Способ измерения интенсивности оптического излучения

СОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1501 1) 4 С .01 1 1/4 ПИСАНИ РЕТЕН АВТ СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,1 оцпя А.Т. РЬогошегг 1 с, еггог апа 1 ув 1 в, ТХ , Оргшцш цве оГ рЬогошц 1- гдр 1 егв. - Арр 1. Орг 1 свр 1969, чо 1,8, У 12, р. 2431-2447.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(57)Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения интенсивности оптического излучения путем счета одноэлектронных импульсов фотоумножителя в.окне амплитуднойдискриминации, Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается за счет выбора такой ширины окна дискриминации, при которой взаимно компенсируются приращения скорости счета импульсов, превьппающих нижний и верхний уровни дискриминации. Для этого оптимальноезначение ширины окна дискриминациипредварительно устанавливают путемего подстройки до величины, обеспечивающей равные по абсолютной величинеи отрицательные по знаку измененияскорости счета фотоэлектронных импульсов при изменении напряжения питанияфотоумножителя на +(1-2)7 относительно номинального значения, Кроме того,с целью снижения нелинейности характеристики преобразования нижний уровень окна дискриминации предварительно устанавливают в интервале 0,6-0,9 ссредней амплитуды фотоэлектронных импульсов, а импульсы формируют симмет- Яричными биполярными. Биполярное формирование необходимо для устранениясдвигов нулевой линии в тракте дискриминации одноэлектронных импульсов иподдержания постоянства их среднейамплитуды при наложениях импульсов,1 з.п. ф-лы, 2 ил,Рь1 13415Изобретение относится к фотометриии может быть использовано для прецизионных измерений интенсивности непрерывного излучения в широком дина 5мическом диапазоне с помощью фотоэлектронных умножителей (ФЭУ),Цель изобретения - повышение точности измерения путем стабилизациикоэффициента преобразования интенсивности измеряемого излучения в скорость счета импульсовНа фиг. 1 изображен дифференциальный спектр р(2) амплитуд Фотоэлектронных импульсов (кривая 1), а также зависимость коэффициента влияния Ь(2,)(кривая 2) от порога дискриминации;на фиг. 2 - семейство кривых зависимости скорости счета фотоэлектронныхимпульсов от изменений напряжения питания и коэффициента усиления динодной системы фотоумножителя при различных вариантах установки ширины окна,Способ осуществляют следующим образом. 25Подают на ФЭУ номинальное напряжение питания и освещают его фотокатодсветовым потоком фиксированной интенсивности, обеспечивающим интегральнуюскорость счета импульсов в диапазоне10 -10 с , Измеряют скорость счетаб б -1фОтОЭЛЕКтРОННЫХ ИМПУЛЬСОВ Ио(22)в окне амплитудной дискриминацииЗатем производят измерения скоростейсчета и,(22) и и(22) при пониженном на 1-27 и при повышенном на1-27 напряжении питания ФЭУ соответственно. Если в результате измеренийокажется и, с и , ширину окна уменьшают и путем последовательных приближений, повторяя операции изменениянапряжения питания ФЭУ на + 1-27 иподстройки ширины окна, обеспечиваютравенство скоростей счета и, = иг,что соответствует равенству приращенийи -и = и -и с О. Если окажетсяе о а оии , то ширину окна аналогичнымгфобразом увеличивают до достижения равенства значений и = иг. На этом процедуру установки оптимальной шириныокна считают законченной и устанавливают номинально напряжение питанияФЭУ, при котором производят измеренияинтенсивности излучения,В общем случае изменение шириныокна может быть осуществлено путемрегулировки как нижнего, так и верхнего уровней дискриминации, Однако напрактике целесообразно нижний уровень О 1 2фиксирова гь, а регулировку ширины окна производить подстройкой верхнего уровня.Связь абсолютных изменений Ьи(г,) скорости счета одноэлектронных импульсов, обладающих амплитудой г ъ г с относительными изменениями коэффициента усиления динодной системы фотоумножителя ЬСС описывается выражениеми(2,) = и г р(2,)о,Сгде г - амплитуда фотоэлектронныхимпульсов, нормированнаясредним (по амплитудномуспектру) значением на единицу;г, и г - нормированные значения нижнего и верхнего уровней(порога) амплитудной дискриминации соответственно;ои. =1 ипи(2,) -интегральная интенсивностьг, - О потока (скорость счета) фотоэлектронных импульсовпри нулевом пороге дискриминации;р(2) в , плотность вероятности распределения амплитуд Фотоэлектронных импульсов,Величина и пропорциональна измеряемой величине интенсивности излучения и не зависит ни от г ни от С.Кроме того, плотность вероятностир(г) инвариантна относительно С, Инвариантен также коэффициент влиянияЬ(2 ) = г,р(2,). Поэтому множительпри ЬС/С в правой части выражения (1)зависит только от уровня дискриминации, причем для любого существующегоу реальных фотоумножителеч нида функции р(2), включая как пуассоновское,так и экспоненциальное распределенияамплитуд, зависимость Ь(г,) имеет мак.симум при некотором значении нормированного аргумента г1, т,е, длявсей области изменения переменной г,от О до о обратная функция 2,(Ь) является двузначной, Это означает,чтоолюбому значению г,г соответствует сопряженное значени г гг , приокотором достигается равкство Ь(2,)=о=Ь(г ), а соответственно, обеспечивается равенство абсолютных приращеоний скорости счета импульсов ьи(2,)Ь и(2 )Таким. образом, если выдели";ь окноамплитудной дискриминации мжду двумя3 134 сопряженными значениями нижнего г,ои верхнего 2 уровней дискриминации, то приращения ьп(2,) и ьп(г) взаимно компенсируются, поскольку скорость счета импульсов в окне дискриО оминации п(2 г ) определяется раз- ностью ном определяющего эффективность регистрации, отношение сигнал/шум и линейность характеристик преобразова 5ния. Установлено что при выборе нижЭнего окна дискриминации в интервале2, = 0,6-0,9 и формировании одноэлектронных импульсов симметричными биполярными обеспечиваются минимальныеотклонения от линейности характеристики преобразования в динамическомдиапазоне до 10 , При этом также достигается удовлетворительный компромисс в отношении порога чувствитель 15 ности, поскольку положение верхнегоуровня оказывает более слабое влияниена отношение сигнал/шум, чем на стабильность и линейность.фиг. 1, где показано взаимное расО оположение сопряженных уровней г, и г,поясняет рассмотренный принцип сопряжения через функцию Ь(2),Например,заранее установленному нижнему уровнюОг, = 0,64 соответствует сопряженныйО25 верхний уровень г, =1,66.При установкеокна дискриминации в соответствии сэтими значениями получена кривая 3на фиг, 2, которая симметрична относительно изменений П в сторону уменьшеЗ 0 ния и увеличения, Благодаря симметрииэтой кривой на практике нет необходи 1мости прослеживать ход этой зависимости по точкам, практическим критерием настройки на экстремум служит35равенство отрицательных приращенийскорости счета при введении ступенчатой симметричной расстройки питающегонапряжения на +17. Ход кривой 3 такжепоказывает, например, что при вариа 40 циях С на +5 ь вариации скорости счетав оптимальном окне не превышают -0,42т,е. достигается повьппение стабильности более чем на порядок величины,Кривые 4 и 5 на фиг, 2, иллюстрирующиевлияние отклонения верхнего уровня от45сопряженного значения при неизменОном положении нижнего уровня г,= 0,64, получены при 2 = 1,5 (кривая4) и гг = 1,8 (кривая 5). Эти кривыеимеют максимум, но асимметричны, поэтому эффект стабилизации в этих случаях значительно снижается, Кривая 6на фиг. 2 получена при установке окнадискриминации согласно прототипу: г, == 0,5 и гг = 2,1, Эта кривая не име 55 ет максимума и эффект стабилизацииздесь практически отсутствует,п(2 юга)(4) Обращение в нуль производнойЙП(22,) . , фозначает настройку на эксть)С . ЬИ- = КшС П ф(5) где К - число каскадов умножения;ш=0,8-0,9 - эмпирический коэффициент,Так, для 11-каскадного фотоумножителя изменение П на +17, вызывает изменение С примерно на +107, что соответствует по порядку величины типичным для большинства ФЭУ вариациям усиления в результате утомления, Поэтому для настройки на экстремум зависимости скорости счета п(22,) от С при фиксированном значении пО следует отрегулировать ширину окна дискриминации до величины, при которой регистрируются равные по величине и отрицательные по знаку приращения скорости счета фотоэлектронных импульсов, при введении симметричной расстройки напряжения питания фотоумножителя на +1-27 относительно номи-, нального значения.Оптимальное значение ширины окна зависит от начальной установки нижнеОго уровня дискриминации г в основп(2, 21)-П р(2) с 12 и Р(2) С 12и7 2 Оир(г)йг, (2)2,В результате достигается равенство Ьи(г г, ) =и Ь (г ) -Ь (г, ) - = О, (3) что удовлетворяет условию стабилизации коэффициента преобразования при котором результат измерения независит от малых вариаций коэффициента усиления динодной системы С,ремум зависимости сконости счета вокне дискриминации от С. Как известноС зависит от напряжения П питания фотоумножителя, причем 15014 Способ измерения позволяет значительно (на порядок величины и более)1341501 тель Е. Маколкин А.Кравчук Корректор А, Зимокосов Соста Техре дактор А. 0 Заказ 442 ное зводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 6 Тир ВНИИПИ Государ по делам изо 13035, Москва, аж 776 твенног ретений -35, Ра Под омитета СССР открытий кая наб., д.