс  электронными вычислительными машинами по принципу «бегущего луча, т. е. все точки каждой проекции стереоснимка пузырьковой камеры (или все точки отдельных зон снимка) в этих устройствах последовательно просвечиваютс  световым лучом с экрана электроннолучевой трубки. При помощи оптического устройства световой луч образует на поверхности измер емого снимка световое п тно, размеры которого меньще пли соизмери.мы с размерами пузырьков, образующих па снимке первичный и вторичный треки событи . Прощедщий через снимок свет собираетс  светоприемником, который при пересечении световым п тном затемненных участков снимка с пузырьками трека формирует электрические импульсы. Эти импульсы при помощи электронных схем однозначно прив зываютс  к координатам пузырьков на снимке. Получаемые координаты пузырьков далее используютс  в электронной вычислительной как материал дл  расчета основных характеристик

зафиксированного па спимке событи  в камере .

Несмотр  на то, что в известных измерительных устройствах измер ютс  координаты не всехпузырьков, имеющихс  на снимке , а только тех, которые на треках интересующего событи  или вблизи трека, пам ть вычислительных мащин загрул аетс  большим объемом информации, часть

которой бесполезна дл  решени  главной задачи обработки, так как пузырьки образуютс  вдоль трека случайно и их координаты вдоль трека не содерл ат полезной информации. Интерес представл ют только

параметры трека как траектории движени  зар женной частицы в камере и плотность вызванной ею ионизации. Получение, а затем математическа  обработка не несущих информации координат составл ют основную загрузку известных измерительных устройств и св занных с ними вычнслительных мащин. Это снн}кает производительность процесса обработки и вызывает необходимость использовать мощные вычислительные маппшы.

. Отмеченный недостаток в значительной мере устранен в предложенном моделирующем анализаторе снимков пузырьковых камер , На фиг. 1 показана блок-схема предла гаемого анализатора; на фиг. 2 - линей ный элемент модели; на фиг. 3 - элект роннолучева  трубка; на фнг. 4 - схема передвижени  светового п тна; на фиг. 5- блок-схема канала выделени  сигнала со гласи . Анализатор работает под контролем упп версальной цифровой электронной вычнсли тельной машины 1, котора  через блок н,ифро-аналоговых преобразователей 2 уп равл ет фокусировкой и отклонением луча в моделирующей электроннолучевой трубке 3. Изображение с экрана этой трубки через систему объективов 4 проектируетс  сразу на три проекции стереоснимка 5 событи  в пузырьковой камере. Три основных фотоэлектронных умножител  6 преобразуют прошедший через снимки свет в электрические сигналы, постунаюн;ие затем в канал 7 выделени  сигнала согласи , выход которого через блок аналого-цифровых преобразователей 8 подключен к входу вычислительной машины 1. Моделируюш.а  электроннолучева  трубка осуществл ет быструю генерацию модели анализируемой траектории но управл ющим сигналам из вычислительной машины . Моделирующа  трубка имеет высокую разрешающую способность. Она относитс  к приемным трубкам, предназначенным дл  работы в системах с «бегущим лучом, по в отличие от обычных трубок описываема  характеризуетс  развитыми функциональными возможност ми и высокими техническими характеристиками. Капал выделени  сигналов согласи  измен ет степень согласи  модели траектории на экране трубки с изображением трека по проекции стереоснимка и определ ет плотность ионизации. По измеренному значению степени согласи  вычислительна  машина подбирает наиболее онтимальные параметры дл  нового варианта модели траектории до тех пор, пока не будет нолучена наивысша  степень согласи , обеспечивающа  требуемую точность определени  параметров траектории. Скорость анализа снимков с номощью описываемого анализатора в основном определ етс  возможност ми примен емой вычислительной машины. Дл  определени  оптимальных параметров одной траектории необходимо испробовать примерпо 20 вариантов параметров. Каждый вариант требует пор дка 10 тыс. арифметических операций . При скорости машины 100 тыс. операций в секунду на вычисление одной траектории в пространстве затрачиваетс  около 2 с. Это означает, что годова  производительность анализатора вместе с вычислительной машиной среднего класса при двухсменной работе составит свыше 1 млн. несложных событий в год. Известные измерительные автоматы, работающие в линии С мощными вычислительными машинами, имеют годовую производительность до 500 тыс. в год каждый. Модель траектории на экране моделнрующей трубки строитс  поэлементно дл  каждого трека трех проекций стереоснимка, т. с. в нространствс камеры. Дл  снимков, имеющих нолезную плон1,адь 104XGO мм-, максимальна  длина элементов модели равна 5 мм, минимальна  0,025 мм. Функ1дионалыгые возможности моделирующей трубкн позвол ют измен ть длину элемента модели симметрично в обе стороны от 0,025 до 5 мм (см. фиг. 2,а), устанавливать его в любой точке рабочей части экрана с точностью 2,5 мк, вращать элемент модели вокруг центра симметрии на угол ±90° с дискретностью 1-2 мрад (см. фиг. 2,6 и в), изгибать элемент модели до необходимого радиуса кривизны по закону симметричной параболы с вершиной в центре симметрии (см. фиг. 2,г и д). В начале анализа по данным предварительного просмотра и оцифровывани  линейп1: ,1Й элемент модели располагают р дом с началом первичного трека гга одной нз трех проекций и нр мым варьированием параметров точно устанавливают на изображение трека. Установка производитс  на каждой из трех проекций. Затем участок согласи  расшир ют и дополнительно варьирзют один комбинирова гп1ый параметр - тот, о котором дополнительный участок трека содерл{ит болыне всего информации. Участок согласи  расшир ют до тех пор, пока не исчерпаетс  весь трек. После каждого варьировапи  уточн ют материалы ошибок параметров. Возможность одновременного анализа трех проекций событи  при поочередности в пределах одного элемента модели (можно сделать внеочередной анализ в пределах отдельного пззырька) ускор ет процесс анализа параметров траектории в пространстве и допускает быстрый обмен дополнительной информацией между проекци ми стереоснимка, что особенно важно при анализе сложных событий, прерывистых пересекающихс  н параллельных треков и т. д. Особенности моделирующей электроннолучевой трубкн но сн ютс  фиг. 3. На колбе 9 трубки установлены магнитные электроннооптнческие элемепты, с помощью коорых осун;ествл ютс  юстировка луча и правление режимом работы трубки. Глава  фокусирующа  линза 10 фокусирует лектронный луч и проектирует на экран рубки изображение кроссовера электроной пушки. В качестве главной лннзы приен етс  система сильной фокусировки на снове тринлета магнитных квадрунольных инз.

изображение элемента модели, так как элемент модели - это не сплошной штрих, а геометрическое место точек, что позвол ет прош,упывать каждый отдельный пузырек трека, и обеспечивает в процессе этого формировани  небольшие поперечные отклонени  - вибрации светового п тна на экране, которые необходимы дл  выделени  сигнала согласи .

Главна  отклон юща  система 12 позвол ет установить элемент модели в любую точку рабочей части экрана (104X60 мм). Отклонение в двух взаимно перпендикул рных направлени х осуществл етс  двум  парами отклон ющих катушек без ферромагнитного сердечника. Это позвол ет исключить вли ние гистерезисных  влс1 ий в сердечпике. В св зи с тем, что отклон ть на значительные углы () приходитс  не отдельный луч, а целый элемент модели, диаметр пучка в области отклонени  существенно уменьшен за счет трансформации фазового объема пучка продольным ускор ющим полем, создаваемым спираль1ГОЙ электростатической липзой 13. При этом сохран етс  высока  разрешающа  способность трубки и отпадает необходимость в сложных системах динамической коррекции фокусировки и астигматизма.

Магнитна  октупольна  линза 14, установленна  эксцентрично относительно оптической оси трубки, обеспечивает изгиб линейного элемента модели по закону параболы с вершиной в центре его симметрии .

Вращение линейного и изогнутого элементов модели относительно центра симметрии осуществл етс  системой слабых коротких магнитных линз 15, котора  при небольшом сжимающем воздействии обеспечивает плавное вращение элемента модели на заданные углы.- Магниты 16 служат дл  юстировки электронного луча относительно колбы трубки. . Процесс выделени  сигнала согласи  в описываемом анализаторе осуществл етс  по методу трехполосного разложени  зоны, прилегающей к элементу модели. С этой целью при формировании элемента модели световое п тно, передвига сь вдоль элемента модели, одновременно совершает быстрые колебани  с малой амплитудой перпендикул рно направлению движени  (см. фиг. 4,а, б), т. е. световое п тно 1 епрерывно анализирует зону вблизи продольной оси элемента модели, а канал выделени  сигнала согласи  обрабатывает результаты этого анализа.

Опорный генератор 17 генерирует синусоидальные колебани  с такой частотой, котора  при формировании элемента модели обеспечивает поперечное прохождение светового п тна через каждый пузырек трека по 3-5 раз, что необходимо дл  выделени  сигнала согласи  отдельно по каждому

пузырьку, с выхода генератора 17 напр жение подаетс  на усилитель тока соответствующей пары катушек системы 11 предварительного отклонени  и на схему 18 разделени  уровней. На эту схему через усилитель-распределитель 19 также подаютс  сигналы с нагрузок фотоэлектронных умножителей 6.

Работа схемы 18 разделени  уровней по сн етс  эпюрой на фиг. 4,в. Разделение осуществл етс  по временному принципу путем стробировани  сигналов ФЭУ пр моугольными импульсами с определенными длительностью и фазовым положением по

отношению к напр жению генератора 17. Выделенные сигналы верхнего, среднего и ннжнего уровней через интеграторы н аналого-цифровые преобразователи поступают на входы вычислительной машины.

Одновременно сигналы верхнего, среднего и нижнего уровней поступают на схему 20 перемножени  уровней, выход которой через интегратор и аналого-цифровой преобразователь 21 также св зан с входом вычислительной машнны. Перемножение уровней позвол ет формировать наиболее ценную часть сигнала согласи  - мультипликативный сигнал согласи , который отличаетс  высокой чувствительностью к небольшим отклонени м пузырьков от продольной оси элемента модели.

Дл  определени  величины плотности ионизации сигнал с выхода усилител -раснределител  19 пропускают через фильтр

нижних частот 22, где выдел етс  та часть, котора  пропорциональна количеству встреченных пузырьков Tia данном элементе модели , когда последний точно совмещен с участком трека. В тех случа х, когда пузырьки на треке расположены очень плотно , нижнюю границу дл  числа пузырьков можно вычислить по отношению длины участка трека к видимому диаметру пузырька и по величине среднего уровн  сигнала согласи .

Claims (3)

1. Моделирующий анализатор снимков пузырьковых камер, содержащий электроннолучевую трубку, св занную с цифровой электронной вычислительной машиной через блок цифро-аналоговых преобразователей , а также фотоэлектронные умножители, соединенные через блок аналого-цифровых преобразователей с электронной вычислительной манлпюй, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью ускорени  автоматического определени  параметров траекторий зар женных частиц в пузырьковой камере, . ta колбе электроннолучевой трубки вдоль ее оптической оси установлены система сильной ФОКУСИРОВКИ, содержаща  триплет магнитных квадрупольньтх линз, отклон юща  система дл  мнкровибрации, нелинейпа  линза дл  фуикц1юиал зного прогиба, набор слабых вращающих соленоидов н магнитна  система прецизионного отклонени .

2. Анализатор по и. 1, отличающийс  тем, что, с целью формировани  мультипликативного сигнала согласи , он содержит стробоскопический мультипликатор

сигнала согласи  н синхронизатор, св занный с отклон ющей системой дл  микровибрации .

3. Анализатор по н. 1, отличающийс   тем, что, с целью упрощени  процесса анализа параметров траектории, он снабжеп трем  лентопрот жными механизмами и электро 1ной системой.

с,/

/J /

Ось

Пузырьки модел г

Фиг.

К J/.M