Устройство для счета фотонов

СОЮЗ СОВЕТСНИКСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) (Ю 11 С О 1,1 1(4 БРЕТ ИСАНИ ЕЛЬСТВ СНОМ,К С КА б) л ск ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИ 4(71) Институт оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР(5 1.Панов 1 О.А. и др. Регистратор слабых световых сигналов. - Д Всесоюзный симпозиум по распространению азер- ного излучения в атмосфере. Том 1973, с, 352-354.2.Лагутин М.Ф. и др. Система приема, отображения и подготовки данных лидара для обработки на ЭВМ. - 1 Ч Все-, союзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферыТомск, 1976,. с.242-245 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ФОТОНОВ, содержащее последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчик и оперативное запоминающее устройство, а также блок управления, электронную вычислительную машину и схему синхронизации, причем оперл-.ивное запоминающее устройство подключено информационным выходом к входному регистру электронной вычислительнбй машины адресные выходы блока управУления подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства и входному регистру электроннойвычислительной машины, о т л и ч а.ющ е е с я тем, что, с целью повыше"ния точности измерений параметроватмосферы путем увеличения скоростинакопления фотонов, в него введенытриггер и логический элемент ИЛИ,и входов которого подключены к информационному и-разрядному выходуоперативного запоминающего устройства (и1),й-вход триггера подключенк одному из разрядов выходного ре"гистра электроннойвычислительноймашины, выход триггера подключен квходу блока управления, который вы-полнен на генераторе временных интервалов иадресном счетчике, причемвыход схемы синхронизации подключен Сюк первому входу генератора временныхинтервалов, выход которого подключен ак адресному счетчику, адресные выхо-ды которого подключены к адреснымвходам оперативного запоминающегоустройства и входному регистру электронной вычислительной машины, а квторому входу генератора временныхинтервалов подключен выход триггера,5-вход которого подключен к выходулогического элемента ИЛИ, 1130746Устройство относится к оптическому зондированию атмосферы и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, спектроскопии, химии, 5 астрономии, космических исследованиях и т.д.В экспериментах по лазерному зондированию атмосферы необходимо исследо-" вать атмосферные процессы, значитель но изменяющиеся во времени. В таких экспериментах, когда регистрация отраженного сигнала происходит в ре-.жиме счета отдельных фотонов,а информации, получаемой из одного отра женного атмосферой сигнала, недостаточно и требуется производить накопление данных в течение многих циклов зондирования, необходимо сокращать общее время эксперимента, т.е. Уве личивать скорость накопления фотонов, так как существует возможность ошиб-.ки в измерениях быстроменяющихся параметров атмосферы за счет того, что эти параметры изменяются в про цессе измерения. Такая ошибка существует независимо от точности регистри-.рующей атмосферы, способ ее уменьше-.ния - увеличение скорости накопления фотонов путем увеличения частоты З 0 посылок зондирующего излучения.Специфика отраженного. атмосферой сигнала такова, что интенсивность поступления на приемник фотонов, отраженных атмосферой, распределена З 5 во времени неравномерно, а именно в первые моменты времени после посылки зондирующего оптического импульса с близких расстояний количество посту- дающих фотонов велико и ячейки оперативного запоминающего устройства,. где фиксируются моменты поступления фотонов или их количество, оказываются почти все заполненными, а по мере удаления от источника излучения их число резко уменьшается по закону обратного квадрату расстояния плюс ослабление зондирующего импульса, вносимое атмосферой, и в последние интервалы ячейки памяти) попадает 50 очень малое их количество, т.е.основная масса ячеек памяти в результате оказывается незаполненной. Распреде" ление моментов появления одноэлектронных импульсов фотонов) во време-,55 ни происходит случайным образом, по- этому считывание данных, полученных в данном цикле счета, из оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину в основном производится вхолостую, так как в большинстве ячеек информации нет,По этой причине для увеличения частоты зондирующих посылок оптического излучения с целью увеличения точности определения параметров атмосферы путем сокращения времени эксперимента необходимо исключить пустые ячейки оперативного запоминающего устройства из цикла считывания данных из оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину или в устройство подготовки данных, а считывать только те в котбрых имеется информация, что приводит к существенному сокращению цикла считывания , повыеив в конечном счете точность измерения параметров атмосферы путем сокращения времени эксперимента.Известно устройство для счета фотонов, содержащее последовательно включенные ФЗУ., дискриминатор, счетчик и оперативное запоминающее устройство 1 .Недостатком данного устройства является низкое быстродействие элементов устройства - сумматора и магнитного оперативного запоминающего устройства, в результате чего зондирование атмосферы с большой частотой 1 посылок импульсов оптического .возбуждения невозможно, так как устройство не успевает обрабатывать данные от предыдущего зондирования. Низкая частота зондирования приводит к росту ошибки при определении параметров атмосферы, так как завремя зондирования, необходимое для достижения необходимой статистической точности, измеряемые параметры атмосферы значительно изменяются.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для счета фотонов, содержащее последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчик и оперативное запоминающее устройство, а также блок управления, электронную вычислительную машину и схему синхронизации, причем оперативное запоминающее устройство подключено информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной машины, адресные выходы блока управления подключены к адресным входам оперативного запо11107 25 минающего устройства и входному регистру электронной вычислительной машины 2,Однако известное устройство имеет ограничение по частоте посылок оптического излучения, так как счет и распределение данных поступающих с дискриминатора одноэлектронных импульсов) по ячейкам первого оперативного запоминающего устройства и считывание из ячеек первого оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину происходят со скоростью, с которой электронная вычислительная машина может принимать данные и без анализа содержи)мого ячеек первого. оперативного запоминающего устройства, т,е. с одной скоростью для всех ячеек - пустых и "заполненных".20Цель изобретения - повышение точности измерений параметров атмосферы путем увеличения скорости накопления фотонов. Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для счета фотонов, содержащее последовательно включенные ФЭУ 1 дискриминатор счетчик и оперативное запоминающее устройство а также блок управления, электрон- З 0 ную вычислительную машину и схему синхронизации, .причем оперативное запоминающее устройство подключено информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной 35 машины, адресные выходы блока управления подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства и входному регистру электронной вычислительной машины введены триг гер и логический элемент ИЛИ, и входов которого подключены к и:формационному и-разрядному выходу оперативного запоминающего устройства (и У 1), К-вход триггера подключен к одному 45 из разрядов выходного регистра электронной вычислительной машины, выход триггера подключен к входу блока управления, который выполнен на генераторе временных интервалов и ад ресном счетчике, причем выход схемы синхронизации подключен к первому.входу генератора временных интервалов, выход которого подключен к адресному счетчику, адресные выходы 55 которого подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства и входному регистру электрон 46 4ной вычислительной машины, а к второму входу генератора временных интервалов подключен выход триггера, 5-вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ.На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.Устройство содержит ФЭУ 1, дискриминатор 2, счетчик 3, оперативное запоминающее устройство 4, электрон" ную вычислительную машину 5, схему 6 синхронизации, блок 7 управления, состоящий из генератора 8 временных интервалов и адресного счетчика 9, триггер 10 и логический элемент ИЛИ 11. Выход ФЭУ 1 подключен к входу дискриминатора 2, его выход - к входу счетчика 3, выход счетчика - к информационному входу оперативного запоминающего устройства 4, его информационный выход - к входному регистру электронной вычислительной машины 5 и входам логического элемента ИЛИ 11, выход логического элемента подключен к одному из входов триггера 10, к В-входу которого подключен выход одного разряда выходного регистра электронной вычислительной машины 5., выход триггера 1 О соединен с первым входом управления генератора 8 временных интервалов блока 7 управления, Выход схемы 6 синхронизации подключен к второму входу управления генератора 8 временных интервалов, а его выход - к входу адресного счетчика 9, который. расположен в блоке управления. Адресные выходы адресного счетчика 9 подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства 4 и входному регистру электронной вычислительной машины 5,Устройство работает следующим об разом.Генератор 8 временных интервалов запускается импульсомсо схемы 6 синхронизации, определяющим. начало цикла счета. В этом цикле оперативное запоминающее устройство 4 находится в режиме "Запись" и записывает по соответствующим ячейкам, номера которых определяет адресный счетчик 9, содержимое счетчика 3. После прохождения всех возможных состояний адресного счетчика 9 оперативное запоминающее устройство 4 переходит в режим "Считывание", при этом данные с оперативного запоминающего устройства1130746 поступая на адресный счетчик 9, изменяют его состояние, и тем самым произ.10 вычислительной машины 5 и дополнительный триггер 10 через логический элемент ИЛИ 11.Если в читаемых ячейках нет информации, смена состояний адресного счетчика 9 происходит быстро,со скоростью 20 30 Выходы й одноразрядных оперативных запоминающих устройств 4 подключаются к и+к разрядам входного регистра электронной вычислительной машины 5, где к - разрядность адресного счетчика 9, и к и входам логического элемента ИЛИ 11, соединенного своим выходом с одним из входов триггера 10, причем считыванием в электронную вычислительную машину и+к адреса; где и - номер одноразрядного оперативного запоминающего устройства, к - но 40 и самого оперативного запоминающегоустройства чем достигается дополнительное повышение скорости обменапутем уменьшения количества операцийпри передаче и накоплении данных в 55 передаются вместе с соответствующим адресом с адресного счетчика 9 на входной регистр электронной вычислительной машины.При этом блок 7 управления работает следующим образом. Генератор 8 временных интервалов продолжает вырабатывать тактовые импульсы, которые водится последовательное считыванисданных из оперативного запоминающегоустройства 4, одновременно поступающих на входной регистр электронной работы генератора 8 временных интер.валов, происходит лишь "просмотр" ячеек оперативного запоминающего устройства, а считывания данных из оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину нет, так как выходной нулевой ". сигнал с выхода оперативного запоминающего устройства свидетельствует ,о том что в данной ячейке информации нет. При появлении на выходе оперативного запоминающего устройства информации 10 сигналом с выхода логического элемента ИЛИ 11 перебрасывается в состояние, запрещающее дальнейшую работу генератора 8 временных интер валовостанавливает его. Этот же сиг-. нал поступает на входной регистрэлектронной вычислительной машины 5,сообщая, что в данной ячейке с адрее сом находящимся в данный момент вадресном счетчике 9 записан в цикле записи хотя бы один фотон, т.е. адрес и содержание данной ячейки необходимо так как генератор 8 временных интервалов остановлен, и быстрой смены адресов на входном регистре электронной вычислительной машины нет записать в память электроннойвычислительной машины. Последняя записывает со своей скоростью информацию(адрес с адресного счетЧика и данныеиз оперативного запоминающего устройства) и выдает сигнал на выходнойрегистр о том, что данные приняты,Зтот сигнал сбрасывает триггер 10,и он разрешает дальнейшую работу с,большой скоростью генератора 8 временных интервалов, адресного счетчика 9 и оперативного запоминающегоустройства 4, Если в последующихячейках информации нет, на выходеэлемента ИЛИ 11 сохраняется нулевойуровень, триггер 1 О не срабатываети генератор 8 временных интерваловпродолжает работу с высокой частотойдо тех пор, пока в очередной ячейкене появляется снова информация. Тогдатриггер 10 опять устанавливается,останавливает генератор 8 временныхинтервалов и электронная вычислитель=ная машина 5 принимает данные (адреси состояние оперативного запоминающего устройства 1 со своей малой скоростью. Об окончании приема она опятьсообщает импульсом с,выходного регистра,который сбрасывает триггер О, игенератор временных интервалов начинает перебирать с высокой скоростьюадреса ячеек оперативного запоминающего устройства далее,Многократное повторение циклов"запись-считывание" приводит к тому,что в ячейках памяти электроннойвычислительной машины 5, адреса которых определяют положение поступивших фотонов, происходит накоплениечисла фотонов до необходимого заданного уровня Возможны следующие варианты подключения оперативных запоминающих устройств 4, если их число ) 1мер ячейки этого оперативного запоминающего устройства, из которой считывается информация, производитсяодновременно идентификация ячейкиоперативного запоминающего устройстваставитель А.Чурбаковхред А.Бабинец Корректор О.Лугова Редактор С.Саен 2 Подписио комитета СССРи открытийская набд.4/5 О/2 по иал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектн 7 307электронной вычислительной машине вслучае многоканальных систем,Выходы пш-разрядных оперативныхзапоминающих устройсТв 4 подключены ки+в+К разрядам входного .регистра.5, где и - число а-разрядных оператив.,ных запоминающих устройств 4, 1 сразрядность адресного счетчика 9 ик и+а входам логического элемента 10ИЛИ1, соединенного своим выходомс одним иэ входов триггера О, причемсчитыванием в электронную вычисли,тельную машину 5 и+а+К-разрядного. адреса. где и - номер ш-разрядного 5оперативного запоминающего устройства,к -номер ячейки этого оперативного запоминающего устройства,из которой считывается числош,производится одновременная идентификация ячейки оператив Оного запоминающего устройства,.самогооперативного запоминающего устройстваи числа записанного в нем, что такжепозволяет уменьшить количество операТираж 8НИИПИ Государственноделам изобретений035,Москва,Ж,Рауш 46 8ций при передаче и накоплении данных в электронную вычислительную машину для многоканальных систем счета.Таким образом, считывание данных из оперативного запоминающего устройства со скоростью электронной вычислительной машины не из всех подряд ячеек, а лишь из тех где есть информация и только "просмотр" всех дру.гих с высокой скоростью, позволяет значительно сократить время считывания данных из оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину, что в свою очередь дает возможность .увеличить частоту посылок зондирующих световых импульсов, и, увеличив тем самым скорость накопления одноэлектронных импульсов, сократить время эксперимента и увеличить точность измерения параметров атмосферы,Изобретение позволяет повыситьточность измерений.