Счетчик фотонов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 85 А 1 51)4 С О Д 1/44 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ удобства представле величины путем прям я измеряемо е а го отсчетаеских единиржит источсигнальн абсолютных энергет четчик фпорного тонов содзлучения й каГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТпо изОБРетениям и отнРытияПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР 9 813142; кл. С 01 1 1/44, 1981.Мартынюк, А.С., Николаев Е.П. Широкодиапазонный фотонно-счетный приемник видимого излучения, - Приборы и техника эксперимента, 1974, У 2, с. 193-197.(54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ 57) Изобретение относится к техниеской физике и может быть использо ано для абсолютных измерений малых уровнеи интенсивности непрерывногооптического излучения. Цель изобретения - повышение точности измерений и нал счета фотоэлектронных импульсов фотоумножителя (ФЭУ) 2, хронирующий канал счета импульсов опорной частоты с регистром памяти 11 и компаратором кодов 12, сравнивающим текущее содер" жание счетчика хронирующих импульсов 10 с кодом, записанным в регистр 11 при калибровке. В режиме калибровки производится счет сигнальных и хро" нирующих импульсов при подаче на вход ФЭУ излучения опорного источника 1, воспроизводящего размер единицы интен" сивности излучения, до момента заполнения декадного счетчика 6 сигнальных импульсов. В этот момент счет прекращается, а в регистр 11 записывает- с 2 ся параллельный код числа накопленных хронирующих импульсов, В режиме измерения производится счет импульсов при подаче на вход ФЭУ измеряемого С излучения до момента срабатывания компаратора кодов 12. Число импульсов, накопленных за это время в сигнальном канале, выводится на индикацию и отображает результат измерения. 1 ил,50 Изобретение относится к техническойфизике и может быть использовано дляабсолютных измерений малых уровней,интенсивности непрерывного оптического излучения,Цель изобретения - повышение точности измерений и удобства представления измеряемой величины путем прямого цифрового отсчета ее в абсолютныхэнергетических единицах.На чертеже представлена структурая схема счетчика фотонов.Счетчик фотонов содержит калиброанный источник 1 опорного излучения, 15отоумножитель 2, усилитель-формироатель 3, амплитудный дискриминаторпервый временной селектор 5, деадный счетчик 6 импульсов, блок 7ндикации, генератор 8 опорной часоты, второй временной слеектор 9,торой счетчик 10 импульсов, статиеский регистр 11, компаратор 12 коов, триггер 13 времени счета и блок14 управления. 25Источник 1 опорного излучения вежиме. калибровки введен в оптическийГракт и формирует опорный поток излучения на фотокатоде фотоумножителяВ режиме измерения источник 1фпорного излучения выведен из оптического тракта. Выход фотоумножителяподключен к входу усилителя-формиователя 3, выход которого подключенвходу дискриминатора 4, сигнальныйвыход которого подключен к входуременного селектора 5, а управляющий выход дискриминатора - к управляющему входу второго временного селектора 9. Выход первого временнбго(селектора 5 подключен к входу декадйого счетчика , подключенного к блоку 7 индикации, Генератор 8 опорнойЧастоты подключен к входу второговременного селектора 9, выход которого подключен к входу второго счетчика 10, выходы двоичных разрядов кодорого подключены параллельно и поразрядно к информационным входам статического регистра 11 и к первойгруппе входов компаратора 12 кодов,вторая группа входов которого подключена поразрядно к информационным выХодам регистра 11. Вход записи регистра 11 подключен в режиме калибровкичерез первый двухпозиционный переключатель 15 к выходу декадного счетчика 6, а; в режиме измерения - к нулевой шине, Вход сброса триггера 13 под" ключен в режиме калибровки через второй двухпозиционный переключатель 16к выходу декадного счетчика 6, а врежиме измерения - к выходу компаратора кодов. Выход триггера 13 подключен к управляющему входу первоговременного селектора 5, а установочный вход триггера - к выходу блока14 управления, подключенному к шинесброса счетчиков 6 и 10.Блок 14 управления предназначендля формирования команд пуска и сброса,Последовательно включенные фотоумножитель 2, усилитель-формирователь 3,амплитудный дискриминатор 4, первыйвременной селектор 5, декадный счетчик 6 и блок 7 индикации образуют сигнальный канал, в котором происходитобработка, накопление и индикацияимпульсов, генерируемых фотоумножителем 2 при воздействии на его фотокатод оптического излучения,Последовательно включенные генератор 8 опорной частоты, второй временной селектор 9 и второй счетчик 10с регистром 11 и компаратором 12 кодов образуют хронирующий канал, в котором происходит обработка и накоп-,ление хронирующих импульсов, генерируемых генератором 8 опорной частоты.Счетчик фотонов работает следую- .щим образом,В режиме калибровки на вход фото"умножителя 2 подают световой потокот источника 1 опорного излучения.По команде "Пуск", подаваемой в блок14 управления извне (например, откнопки ручного запуска), блок 14 управления формирует импульс сброса,подаваемый на входы сброса декадногосчетчика 6, второго счетчика 10 и наустановочный вход триггера 13. Приэтом содержание счетчиков 6 и 10 устанавливается в нудь, а на выходетриггера 13 возникает уровеньлогической "1", открывающий первый временной селектор 5. Одноэлектронные импульсы, возникающие на выходе фотоумножителя 2 при воздействии опорного излучения от калиброванного источника 1, усиливаются и формируютсяусилителем-формирователем 3 и послеамплитудного отбора в дискриминаторе4 поступают через открытый первыйвременной селектор на вход декадногосчетчика 6, который осуществляет счет числа импульсов.Одновременно происходит заполнение второго счетчика 1 О импульсами от генератора 8 опорной частоты через второй временной селектор 9, который блокируется по управляющему входу при каждом срабатывании дис - криминатора 4 на время , благодаря 10 чему осуществляется хронирование по живому времени, Окончание цикла калибровки определяется моментом времени, когда постепенно нарастающее число импульсов в декадном счетчи ке 6 полностью заполнит К десятичных разрядов этого счетчика. В этот момент на выходе К-го разряда возникает импульс, действие которого на входе записи, статического регистра 20 11 приводит к записи в регистр 11 в параллельном коде числа хронирующих импульсов, накопленных во втором счетчике 10 к этому моменту, Одновременно, этот импульс действует на 25 входе сброса триггера 13, в результате чего триггер переключается в исходное состояние с логическим "0" на выходе и закрывает первый времен. ной селектор 5. При этом счет в сиг- ЗО нальном канале прекращается, а блок индикации индицирует единицу в (К+1)-м разряде и нули - в остальных десятичных разрядах декадного счетчика 6.Для переключения устройства в ре" жим измерения переводят сдвоенный переключатель в положение, при котором вход сброса триггера 13 подключается к выходу компаратора 12 кодов, а вход записи регистра 11 присоединя ется к нулевой шине, что обеспечивает хранение записанного в регистре 11 кода в течение всего времени функционирования устройства в режиме измерения, в том числе и при повторных цик лах измерения, Источник опорного излучения выводят из оптического тракта и подают на фотоумножитель 2 измеряемое излучение. В режиме измерения устройство функционирует так же, 50 как описано для режима калибровки, за исключением того, что окончание цикла счета определяется моментом времени, когда постепенно нарастающее число импульсов во втором счетчике 10 сравнивается с числом, код которого занесен в регистр 11 в результате калибровки. В этот момент в результате срабатывания компаратора 12 кодов, сравнивающего текущий код разрядов второго счетчика 10 с кодом на информационных выходах регистра 11, на выходе компаратора 12 кодов возникает импульс, подаваемый на вход сброса триггера 13 времени счета, в результате чего триггер 13 переключается в состояние с логическим "0" на выходе. При этом закрывается первый временной селектор 5, прекращается счет в сигнальном канале и в блоке 7индикации индицируется результат измерения.Введение в схему устройства ука: занных функциональных узлов позволяет осуществить калибровку коэффициента преобразования счетчика фотонов непосредственно в ходе измерения, за счет чего исключается погрешность измерений, обусловленная нестабильностью параметров фотоумножителя.Здесь функциональное назначение калиброванного источника излучения заключается в воспроизведении стабильного и калиброванного по абсолютной величине уровня мощности излучения, т.е. этот источник выполняет роль встроенной образцовой однозначной ме ры мощности оптического излучения, воспроизводящей размер единицы мощности в области малых уровней. Устойство функционирует в режимах ка-. либровки и измерения, коммутация режимов производится сдвоенным двух- позиционным переключателем.В режиме калибровки осуществляется передача размера единицы от встро-. енного источника опорногэ излучения системе регистрации с использованием регистра памяти, в который автоматически вводится код калибровочного множителя, задающего масштаб преобраэования при последующих измерениях. Калибровочный множитель определяется числом импульсов генератора опорной частоты И, накопленных вторым счетчиком при заполнении целого числа десятичных разрядов декадного счетчика в процессе калибровки от источника опорного излучения.Скорость счета фотоэлектронных импульсов в сигнальном канале при калибровке равнаи о = Ро ы 1 РА,где Р - уровень мощности,. воспроизводимый источником опорного излучения 114531 5ы - энергия фотона;квантовая эффективность, фотокатода ФЭУ;Р - коэффициент сбора фотоэлектронов;5А - коэффициент дискриминации.Учитывая, что емкость К-разрядного десятичного счетчика равна 10", определяют живое время заполнения К раэ- О рядов декадного счетчика при калиб- ровке 10 10 и Т щ е по Ро РА(5) 25Отсюда видно, что если уровень.мощности Р источника опорного излучения установлен, например, равным1 нВт (т.е. Р= 1 нВт = 10 Вт), то З 0 отсчет измеряемой величины (5) соглас.но условию М = 10 Р, где ш - целоечисло (положительное или отрицательное), Р - мощность измеряемого излучения, является прямым в нановаттах,а показателем К определяется позиция децимальной точки на индикаторной панели. Информация в статическомрегистре сохраняется во время последующих циклов измерения и обновляет ся лишь в режиме калибровки. Повтор"ную калибровку проводят по мере необходимости в зависимости от условийэксплуатации и требуемой точности. 45 Формула изобретения Счетчик фотонов, содержащий сигнальный канал с последовательно включенными фотоумножителем, усилителем формирователем, амплитудным дискриминатором, первым временным селектором,декадным счетчиком импульсов и бло "ком индикации, хронирующий канал споследовательно включенными генера 55 тором опорной частоты, вторым временным селектором и вторым счетчикомимпульсов, а также триггер временисчета и блок управления, выход которого подключен к установочному входу Это выражение характеризует длительность цикла калибровки, начало которого определяется моментом открывания перВого временного селектора выходным уровнем триггера по сигналу пуска, поступающему из блока управления на установочный вход триггера. Конец цикла калибровки определяется моментом сброса триггера сигналом переполнения К разрядов декадного счетчика, поступающим в режиме калибровки на вход сброса триггера. При сбросе триггера закрывается первый временной селектор, счет прекращается, а блок индикации в сигнальном каналеКиндицирует число 10Число импульсов генератора опорной частоты, зарегистрированное на .время Т вторым счетчиком, равно 10 Го 10 ж ЕоТ= --- ,= ---- (3)О " по Ро 1 РАВ Момент окончания цикла калибровки на вход записи регистра действует импульс переполнения К разрядов декадного счетчика. При этом число Изаписывается в регистр в параллельном коде и определяет время накопления, а следовательно, и масштаб преобразования при функционировании устройства в режиме измерения Ио " опорная частота) .В режиме измерения на ФЭУ поступаЕт измеряемый световой поток и нача" ,1 о цикла счета задается моментом открывания первого временного селектора .По сигналу, поступающему из блока уп 1 авления на установочный вход триг"ера. Длительность цикла измерения (по живому времени) равна значению Тф, полученному при калибровке, бла- одаря тому что информация об этом Значении хранится в статическом ре 856гистре в виде кода числа И, Конец цикла счета определяется моментом срабатывания компаратора кодов, когда текущее содержание второго счетчика сравняется с числом Иц, хранящимся в статическом регистре. В этот момент на выходе компаратора кодов возникает импульс, сбрасывающий триггер времени счета в исходное состояние, в результате чего первый временной селектор закрывается, а в блоке индикации декадного счетчика индицируется число М, характеризующее результат измерения мощности светового потока: Подставляя в это выражение значение Т получают1453185 Составитель Е.МаколкинРедактор М,Бланар Техред Л.Олийнык Корректор Л.Пилипенко Заказ 7271/35 Тираж 466 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, ЖРаушская наб., д . 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г . Ужгород, ул . Проектная, 4 триггера и к шине сброса счетчиков, выход триггера подключен к управляющему входу первого временного селектора и к входу блока управления, аБ управляющий вход второго временного селектора подключен к управляющему выходу дискриминатора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и удобства представления измеряемой величины путем прямого цифрового отсчета ее в абсолютных энергетических единицах, в него введены калибровочный источник опорного излучения, компаратор кодов, 15 два двухпозицнонных переключателя и статический регистр, информационные входы которого подключены параллельно и поразрядно к информационным выходам второго счетчика и к первойгруппе входов компаратора кодов, аинформационные выходы регистра подключены поразрядно к второй группевходов компаратора кодов, при этомвход записи регистра подключен к выходу первого двухпоэиционного переключателя, первый вход которого подключен к нулевой шине, второй входподключен к выходу декадного счетчика и второму входу второго двухпозиционного переключателя, первыйвход которого подключен к выходу компаратора кодов, а выход второго переключателя подключен к входу сбросатриггера.