SU968624A1 - Счетчик фотонов - Google Patents

Description

(54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ

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

Известен счетчик фотонов, содержащий источник света, прерыватель света , ФЭУ, дискриминатор, формирователь тактовых импульсов, блок установки кода, устройство сравнени -кодов,первый делитель частоты, .второй делитель частоты, блок управлени , первый вентиль , второй вентиль, вспомогательный реверсивный счетчик и основной реверсивный счетчик CllНедостатком данного устройства  вл етс  ограниченна  помехоустойчивость к электромагнитным помехам.

Наиболее близким к изобретению техническим решением  вл етс  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 управлени , выход которого соединен с входом сброса основного .счетчика, вход кото..

рого через первый делитель частоты импульсов соединен с выходом третьего вентил , один вход которого соединен с выходом блока управлений, второй вход соединен с генератором импульсов , а третий вход соединен с первым выходом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентил , а вычитаю10 щий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один вход которого соединен с выходом второго вентил , а другой вход - с выходом третьего вентил  причем второй выход реверсивного счетчика соединен с одним входом блока

15 пам ти, другой вход которого соединен с блоком управлени , а выход соединен с одним входом блока сравнени  .кодов, другой вход которого 20 соединен с блоком установки кодов., два выхода блока сравнени  кодов соединены с блоком управлени , а третий .выход соединен с входом дешифратора , выход которого соединен с установочными входами первого и

25 -второго делителей частоты импульсов , при этом выход второго делител  частоты импульсов соединен с блоком управлени , а формирователь тактовых импульсов соединен с

30

2.

прерывателем света Недостаток известного устройства состоит в недостаточной помехоустойчиБости по отношению к внешним источникам случайных помех, например, к электромагнитным импульсам, к космическому излучению и др. Помехи, воздействующие на это устройство в отдельных циклах измерени , внос т свой вклад в погрешность результата измерени . По вление -помех в первом цикле измерени , кроме того,  вл етс  дополнительным, вторым .ВОЗМОЖНЕЛМ фактором существенного снижени  точности результата измерени , так как приводит к ошибочному уменьшению выбора необходимого количества циклов измерени . Достижение требуемой точности измерени  в услови х наличи  помех св зано с повторными, часто многократными измерени ми, что приводит к -большим затратам реального времени измерени . Цель изобретени  - повышение поме хозащищенности , Указанн 1Я цель достигаетс  тем, что счетчик фотонов, содержащий последовательно установленные источник света, прерыватель света и фотоэлект ронный умножитель, подключенный к дискриминатору, выход которого соеди нен с входами двух вентилей, другие входы которых соединены с блоком управлени , выход которого соединен с входом сброса основного счетчика, вход которого через первый делитель частоты импульсов соединен с выходом третьего вентил , один вход которого соединен с выходом блока управлени  второй вход соединен ..с генератором импульсов, а третий вход соединен g пеэз)ым выходом реверсивного -счетчика суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентил , а вычитаю щий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один вход которого соединен с выходом второго вентил , а другой вход - с выходом третьего вентил , причем второй выход реверсивного счетчика соединен с одним входом блока пам ти, другой вход которого соединен с блоком управлени , а выход соединен с одним входом блока сравнени  кодоэ, другой вход которог соединен с блоком установки кодов, два выхода блока сравнени  кодов сое динены с блоком управлени , а третий выход соединен с входом дешифратора выход которого соединен с установочными входами первого и второго делителей частоты И1«1пульсов, при этом выход второго делител  частоты импульсов соединен с блоком управлени  а формирователь тактовых импульсов соединен с прерывателем света, введе ны дополнительные блок установки ко дов, блок сравнени  кодов, элемент ИЛИ и блок формировани  импульса цикл , вход которого соединен с блоком формировани  тактовых импульсов, выход соединен с вторым делителем частоты импульсов, а его вход установки в исходное состо ние 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 сравнени  кодов, один вход которого соединен с вторым выходом реверсивного счетчика, а другой вход соединен с дополнительным блоком установки кодов . На чертеже представлена блок-схема устройства. Счетчик фотонов содержит посл&довательно установленные источник -1 света , прерыватель 2 света и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 3, подключенный к дискриминатору 4, а также формирователь 5 тактовых импульсов, блок 6установки кода, блок 7, сравнени  кодов, первый делитель 8 частоты импульсов , второй делитель 9 частоты импульсов , 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, дополнительные блок 20 установки кода, блок 21, сравнени  кодов элемент ИЛИ 22 и блок 23 формировани  импульса цикл . Выход дискриминатора 4 соединен с входами двух вентилей 11 и. 12, другие входы которых соединены с блоком 10 управлени , выход которого соединен с входом сброса основного счетчика 14, вход которого через первый делитель 8 частоты импульсов соединен с выходом третьего вентил  18, , один вход которого соединен с выходом блока 10 управлени , второй вход соединен с генератором 17 импульсов а третий вход соединен с первым выходом реверсивного счетчика 13, суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентил  11, а вычитающий вход соединен с выходом элемента ИЛИ 16, один вход которого соединен с выходом второго вентил  12, а другой вход - с выходом третьего вентил  18, причем второй выход реверсивного счетчика 13 соединен с одним входом блока 15 пам ти, другой вход которого соединен с блоком 10 управлени , а выход соединен с одним входом блока 7сравнени  кодов, другой вход которого соединен с блоком 6 установки кодов, два выхода блока 7 сравнени  кодов соединены с блоком 10 управлени , а третий выход соединен с входом дешифратора 19, выход которого соединен с установочными входами первого и второго делителей 8 и 9 частоты импульсов, при этом выход второго делител  9 частоты импульсов сое динен с блоком 10 управлени , а фор мирователь 5 тактовых импульсов со динен с прерывателем 2 света. Блок 23 формировани  импульса цикл сое динен с блоком 5 формировани  такто вых импульсов, его выход соединен с вторым делителем 9 частоты импульсов , а его вход установки в исходное состо ние соединен с входом сброса реверсивного счетчика 13 и с выходом дополнительного элемента ИЛ 22 один вход которого соединен с . входом сброса основного счетчика. 14 а другой вход - с выходом дополнительного блока 21 сравнени  кодов, один вход которого соединен с вторым выходом реверсивного счетчика 13, а другой вход соединен с дополнительным блоком 20, установки кодов. Устройство работает следующим образом. Сигнал сброса от блока 10 управлени  поступает на основной счетчик 14 и через элемент ИЛИ на реверсивный счетчик 13 и формирователь 23 им . пульса цикл. Коэффициенты делени  делителей 8 и 9 всегда равны и в исходном положении равны 1. С пос туплением первого тактового импульс в течение первого такта работы устройства открываетс  прерыватель 2 света. От источника света на катод ФЭУ 3 поступают фотоны. Фотоны выбивают из катода ФЭУ отдельные элек роды, которые умножаютс  диодной системой и поступают в виде электри ческих импульсов на дискриминатор 4 Нормированные по амплитуде и длительности импульсы через первый вен тиль 11 с момента поступлени  второго тактового импульса в течение второго такта попадают на суммирующий вход реверсивного счетчика 13, в котором накапливаетс  сумма световых и шумовых импульсов (.NC;- Мщ) . В течение третьего такта закрываетс  прерыватель 2 света при этом ве тили 11 и 12 закрыты. С поступлением очередного тактового импульса в четвертом , завершающем такте первого ци ла измерени  открываетс  второй вентиль 12 и через элемент ИЛИ 16 на вы читающий вход реверсивного счетчика 13 поступает число импульсов Мщ , поскольку прерыватель 2 света в это врем  закрыт. Таким образом, в реверсивном счетчике 13 накопленный счет импульсов соответствует количеству N фотонов, поступающих в течение второго такта первого цикла на фотоэлектронный умножитель 3. Число Y, накопленное в реверсивно счетчике 13 за первый цикл измерени  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 Х, Х , . . . , Хп Хгп.Х,устанавливаемых в блоке б установки кодов. По установочным входам делителей 8 и 9 частоты импульсов через дешифратор 19 из блока 7 сравнени  кодов по;;тупает сигнал, устанавливающий соответствующий коэффициент делени  делителей . Чем больше отношение Xn/Y тем больше коэффициент делени  к. Одновременно число накопленных импульсов в дополнительном блоке 21 сравнени  кодов сравниваетс  с числом 2 , установленном в дополнительном блоке 20 установки кода. Число 2 выбираетс  таким образом, чтобы выполн лось условие у Z при наличии помех в цикле измерени . Если | 2. на выходе дополнительного блока21 сравнени  кодов выдаетс  сигнал сброса, который, через дополнительный элемент ИЛИ 22 воздействует на реверсивный счетчик 13 и блок 23 формировани  импульса цикл устанавЛива  их в исходное состо ние. .1 Если , как это имеет место при отсутствии помех, то после установлени  соответствующего коэффициента делени  делителей 8 и 9 частоты импульсов сигналом из блока 10 управлени  открываетс  третий вентиль 18. Импульсы от генератора 17 через BeiOтиль 18 и первый делитель 8 частоты импульсов поступают на вход основного счетчика 1U. 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 устанавливаетс  на ноль, на его выходе по вл етс  сигнал, закрываюидий 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 первого делител  8 частоты импульсов установлен равным значению К . С очередным тактовым импульсом на выходе блока 23 формировани  импульса цикл по вл етс  импульс цикл,и начинаетс  второй цикл измерени . Второй цикл измерени  проходит подобно первому, только информаци  из реверсивного счетчика 13 не записываетс  в блоке 15 пам ти, а при условии , что ;; 2 через первый делитель 8 частоты импульсов заноситс  непосредственно в основной счетчик 14. Если в каком-то из циклов измерени  -у 72 то сигнал сброса с выхода дополнительного блока 21 сравнени  кодов через дополнительный элемент ИЛИ 22 возвращает в исходное состо ние реверсивный счетчик 13 и блок 23 фор-.

мировани  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 исключаетс  из числа циклов измерени , дающих конечный результат измерени .

Импульс команды конец измерени  на блок 10 управлени  поступает от второго делител  9 частоты импульсов в момент по влени  на его выходе импульса . Таким образом, количество циклов определ етс  коэффициентом делени  К делителей 8 и 9 частоты импульсов величину которого определ ет отношение P(rt/V. Следовательно, результат измерени , полученный на основном счетчике 14, всегда нормируетс  к одному циклу.

Количество циклов К определ етс уотгацовкой коэффициентов делени  делителей 8 и 9 частоты .импульсов,что зависит от отношени  . Следовательно , при выбранном Х чем, меньше i , тем больше количество циклов. Тем самым, независимо от интенсивности потока, результат измерени  имеет одинаковую заранее выбранную относительную погрешность. Погрешность измерени  можно уменьшить путем выбора и установки з блоке 6 большего значени  из совокупности чисел.

Предлагаемое изобретение цозвол е измер ть слабые и сверхслабые световые излучени  при наличии внешних случайных помех, в частности, позвол ет избежать вли ни  случайных импульсов электромагнитных полей.Это важно при создании надежных автоматических измерительных систем, примен емых в разных отрасл х народного хоз йства, например, медицине,геологии , биологии, химии. Кроме того, Предлагаемый счетчик фотонов позвол ет экономить реальное врем  измерени , так как при наличии случайных помех во врем  измерени  счетчик фотонов сохран ет ранее накопленный результат измерений, исключаетс  только результат этого цикла измерени , в течение которого была поме .ха. Это также важно, поскольку врем  измерени  при слабых и сверхслабых интенсивност х света может достигать .

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР №717561, кл. GOI J 1/44, 1980.

2.Авторское свидетельство СССР № 790932, кл. G 01 J 1/44, 1981, (прототип).