Устройство для счета ионов

,144316 09) см) 4 Н 03 К 23 БРЕТЕНИЯ САНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ енный вский,Н.Г.Стер 5.2 (088.8)Т., Васильев Моды и приборыматериалов.1982, с.83.Физика и техникаческих приборов их установок, - М,:с. 188.О ДЛЯ СЧЕ Ае относи я(57) СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВИзобретени ной технике и измерительной аппаратуре и может быть использовано в устройствах измерения концентрации частиц, Цель изобретения - расширениедиапазона измерения. Более широкийдинамический диапазон в сторону уве"личения парциального давления газа,а также повышение надежности и срокаслужбы вторичного электронного умножителя достигается за счет введенияв устройство для счета ионов, содержащее источник ионов, устройство питания, вторичный электронный умножитель, формирователь, два счетчика,индикатор и триггер, дополнительновторого триггера, третьего и четвертого счетчиков, элементов И и ИЛИ,коммутатора, узла деления, регистраи сумматора. 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройства дляизмерения концентрации газовых ионов,например атмосферных,Целью изобретения является расширение диапазона измерения.На фиг.1 представлена структурнаясхема устройства для счета ионов.;на фиг. 2 и 3 - графики, поясняющиефункционирование устройстваУстройство содеряит ионный источник 1 с устройством 2 питания, вторичный электронный умнояитель (ВЗУ) 3 5с устройством 4 питания, формирователь 5 импульсов, четыре счетчика6 - 9, индикатор 10, два элементаИЛИ 11 и 12, сумматор 13, два триггера 14 и 15, генератор 16, коммутатор 2017, регистр 18, элемент И 19 и узел20 деления.Ионный источник 1 с устройством2 питания, вторичный электронный умножитель 3 с устройством 4 питания, 25формирователь 5 импульсов и первыйсчетчик 6 соединены последовательно.Информационный выход. первого счетчика 6 соединен с первым информационным входом коммутатора 17, выход переполнения счетчика 6 соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 11,Выход первого элемента ИЛИ,11 соединен с входом установки в ноль первого триггера 14, первый выход которого подключен к первому входу управления коммутатора 17, а второй выходсоединен с вторым входом управлениякоммутатора 17,с входом управленияустройства 4 питания вторичного элект ронного умнояителя 3 и первым входомэлемента И 19, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика 8.Выход счетчика 8 соединен с входом ввода делителя узла 20 деления,с входом ввода делимого которого соединен выход регистра 18, а с выходом - второй информационный вход коммутатора 17, В качестве узла деления50может быть использован любой делитель,оперирующий с информацией в цифровомвиде. Выход коммутатора 7 подключенк информационному входу сумматора13, выход которого соединен с индикатором 10. Первый вход второго элемента ИЛИ 12 соединен с входом установки в ноль сумматора 13 и с входом уевтановки в единицу второго триггера5 куда подается сигнал "Пуск", Выход этого триггера соединен с входом управления генератора 16, выход которого соединен с вторым входом элемен. - та И 19 и со счетным входом второго счетчика 7. Выход этого счетчика соединен с входом установки в ноль счетчиков 6 и 8, с входом разрешения записи сумматора 13 и с вторым входомвторого элемента ИЛИ 12, выход которого подключен к входу установки вединицу триггера 14, Выход четвертого счетчика 9 подключен к входу установки в ноль второго триггера 15 и квторому входу первого элемента ИЛИ 1.Устройство работает следующим образом.Различают два режима работы устройства; режим прямого счета импульсов ВЗУ и режим аппроксимации. Указанные режимы работы иллюстрируются графиками, приведенными на Фиг,2,ГраФики отражают увеличение интенсивности счетов при росте парциальногодавления газа в камере ионного источника РРР зР , По оси абциссотложено текущее время, а по оси ординат - количество импульсов И, поступающих с БЗУ,Обозначим; и- емкость счетногоустройства иколичествоИмпульсов, поступившее на счетное устройство в режиме прямого счета, иьрезультат аппроксимации, Т - заданноевремя счета, выбираемое из соображений допустимой погрешности счета;- время до момента полного заполнения емкости счетного устройства,пропорциональное величине парциального давления газа в камере ионного источника. Если интенсивность импульсов такова, что за заданное времяизмерения количества импульсов ВЗУпереполнение счетного устройства непроизойдет, т, е, и с и, - устройство работает в режиме прямого счета.Если парциальное давление газа увеличилось настолько, что счетное устройство переполнилось еще до истечения заданного времени измерения Т,то в момент переполнения отключаетсяВЗУ, Фиксируется время 1 с и проводится аппроксимация количества импульсов на заданное время измерения Т. На графиках 1 и 2 фиг,2 показан режим прямого счета: на графиках 3 и 4 - счет в режиме аппроксимации.Аппроксимация проводится по формуле, полученной из рассмотрения графип,Тков 3 и 4 и1 оСТак как по и Т - величины постоянные, то произведение поТ - величина постоянная, задаваемая до начала измерений,.Обозначим и Т = СТогда и о, = сРабочий ток ВЭУ при парциальном давлений газа Р; определяется выражением 1, = Ап где А - коэффициент 15 пропорциональности.Средний ток ВЭУ в течение заданного времени измерения Т определяется выражением Ап;Т, р 1 ср гр где Т. - время практической работыВЭУ на заданном интервале измерения Т.В режиме прямого счета (график 1): 25п,(п, 1; = Т, тогда 1, = А;.В предельном случае режима прямого счета (график 2) и; = по, ф. р = Т,тогда 1 ор = А, В режиме аппроксимации (графики 3 и 4) и; = п;, 30п,Тди д,Ап о 1 п стогда 1,.р - о 1 - А01Таким образом, при увеличении пар- З 5циального давления газа в камере ионного источника свыше Р,р пропорционального росту рабочего тока ВЭУ 1 .сокращается время практической работы ВЭУ 1; , т.е, время до момента переполненйя счетного устройства, носредний ток ВЭУ остается неизменным1 о = А. Величина среднего токаВЭУ выбирается исходя из допустимогозначения и в зависимости от этого выбирается емкость счетного устройства,На фиг.3 показана зависимость среднего тока ВЭУ 1 от парциальногодавления газа Р,Интервал измерения выбирается из 50соображений допустимой погрешностиизмерений, .представляющей собой статистическую погрешность, зависящуюот величины интервала, и погрешность,связанную с собственными шумами ионного источника и ВЭУ (флюктуационные,тепловые, дробовые и т,д.),т,е, шумовую погрешность. Яумовая погрешностьне зависит от величины интервала из 1443167мерения, Влияние шумовой погрешностиможно значительно уменьшить путемусреднения результатов измерений,взятых по К выборкам. Дпя этого интервал5делится на К равных отрезков времении на каждом из них проводится самостоятельное измерение либо в режимепрямого счета, либо в режиме аппроксимации, в зависимости от парциального давления газа на этом отрезке времени, В течение всего времени измерения средний ток ВЭУ не превышаетдопустимого значения, Результаты измерения на всех отрезках суммируются и,следовательно, шумовой вкладусредняется. Из этих соображений выбирается величина К.Измерение начинается по сигналу"Пуск" на входе 21. При этом второйтриггер 15 устанавливается в единичное состояние и разрешает работу генератору 16. Сигнал "Пуск" устанавливает в ноль сумматор 13 и черезпервый элемент ИЛИ 12 устанавливаетпервый триггер 14 в единичное состояние. Триггер 14 включает устройство4 питания ВЭУ 2 и устанавливает коммутатор 17 в положение пропусканияинформации со своего первого информационного входа, т.е, с первого счетчика 6 на сумматор 13 и, кроме того,триггер 14 открывает элемент И 19для прохождения импульсов генератора16 на счетный вход четвертого счетчика 8. В исходном состоянии всесчетчики находятся в нулевом состоянии. Устройство готово к счету ионов.С ионного источника 1 через вторичный электронный умножитель 3 и формирователь 5 импульсов импульсы напряжения поступают на счетный входпервого счетчика 6, Одновременно свыхода генератора 16 импульсы такжечерез элементы И 19 поступают насчетный вход третьего счетчика 8, атакже поступают на счетный вход второго счетчика 7, который задает длительность каждого из К временных от.резков измерения (все К временныхотрезков равны), Если парциальноедавление газа таково, что счетчик 6за один отрезок времени счета ионовне переполнился, то в конце первогоотрезка, равного Т = и; д, с выхода второго счетчика 7 подается сигнал на вход разрешения записи сумматора 13, который Фиксирует информацию, поступившую через коммутатор 17с выхода счетчика 6 и выводит ее на индикатор 10, а затем устанавливает счетчики 6 и 8 в нулевое состояние, Этот же сигнал через второй элемент ИЛИ 12 поступает на вход установки в единицу триггера 14 и подтверждает его предыдущее состояние, а также поступает на счетный вход четвертого счетчика 9, задающего величину К.уст ройство готово к счету ионов на следующем отрезке времени, Если парциальное давление газа таково, чтосчетчик 6 переполнился до истечения времени, задаваемого счетчиком 7,сиг - 15 нал переполнения с выхода счетчика 6 поступает через первый элемент ИЛИ 11 на вход установки в ноль триггера 14, который отключает устройство 4 питания ВЭУ 3, прекращая формирование 20 импульсон счета, закрывает элемент И 19 и устанавливает коммутатор 17 в положение пропускания информации со своего второго информационного входа, т.е. с выхода узла 20 деления. 25 На вход ввода делимого этого узла подается сигнал с выхода регистра 15 н который заранее заносится величина С. На вход ввода делителя узла 20 деления поступает информация с третьего счетчика 8, представляющая собой количество импульсов генератора 16, пришедших на счетный вход .третьего счетчика 8 к моменту переполнения первого счетчика 6 и равное ш 1. На выходе узла 20 деления формируется35 сигнал, представляющий собой величину и, = с/ш , который через коммутатор 17 поступает на сумматор 13.Второй счетчикдосчитывает отрезок времени измерения до конца и его выходной сигнал поступает на вход разрешения записи сумматора 13, который суммирует информацию; поступившую через коммутатор 17 с выхода узла 20 деления с предыдущей и выводит ее на индикатор 1 О.Кроме того, сигнал второго счетчика 7 через второй элемент ИЛИ 12 поступает на вход установки в единицу50 триггера 14, устанавливая его в единичное состояние. При этом включается источник 4 питания вторичного электронного умножителя 3, а коммутатор 1 переключается в состояние пропускания .информации с выхода первого счетчика 6, Этот же сигнал устанавливает счетчики 6 и 8 н нулевое состояние а также поступает на счетный вход четнертого счетчика 9, Устройство готово к счету ионов на следующем отрезке нремени, В конце последнего отрезка нремени измерения с выхода четнертого счетчика 9 через первый элемент ИЛИ 11 поступает сигнал на вход установки н ноль первого триггера 14. При этом ныключается источник 4 питания ВЭУ 3 и прекращается формирование импульсов сче - та. С выхода четвертого счетчика сигнал также поступает на вход установки в ноль второго триггера 1 5,который запрещает работу генератора 16. Процесс измерения количества конон окончен.Таким образом, обеспечивается расширение динамического диапазона работы устройства в сторону увеличения парциального давления газа увеличивается надежность работы устройства и срок работы ВЭУ за счет исключения его перегрузок и увеличивается гибкость реагирования устройства при изменении условий измерения так как переход из режима прямого измерения ча режим измерения при помощи аппроксимации и обратно осуществляется автоматически,Формула из обретенияУстройство для счета ионов, содержащее ионный источник с устройством питания, вторичный электронный умножитель с устройством питания и формирователь импульсов соединенные последовательно, первый триггер,первый счетчик, индикатор, и соединенные последовательно генератор и второй счетчик, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазо - на измерения, дополнительно введены второй триггер, третий счетчик, элемент И, два элемента ИЛИ, четвертый счетчикр коммутаторр узел деления регистр и сумматор, выход формирователя импульсов подключен к счетному входу первого счетчика, информационный выход которого соединен с перным информационным входом коммутатора, а выход переполнения соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в 0 первого триггера, первый выход которого подключен к первому входу управления коммутатора, а второй его выход подключен к второму144316 входу управления коммутатора, к входу управления устройства питания вторичного электронного умножителя и кпервому входу элемента И, выход которого соединен со счетным входомтретьего счетчика, выход которогоподключен к входу ввода делителя узла деления, вход ввода делимого которого соединен с выходом регистра, а 1 Овыход подключен к второму информационному входу коммутатора, выход которого подключен к информационному входу сумматора, выходом соединенногос индикатором, первый вход второгоэлемента ИЛИ подключен к входу установки в "О" сумматора и к входу установки в1" второго триггера, и входу сигнала "Пуск", выход второготриггера подключен к входу управления генератора, выход которого соединен с вторым входом элемента И,выход второго счетчика подключен ксчетному входу четвертого счетчика,к входам установки в пОп первого итретьего счетчиков, к входу разрешения записи сумматора и к второмувходу второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установкив "1" первого триггера, а выходтретьего счетчика подключен к входуустановки в "О" второго триггера ик второму входу первого элемента ИПИ.1443167 пр иг ср.и Фиг.д Составитель О.СкворцТехред Л.Сердюкова В. Бугр едак а Коррект а силь ев Заказ 6395(54 ираж 92 писное ВН КИПИ 113035, М роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,Госу елам сква рственного кзобретений и И, Раушск итета Сткрытийнаб.,