Спектрометрический усилитель

исА Союз Советских Социапистических Республик(22) Заявлено 261278 (21)270440 о 18-25с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 070681. Бюллетень М 21Дата опубликования описания 070 б.81 С 01 Т 1/36 Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытнй(71) Заявитель Уральский ордена Трудового Красного Знамеи политехнический ин титут им, С. И. Кирова(54) СПЕКТРОМЕТРИ(1 ЕСКИ 11 УСИЛ 1 ЯТЕЛВ Изобретение относится к ядерной радиоэлектронике и предназначено для использования в составе прецизионных спектрометров с полупроводниковыми детекторами (ППД) в установках рент- .гено-флюоресцентного экспресс-анализа.Известны линейные спектрометрические усилители с квазигауссовскими фильтрами 11, относящимися к фильт 3 рам с постоянными во времени параметрами (время-независимые). Рабата с данными линейными усилителями в условиях высоких частот следования входных сигналов требует весьма слоя ных режекторов, что обусловлено зависимостью длительности по основанию такого импульса от его амплитуды. Значительная длительность сформированного сигнала не позволяет полу чать высоких скоростей счета выходных неискаженных наложениями импульсов спектрометрического усилителя.Более высокие параметры имеют фильтры с переменными во времени параметрами - время-зависимые 121.Известен спектрометрический усилитель, содержащий последовательно соединенные линейный усилитель, формирователь на линии задержки, время зависимь 1 й стабилизатор базовон линки,линейный прОускатель стробируемыйинтегратор и схему временои привязки, вход 1(оторой соединен с выходом всем в за"имаго стабилизатора,а т.;кже выходной линейый нропускатель 3. Однако при увелчении частоты следованя ":.г(одых снгалов ра(тет число наложенных импульсов вследствие конечной длительости формированя, установленной Оптмальой (. точки зрения высОкОго эергетическОГО раз решения на малой ;астоте следования входных сигналов. Поскольку наложенные импульсы исключаются режектором наложений, то частота следования выходны импульсов уменьшается. Кроме того, при высоких загрузках ухудшается точность стабилизации базового уровня, так как стабилизация осуществляется в интервалах отсутствия сигнала на входе время-зависимого стабилизатора базового уровня, что приводит к ухудшению энергетического разрешения.Цель изобретения - повышеие точности и экспрассности спектромгтрических измерений.Это достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные Формирователь на линии задержки с малой постоянной времени формирования, время-зависимый стабилизатор базовой линии, линейныйпропускатель и стробируемый интегратор, образующие второй канал обработки сигналов, а также схема временной привязки,. линейный коммутатор и логическая схема управления и синхронизации каналов, причем вход формирователя второго канала соединен с выходом линейного усилителя, вход схемы временной привязки соединен с выходом время-зависимого стабилизатора второго канала, а ее выход соединен с 15 первым входом логической схемы управления и синхронизации каналов, второй вход которой соединен с выходом схемы временной привязки первого канала, два аналоговых входа линейного комму-татора соединены с выходами стробируемых интеграторов каждого канала, а выход соединен с входом выходного линейного пропускателя, входы управления линейного коммутатора, выходного линейного пропускателя, а также входы управления время-зависимого стабилизатора базовой линии, линейного пропуспателя и стробируемого интегратора каждого из каналов соединень с соответствующими выходами логиче кой схемы управления и синхронизациУлучшение энергетического разреш - ния и повышение частоты импульсов, поступающих на анализ для режима высокой входной частоты, достигается путем преимущественного пропускания на анализ импульсов, сформированных во втором канале с меньшей постоянной Формирования, поскольку искажения базовой линии, вызванные сраба тыванием ВЗС, и вероятность наложения, а следовательно, и исключения сигналов из анализа в канале с меньшей постоянной времени формирования меньше чем в канале с оптимальной постоянной формирования. Для малых частот следования входных сигналов, при которых вероятность наложения сигналов в канале с оптимальной постоянной формирования мала, на анализ пропускаются преимущественно сигналы этого канала, что обеспечивает высокое энергетическое разрешение, соответствующее оптимальной постоянной формирования данного фильтра.На фиг. 1 представлена схема пред лагаемого спектрометрического усилителя; на фиг2 изображены эпюры напряжений в точках 15-35, соответствующих входам и выходам узлов усилителя. 60Устройство содержит линейный усилитель 1, формирователь 2 на линии задержки первого канала, время-зависимый стабилизатор 3 базовой линиипервого канала, нормально-закрытый линейный пропускатель 4 первого канала, стробируемый интегратор 5 первого канала, схему 6 временной привязки первого канала, логическую схему 7 управления и синхронизации каналов, линейный коммутатор 8, выходной линейный пропускатель 9, Формирователь 10 на линии задержки второго канала, время-зависимый стабилизатор 11 базовой линии второго канала, схему 12 временной привязки второгоканала, нормально-закрытый линейный пропускатель 13 второго канала стробируемый интегратор 14 второго канала,Эпюры в первой колонке (фиг. 2)относятся к случаю малой частоты следования входных импульсов (отсутствиеналожений). Во второй колонке (фиг, 2) представлены эпюры в случае появления таких наложений, когданачинает работать второй канал усилителя, Эпюры в третьей колонке поясняют работу устройства во время сильных наложений, т.е, в случае малого временного интервала, разделяющего входные импульсы.Рассмотрим сначала работу устройства в случае отсутствия наложений (колонкаэпюр на Фиг. 2), На входной линейный усилитель 1 поступают импульсы экспоненциальной формы, которые после усиления (О, фиг. 2, колонка ) поступают на Формирователи 2 и 10 с линиями задержки (ЛЗ) первого и второго каналов, выполняющие функции фильтров верхних частот, причем время формирования во втором канале в 2-3 раза меньше чем в первом. Выходные импульсы формирователей первого и второго каналов, близкие по форме к прямоугольной, (Ц 6 иО 7, фиг, 2 колонка ), поступают навремя-зависимые стабилизатора 3 и 11 базовой линии (ВЗС) первого и второго каналов, которые устраняют сдвиги базовой линии, обусловленные медленными флуктуациями постоянной составляющей на выходе формирователей. ВЗС представляет собой дифференцирующую цепь с постоянной временив отсутствии входного сигнала. Одновременно с появлением входного сигнала на вход. управления ВЗС первого и второго каналов поступают управляющие импульсы (О, и О 3 Фиг. 2 колонка ) от логической схемы 7, и постоянная времени С,(з увеличивается на несколько порядков. Длительность управляющих импульсов тз -с. и е -с равна длительности сформированного сигнала. Тем самым исключается искажение формы сигнала на выходах ВЗС засчет дифференцирования, и выходные сигналы ВЗС первого и второго каналов (О и ОВ, фиг. 2, колонка ) аналогичны входным сигналам (с точностью до сдвижки базового уровня).С выходов ВЗС сигналы разветвляются, 743420510 в15 20 25 30 35 40 45 50 работают аналогично (в режиме режекции наложенных сигналов)На выходах формирователей первого и второго каналов, а также на выходах ВЗС и схем линейного пропускания первого и второго каналов образуется супер- позиционные сигналы длительностью 60 слв - с 4 и сл 7 с 14 (О 6,1 в и Оггв,гвмуфиг. 2, колонка ), а на выходах и в первом канале поступают на линейный пропускатель 4 первого канала исхему б временной привязки (СВП)первого канала, а во втором каналена линейный пропускатель 13 второгоканала и СВП 12 второго канала. Навыходах СВП первого и второго каналоФормируются логические импульсы(Ого и Оу, Фиг. 2, колонка ),длительность которых с-с, и сг-с равна длительности их входных сигналов,измеренных на уровне Освп (Осиппорог срабатывания СВП), Сигналы свыходов СВП первого и второго каналопоступают на два входа логическойсхемы, предназначенной для управления узлами усилителя. Линейные пропускатели первого и второго каналовв исходном состоянии закрыты и управляются импульсами от логическойсхемы, длительность которых равнаили несколько больше длительностивходных сигналов (О г и Озг, фиг. 2,колонка ), Сигналы с выходов линейных пропускателей первого и второгоканалов (О и Сг 9, Фиг. 2, колонка) аналогичны по Форме сигналами свыходов формирователей и ВЗС первого и второго каналов (поскольку наэпюрах фиг. 2 мы пренебрегли длительностью передних и задних Фронтовсформированных импульсов) и поступаютна стробируемые интеграторы 5 и 14первого и второго каналов, которыевыполняют функции фильтров нижнихчастот и управляются импульсами отлогической схемы. В отсутствие сигнала управления коэффициент передачи стробируемых интеграторов близокк нулю. Сигнал управления, подаваемыот логической схемы на стробируемыйинтегратор первого канала (О гг,Фиг, 2, колонка ) имеет длительность с 4 -с большую длительностисформированного сигнала. с-с, первого канала, Сигнал управления настробируеиый интегратор второго канала (О 93, фиг, 2, колонка ) имеетдлительность сз-с, равную длительности сформированного сигнала первогоканала. Во время действия сигналовуправления стробируемые интеграторы первого и второго каналов интегрируют входные сигналы и шум с бесконечно большой постоянной интегрирования (т.е. интеграторы являются"идеальными"). Таким образом, выходной сигнал интегратора первого кана.ла (Огз, фиг. 2, колонка ) имеет нарастающую часть сэ-с и плоскуючасть с 4-с, а выходной сигнал интегратора второго канала (Оз 4, Фиг.2,колонка ) - нарастающую частьи плоскую часть сз-с , Амплитудныезначения плоской части выходных импульсов интеграторов пропорциональны площадям входных сигналов, причемв момент времени с В амплитуды плоской части выходных имплуьсов интеграторов первого и второго каналов равны, что обеспечивается подбором коэффициентов передачи каналовПосле окончания импульсов управления емкость интеграторов быстро разряжается (Формируется крутой задний фронт), Выходные импульсы интеграторов поступают на два входа линей-, ного коммутатора 8,который управляется сигналом управления с логической схемы,(Ог 4, фиг.2, колонка 4 ),имеющим длительность С 4- С . Импульс управления переводит линейный коммутатор в положение замыкания выхода строибруемого интегратора первого канала с входом выходного линейного пропускателя 9. При этом выход стробируемого интегратора второго канала и вход линейного пропускателя в это время разомкнуты (в исходном состоянии без импульса управления они замкнуты), Таким образом, в случае одиночного входного сигнала на вход выходного линейного пропускателя поступает сигнал (О г фиг. 2, колонка ), оптимально сформированный в первом канале. Выходной линейный пропускатель управляется сигналом с логической схемы (Ов, фиг.2, колонка ) длительностью с 4 -сз. На выходе линейного пропускателя появляется сигнал прямоугольной Формы (О , фиг. 2, колонка ) длительностью с 4-с и амплитудой, соответствующей амплитуде плоской части выходного сигнала стробируемого интегратора первого канала, который затем поступает на амплитудный анализ.Если на вход усилителя поступят наложенные импульсы, расстояние между которыми больше времени формирования первого канала, то в этом случае выходные импульсы формирователя первого (и второго) канала уже не будут наложенными, и логика работы схемы ничем не отличается от рассмотренной, т.е. работает первый канал с оптимальным ФормированиемДалее целесообразно рассмотреть работу усилителя при "сильных" наложениях (колонкана фиг. 2, случай двух наложенных импульсов), когда длительность между входными импульсами с,. -с 4 (О , фиг. 2, колонка;каналах. В этом случае оба канала СВП,первого и второго каналов - логические сигналы той же длительности, измеренные по уровню Освп первого и второго каналов (О ло и Оз,55 фиг. 2, колонка 11), которые поступают на два входа логической схемы. Критерием наложения импульсон в первом и втором каналах для логической схемы является то, что длительность импульсов с СВП больше длительности формирования на ЛЗ в перном и втором каналах. Длительности сигналов управления, поступающих с логической схемы управления на ВЗС первоговторого каналов (О и О , фиг.2, колонка 111) равны соответственно цлительностям сформированных сигналов первого и второго каналов. Однако импульсы управления, поступающие с логической схемы управления на линейные пропускатели и стробируемые интеграторы первого и второго каналов (ОО и О з, О, Фиг. 2, колонка 1), по длительности равны сигналам, сформированным на ЛЗ формирователей первого и второго каналов 20 в отсутствии наложений (сигналы "эталонной" длительности). Стробируемый интегратор первого канала полностью проинтегрирует входной сигнал за эталонное вРемя с,з -с 425 т.е. проинтегрирует перный сформированный выходной сигнал формирователя и часть наложенного на него сигнала, и на выходе получится сигнал без плоской части (Оз фиг. 2, колонк), амплитуда которого в момент времени с,8 будет соответствовать некоторой эквивалентной энергии поглощенного кванта, Аналогичную форму без плоской части будет иметь и сигнал с выхода стробируемого интегратора второго канала (О 4 фиг. 2, колонка 111). Сигнал управления, подаваемый со схемы управления налинейный коммутатор (О 4 фиг. 2, колонка 111), имеет длительность 40 с -с,14равную эталонной длительности первого канала. Таким образом, форма выходного сигнала линейного коммутатора и входного сигнала выходного линейного пропускателя45 (О.Фиг, 2, колонка 111) будет повторять форму выходного сигнала стробируемого интегратора первого канала, но при этом сигнал управления с логической схемы управления на выходной линейный пропускатель не подается, и выходной сигнал усилителя отсутствует.Рассмотрим теперь работу усилителя (колонка 11 на фиг. 2) при наложении входных сигналов н том случае, когда интервалы между входными сигналами с 7-с, с,О-с (О, фиг. 2, колонка 1, случай трех наложенных сигналов) меньше длительности формирования в первом канале, но боль-ц ше длительности формирования во втором канале. В этом случае логика работы первого канала понторяет логику работы первого канала в режиме режекции наложенных сигналов, т.е. эпюры О-О, (фиг. 2, колонка 11) аналогичны эпюрам О-О 4 (Фиг. 2, колонка 1), Однако второй канал работает н другом логическом режиме. На выходе формирователя второго канала формируются квазипрямоугольные импульсы без наложений (0 7 фиг.2, колонка 11) длительностью с -с, с -с., с+ -сгс равной эталонйой длительности второго канала, и амплитудой, пропорциональной соответственно амплитудам первого, второго и третьего входных импульсов. Аналогичная тройка сигналов появится на выходе ВЗС второго канала (08, фиг. 2, колонка 11), которая управляется соответственно тремя сигналами эталонной длительности второго канала (Ов, фиг. 2, колонка 11), поступающими с логической схемы управления, Схема СВП второго канала формирует три логических сигнала эталонной длительности (О фиг. 2, колонка 11), поступающих йа логическую схему управления. Синхронизация работы каналов логической схемой в данном режиме заключается в том, что во время действия импульса эталонной длительности первого канала св-с но втором канале осуществляется интегрирование только одного импульса, начало которого совпадает с моментом начала интегрирования в первом канале (с фиг. 2, колонка 11). Поэтому логйческая схема выдает два импульса управления на лине ный пропускатель длительностьюи с - с 1 р (О Зуфиг е 2, колонка 11), а для сигнала, начавшегося н момент времени ст, импульс управления отсутствует, Поэтому на выходе линейного пропускателя второго канала имеется два импульса (О фиг. 2, колонка 11) вместо трех входныхЛогическая схема управления выдает дна импульса управления (Озз фиг,2, колонка 11) на стробируемый интегратор второго канала, длительностью с,-с и с -с, соответственно.Момент времени с совпадает с моментом окончания второго сформированного импульса во втором канале, а момент времени с,1 определяется логикой работы схемы управления (как и момент времени с 4 в первом канале в ,случае отсутствия наложений, эпюра О фиг, 2, колонка 1), На выходе стробируемого интегратора второго канала имеем два проинтегрированных импульса (О 4 Фиг. 2, колонка 11) длительностью с-С и с -с с плос" кими частями длйтельностью с -с 6 и с 1-с,которые поступают на лйнейный коммутатор. На вход управления линейного коммутатора с логической схемы поступает импульс управления эталонной длительности первого канала с 8-сб (О Фиг. 2, колонка 11), который замыкает выход стробируемого743420 Формула изобретения 1п 5 г.1 пбв 5 сГу,2, СоиМеЬ, 100,3. Ка г1 ЕЕЕ Тгаа457 (прото интегратора первого канала с входомвыходного линейного пропускателя, нос момента С оказываются замкнутымивыход стробируемого интегратора второго канала с входом линейного пропускателя. Поэтому на выходе лицейного коммутатора имеем два импуль 5са (О, фиг. 2, колонка 11) длительностью с-йи й -о соответ 2ственно, причем нарастающая частьпервого импульса сй-соответствует выходному импульсу стробируемогоинтегратора первого канала, а плоская с-с 8 - плоской части выходного импульса стробируемого интегратора второго канала. С логической схемы управления на выходной линейный 15пропускатель поступает два сигналауправления (О, фиг; 2, колонка 1)длительностью с-с и с -, Поэтому на выходе линейного пропускателявозникают два импульса прямоугольной 20формы (Оа, фиг. 2, колонка 11),амплитуда которых соответствует плос-,кой части выходных импульсов стробируемого интегратора второго канала.Таким образом, использование вспектрометрическом усилителе двух каналов обработки сигналов совместнос описанной логикой работы обеспечивает при высоких загрузках частотувыходных сигналов за счет пропускания на анализ неналоженных сигналов 30второго канала, соответствующих нагоженным импульсам в первом канале,и лучшее энергетическое разрешениетракта (при равенстве частот следования выходных импульсов данного уснлителя и известного) за счет меньшейнестабильности базового уровня второго канала. Спектрометрический усилитель, содержащий последовательно соединенные линейный усилитель, формирователь на линии задержки, время-зависимый45 стабилизатор базовой линии, линейный пропускатель, стробируемый интегратор и схему временной привязки,вход которой соединен с выходомвремя-зависимого стабилизатора а также выходной линейный пропускатель,о т л н ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности и экспрессности спектрометрических измерений,в него введены последовательно соединеннь.е формирователь на линии задержки с малой постоянной времениформирования, время-зависимый стабилизатор базовой линии, линейный пропускатель и стробируемый интегратор,образующие второй канал обработкисигналов, а также схема временнойпривязки, линейный коммутатор и логическая схема упрвления и синхронизации каналов, причем вход формирователя второго канала соединен с выходом линейного усилителя, вход схемывременной привязки соединен с выходом время-зависимого стабилизаторавторого кана а, а ее выход соединенс первым входом логической схемы управления и синхронизации каналов,второй вход которой соединен с выходом схемы временной привязки первогоканала, два аналоговых входа линейного коммутатора соединены с выходамистробируемых интеграторов каждогоканала, а выход соединен с входомвыходного линейного пропускателя,входы управления линейного коммутатора, выходного линейного пропускателя, а также входы управления времязавнснмого стабилизатора базовойлинии, линейного пропускателя истробируемого интеграторга каждогонз каналов соединены с соответствующими выходамн логической схемы управления и синхронизации. ИстОчннкн ннфегмацнну принятые во впп.,анне прн экспертизе