Счетчик фотонов

134Изобретение относится к фотометриии может быть использовано для измерения интенсивности малых уровней непрерывного оптического излучения, атакже для измерения одноэлектронныххарактеристик фотоумножителей,Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональныхвозможностей устройства за счет обеспечения режима одноканального амплитудного анализа одноэлектронных импульсов Фотоумножителя,На фиг. 1 изображена структурнаясхема счетчика фотонов; на Фиг. 2временная диаграмма Формирования тактов и циклов процесса измерения; наФиг. 3 - пример расположения нижнегои верхнего значений уровня дискриминации относительно дифференциальногор(Й) и интегрального А(Ь) спектровамплитуд фотоэлектронных импульсовфотоумножителя,Счетчик фотонов содержит Фотоумножитель 1, усилитель-формирователь 2,интегральный амплитудный дискриминатор 3, первый временной селектор 4,логический переключатель 5, ренерсивный счетчик б импульсон, генератор7 опорной частоты, временной селектор 8, первый делитель 9 частоты,счетный триггер 10, второй делитель11 частоты, блок 2 управления, регу-лируемый генератор 13 стабильноготока, аналоговый переключатель 14 тока и шину 15 сброса,1Выход фотоумножителя 1 подключен к входу усилителя-формирователя 2, выход которого подключен к входу дискриминатора 3, сигнальный выход которого подключен к входу первого временного селектора 4, управляющий выход - к управляющему входу второго временного селектора 8, Управляющий вход дискриминатора 3 соединен с выходом аналогового переключателя 14, Выход первого временного селектора 4 подключен к информационному входу логического переключателя 5, выходы которого подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 6, Управляющий вход первого временного селектора 4 подключен к первому выходу блока 12 управления, второй выход которого соединен с шиной 15 сброса, подключенной к входам сброса реверсивного счетчика б, счетного триггера 10, первого 9 и второго 11 делителей частоты, Гене 5065 ратор 7 опорной частоты подключен квходу второго временного селектора8, выход которого связан с входомпервого делителя 9 частоты, выход которого подключен к счетному входутриггера 10. Выход последнего соединен с входом второго делителя 11 частоты, а также с управляющими входамилогического переключателя 5 и аналогового переключателя 14 тока, входкоторого соединен с генератором 13стабильного тока, а выход - с управляющим входом дискриминатора 3, Выход второго делителя 11 частоты подключен к входу блока 12 управления,10 15 Блок 12 управления предназначендля Формирования команд пуска, останова и сброса.Последовательно соединенные фотоумножитель 1, усилитель-формирователь 2, дискриминатор 3, первый временной селектор 4, логический переключатель 5 и реверсивный счетчик бобразуют сигнальный канал, в которомпроисходит обработка и накоплениеимпульсов, генерируемых фотоумножителем 1 при воздействии измеряемогосигнала (потока Фотонов измеряемогоизлучения),Последовательно соединенные генератор 7 опорной частоты, второй временной селектор 8, первый делитель 9частоты, счетный триггер 10, второйделитель 11 частоты и блок 2 управления образуют хронирующий канал,предназначенный для формирования интервала времени измерения, а такжедля разбиения его на циклы и тактысуммирования и вычитания импульсов всигнальном канале синхронно с переключением уроння дискриминации изнижнего положения в верхнее и обратно,Счетчик фотонов работает следующимобразом.По команде "Пуск", подаваемой вблок 12 управления извне (например,от кнопки ручного запуска) или выра 20 25 30 35 40 45 нуль содержание счетчика б импульсов,делителей 9 и 11 частоты, а такжесчетного триггера 10, Уровень "0",действующий на выходе триггера О,поддерживают аналоговый переключатель 55 50 батываемой внутри блока управления(в режиме автоматического периодического запуска) блок 12 упранления формирует импульс сброса, подаваемый на шину 15 сброса и устанавливающий в13450 10 45 14 в разомкнутом состоянии, при этомуровень амплитудной дискриминации(Ь) находится в нижнем положении (Ь ),а выход первого временного селектора54 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 6 через логический переключатель 5, на управляющемвходе которого также действует уровень "0" с выхода триггера 1 О, Позаднему фронту импульса сброса блок12 управления формирует на первомвыходе передний фронт строб-импульсов временных ворот, который открывает на время измерения первый временной селектор 4.Одноэлектронные импульсы, возникающие на выходе фотоумножителя 1 привоздействии потока фотонов измеряемого излучения, усиливаются и формируются усилителем-формирователем 2 ипоступают на вход интегрального амплитудного дискриминатора 3, уровеньдискриминации которого в течениепервого такта и других нечетных тактов находится в нижнем положении(Ь). Выходные импульсы дискриминатора 3 поступают через открытый временной селектор 4 и логический переключатель 5 на суммирующий вход ре- З 0версивного счетчика 6. В течение первого такта происходит суммированиеимпульсов, превышающих по амплитуденижнее положение уровня дискриминации (Ь ), Одновременно происходит за 1 е35полнение хронирующего канала импуль.сами от генератора 7 опорной частоты через второй временной селектор8, который блокируется по управляющему входу на времяпри каждом сра 40батывании дискриминатора, где сразрешающее время дискриминатора,Выходные импульсы второго временногоселектора 8 поступают на вход первогоделителя 9 частоты. Первый такт заканчивается с приходом на вход первого делителя частоты К -го импульса(с начала такта). В этот момент навыходе первого делителя 9 частотывозникает импульс, перебрасывающийсчетный триггер 10 в состояние с "1" навыходе, которое сохраняется до концавторого такта,В течение второго такта уровень "1", действующий на выходе триггера 1 О, поддерживает аналоговый переклю- чатель 14 в замкнутом состоянии, генератор 13 стабильного тока подключен при этом к управляющему входу дискрибгаминатора 3, за счет чего уровень дискриминации поддерживается в верхнемположении (Ь, +Ь,) до конца второготакта. Выходные импульсы дискримина"тора 3 в течение второго такта по"ступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 6 через первый временной селектор 4 и логический переключатель 5, на управляющем входе кото"рого действует уровень "1" с выходатриггера 1 О, В течение второго тактапроисходит вычитание импульсов, превышающих по амплитуде верхнее положение уровня дискриминации, иэ ранее накопленного в счетчике 6 (запредыдущий такт) числа импульсов, атакже продолжается заполнение хронирующего канала импульсами от генератора 7 опорной частоты.Второй такт заканчивается с приходом на вход первого. делителя 9 частоты К, -го импульса (с начала такта), В этот момент на выходе первого делителя 9 частоты возникает импульс, перебрасывающий триггер 10в исходное состояние с "0" на выходе, На этом заканчивается первый цикл, а в счетчике 6 выделяется разностное число импульсов, накопленное за цикл.Далее циклы повторяются аналогичным образом, результат накопления импульсов в счетчике 6 увеличивается с каждым циклом. В момент окончания К-го цикла на выходе второго делителя 11 частоты появляется импульс, подаваемый на вход блока 12 управления, который при этом формирует на первом выходе задний фронт строб-импульса временных ворот, закрывающий. первый временной селектор 4, На этом заканчивается интервал времени измерения, а в реверсивном счетчике 6 выделяется число импульсов И, отображающее результат измерения, Временная диаграм" ма, изображенная на фиг. 2, поясняет процесс формирования тактов и циклов.Коэффициенты деления К и К первого и второго делителей частоты выбирают исходя из требуемого диапазона интервалов времени измерения Т, а также с учетом того, что частота переключения счетного триггера О должна быть не менее 1 Гц, Последнее требование обусловлено необходимостью подавления фликкерных шумов фотоумножителя, сосредоточенных обычно в области частот менее 0,1 - 1 Гц. Так, 1345065например, для перекрытия диапазона Т = 0,02 - 200 с при Г = 1 МГц коэффициент деления К установлен фиксированным (К=10 ), а коэффициент К, установлен изменяемым в диапазоне К= 10 "10 , При этом частота переЙключения триггера 10 находится в пределах 5 Гц - 5 кГц, что вполне удовлетворяет изложенным требованиям, ОПри использовании устройства для измерения интенсивности излучения виртуальное окно дискриминации устанавливают достаточно широким путем выбора Ь порядка 1, а уровень дис криминации фиксируют. Пример расположения уровней дискриминации показан на Фиг,. 3, где Ь, = 0,64 и Ь,=1,02, удовлетворяющие условию стабилизации коэффициента преобразования 20 Р 0) = (, с 1) Р (1 си )При использовании устройства для одноканального анализа амплитуд одно- электронных импульсов Фотоумножителя 25 ширину виртуального окна устанавливают достаточно малой путем выбора Ьсм1 и, изменяя последовательно нижний уровень Ь регистрируют зависимость числа импульсов, имеющих 30 амплитуду между Ь и Ь, +Ь,; от уровня дискриминации Ь , График получаемой в результате этих измерений зависимости соответствует по форме функции дифференциального распределения амплитуд р(Ь) (кривая 16 на фиг. 3), Соответствующая функция интегрального рас.пределения амплитуд А(Ь) прецставлена кривой 17 на фиг. 3, Ширина виртуального окна в данном устройстве опреде ляется лишь генератором 13 стабильного тока и сохраняется постоянной при изменении нижнего уровня Ь, .Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществить мультиплексную обработку потока одноэлектронных импульсов Фотоумножителя с модуляцией уровня дискриминации и синхронным реверсивным счетом. При этом с помощью единственного порогового элемента формируется визуальное динамическое окно дискриминации, ширина которого задается регулируемым генератором стабильного тока, что обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства - измерение дифференциального распределенияамплитуд одноэлектронных импульсовФЭУ и повышение точности за счет снижения нестабильности коэффициентапреобразования. формула изобретения Счетчик фотонов, содержащий последовательно включенные фотоумножитель, усилитель-формирователь, интегральный амплитудный дискриминатор,первый временной селектор в сигнальном канале и последовательно включенные генератор опорной частоты, второй временной селектор, первый делитель частоты в хронирующем канале,а также счетчик импульсов, второйделитель частоты и блок управления,первый выход которого соединен суправляющим входом первого временногоселектора, второй выход подключен кшине сброса счетчика импульсов и делителей частоты, а управляющий выходдискриминатора соединен с управляющим входом второго временного селектора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности ирасширения функциональных возможностей устройства за счет обеспечениярежима одноканального амплитудногоанализа одноэлектронных импульсовфотоумножителя, в него введены регулируемый генератор стабильного тока,аналоговый переключатель тока, логический переключатель и счетныйтриггер, причем установочный входтриггера связан с шиной сброса,счетный вход подключен к выходу первого делителя частоты, выход триггера подключен к входу второго делителя частоты и К управляющим входам ло.гического и аналогового переключателей, выход последнего связан с управляющим входом дискриминатора, авход - с генератором стабильного тока, информационный вход логическогопереключателя подключен к выходупервого временного селектора, а еговыходы - к суммирующему и вычитающему входам счетчика импульсов, который выполнен реверсивным,