Дифференцирующий счетчик фотонов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 01 3 1 4 ф(Рлдн 1 Е ИЗОБРЕТЕНИЯ ОП ДлявводИСКЛЮ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Латвийский государственный университет им. П,Стучки(56) Авторское свидетельство СССРУ 717561, кл. С 01 7 1/44, 1980.Авторское свидетельство СССРВ 790932, кл. С 01,7 1/44, 1981,(54) ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИИ СЧЕТЧИК ФОТОНОВ(57) Изобретение относится к областитехнической физики и может быть ис,пользовано при регистрации слабых световых потоков в физике, химии,биологии и т,д. Устройство предназначено для регистрации слабых исверхслабых световых потоков в физике, химии, биологии, медицине и др.,а также для использования в системахавтоматического регулирования. Изобретение позволяет повышать точностьрегистрации малых изменений светового потока при воздействии некоторогопараметра. Устройство дает воэможность регистрировать первую производную интенсивности светового потока.достижения цели в изобретениеится триггер знака, элементЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инвертор,Изобретение относится к техничес- кой физике и может быть использовано при регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, химии, 5 биологии, медицине, геологии и др.Цель изобретения - повышение точности измерения малых изменений светового потока на большом фоне.На чертеже представлена блок-схе ма дифференцирующего счетчика фотонов.Дифференцирующий счетчик Фотонов содержит источник 1 света, модулятор 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 ния кодов, первый делитель 8 частоты, второй делитель 9 частоты, блок 10 управления, первый вентиль 11, второй вентиль 12, реверсивный счетчик 13, основнойсчетчик 14, блок 15 памяти, 25 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 30 через делитель 9 частоты с блоком 10 управления и с входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, второй вход которого подключен к выходу триггера 20 знака, а выход подключен к входу вентиля 11 и через инвертор 22 к входу вентиля 12. Выход дискриминатора через вентили 11 и 12 и элемент ИЛИ 16 подключен к входам реверсивного счетчика 13, выход которого подключен к блоку 15 памяти, а выход заема - к входу триггера 20 знака. Выход блока 15 памяти и выход блока 6 установки кодов подключены к входам блока 7 сраВнения кОдОВВыхОды которого под 45 ключены к блоку 10 управления и к входу дешифратора 19, выходы которого подключены к делителям 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 управляющий вход блока 10 управления сигнала "Пуск" блок подготавливается к приему синхросигнала, устанавливают на йоль реверсивный счетчик 13, основной счетчик 14; коэффициенты деления первого 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,первый 11 и второй 12 вентили, устанавливает направление счета реверсивного счетчика 13, Измерение начинается с началом первого полупериодасинхросигнала, На катод фотозлектронного умножителя 3 фотоны поступают от модулированного источника света. Эти Фотоны выбивают из фотокатода фотоэлектронного умножителя 3 отдельные электроны, которые умножаются его диодной системой и поступаютна 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 модулятора 2, попадают на суммирующий или вычитающийвход реверсивного счетчика 13. Если начальное положение модулятора 2 таково, что с первым полупериодом синхросигнала устанавливается прямое направление счета реверсивного счетчика 13, то импульсы, поступающие от дискриминатора 4, проходят черезвентиль 11 на суммирующий вход реверсивного счетчика 13, в счетчике накапливается коли 1 ество импульсовИ, которое является суммой световыхи шумовых импульсов М +И , Во второмполупериоде модуляции поступающий от модуляторе 2 синхросигнал изменяет направление счета реверсивного счетчика на противоположное, закрывает вентиль 11 и открывает вентиль 12. Импульсы отдискриминатора 4 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 13, и из количества импульсов И вычитается количество импульсов И , которое является суммой световых и шумовых импульсов Н +И, . Так как количество импульсов И и И содержит одно и тоже слагаемое М то после вычитания И из И содержимое счетчика 13 соответствует количество М-М, фотонов, поступивших на фотоэлектронный умножитель в течение периода синхросигнала. Если И, окажется больше И , то при переходе счетчика 13 через ноль на его выходе заема появляется импульс, который переключает триггер 20 знака.При этом сигнал от триггера 20 знака через элемент ИСКЗПОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и инвертор 22 изменяет направление счета счетчика 13 и он снова заполня 5.ется.Если начальное положение модулятора 2 такое, что устанавливаетсяобратное направление счета счетчика13, то с первым же поступающим навход счетчика 13 импульсом на выходезаема его появляется импульс, который переключает триггер знака и,соответственно, направление счета,и измерение проходит, как описано 15выше,По истечении периода модуляциив счетчике 13 накопилось й И импульсов. При достаточно малой величинеЬ 2, вызывающей изменение светового .20потока (модуляции)ЬИ ЙИ1 1 ш,4 ОЬ Х йЕЭто первая производная количества 25 импульсов М по модулирующему параметру Е. При д 2=1 получаем величину ЛИ=И, -И , которую можно считать дифференциалом ЙМ, По окончании первого цикла измерения число У, накопленное в счетчике 13, записывается в блоке 15 памяти и в блоке 7 сравнения кодов сравнивается с числом Хпфс выбранным в блоке 6 установки кодов из совокупности чисел Х Х-Х35 Х, Х . По установочным входам делителей 8 и 9 частоты через дешифратор 19 из блока 7 сравнения кодов поступает сигнал, устанавливающий соответствующий коэффициент деления. Чем больше отношение ХП, тем больше коэффициент деления К. После установления соответствующего коэффициента деления сигналом от блока 10 управления открывается третий вентиль 18, 45 и импульсы от генератора импульсов 17 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 устанавливается на ноль, на его выходе заема появляется сигнал, закрывающий вентиль 18. Это55 означает, что в счетчике 14 накопилось такое количество импульсов, какое было в реверсивном счетчике 13,деленное на К, так как коэффициент деления установлен равным К.Команда "Конец измерения" на блок 10 управления поступает от делителя 9 частоты в момент появления на его выходе импульса. Таким образом, количество циклов определяется коэффициентом деления и равно коэффициенту деления делителя 8 частоты. Следовательно, результат измерения, полученный на основном счетчике 14, всегда нормируется к одному циклу (периоду модуляции).Количество циклов К определяется установкой коэффициентов деления, что, в свою очередь, зависит от отношения Х,/У. Следовательно, при выбранном Х чем меньше У, тем больше количество циклов. Тем самым независимо от светового потока, а также от дифференциала дИ результат измерения имеет одинаковую заранее выбранную относительную ошибку.Данное изобретение позволяет получить более высокую точность измерений малых изменений светового потока, обусловленную выбором времени накопления исходя не из абсолютной величины светового потока, а по величине изменения этого потока, вызванного изменением модулируемого параметра. Например, при регистрации светового потока 1000 имп/с изменение его на 100 имп/с в прототипе определяют с с точностью до 20 Е, а в предложенном устройстве -с относительной погрешностью до 27.Формула изобретенияДифференцирующий 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 управления, другой вход которого подключен к выходу блока сравнения кодов, к одному из входов которого подключен блок установки кодов, выход блока управления соединен с входами сброса основного и реверсивного счетчиков, выход блока сравнения кодов подключен к входу дешифратора, а1374063 тавитель А.Чу ред А.Кравчук ов орректор О.Кундрик Редактор М. Заказ 564/3 кина Тираж 499 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, ЖПодписноета СССРрытийя наб., д о коми ии и о Раушс Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 вход соединен с выходом блока памяти,один вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а другой -к блоку управления, который подсоединен к одному управляющему входу третьего вентиля, другой управляющийвход которого соединен с реверсивным счетчиком, вычитающий вход которого через элемент ИЛИ соединен с 10сигнальным входом первого делителячастоты, вход которого через третийвентиль соединен с генератором импульсов, а выход - с входом основного счетчика, установочный вход подключен к выходу дешифратора, второйвыход которого соединен с установочным входом второго делителя частоты,выход дискриминатора соединен с первыми входами первого и второго вентилей, выходы которых соответственносоединены с входами реверсивногосчетчика и элемейта ИЛИ, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения малыхизменений интенсивности световогопотока на большом фоне, в него "дополнительно введены триггер знака,элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инвертор,через который второй вход второговентиля соединен с вторым входомпервого вентиля и с выходом элементаИСКЛЮЧАИ 1 ЕЕ ИЛИ, один вход которогосоединен с выходом формирователятактовых импульсов, а другой вход -с выходом триггера знака, счетныйвход которого соединен с выходом заема реверсивного счетчика.