SU743420A1 - Спектрометрический усилитель - Google Patents

Description

54) СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

1

Изобретение относитс  к  дерной радиоэлектронике и предназначено дл  использовани  в составе прецизионных спектрометров с полупроводниковыми детекторами (ППД) в установках рент .гено-флюоресцентного экспресс-анализа .

Известны линейные спектрометрические Усилители с квазигауссоЕскими фильтрами }-, относ щимис  к фил.ьтрам с посто нными во времени параметрами (врем -независиг-ые) . Работа с данными линейными усилител ми в услови х высоких частот следовани  входных сигналов требует весьма слож ных режекторов, что обусловлено зависимостью длительности по основан-ию такого импульса от его амплитуды. Значительна  длительность сформированного сигнала не позвол ет получать высоких скоростей счета выходных неискаженных наложени ми импульсов спектрометрического усилител .

Более высокие параметры имеют фильтры с переменными во времени параметрами - врем -зависимые 2.

Известен спектрометрический усилитель , содержащий последовательно соединенные линейный усилитель, формирователь на линии задержки, врем зависим .лй стабилизатор базово линии, линейный про ускат,ель, стробируем-лй интегратор и схему временной прив зки , вход которой соединен с выходом врем -зависимого стабилизатора, а танке выходной линейный иропускатель f3.

Одьгако при у1зе.аичении частоты

10 следоваг-ги  выходных СИГНПЛОБ растет число наложенных импульсов вследствие конечно длительности формировани , установленной опт;;мальноГ с точки зрени  высокого э - ергетического раз15 решени  на малой частоте следовани  входных сигналов. Поскольку наложенные илшульсы исключаютс  режектором наложений, то частота следовани  выходных импульсов уменьшаетс . Кроме

20 того, при высоких загрузках ухудшаетс  точность стабилизации базового уровн , так как стабилизаци  осуществл етс  Б интервалах отсутстви  сигнала на входе врем -зависимого ста25 билизатора базового уровн , что приводит к ухудшению энергетического разрешени .

Claims (3)

1. Цель изобретени  - повышение точности и экспрессности спектрометри30 ческих измерений. Это достигаетс  тем, что в устрой ство введены последовательно соединенные формирователь на линии задержки с малой посто нной времени формировани , врем -зависимый стабилизатор базовой линии, линейный пропускатель и стробируемый интегратор , образующие второй канал обработ ки сигналов, а также схема временной прив зки, линейный коммутатор и логи ческа  схема управлени  и синхрониза ции каналов, причем вход формировате л  второго канала соединен с выходом линейного усилител , вход схемы временной прив зки соединен с выходом врем -зависимого стабилизатора второго канала, а ее выход соединен с первым входом логической схемы управ лени  и синхронизации каналов, второ вход которой соединен с выходом схемы временной прив зки -первого канала два аналоговых входа линейного комму татора соединены с выходами стробируемых интеграторов каждого канала, а выход соединен с входом выходного линейного пропускател , входы управлени  линейного коммутатора, выходного линейного пропускател , а такж входы управлени  врем -зависимого стабилизатора базовой линии, линейно пропуспател  и стробируемого интегратора каждого из каналов соединены с соответствующими выходами логичес кой схемы управлени - и синхронизаци Улучшение энергетического разрешни  и повышение частоты импульсов, поступающих на анализ дл  режима высокой входной частоты, достигаетс  путем преимущественного пропускани  на анализ импульсов, сформированных во втором канале с меньшей посто нной формировани , поскольку искажени  базовой-линии, вызванные срабатыванйем ВЗС, и веро тность наложени , а следовательно,. и исключени  сигналов из анализа в канале с мень шей посто нной времени формировани  меньше чем в канале с оптимальной посто нной формировани .. Дл  малых частот следовани  входных сигналов, при которых веро тность наложени  сигналов в канале с оптимальной посто нной формировани  мала, на анал пропускаютс  преимущественно сигналы этого канала, что обеспечивает высо кое энергетическое разрешение, соответствующее оптимальной посто нной формировани  данного фильтра. На фиг. 1 представлена схема пре лагаемого спектрометрического усили тел ; на фиг. 2 изображены эпюры на пр жений в точках 15-35, соответствующих входам и выходам узлов усили тел . Устройство содержит линейный уси тель 1, формирователь 2 на линии за держки первого канала, врем -зависи мый стабилизатор 3 базовой линии первого канала, нормально-закрытый инейный пропускатель 4 первого канала , стробируемый интегратор 5 первого канала, схему б временной прив зки первого канала, логическую схему 7 управлени  и синхронизации каналов , линейный коммутатор 8, выходной линейный пропускатель 9, формирователь 10 на линии задержки второго канала, врем -зависимый стабилизатор 11 базовой линии второго канала, схему 12 временной прив зки второго канала, нормально-закрытый линейный пропускатель 13 второго канала, стробируемый интегратор 14 второго канала. Эпюры в первой колонке (фиг. 2) относ тс  к случаю малой частоты следовани  входных импульсов (отсутствие наложений). Во второй колонке (фиг. 2) представлены эпюры в случае по влени  таких наложений, когда начинает работать второй канал усилител . Эпюры в третьей колонке по сн ют работу устройства во врем  сильных наложений, т.е. в случае малого временного интервала, раздел ющего входные импульсы. Рассмотрим сначала работу устройства в случае отсутстви  наложений (колонка I эпюр на фиг. 2). На входной линейный усилитель 1 поступают импульсы экспоненциальной формы, которые после усилени  ( фиг. 2, колонка I) поступают на формирователи 2 и 10 с лини ми задержки (ЛЗ) первого и второго каналов, выполн ющие функции фильтров верхних частот, причем врем  формировани  во втором канале в 2-3 раза меньше чем з первом . Выходные импульсы формирователей первого и второго каналов, близкие по форме к пр моугольной, ( и фиг. 2 колонка I), поступают на врем -зависимые стабилизатора 3 и 11 базовой линии (ВЗС) первого и второго каналов, которые устран ют сдвиги базовой линии, обусловленные медленными флуктуаци ми посто нной составл ющей на выходе формирователей. ВЗС представл ет собой дифференцирующую цепь с посто нной времени C-L в отсутствии входного сигнала. Одновременно , с по влением входного сигнала на вход.управлени  ВЗС первого .и второго каналов поступают управл ющие импульсы ( и и 50 f фиг. 2 колонка I) от логической схемы 7, и посто нна  времени C.j-, увеличиваетс  на несколько пор дков. Длительность . управл ющих импульсов и , равна длительности сформированного сигнала. Тем салмм исключаетс  искажение формы сигнала на выходах:ВЗС за счет дифференцировани , и выходные сигналы ВЗС первого и второго каналов ( и и28 фиг. 2, колонка ) аналогичны входным сигналам (с точностью до сдвижки базового уровн ), С выходов ВЗС сигналы разветвл ютс . и в первом канале поступают на лине ный пропускатель 4 первого канала и схему 6 временной прив зки (СВП) первого канала, а во втором канале на линейный пропускатель 13 второго канала и СВП 12 второго канала. На выходахСВП первого и второго канал формируютс  логические импульсы ( и Uj, фиг, 2, колонка I),длительность которых tj-t и рав на длительности их входных сигналов измеренных на уровне Ucen (Ucen порог срабатывани  СВП) , Сигналы с выходов СВП первого и второго канал поступают на два входа логической схемы, предназначенной дл  управлени  узлами усилител . Линейные про пускатели первого и второго каналов в исходном состо нии закрыты и управл ютс  импульсами от логической схемы, длительность которых равна или несколько больше длительности входных сигналов (21 фиг. 2 колонка I). Сигналы с выходов линей ных пропускателей первого и второго каналов ( и Ч29 Фиг. 2, колонка I) аналогичны по форме сигналами с выходов, формирователей и ВЗС первого и второго каналов (поскольку на эпюрах фиг, 2 мы пренебрегли длительностью передних и задних фронто сформированных импульсов) и поступаю на стробируемые интеграторы 5 и 14 первого и второго каналов, которые выполн ют функции фильтров нижних частот и управл ютс  импульсами от логической схемы, В отсутствие сигнала управлени  коэффициент передачи стробируемых интеграторов близок к нулю. Сигнал управлени , подаваемы от логической схемы на стробируемый интегратор первого канала ( фиг. 2, колонка Г )-имеет длительность большую длительности сформированного сигнала t-j-t первого канала. Сигнал управлени на стробируемый интегратор второго канала (, фиг, 2, колонка I) имеет длительность , равную длительности сформированного сигнала первог канала. Во врем  действи  сигналов управлени  стробируемые интеграторы первого и второго каналов интегрируют входные сигналы и шум с бесконечно большой посто нной интегрировани  (т,е, интеграторы  вл ютс  идеальными). Таким образом, выходной сигнал интегратора первого канала (U23/ фиг, 2, колонка I) имеет на растающую часть и плоскую часть , а-выходной сигнал интегратора второго канала (УЗД/ Фиг,2 колонка I) - нарастающую часть t2-t и плоскую часть Амплитудные значени  плоской части выходных импульсов интеграторов пропорциональны площад м входных сигналов, причем в момент времени t 3 амплитуды плоской части выходных имплуьсов интеграторов первого и второго каналов равны, что обеспечиваетс  подбором коэффициентов передачи каналов. После окончани  импульсов управлени  емкость интеграторов быстро разр жаетс  (формируетс  крутой задний фронт). Выходные импульсы интеграторов поступают на два входа линейт- ного коммутатора 8,который управл етс  cигнa loм управлени  с логической схемы .А , колонка I ) .имеющим длительность .Импульс управлени  переводит линейный коммутатор в положение замыкани  выхода строибруемого интегратора первого канала с входом выходного линейного пропускател  9. При этом выход стробируемого интегратора второго канала и вход линейного пропускател  в это врем  разомкнуты (в исходном состо нии без импульса управлени  они замкнуты). Таким образом, в случае одиночного входного сигнала на вход выходного линейного пропускател  поступает сигнал . (IJ 25 . фиг, 2, колонка 1), оптимально сформированный в первом канале. Выходной линейный пропускатель управл етс  сигналом с логической схемы ( фиг.2, колонка I) длительностью . На выходе линейного пропускател  по вл етс  сигнал пр моугольной формы (и 26 фиг, 2, колонка I) длительностью и амплитудой, соответствующей амплитуде плоской части выходного сигнала стробируемого интегратора первого канала, который затем поступает на амплитудный анализ. ; Если на вход усилител  поступ т наложенные импульсы, рассто ние между кото1хлми больше времени формировани  первого канала, то в этом случае выходные импульсы формировател  первого (и второго) канала уже не будут наложенными, и логика работы схемы ничем не отличаетс  от рассмотренной, т.е. работает первый канал с оптимальным формированием Далее целесообразно рассмотреть работу усилител  при сильных наложени х (колонка III на фиг. 2, случай двух наложенных импульсов), когда длительность между входными импульсами . ( 2, колонка I |-1 ) меньше длительности .формировани  как в первом, так и во втором каналах, В этом случае оба канала работают аналогично (в режиме режекции наложенных сигналов). На выходах формирователей первого и второго каналов, а также на выходах ВЗС и схем линейного пропускани  первого второго каналов образуетс  суперозиционные сигналы длительностью -/7 Y4 и-бЛУив зггв.ад иг. 2, колонка III), а на выходах ВП,первого и второго каналов - лоические сигналы той же длительноси , измеренные по уровню Ucen первоо и второго каналов (Uzo и г фиг, 2, колонка I I I), которые посту пают на два входа логической схемы Критерием наложени  импульсов в первом и втором каналах дл  логической схемы  вл етс  то, что длительность импульсов с СВП больше длительности формировани  на ЛЗ в первом и втором каналах. Длительности сигналов управлени , поступающих с логической схемы управлени  на ВЗС первого 1и второго каналов (U и i-i Фиг.2 колонка 111) равны соответственно длительност м сформированных сигнаЛО5 первого и второго каналов. Одна ко импульсы управлени , поступающие логической схемы управлени  на линейные пропускатели и стробируемые интеграторы первого и второго каналов (и 2-f , и 22. и и 32, и , фиг. 2 , колонка III), по длительности равны сигналам,сформированным на ЛЗ форми рователей первого и второго каналов в отсутствии наложений (сигналы эталонной длительности). Стробируемый интегратор первого канала полностью проинтегрирует входной сигнал за эталонное врем  t т.е. проинтегрирует первый сформированный выходной сигнал формироват л  и часть наложенного на него сигн ла, и на выходе получитс  сигнал бе плоской части (1)2-5 Фиг. 2, колонк III), амплитуда которого в момент времени будет соответствовать некоторой эквивалентной энергии поглощенного кванта. Аналогичную форму без плоской части будет иметь и сигнал с выхода стробируемого интег ратора второго канала ()4 Фиг. 2, колонка III). Сигнал управлени , подаваемый со схемы управлени  на линейный коммутатор (U 2i4f фиг. 2, колонка III), имеет длительность Цд равную эталонной длительности первого канала. Таким образом форма выходного сигнала линейного коммутатора и входного сигнала выходного линейного пропускател  (UsS фиг. 2, колонка III) будет повтор ть форму выходного сигнала стробируемого интегратора первого канала, но при этом сигнал управлени  с логической схемы управлени  на выходной линейный пропускатель не подаетс , и выходной сигнал усилител  отсутствует. Рассмотрим теперь работу усилител  (колонка II на фиг. 2) при наложении входных сигналов в том случае, когда интервалы между входными сигналами , (, фиг. 2, колонка И , случай трех нал женных сигналов) меньше длительност формировани  в первом канале, но бо ше длительности формировани  во вто ром канале. В этом случае логика работы первого канала повтор ет лог ку работы первого канала в режиме режекции наложенных сигналов, т.е. пюры -24 (фиг. 2, колонка II) налогичны эпюрам U 24 2, олонка III). Однако второй канал аботает в другом логическом режиме. На выходе формировател  второго канала формируютс  квазипр моугольные импульсы без наложений (О -f ,фиг .2 , колонка I 1) длительностью tg-t-f , t -(о равной эталонной длительности второго канала, и амплитудой , пропорциональной соответственно амплитудам первого, второго и третьего.входных импульсов. Аналогична  тройка сигналов -по витс  на выходе ВЗС второго канала ((, фиг. 2, колонка II), котора  управл етс  соответственно трем  сигналами эталонной длительности второго канала (и50 фиг. 2, колонка II), поступающими с логической схемы управлени  . Схема СВП второго канала формирует три логических сигнала эталонной длительности (U, фиг. 2, колонка II), поступающих на логическую схему управлени . Синхронизаци  работы каналов логической схемой в данном режиме заключаетс  в том, что во врем  действи  импульса эталонной длительности первого канала tg-tg. во втором канале осуществл етс  интегрирование только одного импульса , начало которого совпадает с моментом начала интегрировани  в первом канале (t-g- фиг. 2, колонка II). Поэтому логическа  схема выдает два импульса управлени  на линеР ный пропускатель длительностью t,-t5- и t (Ujz. фиг. 2, колонка И), а дл  сигнала, начавщегос  в момент времени ty, импульс управлени , отсутствует. Поэтому на выходе линейного пропускател  второго канала имеетс  два импульса ( фиг. 2, колонка II) вместо трех входных..Логическа  схема управлени  выдает два импульса управлени  ( фиг.2, колонка II) на стробируемый интегратор второго канала, длительностью tg-tg- и - соответственно. Момент времени tg совпадает с моментом окончани  второго сформированного импульса во втором канале, а момент времени t определ етс  логикой работы схемы управлени  (как и момент времени t в первом канале в .случае отсутстви  наложений, эпюра 2.2, фиг. 2, колонка I). На выходе стробируемого интегратора второго канала имеем два проинтегрированных импульса (и34 фиг. 2, колонка П) длительностью tg-tj- 2. -lo плоскими част ми длительностью и I которые поступают на линейный коммутатор. На вход управлени  линейного коммутатора с логической схемы поступает импульс управлени  эталонной длительности первого канала tg-tg (и 24. фиг. 2, колонка II), который замыкает выход стробируемого интегратора первого канала с входом выходного линейного пропускател , н с момента tg оказываютс  замкнутыми выход стробкруемого интегратора вто рого канала с входом линейного пропускател . Поэтому на выходе линейного коммутатора имеем два игипульса (U25/ фиг, 2, колонка II) длительностью tp-tfH t 2t-ro соответственно , причем нарастающа  часть первого импульса tg-ts соответству ет выходному импульсу стробируемого интегратора первого канала, а плоска  tg-te плоской части выходного импульса стробируемого интегратора второго канала. С логической сх мы управлени  на выходной линейный пропускатель поступает два сигнала управлени  ( Фиг. 2, колонка II длительностью tg-tg и . Поэто му на выходе лкнеГ,ного пропускател  возникают два импульса пр моугольной формы (Ugaj фиг. 2, колонка II), амплитуда которых соответствует пло кой части выходных импульсов стробируемого интегратора второго канал Таким образом, использование в спектрометрическом усилителе двух к налов обработки сигналов совместно с описанной логикой работы обеспечи вает при высоких загрузках частоту выходных сигналов за счет пропуска .ни  на анализ неналоженных сигналов второго канала, соответствующих нал женным импульсам в первом канале, и лучшее энергетическое разрешение тракта (при равенстве частот следовани  выходных импульсов данного ус лител  и известного) за счет меньше нестабильности базового уровн  второго канала. Формула изобретени  Спектрометрический усилитель,- содержащий последовательно соединенные линейный усилитель, формирователь на линии задержки, врем -зависиг ьзй стабилизатор базовой линии, линейный пропускатель, стробируемый интегрг тор и схему временной прив зки. вход которой соединен с выходом врем -зависимого стабилизатора,- а также выходной линейный пропускате.пь, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и экспреосности спектрометрических измерений, в него введены последовательно соединенные форм)1рователь на линии задержки с малой посто нной времени формировани , врем -зависимый стабилизатор базовой линии, линейный пропускатель и стробируемый интегратор, образующие второй канал обработки сигналов, а также схема временной прив зки, линейный ком.5утатор и логическа  схема упрвлени  и синхронизации каналов, причем вход формировател  второго канала соединен с выходом линейного усилител , вход схемы временной прив зки соединен с выходом врем -за-чисимого стабилизатора второго кана la, а ее выход соединен с .первым входом логической схемы управлени  и синхронизации каналов, второй вход которой соединён с выходом схемы временной прив зки первого канала, два аналоговых входа лж-ейного коммутатора соединены с выходами стробируемых интеграторов каждого канала, а выход соединен с входом выходного линейного пропускител , входы управлени  линейного KOMNTj Taтора , выходного линейного пропускател , а также входы управлени  врем зависимого стаби.П1 затора базовой , линейного п-ропускател  и стробируемого интегратора каждого из каналов соединены с соответствующими выходами логической схемы управлени  и синхронизации. Источники ирформа:и-М, прин тые во HLUMai-iiie при экспертизе 1. I п S t г JI-.1 е -1 S с г R е S 1- а г с h an d Industry, Ortec, Cola leg 1976, 1004.
2. 2. G о u 1 d i n g F . S . N u с 1 . I n s t r . Meth, 100, 3 (1972) 412, ,V. ,
3. 3. Ka rlovac N.. 8 1 a lock,T Sci NS-22 (1975) IEEE Tram on .Nuc 1 457 (прототип).

   J

   jt

   irftO

   Фut.l