Счетчик фотонов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик(22) Заявлено 030281 (21) 3243968/18-25 ф 11 М Кп з 0 01 Х 1/44 с присоединением заявки Ко- В Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 15.0183, Бюллетень йо 2 Дата опубликования описания 150183 лГ.А. Скуиньш, А.Я. Риеба, И.Л. Янсон и У.В. Янсеа.,(72) Авторы изобретения Ц Латвийский ордена Трудового Красного Знаме и . государственный университет нм. П. Стучки(54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ Изобретение относится к техничес- кой физике и может быть использовано при регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, химии, биологии, медицине, геологии и т.д.Известен счетчик Фотонов, содержащий ФЭУ, дискриминатор, формирователь тактовых импульсов, блок установки кода, устройство сравнения колов, первый делитель частоты, второй делитель частбты и блок управления (1) .Недостатком его.является большая- длительность. измерений,Наиболее близким техническим реше" нием Н предлагаемому является источник фотонов, содержащий источник све-. та, оптически свяэанный,через прерыватель света, подключенный к формирователю тактовых импульсов, с Фотоэлектронньм умножителем, подключеннин ко входу дискриминатора, к выходу которого подключены два первых входа. двух вентилей, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления, к двум входам которого 25 подключены два выхода блока сравнения кодов, один вход которого соединен с выходом блока установки кодов, а другой - с выходом блока памяти, один вход которого подключен к блоку управления, а другой вход - к выходу ревер- сивного счетчика, установочный вход которого соединен с установочньи вхо" дом дешифратора и с блока управления, суммирунщий вход реверсивного счетчика соединен выходом первого, вентиля, вычитакций вход соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго вентиля, а выход реверсивного счетчика соединен с первьм входом третьего вентиля, через который генератор импульсов со" единен с сигнальньи входом первого делителя частоты, выход которого соединен с входом основного счетчика, а установочный вход соединен,с выходом дешифратора, второй выход которого . соединен с вторьи делителем частоты, через который формирователь тактовых импульсов соединен с соответствукщим входом блока управления, соответствующий выход которого соединен с установочньи входом основного счетчика, при" чем вход дешифратора соединен с третьим выходом блока сравнения кодов (2).Недостатком известного устройства является то, что при большой интенсивности света время измерения оказывается много больше, чем необходимо для измерения при заданной ошибке.Цель изобретения - сокращение времени счета при большой интенсивности света.Цель достигается тем, что в счетчик фотонов, содержащий источник света, оптически связанный через прерыватель света, подключенный к формиро,вателю тактовых импульсов, с фотоэлектронным умножителем, подключенным ко входу дискриминатора, к выходу которого подключены два первых входа двух 10 вентилей, вторые входы которых соединены с соответствукцими выходами блока управления, к двум входам которого подключены два выхода блока сравнения кодов, один вход которого соеди нен с выходом блока установки кодов, а другой - с выходом .блока памяти, один вход которого подключен к блоку управления, а другой вход - к выходу реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с установочным входом дешифратора и с выходом блока управления, суммирукций вход реверсив ного счетчика соединен с выходом первого вентиля, вычитающий вход соеди" нен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго вентиля, а выход реверсивного счетчика соединен с первым входом третьего вентиля, через который гене-З ратор импульсов соединен с сигнальным входом первого делителя частоты, выход которого соединен с входом основного счетчика, а установочный вход соединен с выходом дешифратора, второй выход которого соединен с вторьм З 5 делителем частоты, через который фор. мирователь тактовых импульсов соединен с соответствующим входом блока , управления, соответствующий выход ко" торого соединен с установочным входом40 основного счетчика, причем вход дешиф-, ратора соединен с третьим выходом бло" ка сравнения кодов, введены дополни-. тельные генератор импульсов, счетчик,блок сравнения кодов, дешиФратор и . делитель частоты, причем к первому входу дополнительного блока сравнения кодов подключен выход дополнительногосчетчика, вход которого соединен с дополнительным генератором импульсов,5 О к второму входу дополнительного блока сравнения кодов подключен выход ревер" сивного счетчика, а выход дополнитель, ного .блока сравнения кодов подключен к входу дополнительного дешифратора, первый выход которого соединен. с формирователем тактовых импульсов, второй выход - с дополнительною делителем частоты, через который сигнальный вход первого делителя частоты соединен с вторья входом элемента ИЛИ, а 60 третий выход - с.блоком управления,один из выходов которого соединен со Входом дополнительного счетчика.На чертеже представлена блок-схема устройства. 65 Сче тч ик фото нов содержит ис точ ннк 1 света, прерыватель 2 света, ФЭУ 3, дискриминатор 4, формирователь 5 тактовых импульсов, блок 6 установки кода, блок 7 сравнения кодов, первый делитель частоты 8, второй делитель частоты 9, блок 10 управления, первый вентиль 11, второй вентиль 12, реверсивный счетчик 13, основной счетчик 14, блок 15 памяти, элемент ИЛИ 16, генератор 17 импульсов, третий вентиль (3,8, основной дешифратор 19, дополнительный генератор 20 импульсов, дополнительный счетчик 21, дополнительный блок 22 сравнения кодов, дополнительный дешифратор 23 и дополнитель-, ный делитель 24 частоты.Источник 1 света оптически связан ,через прерыватель 2 света, подключенный к формирователю 5тактовых импуль сов, с фотоэлектронным умножителем 3, подключенным ко входу дискриминатора 4, к выходу которого подключ ны два первых входа двух вентилей 11 и 12, вторые входы которых соединены с со" ответствующими выходами блока 10 управления, к двум входам которого подключены два выхода блока 7 сравнения кодов, один вход которого соединен с выходом блока 6 установки кодов, а другой - с выходом блока 15 памяти, один вход которого подключен к блоку 10 управления, а другой вход - к выходу реверсивного счетчика 13, установочный вход которого соединен с установочным входом дешифратора 19 и с выходом блока 10 управления. Суммирукций вход реверсивного счетчика 13 соединен с выходом первого вентиля 11 Вычитающий вход соединен с выходом элемента ИЛИ 16, первый вход которого соединен с выходом второго вентиля 12, а выход реверсивного счетчи". ка 13 соединен с первая входом третьего вентиля 18, через который генератор 17 импульсов соединен с сигнальным входом первого делителя частоты 8, выход которого соединен с входомосновного счетчика 14, а установочныйвход соединен с выходом дешифратора 19, второй выход которого соединен с вторым делителем частоты 9, через который Формирователь 5 тактовых импульсов соединен с соответствующим входом блока 10 управления, соответствукций выход которого соединен с установочным входом основного счетчика 14, причем вход дешифратора 19 соединен с третьим выходом блока 7 сравнения ко" дов. К первому входу дополнительного блока 22 сравнения кодов подключен вход дополнительного счетчика 21, вход которого соединен с дополнительным генератором 20 импульсов, к второму входу дополнительного блока 22сравнения кодов подключен выход реверсивного счетчика 13, а выход дополнительного блока 22 сравнения кодов подключен к входу дополнительного дешифратора 23, первый выход которого соединен с Формирователем 5 тактовых импульсов, второй выход - с дополнительным делителем 24 частоты, через который сигнальный вход первого делителя 8 частоты соединен с.вторым входом элемента ИЛИ 16, а третий выход - с блоком 10 управления, .один из выходов которого соединен со входом дополни- О тельного счетчика 21,Устройство работает следующим образом.При .подаче на управляющий вход бло 15 ка 10 управления сигнала Пускф он подготавливается для приема тактовых импульсов. Сигнал от блока 10 управГения устанавливает на нуль реверсивный счетчик 13; дополнительный счетчик 21 к основной счетчик 14. В исходном положении коэффициенты давления, делителей частоты 8 и 9 установлены соответственно 10 и 4. С поступлением первого тактового импульса, в течение первого такта работы устройства, открывается прерыватель 2 света.На катод Фотоэлектронного умножителя 3 фотоны поступают от источника 1 све та. Эти Фотоны выбивают из катода Фотоэлектронного умножителя 3 отдельные З 0 электроны, которые умножаются его динодной системой и поступают в виде электрических импульсов на дискриминатор 4, Нормированные по амплитуде и длительности импульсы через вентиль З 5 11 с момента поступления второго тактового импульса в течение второго так.та попадают. на суммирующий вход счетчика 13. В этом счетчике накапливается сумма световых и шумовых импульсов 40 с ЩПрй поступле нии второго тактового , импульса дополнительный счетчик 21 начинает считать импульсы от дополнительного генератора 20 импульсов. До полнительный блок 22 сравнения определяет, который из счетчиков 21 илк 13 первым достигает определенноечисло 7., которое обеспечивает заданную ;ошибку измерения. Если первыч.это число достигает счетчик 21, то длительность второго такта равна Т;В течение третьего такта закрыва-, ется прерыватель 2 евета, при этом вентили 11 к 12 закрыты. С поступлением очередного тактового импульса в четвертом, завершающем такте первого цикла измерения, открывается вентиль 12 и через элемент ИЛИ 16 на вычитающкй вход реверсивного счетчкка 13 по- ф ступает число импульсов Бк так как прерыватель 2 в это время закрыт. Таким образом, в реверсивном счетчике 13 накопленный счет импульсов соответ-, ствует количеству Я Фотонов, поступающих в течение второго такта первогоцикла на фотоэлектронный умножитель 3.Число У, накопленное в реверсивномсчетчике 13 за первый цикл измерения,записывается в блоке 15 памяти и вблоке 7 сравнения кодов сравниваетсяс числом Х, выбранном г блоке 6 установки кодов из совокупно. и чиселХ, Х, Х,Х Х, устанс.яливае-.мых в нем. По установочные входаь. целителей 8 и 9 частоты через дешифратор 19 из блока 7 поступает сигнал,устанавливакщий соответствующие коэффициенты деления этих делителей. Чембольше отношение Х/У, тем больше икоэффициент К делителя 8 частоты, причем соотношение коэффициентов деленияделителей 8 и 9 частоты всегда сохраняется равным К/ (4 К) . После уста"новления соответствующих коэффициентов деления в делителях 8 и 9 частоты с помощью сигнала от блока 10 управления открывается третий вентиль8. Импульсы от генератора 17 импуль-.сов через вентиль 18 и делитель 8 частоты поступает на вход основного счетчика 14. Одновременно импульсы .от генератора 17 импульсов через вентиль18, через дополнительный делитель 24и элемент ИЛИ 16 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 13.Когда. реверсивный счетчик 13 устанавливается на ноль, на его выходе появ- .ляется сигнал, закрываю.кй вентиль18. Это означает, что в основном счетчике 14 накопилось такое количеСтвоимпульсов, сколько было в реверсив .омсчетчике 13 деленное на К, так каккоэффициент деления установлен равнымзначению К,С очередным таковым импульсом на,чинается второй цикл измерения, который проходит подобно первому, толькоинформация из реверсивного счетчика13 не сравнивается в дополнительномблоке 22 сравнения и не записываетсяв блоке 15 памяти, а через делитель8 частоты, кмекщий коэффициент деления частоты импульсов, равный К, записываются непосредственно в основнойсчетчик 14.Импульс команды Конец измеренияна блок 10 управления поступает от делителя 9 частоты в момент появленияна его выходе импульса. Таким обра-зом, количество циклов определяетсякоэффициентом деления, установленньмвделителе 9 частоты к равно коэффициенту деления делителя 8 частоты.Следовательно, результат измерения,полученный в основном счетчике 14,всегда нормируется к одному циклу.Количество циклов К определяетсяустановкой коэффициентов. деления делителей 8 и 9 частоты, в свощ очередь, зависит от отношения Хя/У. Следоватально, при выбранном Х, чем меньшеУ, тем больше количество циклов. Тем самьм, независимо от интенсивности светового потока, результат измерения имеет одинаковую, заранее выбранную относительную ошибку. Ошибку измерения можно уменьшить путем выбора и установления в блоке б установки кода большего значения из совокупности чисел.Если в реверсивном счетчике 13 число У накопится быстрее, чем соответствующее число 1 в дополнительном счетчике 21, тогда сработает дополнительный блок 22 сравнения. Управляемый формирователь 5 тактовых импульсов закроет прерыватель 2 света и через 5 делитель 9 частоты и блок 10 управления закроет вентиль 11 по истечение времени Т/К, где Т - длина тактаЧетвертого такта в этом случае не будет, поскольку интенсивность света щ настолько велика, что шумовые импулвсы создают допустимую погрешность измерения.Дополнительный блок 22 сравнения через дополнительный дешифратор 23 устанавливает коэффициент деления в дополнительном делителе 24 частоты, равный соответственно К . После установки коэффициентов деления в дополнительном делителе 24 частоты открывается вентиль 18 и импульсы от генератора 17 импульсов поступают в основной счетчик 14 и на вычитакщий вход реверсивного счетчика 13 через дополнительный делитель 24 частоты. Так как коэффициент деления дополнитель- М ного делителя 24 частоты равен К, то времй заполнения основного счетчика 14 увеличивается К раз. Это значит, что результат измерения также нормируется к одному циклу. 40Изобретение при интенсивности света больше 10 Фотонов в секунду позволяет время измерения сократить иа 47,5. Так, например, при автомати ческом исследовании процессов атомно- молекулярных столкновений измерение спектров флюоресценции может длиться несколько часов и средняя экономия времени измерения по сравнению с про О тотипом получается 5-15%.Формула изобретения55Счетчик фотонов, содержащий источ; ник света, оптически связанный через прерыватель света, подключенный к формирователю тактовых импульсов, с фотозлектронньм умножителем, подключенным ко входу дискриминатора, к вы" ходу которого подключены два первых входа двух вентилей, вторые входы которых соединены с соответствукщимивыходами блока управления, к двум входам которого подключены два выходаблока сравнения кодов, один вход которого соединен с выходом блока установки кодов, а другой - с выходом блока памяти, один вход которого подключен к блоку управления, а другой входк выходу реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с установочным ьходом дешифратора и с выходом блока управления, суммирующийвходреверсивного счетчика соединенс выходом первого вентиля, вычитающий вход соединен с выходом элементаИЛИ, первый вход которого соединен свыходом второго вентиля, а выход реверсивного счетчика соединен с первьм входом третьего вентиля, черезкоторый генератор импульсов соединенс сигнальными входом первого делителячастоты, выход которого соединен свходом основного счетчика, а устано"вочный вход соединен с выходом дешифратора, второй выход которого соединен с вторьм делителем частоты, через который Формирователь тактовыхимпульсов соединен с соответствующимвходом блока управления, соответствующий выход которого соединен с устано"вочным входом основного счетчика, причем вход дешифратора соединен с третьим выходом блока сравнения кодов,отличающийся тем, что, сцелью сокращения времени счета прибольшой интенсивности света, в неговведены дополнительные генератор им.пульсов, счетчик, блок сравнения кодов, дешиФратор и делитель частоты,причем к первому входу дополнительного блока сравнения кодов подключен.выход дополнительного счетчика, входкоторого соединен с дополнительньм генератором импульсов, квторому входудополнительного блока сравнения кодов подключен выход реверсивного счетчика, а выход дополнительного блокасравнения кодов подключен к входу дополнительного дешифратора, первый выход которого соединен с формирователем тактовых импульсов, второй выходс дополнительньи делителем частоты,через который сигнальный вход первогоделителя частоты соединен с вторымивходом элемента ИЛИ, а третий выход,с блоком управления, один из выходовкоторого соединен со входом дополнительного счетчика.Источники информации,йрииятые во внимание при экспертизе1, Патент СшА 9 3972 б 2 б,кл. 6 01 Ю 1/44, опублик. 1976,. 2, Авторское свидетельство СССРпо заявке В 2747154, кл, 6 01 Х 1/44,1980 (прототип),989333 Составитель А. ЧурбаковТехред А. Ач . .Корректорй. Шаро актор Н. Кищтулине аказ 11107/5 1130 Филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 871 И Росударствен делам иэобрете Москва, Ж,Подписного комитета СССРй н открытийушская наб., д. 4/