Спектрометрический преобразователь временных интервалов

Союз Советских Социалистицеских Респубпик(61) Дополнительное вт. сви 9 2) Заявлено 16.05.75 (21) 2присоединением заявки1 Т 7/О осудврственныи комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий(45) Дата опубликования описания 19.01.77 2) Авторы изобретенияИ С, М. Дмитриев, А Ф, Чернявский отапо елорусский ордена Трудового Красного Знаменигосударственный университет им, В, И. Ленина(54) СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВИзобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для использования в экспериментах по исследованию временных характеристик быстропротекаюших физических процессов. В частности преобразователь может использоваться при совместной работе со стандартным многоканальным анализатором в спектрометрии ядерных частиц по времени пролета, при исследовании времени жизни метастабильных состояний, времени жизни элементарных частиц, радиоактивного распада, при изучении кинетики фпуоресценции и радиолюминесценции и т,д,Известны спектрометрические преобразователи временных интервалов со статической линеаризацией неоднородностей шкалы, которые используются при работе с шагом квантования исследуемых временоных интервалов 10 сек.Сущность метода статистической линеаризации шкалы в данных устройствах состоит в том, что исследуемый временной интервал между старт- и стоп-сигналами, поступающими по двум автономным каналам, измеряется не непосредственно путем линейного заряда или разряда конденсатора, а представляется суммой (ра постыл) двух псевдослучайных временных интервалов Си т 2, границы которых фиксируются с одной стороны - входными старт- и стоп-импульсами, а с другой - случайным по фазе сигналоМ дополнительного генератора, Оба указанных псевдослучайных временных интервала параллельно анализируются двумя идентичными преобразователями время-амплитуда, а окончательный результат измерений формируется как сумма или разность выход ных сигналов обоих преобразователей взависимости от того, где располагается случайный сигнал: между старт или стоп- сигналами или после стоп-сигнала.Известен преобразователь временных О интервалов со статической линеаризациейнеоднородностей временной шкалы, в кс тором в качестве дополнительного генератора импульсов, случайных по фазе относительно входных старт- или стоп-сигна лов, применяется работающий в непрерыэ10 35 40 45 Я 55 бО ном режиме высокочастотный генераторпериодической серии импульсов Ц.Однакоэтот преобразователь временных интервалов не обеспечивает эффективного подавления неоднородностей временной шкалы,которые обусловлены компонентами спектра когерентных со старт-сигналами помех переходных процессов и наводок,действующих в измерительных цепях прибора), кратными по частоте серии импульсов дополнительного генератора. Периодсерии импульсов дополнительного генератора выбирается, как правило, несколькобольшим максимального интервала корреляции функции неоднородностей временнойшкалы, величина которого дпя современных спектрометрических преобразователейвременных интервалов лежит в области10-50 нсек. С учетом этого фактора частота серии импульсов дополнительного генератора вь.бирается в диапазоне 20100 Мгц, При работе с такими относительно высокими частотами и пикосекундным временным разрешением (со значительным коэффициентом преобразованияисследуемых временных интервалов) дажетщательная экранировка не позволяет полностью устранить воздействие высокочастотных наводок на измерительнь. .пипреобразователей времяамплитуда и таким образом существенно ослабить обусловленные ими неоднородности временнойшкалы,Известен спектрометрический преобразователь временных интервалов со статической линеаризацией шкалы, содержащий источник входных старт- и стоп-сигналов, две схемы селекции стоп-сигналов,две линии задержки, генератор случайныхзадержек сигнала, преобразователи времяамплитуда и схему вычитания, компаратор 2, Генератор случайной задержкисигналов собирается на генераторе пилообразного напряжения с внешним запуском от входных старт-сигналов и генераторе случайно изменяющегося напряжения,Однако открытый вход со стороны источника стоп-сигналов существенно ограничивает область применения устройства;в частности , оно не может использоваться в широко распространенных случаяхслучайного входного потока стоп-сигналоввысокой интенсивности устройство необеспечивает эффективного подавления временной шкалы, обусловленных когерентными со старт-ч:игналами паразитнымипереходными процессами и наводками,имеющими место в схемах селекции сигналов; имеются значительные потери во временном разрешении, обусловленныеоперацией статистического разравниваниянеоднородностей шкалы.Цель изобретения - повышение линейности временной шкалы и загрузочной способности.Достигается это благодаря тому, чтовыход схемы селекции стоп-сигналов подключен к входу генератора случайных задержек сигналов, а выход последнего подключен к первым входам обоих преобразователей время-амплитуда, служащим дляфиксации псевдослучайных временных интервапов, при этом вторые входы этихпреобразователей подключены через автономные линии задержки к выходам генераторов старт- и стоп-сигналов.На чертеже представлена схема описываемого спектрометрического преобразователя временных интервалов пикосекундного разрешения со статической линеаризацией шкапы,Предлагаемый спектрометрический преобразователь содержит источник стартсигналов 1, источник 2 стоп-сигналовсхему 3 селекции стоп-сигналов, состоящую из формирователя 4 строб-импульса,длительностью которого задается рабочийдиапазон измерений исследуемых временных интервалов, и клапана 5, соединенныхмежду собой двухсторонней связью; связьв направлении 4-5 служит для открываниястроб-импульсам клапана 5, а связь внаправлении 5 - 4 служит для обрывастроб-импульса в момент появления навыходе клапана 5 стоп-сигнала; генератор 6 случайной задержки сигналов, содержащий генератор 7 пилообразного напржения с внешним запуском, генератор 8случайно изменяющегося напряжения и компаратор 9; преобразователь 10 время-амплитуда для анализа временных интервалов Г, =Гл -1 Г + Г ) = Г -Г; пРеобРазователь 11 время-амплитуда для анализа временных интервалов Г : Г - Глинии2 л,З. сзадержки 12 и 13 с электрической длинойГ , схему линейного вычитания 14. Описываемое устройство работает следующим образом.Синхронно со старт-импульсом с выхода источника старт-сигналов запускается формирователь 4 строб-импульсов, формирующий прямоугольный импульс, длитель ностью которого задается рабочий време+- ной диапазон; строб-импульс разрешает прохождение стоп-сигнала с выхода источника 2 стоп-сигнала через клапан 5, Временная задержка стоп-сигнала в клапане 55364 имеет компонент 4 Г, зависящий от иэмеряемого временного интервала Ю, который возникает из-за всегда имеющих место вреальных схемах модуляцийвершины строб- импульса когерентными со старт сигналом переходными процессами и наводками. Если в известных преобразователях временных интервалов зависимость дГ от Г однозначно приводит к ухудшению дифференциальной линейности шкалы и временно- р го разрешения, то в предложенном преобразователе величина д Г совместно со случайной временной задержкой сигнапов Г в генераторе случайной задержки 6т( Г =дС+ ) дифференциально исключает- р ся щри вычитании сигналов двух преобразователей врем-амплитуда 10 и 11.Выделенный клапаном 5 стоп-сигнал запускает генератор 7 пилообразного напряжения, выход которого подается на ЗО один из двух входов компаратора 9. На другой вход компаратора поступает низкочастотный сигнал с выхода генератора 8 случайно изменяющегося напряжения, в качестве которого при случайном потоке сигналов с успехом могут использоваться и периодические низкочастотные генераторы треугольной или синусоидальной формы, В момент сравнения напряжения на обоих входах компаратора, на его выходе30 формируется сигнал, случайный по фазе относительно старт- и стоп-сигналов; этот сигнал запускает оба преобразователя время-амплитуда 10 и 11, в результате чегоЗб в обоих преобразователях начинается линейный заряд накопительных конденсаторов, который обрывается в момент появления задержанного старт-сигнала на выходе линии задержки 12 для преобразователя 10) и в момент появления задержанного стоп-сигнала на выходе линии задержки 13 для преобразователя 11, Таким образом, изменение потенциала на накопительных конденсаторах преобразователей 10 и 11, а следовательно и амплиту 526ды их выходных импульсов будут пропорциональны соответственно временным интервалам 1 =ь.ь" +с) и 2 л. сС выхода обоих преобразователей 10 и 11 импульсы одновременно поступают на входы схемы линейного вычитания 14, формирующей на выходе окончательный результат измерений. Выход схемы линейного пропускания можно непосредственно соединить с входом стандартного многоканального амплитудного анализатора, который в этих случаях является конечным каскадом системы группировки выборок измеряемых аналоговых величин. Формула изобретения Спектрометрический преобразовательвременных интервалов пикосекундного разрешения со статистической линеаризациейшкалы, содержащий источник входных старти стоп-сигналов, схему селекции стопсигналов, генератор случайных задержексигналов, две линии задержки, два преобразователя время-амплитуда и схему вычитания, отличающийся тем,что,с целью повышения линейности временнойшкалы и загрузочной способности, выходсхемы селекции стоп-сигналов подключенко входу генератора случайных задержексигналов, а выход последнего подключенк первым входам обоих преобразователейвремя-амплитуда, служащих для фиксациипсевдослучайных временных интервалов,при этом вторые входы этих преобразователей, подключены через автономные линиизадержки к выходам генераторов старти стоп-сигналов,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;1, Маталин П. А. Электронные методыядерной физики, М, Атомиздат, 1943 г.,стр, 255-263.2, йцсбеОР 2 нмгитпеО аИ Ме 1 йос)яч 60, 1968 г, р. 337-339 (прототип).Заказ 5655/293 СССР т ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Государственного ко по делам изобрет 113035, Москва, ЖПодписноеа Совета Министрови открытийРаушская наб., д. 4/