Устройство для счета фотонов

СО 1 ОЭ СОВЕТСКИХСОЗНМВМесиижРЕСПУБЛИК аю О 11 зЮ С 01 Д 1/44ГОСУЛ Ч СтВКННЫй КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР (53) 535,24(088.8)(56) 1. Панов Ю,А. и др. 11 Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск, 1973, с.352-354.2. Лагутин М.Ф. и др. Система приема, отображения и подготовки данных лазера для обработки на ЭВМ.- 111 Всесоюзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферы. Томск, 1976, с. 243.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ФОТОНОВ, содержащий последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчики, первое оперативное запоминающее устройство, подключенное выходом к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом второго оперативного запоминающего устройства, подключенного выходом к входному .регистру электронной вычислительной машины и к второму входу сумматора,схему синхронизации, блок управления, причем адресные и управляющие выходы блока управления подключены к адресным и управляющим входам второго оперативного запоминающего устройства, к адресным входам первого оперативного запоминающего устройства и к управляющим входам счетчиков, а выход схемы синхронизации подключен к входу блока управления, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения скорости накопления фотонов, в него введены счетный триггер и дополнительное оперативное запоминаю,щее устройство, выход которого под- ключен квыходу первого оперативного запоминающего устройства, а вход - к Е выходам счетчиков, вход счетного триггера подключен к выходу схемы синхронизации, а его выходы - к соот ветствующим входам управления перЮЩс вого и дополнительного оперативных Я запоминающих устройств, причем адресная шина блока управления подключена к адресному входу дополнительного оперативного запоминающего устройства, а его другой вход соединен с электронной вычислительной машиной.11148 1Изобретение относится к оптикеатмосферы и может быть использованодля регистрации слабых и сверхслабыхсветовых потоков в физике, спектрос-копии, химии, астрономии, космических исследованиях и т.д.В ряде экспериментов по лазерномузондированию атмосферы необходимоисследовать атмосферные процессы,значительно изменяющиеся во времени. 10В таких экспериментаХ, когда регистрация отраженного сигнала происходит в режиме счета отдельных фотонов,когда информации, получаемой изодного отраженного сигнала, недос-15таточно, и необходимо производитьнакопление данных в течение нескольких циклов зондирования, необходимосокращать его время, т,е. увеличивать скорость накопления фотонов, 20так как существует возможность ошибки в измерениях быстроменяющихсяпараметров атмосферы за счет того,что параметры изменяются в процессеизмерения. Такая ошибка существует д 5независимо от точности регистрирую.щей аппаратуры и способ ее уменьшения - увелИчение скорости накопления фотонов за счет увеличения частоты зондирующих посылок оптическо го излучения.Известны устройства для счетафотонов, содержащие последовательновключенные ФЭУ, дискриминатор,счетчик и оперативное запоминающееУстройство 11 .Недостатком этих устройств является низкое быстродействие элементовустройства - сумматора и магнитногооперативного запоминающего устройства, в результате чего зондирование40с большой частотой посылок импульсов оптического возбуждения невозможно, так как устройство не успевает обработать данные от предыдущего зондирования, Низкая. частотазондирования в результате этогоприводит к росту ошибок при определении основных параметров атмосферы,так как за время зондирования, необходимого для достижения статистической точности, измеряемые параметры самой атмосферы значительноизме-.няются.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является 55устройство для счета фотонов, содер"жащее последовательно включенныеФЭУ, дискриминатор, счетчики, первое оперативное запоминающее устройство, подключенное выходом К первому входу сумматора, выход которого соединен с входом второго оперативного запоминающего устройства, подключенного выходом к входному регистру электрон ной вычислительной машины и к второму входу сумматора, схему синхронизации, блок управления, причем адресные и управляющие выходы блока управления подключены к адресным и управляющим входам" второго оперативного запоминающего устройства, к адресным входам первого оперативного запоминающего устройства и к управляющим входам счетчиков, а выход схемы синхронизации подключен к входу блока управления 21.Известное устройство имеет предел по частоте посылок оптического возбуждения, так как счет, накопление и распределение данных(поступающих с ФЭУ фотонов)по ячейкам первого оперативного запоминающего устройства и сложение результатов, полученных в предыдущих циклах зондирования, хранящихся во втором оперативном запоминающем устройстве с результатами, полученными в данном цикле зондирования, происходят последовательно в течение одного и того же цикла зондирования, т.е, может возникнуть такая ситуация(при увеличении частоты посылок оптического возбуждения), что данные нескольких последних временных интервалов (ячеек первого и второго оперативных запоминающих устройств)не будут сложены, в результате чего информация, накопленная и данном цикле зондирования, частично или полностью утеряна. С другой стороны, увеличение частоты посылок зондирующих импульсов необходимо, так как ведет к сокращению времени измерения параметров атмосферы, в течение которого они измеряются уже значительно, что ведет к увеличению точности измерения этих параметров.Цель изобретения - увеличение скорости накопления фотонов.Цель достигается тем, что в устройстве для счета фотонов, содержащее последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчики, первое оперативное запоминающее устройств, подключенное выходом к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом второго оперативного запо897 4нен с входами блока 9 управления и .счетного триггера 1 О, соответствующие выходы которого соединены с входами управления первого 4 и дополнительнбго 8 оперативных запоминающихустройств.Устройство работает следующимобразом.Поступающий со схемы 1 синхронизации на блок 9 управления импульссинхронизации запускает в блоке управления тактовой генератор и счетчикадреса, который с определенной частотой изменяет свое состояние, котороеподается на все оперативные запоминающие устройства 4,6 и 8. Этим определяется положение во времени фотонов, поступающих на ФЭУ 1. Этот жеимпульс перебрасывает счетный триггер 10 в противоположное состояниеи выходные уровни с него устанавливают разные режимы первого и дополнительного рперативных запоминающихустройств. Например, первое оперативное запоминающее устройство устанавливается в режим "Запись", тогдадополнительное оперативное запоминающее устройство 8 находится всостояние "Считывание". Эти состояния сохраняются до следующего синхроимпульса, т.е. импульса оптического зондирования атмосферы. При этомпервое оперативное запоминающееустройство 4 производит только запись насчитанных во временныхинтервалах импульсов, соответствующих по количеству числу поступившихна ФЭУфотонов, а дополнительноеоперативное запоминающее устройство8 производит только считывание данных, полученных в предыдущем цикле .зондирования, на сумматор 5; гдепроисходит сложение данных, хранящихся во втором оперативном запоминающем устройстве 6, с данными,записанными в предыдущем цикле вдополнительное оперативное запоминающее устройство 8.Следующий синхроимпульс перебросит счетный триггер 1 О в противоположное состояние и первое и дополнительное оперативные запоминающиеустройства поменяются ролями - первое оперативное запоминающее устройство считывает данные, полученныев предыдущем цикле, и суммирует ихс данными, хранящимися во второмоперативном запоминающем устройстве6, а дополнительное оперативное з 1.114минающего устройства, подключенноговыходом к входному регистру электронной вычислительной машины и к,второму входу сумматора, схемусинхронизации, блок управления,поичем адресные и управляющие выходыблока управления подключены к адресным и управляющим входам второгооперативного запоминающего устройства, к адресным входам первого оперативного запоминающего устройства ик управляющим входам счетчиков, авыход схемы синхронизации подключенк входу блока управления, введенысчетный триггер и дополнительное5оперативное запоминающее устройство,выход которого подключен к выходупервого оперативного запоминающегоустройства, а вход - к выходам счет-.чиков, вход счетного триггера под 20ключен к выходу схемы синхронизации,а его выходы - к соответствующимвходам управления первого и дополнительного оперативных запоминающихустройств, причем адресная шина25блока управления подключена к адресному входу дополнительного оперативного запоминающего устройства, аего другой вход соединен с электронной вычислительной машиной.На чертеже представлена блок-схеЗОма устройства.Устройство содержит ФЭУ 1, дискриминатор 2, счетчики 3, первое оперативное запоминающее устройство 4,сумматор 5, второе оперативное З 5запоминающее устройство 6, электронную вычислительную машину 7, дополнительное оперативное запоминающееустройство 8, блок 9 управления,.счетный триггер 10, схему 11 синхронизации,ФЭУ 1 соединен с входом счетчиков3 через дискриминатор 2, Выход счетчиков 3 соединен с входами первого4 и дополнительного 8 оперативных 45запоминающих устройств, выходы которых соединены с первым входом сумматора 5, выход которого соединен свходом второго оперативного запомина.ющего устройства 6, выход которого 50подсоединен к входному регистру электронной вычислительной машины и квторому входу сумматора 5. Адресныеи управляющие выходы блока 9 управления подключены к соответствующим 55входам всех оперативных запоминающихустройств 4, 6 и 8 и счетчиков 3.Выход схемы 11 синхронизации соеди-, 1114897.запоминающее устройство записывает данные со счетчиков 3 в соответствующие ячейки. После суммирования данных в течение требуемого количества циклов зондирования во втором оперативном запоминающем устройстве 6 накапливается массив чисел, который по команде блока 9 управления передается в электронную вычислитель. ную машину 7, после чего накопление возобновляется.Таким образом, эа счет разделения режимов работы оперативного запомина.ющего устройства по соседним циклам зондирования, за счет введения допол" нительного оперативного запоминающе-. го устройства, работающего в противоположном с первым оперативным запоминающим устройством режиме, имеется возможность увеличения частоты посылок импульсов оптического излу-чения и сокращения времени эксперимента, тем саиым точность измерения параметров атмосферы изменяется значительно меньшепримерно в два рава), Аппаратная точность счета фотонов не ухудшается, так как дискриминатор и счетчики,.вносящие основной вклад в погрешности счета, не изменяются, а общая точность нзмере ния параметров атмосферы возрастаетприблизительно в двв раза.Основные блоки устройства реализв"ции на микросхемах серии К 500, а блоки связи с электронной вычислительной 35 машиной - на сериях К 155, К 555 иК 580.Предлагаеиое устройство имеетмалые объем вес н энергопотребление по сравнению с известными при эначи тельно более высоких техническихпараметрах.