Счетчик фотонов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 100481 (21) 3270 б 56/18-25 Р 1 М К з с присоединением заявки МоС 01 3 1/44 Государственный комитет С С СР но делам изобретений и открытийОпубликовано 2310.82, Бюллетень М 39 Дата опубликования описания 23. 10, 82Латвийский ордена Трудового Красного Знамени .,государственный университет им. П. Стучкии Физико-энергетический институт АН Латвийской .СОР(54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для регистрации слабых и сверх- слабых световых потоков в физике, химии, биологии, медицинв, геологии т.д.Известен счетчик фотонов, содержащий источник света, прерыватель света, ФЭУ, дискриминатор, формирователь тактовых импульсов, блок установки кода, устройство сравнения кодов,первый делитель частоты, второй делитель частоты, блок управления, первый вентиль, второй вентиль, вспомогательный реверсивный счетчик и основной реверсивный счетчик 113. Недостатком данного устройства является ограниченная помехоустойчивость к электромагнитным помехам.Наиболее близким к изобретению техническим решением является счетчик фотонов, содержащий последовательно установленные источник света, прерыватель света и фотоэлектронный умножитель, поДключенный к дискриминатору, выход которого соединен с входами двух вентилей, другие входы ко-. торых соединены с блоком управления, выход которого соединен с входом сброса основного .счетчика, вход кото рого через первый делитель частотыимпульсов соединен с выходом третьеговентиля, один вход которого соединенс выходом блока управления, второй 5 вход соединен с генератором импульсов, а третий вход соединен с первымвыходом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен свыходом первого вентиля, а вычитаю щий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один вход которого соединенс выходом второго вентиля, а другойвход - с выходом третьего вентиляпричем второй выход реверсивного счетчика соединен с одним входом блокапамяти, другой вход которого соединен с блоком управления, а выходсоединен с одним входом блока сравнения.кодов, другой вход которого 20 соединен с блоком установки кодов.,два выхода блока сравнения кодовсоединены с блоком управления, атретий .выход соединен с входом дешифратора, выход которого соединенс установочными входами первого и.второго делителей частоты импульсов, при этом выход второго делителя частоты импульсов соединенс блоком управления, а формирователь тактовых импульсов соединен спрерывателем света 21.Недостаток известного устройства состоит в недостаточной помехоустой-" чивости по отношению к внешним источникам случайных помех, например, к электромагнитным импульсам, к космическому излучению и др. Помехи, воздействующие на это устройство в отдельных циклах измерения, вносят свой вклад в погрешность результата измерения. Появление помех в первом цикле измерения, кроме того, являет ся дополнительным, вторым .возможным фактором существенного снижения точности результата измерения, так как приводит к ошибочному уменьшению выбора необходимого количества циклов измерения.Достижение требуемой точности измерения в условиях наличия помех связано с повторными, часто многократными измерениями, что приводит к .большим затратам реального времени измерения.Цель изобретения - повышение помехозащищенности.Указанная цель достигается тем, что счетчик фотонов, содержащий последовательно установленные источник света, прерыватель света и фотоэлектронный умножитель, подключенный к дискриминатору, выход которого соединен с входами двух вентилей, другие входы которых соединены с блоком управления, выход которого соединен с входом сброса основного счетчика, вход которого через первый делитель частоты импульсов соединен с выходом 35 третьего вентиля, один вход которого соединен с выходом блока управления второй вход соединенс генератором импульсов, а третий вход соединен первым выходом реверсивного счетчика, 40 суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентиля, а вычитающий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один вход которого соединен с выходом второго вентиля, а другой вход - с выходом третьего вентиля, причем второй выход реверсивного счетчика соединен с одним входом блока памяти, другой вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с одним входом блока сравнения кодов, другой вход которого соединен с блоком установки коцов, два выхода блока сравнения кодов соединены с блоком управления, а третий выход соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с установочными входами первого и второго делителей частоты импульсов, при этом выход второго делителя частоты импульсов соединен с блоком управления, 60 а формирователь актовых импульсов соединен с прерывателем света, введены дополнительные блок установки кодов, блок сравнения кодов, элемент ИЛИ и блок формирования импульса 65"цикл", вход которого соединен с блоком формирования тактовых импульсов,выход соединен с вторым делителем частоты импульсов, а его вход установкив исходное состояние соединен с входом сброса реверсивного счетчика и свыходом дополнительного элемента ИЛИ,один вход которого соединен с входомсброса основного счетчика, а другойвход - с выходом дополнительного блока сравнения кодов, один вход которогосоединен с вторым выходом реверсивного счетчика, а другой вход соединенс дополнительным блоком установки кодов,На чертеже представлена блок-схемаустройства,Счетчик фотонов содержит последовательно установленные источник 1 света, прерыватель 2 света и фотоэлектронный умножитель (фЭУ) 3, подключенный к дискриминатору 4, а также формирователь 5 тактовых импульсов блокб установки кода, блок 7 сравнениякодов, первый делитель 8 частоты импульсов, второй делитель 9 частоты импульсов, блок 10 управления, первыйвентиль 11, второй вентиль 12, реверсивный счетчик 13, основной счетчик14, блок 15 памяти элемент ИЛИ 16,генератор 17 импульсов, третий вентиль 18, дешифратор 19, дополнительные блок 20 установки кода, блок 21сравнения кодов элемент ИЛИ 22 иблок 23 формирования импульса "цикл",Выход дискриминатора 4 соединен свходами двух вентилей 11 и 12, другиевходы которых соединены с блоком10 управления, выход которого соединен с входом сброса основного счетчика 14, вход которого через первыйделитель 8 частоты импульсов соединен с выходом третьего вентиля 18,один вход которого соединен с выходом блока 10 управления, второй входсоединен с генератором 17 импульсова третий вход соединен с первым выходом реверсивного счетчика 13, суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентиля 11, а вычитающийвход соединен с выходом элемента ИЛИ1 б, один вход которого соединен свыходом второго вентиля 12, а другойвход - с выходом третьего вентиля18, причем второй выход реверсивногосчетчика 13 соединен с одним входомблока 15 памяти, другой вход которогосоединен с блоком 10 управления, авыход соединен с одним входом блока7 сравнения кодов, другой вход которого соединен с блоком б установкикодов, два выхода блока 7 сравнениякодов соединены с блоком 10 управления, а третий выход соединен свходом дешифратора 19, выход которогосоединен с установочными входамипервого и второго, целителей 8 и 9 частоты импульсов, при этом выход второ 968624го делителя 9 частоты импульсов соединен с блоком 10 управления, а Формирователь 5 тактовых импульсов соединен с прерывателем 2 света, Блок 23 формирования импульса "цикл" соединен с блоком 5 формирования тактовых импульсов, его выход соединен с вторым делителем 9 частоты импульсов, а его вход установки в исходное состояние соединен с входом сброса реверсивного счетчика 13 и с 10 выходом дополнительного элемента ИЛИ 22 один вход которого соединен с входом сброса основного счетчика 14 а другой вход - с выходом дополнительного блока 21 сравнения кодов, 15 один вход которого соединен с вторым выходом реверсивного счетчика 13, а другой вход соединен с дополнительным блоком 20, установки кодов. 20Устройство работает следующим образом.Сигнал сброса от блока 10 управления поступает на основной счетчик 14 и через элемент ИЛИ на реверсив - 25 ный счетчик 13 и формирователь 23 им.пульса "цикл". Хоэффициенты деления делителей 8 и 9 всегда равны и в исходном положении равны 1. С поступлением первого тактового импульса в течение первого такта работы устройства открывается прерыватель 2 света. От источника света на катод ФЭУ 3 поступают фотоны, Фотоны выбивают из катода ФЭУ отдельные электроды, которые умножаются диодной системой и поступают в виде электрических импульсов на дискриминатор 4. Нормированные по амплитуде и длительности импульсы через первый вентиль 11 с момента поступления второ О го тактового импульса в течение второго такта попадают на суммирующий вход реверсивного счетчика 13, в котором накапливается сумма световых и шумовых импульсов й+ йш), 45В течение третьего такта закрывается прерыватель 2 света при этом вентили 11 и 12 закрыты. С поступлением очередного тактового импульса в чет.- вертом, завершающем такте первого цикла измерения открывается второй вентиль 12 и через элемент ИЛИ 16 на вычитающий вход реверсивного счетчика 13 поступает число импульсов йш поскольку прерыватель 2 света в 55 это время закрыт. Таким образом, в реверсивном счетчике 13 накопленный счет импульсов соответствует количеству Мс фотонов, поступающих в течение второго такта первого цикла на фотоэлектронный умножитель 3.Число У, накопленное в реверсивномсчетчике 13 за первый цикл измерения,записывается в блоке 15 памяти и вблоке 7 сравнения кодов сравнивается 65 с числом Хп , выбранным в блоке 6,установки кодов из совокупности чисел Х, Х ХХ Х ,устанавливаемых в блоке 6 установки кодов.Но установочным входам делителей 8и 9 частоты импульсов через дешифратор И из блока 7 сравнения кодовпотупеет сигнал, устанавливающий соответствующий коэффициент деления делителей. Чем больше отношение Хд/Утем больше коэффициент деления к,Одновременно число накопленных импульсов У в дополнительном блоке 21сравнения кодов сравнивается с числом2, установленном в дополнительномблоке 20 установки кода. Числовыбирается таким образом, чтобы выполнялось условие ,при наличии помехв цикле измерения,Еслина выходе дополнительногоблока 21 сравнения кодов выдается сигнал сброса, который, через дополнительный элемент ИЛИ 22 воздействуетна реверсивный счетчик .3 и блок 23Формирования импульса "цикл" устанав.ливая их в исходное состояние.Если2, как это имеет место приотсутствии помех, то после установления соответствующего коэффициентаделения делителей 8 и 9 частоты импульсов сигналом из блока 10 управления открывается третий вентиль 18,Импульсы от генератора 17 через веВтиль 18 и первый делитель 8 частотыимпульсов поступают на вход основногосчетчика 1, Одновременно импульсыот генератора 17 импульсов через третий вентиль 18 и элемент ИЛИ 16 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 13, Когда реверсивныйсчетчик 13 устанавливается на ноль,на его выходе появляется сигнал, закрывающий третий вентиль 18. Этоозначает, что в основном счетчике 14накопилось такое количество импульсов, сколько было в реверсивном счетчике 13, деленное на К , так каккоэффициент деления первого делителя8 частоты импульсов установлен равным значению К .С очередным тактовым импульсам навыходе блока 23 формирования импульса"цикл" появляется импульс "цикл",иначинается второй цикл измерения.Второй цикл измерения проходит подобно первому, только информация изреверсивного счетчика 13 не записывается в блоке 15 памяти, а при условии, что2 через первый делитель 8частоты импульсов заносится непосредственно в основной счетчик 14. Еслив каком-то из циклов измерениято сигнал сброса с выхода дополнительного блока 21 сравнения кодовчерез дополнительный элемент ИЛИ 22возвращает в исходное состояние реверсивный счетчик 13 и блок 23 фор 968624мирования импульса "цикл". Таким образом, накопленное за этот цикл число импульсов не поступает на основной счетчик 14 , как и не поступает на второй делитель 9 частоты импульсов импульс "цикл", в резуль тате чего этот цикл исключается из числа циклов измерения, дающих конечный результат измерения.Импульс команды "конец изМерения" на блок 10 управления поступает от О второго делителя 9 частоты импульсов , в момент появления на его выходе импульса. Таким образом, количество циклов определяется коэффициентом деления К делителей 8 и 9 частоты импульсов величйну которого определяет отношение Х/У. Следовательно, результат измерения, полученнйй на .основном счетчике 14, всегда нормируется к одному циклу, 20Количество циклов "К" определяется установкой коэффициентов деления делителей 8 и 9 частоты импульсов,что зависит от отношения Хп/У, Следовательно, при выбранном Х чем, меньше 3 , тем больше количество циклов. Тем самым, независимо от интенсивности потока, результат измерения имеет одинаковую заранее выбранную относительную погрешность. Погрешность измерения можно уменьшить путем выбора и установки з блоке 6 большего значения из совокупности чисел.Предлагаемое изобретение позволяет измерять слабые и сверхслабые световые излучения при наличии внешних случайных помех, в частности, позволяет избежать влияния случайных импульсов электромагнитных полей,Это важно при создании надежных автомати ческих измерительных систем, применяемых в разных отраслях народного хозяйства, например, медицине,геологии, биологии, химии. Кроме того, предлагаемый счетчик фотонов позволя ет экономить реальное время измерения, так как при наличии случайных помех во время измерения счетчик фотонов сохраняет ранее накопленный результат измерений, исключается только результат этого цикла измерения, в течение которого была помеха. Это также важно, поскольку время измерения при слабых и сверхслабых интенсивностях света .может достигать 10 - 10 с. 50 Формула изобретения66Счетчик фотонов, содержащий последовательно установленные источник света, прерыватель света и фотоэлектронный умножитель, подключенный к дискриминатору, выход которого соединен с входами двух вентилей, другие входы которых соединены с блоком управления, выход которого соединен с входом сброса основного счетчика, вход которого через первый делитель частоты импульсов соединен с выходом третьего вентиля, один вход которого соединен с выходом блока управления, второй вход соединен с генератором импульсов, а третий вход соединен с первым выходом реверсивного счетчика суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентиля, а вычитающий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один вход которого соединен с выходом второго вентиля, а другой вход - с выходом третьего вентиля,причем второй выход реверсивного счетчика соединен с одним входом блока памяти, другой вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с одним входом блока сравнения кодов, другой вход которого соединен .с блоком установкию кодов, два выхода блока сравнения кодов соединены с блоком управления, а третий выход соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с установочными входами первого и второго делителей частоты импульсов, при этом выход второго делителя частоты импульсов соединен с блоком управления, а формирователь тактовых импульсов соединен с прерывателем света, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения ,помехозащищенности в него введены дополнительные блок установки кодов, блок сравнения кодов, элемент ИЛИ и блок Формирования импульса "цикл", вход которого соединен с блоком формирования тактовых импульсов, выход соединен с вторым делителем частоты импульсов, а его вход установки в исходное состояние соединен с входом сброса реверсивного счетчика и с выходом дополнительного элемента ИЛИ, один вход которого соединен с входом сброса основного счетчика, а другой вход - с выходом дополнительного блока сравнения кодов, один вход которого соединен с вторым выходом реверсивного счетчика, а другой вход соединен с дополнительным блоком установки кодов. Источники информации.принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 717561, кл, С 01 3 1/44, 1980.2. Авторское свидетельство СССРМ 790932, кл. 6 01 3 1/44, 1981,