Устройство для исследования параметров потоков частиц

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКОВ ЧАСТИЦ, содержащее сцинтиллятор, оптически соединенный с фотоэлектронны1у1 умножителем , выход которого подключен через и пyльcный усилитель к входам п-канального дифференциального анализатора амплитуд импульсов и интенсиметра , п каналов вьщеленияспектра, каждый из которых содержит (т+1)-разрядный пересчетный блок, т-входовый и (т+1 )-входовый элементы ИЛИ, причем каждый из п выходов дифференциального анализатора амплитуд импульсов соединен с входом пересчетного, блока соответствующего канала выделения спектра, а выходы (т+1)-входовых элементов ИЛИ являются выходами измерения спектра устройства в целом, узел распознавания микровсплесков, содержащий управляемый одновибратор, счетчик и выходную схему И, причем управляющий вход управляемого одно-, вибратора соединен с выходом интенсиметра , два входа выходной ..схемы И соединены с выходами управляемого одновибратора и счетчика, а ее выход является выходом узла распознавания микровсплесков устройства в целом, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения адаптивного изменения разрешающейспособности при исследовании в реальном времени микровсплесков и спектра при заданной пропускной способности каЯала связи, в него введены m элементов И и элемент ЗАПРЕТ в каждом канале измерения спектра и узел выделения уровней интенсивности, причем в каждом канале измерения спектра выход нулевого разряда (m+l)-разрядного пе-, расчетного блока соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ, запрещающий о вход которого соединен с выходом твходового элемента ИЛИ, а выход (Л с одним из входов (т+1)-входового элемента ИЛИ, каждый из m выходов старших разрядов (т+1)-разрядного пересчетного блока соединен с первым входом соответствующего элемента И, вторые входы которых соединены с соответствующими входами т-разрядного элемента ИЛИ, а выходы - с остальными входами (т+1)-входового элемента 00 ИЛИ. 2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что узел выделения уровней интенсивности содержит : m пороговых устройств и блок выделе- ;о ния высшего дискретного уровня интенОд сивности, причем сигнальные входы всех ш пороговых устройств соединены с выходом интенсиметра, на пороговые входы подаются соответствующие пороговые сигналы, выход каждого из пороговых устройств соединен с соответствующим входом блока выделения высшего дискретного уровня интенсивности, m выходов которого соединены с соответствующими входами т-вход6вых элементов ИЛИ во всех каналах измерения спектра. 3.Устройство по ПП.1 и 2, о т личающееся тем, что в

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3346675/18-25 (22) 12.10.81 (46) 15.03.84. Бюл.Р 10. (72) Б.И.Блажкевич, И.А.Жулин, Л.Л.Лазутин, И.A.Ïèìåíîâ, В.A.Ïîãðèбной и В.А.Радкевич (71) Физико-механический институт

AH УССР и Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн AH СССР (53) 535.232.61(088.8) (56) 1. Заявка Великобритании

9 1385152, кл.G 1 А, опублик.1973.

2. Заявка Франции 9 2133711, кл.G 01 t 1/00, опублик. 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 862699, кл.G 01 T 1/16, 1979 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОИСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКОВ ЧАСТИЦ, содержащее сцинтиллятор, оптически соединенный с фотоэлектронны (умножителем, выход которого подключен через иь пульсный усилитель к входам и-канального дифференциального анализатора амплитуд импульсов и интенсиметра, п каналов выделения спектра, каждый из которых содержит (m+1)-разрядный пересчетный блок, m-входовый и (m+1)-входовый элементы ИЛИ, причем каждый из и выходов дифференциального анализатора амплитуд импульсов соединен с входом пересчетного. блока соответствующего канала выделения спектра, а выходы (m+1)-входовых элементов ИЛИ являются выходами измерения спектра устройства в целом, узел распознавания микровсплесков, содержащий управляемый одновибратор, счетчик и выходную схему И, причем управляющий вход управляемого одно-, .. вибратора соединен с выходом интен.! симетра, два входа выходной,.схемы И соединены с выходами управляемого одновибратора и счетчика, а ее выход является выходом узла распознавания

„„SU„„1080096 A

3(Д) G 01 T 1/16; G 01 Т 1/36 микровсплесков устройства в целом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения адаптивного изменения разрешающей способности при исследовании в реальном времени микровсплесков и спектра при заданной пропускной способности каЯала связи, в него введены т элементов

И и элемент ЗАПРЕТ в каждом канале измерения спектра и узел выделения уровней интенсивности, причем в каждом канале измерения спектра выход нулевого разряда (m+1)-разрядного пересчетного блока соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соединен с выходом m- Я входового элемента ИЛИ, а выход с одиии ив входов (mt()-входового g элемента ИЛИ, каждый из m выходов старших разрядов (m+1)-разрядного пересчетного блока соединен с первым входом соответствующего элемента И, вторые входы которых соединены с соответствующими входами m-разрядного римини элемента ИЛИ, а выходы — с остальными входами (m+1)-входового элемента

ИЛИ.

2. Устройство по п.1, о ч а ю щ е е с я тем, что узел выделения уровней интенсивности содержит ©

:ш пороговых устройств и блок выделе- уа ния высшего дискретного уровня интен- сивности, причем сигнальные входы ф) всех m пороговых устройств соединены с выходом интенсиметра, на пороговые входы подаются соответствующие пороговые сигналы, выход каждого из пороговых устройств соединен с соответствующим входом блока выделения высшего дискретного уровня интенсивности, m O o oToPo o cOe HHeH COOTветствующими входами m-входовых элементов ИЛИ во всех каналах измерения спектра.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что в,1080096 узел распознавания микровсплесков дополнительно .введены формиронатели переднего и задгего фронтов, триггер, дополнительный элемент И, элементы ЗАПРЕТ и ИЛИ, причем выход того порогоного устройства, которое определяет среднюю интенсивность процесса для канала, в котором распознаются микровсплески, соединен с входами формирователя заднего фронта и дополнительного элемента И узла распознавания микровсплесков, с вторым входом последнего соединен выход дифференциального анализатора, соответстнующий каналу, в котором распознаются микровсплески, выход формирователя. заднего фронта со1

Изобретение относится к ядерной радиоэлектронике и, в частности, предназначено для исследования тормозного рентгеновского. излучения аэроральных частиц в верхних слоях атмосферы в экспериментах по изучению магнитосферно-ионосферных связей,, а именно энергетического спектра частиц, интенсивности,и микровсплесков (к ним относят резкое более чем в 3 раза — увеличение,интенс.:вности потока).

Известна спектрометрическая система, содержащая усилитель, дискриминатор, счетное устройство, амплитудныФ анализатор импульсов, каждый из каналов которого пропускает на счетчик только импульсы с выбранным интервалом амплитуд. Такая система позволяет регистрировать спектр и интенсивность излучения, испускаемые различными изотопами (1).

Однако укаэанная система не позволяет измерять микровсплески, что у меньшает ее функциональные возможности.

Известен прибор для анализа спектра и для регистрации. импульсов, обус ловленных радиоактивностью в детекторе излучений, содержащий несколько дискриминаторов, работающих в определенной области амплитуд, и устройство, индицирующее спектральное распределение энергий этих импульсов.

Встроенные счетчики производят подсчет количества импульсов в некоторых заданных областях изменения ампли гуд (23.

Однако указанный прибор не позволяет исследовать микровсплески излучения.

Наиболее близким к изобретению.по технической сущности. является устройство для измерения параметрон потоединен с нулевым входом триггера и входом сброса счетчика, единичный вход триггера соединен через формирователь переднего фронта с выходом одновибратора, выход триггера соединен с запрещающим входом элемента

ЗАПРЕТ узла распознавания микронсплесков, прямой вход которого соединен с выходом дополнительного элемента И этого же узла и сигнальным входом счетчика, а выход указанного элемента ЗАПРЕТ соединен с одним из входов элемента ИЛИ узла распознавания микровсплескон, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а ныход соединен с входом запуска одновибратора. ков энергичных частиц содержащее сцинтиллятор, оптически. соединенный с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), выход которого, подключен через им5 пульсный усилитель к входам и-канального дифференциального анализатора амплитуд импульсов и интенсиметра, и каналов выделения спектра, каждый из которых содержит (m+1)-разрядный

)p пересчетный блок, m-нходоный и (m+1.)входовый элементы ИЛИ, причем каждый из и выходов дифференциального анализатора амплитуд импульсов соединен с входом пересчетного блока соответ 5 стнующего канала ныделения спектра, а выходы (m+1)-входовых элементов ИЛИ являются выходами измерения спектра устройства в целом, узел распознавания микровсплесков, содержащий управляемый одновибратор, счетчик и выходW ную схему И, причем управляющий вход управляемого одновибратора соединен с выходом интенсиметра, два входа:выходной схемы И соединены с выходами, управляемого однонибратора и счетчи25 ка, а ее выход является выходом узла распознавания микровсплесков устройства в целом. Это устройство содержит также в каждом .канале преобразователь числа импульсов в аналог, одно3р вибратор и схему И, а также временное устройство, канальные блоки отношений, коммутатор, состоящий иэ генератора импульсов,,элементов И и ИЛИ, формирователя реперного сигнала спеку тра, формирователь реперного сигнала дисперсии, и+1 ключевых элементов и выходных элементов ИЛИ. Укаэанное устройство позволяет исследовать или спектр тормозного. рентгеновского излучения энергичных частиц при отаут 0 ствии .микровсплесков или микровсплеки, а также вычислять отношения вепичин потоков по энергетическим каналам (3 .

20

25 блок, m- входовый и (m+1)-входовый элементы ИЛИ, причем каждый из и вы- 0 ходов дифференциального анализатора

Однако это устройство не позволяетт одновременно исследовать спектр. и микровсплески при их появлении, а также изменять разрешающую cI

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устрой ства за счет обеспечения адаптивного изменения разрешающей способнос- i ти при исследовании в реальном времени микровсплесков и энергетического спектра потока частиц при заданной пропускной способности канала связи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для исследования параметров потоков частиц, содержащее сцинтиллятор, оптически соединенный с фотоэлектронным умножителем, выход которого подключен через импульсный усилитель к входам и-канального дифференциального анализатора амплитуд импульсов и интенсиметра, и каналов выделения спектра, каждый из которых содержит (m+1)-разрядный пересчетный амплитуд импульсов соединен с входом пересчетного блока соответствующего канала выделения спектра, а выходы (m+1)-входовых элементов ИЛИ являются выходами измерения спектра устрой-35 ства в целом, узел распознавания микровсплесков, содержащий управляемый одновибратор, счетчик и выходную схему И, причем управляющий вход управляемого одновибратора соединен с 40 выходом интенсиметра, два входа выходной схемы И соединены с выходами управляемого одновибратора и счетчика, а ее выход является выходом узла раепознавания микровсплесков уст- 45 ройства в целом, введены m элементов

И и элемент ЗАПРЕТ в каждом канале измерения спектра и узел выделения уровней интенсивности,.причем в каждом канале измерения спектра выход нулевого разряда (m+1)-разрядного пересчетного блока соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соединен с выходом и<-входового элемента ИЛИ, а выход— с одним из входов (m+1)-входового элемента ИЛИ, каждый из m выходов старших разрядов (m+1)-разрядного пересчетного блока соединен с первым входом соответствующего элемента И, вторые входы которых соединены с со- 60 ответствующими входами m ðàçðÿäíîãî элемента ИЛИ, а выходы — с остальными входами (m+1)-входового элемента ИЛИ.

Кроме того, узел выделения уровней интенсивности содержит т пороговых устройств и блок выделения высшего дискретного уровня интенсивности, причем сигнальные входы всех m пороговых устройств соединены с выходом интенсиметра, на пороговые входы подаются соответствующие пороговые сигналы, выход каждого из пороговых устройств соединен с соответствующим входом блока выделения высшего дискретного уровня интенсивности,m выходов которого дополнительно соединены с соответствующими входами m-входовых элементов ИЛИ во всех каналах измерения спектра.

Помимо этого, в узел распознавания микровсплесков дополнительно введены формирователи переднего и заднего фронтов, триггер, дополнительный элемент И, элементы ЗАПРЕТ и ИЛИ, причем выход того порогового устройства, которое определяет среднюю интенсивность процесса для канала, в котором распознаются микровсплески, соединен с входами формирователя заднего фронта и дополнительного элемента И узла распознавания микровсплесков, с вторым входом последнего соединен выход дифференциального анализатора, соответствующий каналу, в котором распознаются микровсплески, выход формирователя заднего фронта соединен с нулевым входом триггера и входог,: сброса счетчика, единичный вход триггера соединен через формирователь переднего фронта с выходом одновибратора, выход триггера соединен с запрещающим входом элемента ЗАПРЕТ узла распознавания микровсплесков,прямой вход которого соединен с выходом дополнительного элемента И этого же узла и сигнальным входом счетчика, а выход указанного элемента запрет соединен с одним из входов элемента ИЛИ узла распознавания микровсплесков, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а выход соединен с входом запуска одновибратора.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для исследования параметров потоков частиц.

Устройство содержит сцинтиллятор

1, фотоэлектронный умножитель 2, импульсный усилитель 3, и -канальный дифференциальный анализатор 4 амплитуд импульсов с n в ы х оoд а мMи H 44 . 1-4.п, каналы измерения спектра 5.1-5.п, в каждом из которых имеется пересче.тный блок б с выходами б.О-б, .m, элементы И 7.1-7m, элемент ЗАПРЕТ 8, элемент ИЛИ 9 с m+1 входами 9.19.(m+1), элемент ИЛИ 10 с и входами, интенсиметр 11, узел 12 выделения уровней интенсивности, пороговые устройства 13.1- 13.m, блок 14 выделения высшего дискретного уровня интенсивности с выходами 14.1-14.m, а также узел 15 распознавания микровсплесков.

В составе последнего содержатся фор1080096 иронатель 16 заднего фронта, триггер 17, элемент ЗАПРЕТ 18, дополнительный элемент И 19, счетчик 20, элемент ИЛИ 21, управляемый однонибратор 22, формирователь 23 переднего фронта, выходной элемент И 24.

Сцинтиллятор 1 оптически соединен с фотоэлектронным умножителем 2, выход которого через импульсный усилитель 3 подключен к входам анализатора 4 импульсов и интенсиметра 11.

Каждый выход анализатора 4 импульсов соединен с входом пересчетного бло10 ка б соответствующего канала 5. Выхователя 16 и одним из входов элемента

И 19. Выходы блока 14 являются дискретными выходами определения интенсивности устройства в целом и соединены с вторыми входами элементов И

7.1-7.ш и входами элементов ИЛИ 10 нсех каналов. Выход 4.r блока 4 до40 полнительно соединен с вторым входом элемента И 19. Выход формирователя

16 соединен с нулевым. входом триггера 17 и входом элемента 18, прямой вход которого соединен с выходом элемента 19 и сигнальным входом счетчика 20, выходы элемента 18 и счетчика 20 соединены с входами элемента ИЛИ 21, выход счетчика 20, кроме того, соединен с вторым входом элемента И 24, выход элемента 21 соединен с входом запуска одновибратора

22. Выход посЛеднего соединен > перным входом элемента 24 и входим формирователя 23, выход которого соединен с единичным входом триггера 17.

Выход элемента 24 является выходом узла распознавания микровсплесков

65 в r-м энергетическом канале.

Устройство для исследования параметров потоков частиц работает слер(ующим образом.

Сцинтиллятор 1 преобразует тор.моэнбе рентгеновское излучение потоды 6.1-6.m каждого. блока б соединены с одними из входов соответствующих 15 элементов И 7.1-7.m, а выход 6.0 с прямым нходом элемента ЗАПРЕТ 8, запрещающий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 10 данного канала. Выходы элементон И 7.1-7.m и ЗАПРЕТ 8 соединены с m+1 входами элемента ИЛИ 9. Выход этого элемен- та является выходом соответствующего канала измерения спектра устройства в целом. Выход интенсиметра 11 соединен с сигнальными входами пороговых устройств 13.1-13.m и одновибратора 22. На пороговые входы устройств 13 подаются пороговые напряжения U<< — U>, Выходы всех пороговых устройств соединены с входами блока 14, а выход порогового устройства 13.i которое определяет среднюю интенсивность процесса для r-ro канала, в котором распознаются микровсплески соединен с входом формиро- З5 ка аэроральных частиц в световые вспышки, которые далее преобразуются Фотоэлектронным умножителем 2 в электрические импульсы, амплитуда которых пропорциональна энергии чàñтиц. Указанные импульсы усиливаются блоком 3 и поступают на и-канальный дифференциальный анализатор 4 амплитуд импульсов и интенсиметр 11. Выходное аналоговое напряжение последнего пцрпорционально числу им пульсов на заданном интервале времени, т.е. средней интенсивности потока 3 (С) на этом интервале. С выходов анализатора 4 селектированные по амплитудам импульсы поступают на входы пересчетных блоков 6 каналон

5.1-5.п измерения спектра. Блоки б производят следящую компрессию сигнала: на их ныходах, соответствующих отдельным разрядам счетчика, каждый импульс появляется лишь после поступления соответствующего количества импульсов на вход блока.

Сигнал U „ áëoêà 11 поступает на блоки 13.1-13.m с порогами Uä„ -U

На выходе 13.1, ie 1,mg блока 13 при 0 „) Од„появляется заданный уровень йапряжения U< >, который сохраняется на всем протяжении времени превышения величиной „„ уровня

При U „„ с U „> на ныходе блока 13.i напряжение равно О. Блок 14 передает на соответствующий свой выход выходной сигнал порогового устройства

13., для которого U1<+ 0

На остальных выходах блока 14 сигнал равен О. При О С U на всех выходах блока 14 величины сйгналов равны О, из-за чего и на вторых входах элементов И 7 и на запрещающих входах элементов ЗАПРЕТ 8 всех каналов 5 величины сигналов также равны О, вследствие чего через элементы ИЛИ 9 данного канала на выход измерения спектра устройства поступают лишь сигналы U < от наинизшего из заданных разрядов 6.0 пересчетного блока 6. В случае U<< 6 (U«U>(;+< )c i-го выхода блока 14 отличный от нуля сигнал поступает на нторой вход канального элемента И 7.i подготавливая последний для пропускания импульса от i-ro разряда блока 6 через элемент ИЛИ 9 на выход, при этом сигнал U<<через элемент ИЛИ 10 каждого канала поступает на запрещающий вход элемента

8, предотвращая тем самым прохождение сигнала Бб на выход данного канала.

Таким образом, осуществляется адаптивное изменение коэффициента пересчета k блока б в зависимости от пределон, в которых находится jl что необходимо для предотвращения.перегрузки канала связи (для согласования его пропускной. способности) при нысоких . интенсинностях процесса и обеспечения режима рвального времени. Благ;—

1080096 даря применению блоков 6-14 устройство не прекращает исследования спектра даже при резком изменении интенсивности . Л().

Алгоритм функционирования узда распознавания микровсплесков основывается на представлении некоторого числа импульсов m в r-м канале блока 4, приращением интенсивности дЛ(с)на узком временном интервале ь, т.е.

=„= л () = () -д, ()

При этом превышение дд () y и — если Дс (t ) не опускается ниже не15 которого заданного уровня, расценивается как микровсплеск. Для определения микровсплесков в г-м канале анализатора 4 служит узел 15 распознавания микровсплесков, со- 20 держащий блоки 16-24.

Как показали международные геофизические эксперименты серии САМБО, величина микровсплесков по отдельным энергетическим уровням во мно- 25 гих случаях растет с увеличением

>c (t). Предлагаемое устройство подготавливается к распознаванию микровсплесков при интенсивности процесса Аср(t )7Аср T.e.011 U„> 30 в момент подачи сигнала U >1 на один их входов элемента И 19. Тем самым устанавливается путь прохождения импульсов с выхода 4,r блока 4 через элемент И 19 на счетчик 20 и через элементы 18 и 21 на вход за пуска одновибратора 22. При этом одновибратор 22 генерирует импульс U2 длительностью =Л "(t), передний фронт . которого формируется блоком 23 и пе ребрасывает триггер 17 в единичное 40 состояние, что ведет к запрету прохождения последующих импульсов через элемент 18 на элемент 21. Длительность Г импульса 072 определяется величиной выходного напряжения 0 ин-,45

11 тенсиметра 11, которое подается на сигнальный вход одновибратора 22.

Счетчик 20 генерирует, выходные импульсы U>< после поступления на него с г-го выхода блока 4 каждых m им- 50 пульсов, .что возможно лишь в случае когда интенсивность () не становится ниже hcp;. Каждый выходнОй импульс U> блока 20 через элемент ИЛИ

21 запускает одновибратор 22, подго- 55 тавливая тем самым сравнение сумьм временных интервалов между последними

m импульсами процесса, с интервалом времени i . Если импульсы U u U

20 27 совпадают во времени, на выходе элемента 24 появляется сигнал, означающий приращение интенсивности исследуемого потока в r-м энергетическом канале на m импульсов за время Т

Тем самым осуществляется адаптивная индикация появления микровсплесков с учетом изменяющейся общей интенсивности процесса Л(). Если счетчик

20 не набирает m импульсов за время Г, то управляемый одновибратор 22 сбрасывается и закрывает выходную схему И 24 по одному из входов. Когда счетчик 20 набирает m импульсов, его выходной импульс не проходит на выход элемента И 24, но снова запускает управляемый одновибратор 22 для повторного обнаружения микровсплеска.

Если же интенсивность c (t) становится ниже значения il«, c1ãíàë на выходе блока 13.i резко уменьшается до О, а его задний фронт, сформированный блоком 16, перебрасывает триггер 17 и счетчик 20 в нулевое состояние. При этом импульсы с выхода 4.r блока 4 через элемент 19 перестают поступать на последующие блоки, а схема узла распознавания микровсплесков подготавливается к очеред..оМу циклу определения микровсплесков.

Длительность цикла определяется.временем существования интенсивности

hcp(t ) ) 3ср . Благодаря осуществлению возможности генерирования импульса

U>> одновибратора под влиянием первого же импульса, пришедшего в данном цикле, из анализа не устраняются и первые импульсы процесса, что особенно важно при малом объеме статистики.

Таким образом, введение дополнительных элементов. И, ЗАПРЕТ, ИЛИ, пороговых устройств, блока выделения высшего дискретного уровня интенсивности, формирователей переднего и заднего фронта, триггера и соответствующих связей в схему устройства позволяет обеспечить адаптивное изменение его разрешающей способности при исследовании в реальном времени микровсплесков и спектра при заданной пропускной способности канала связи.

Кроме этого, устройство позволяет дискретно определять уровни интенсивности исследуемого процесса.

1080096

Р

Составитель М.Данилов

Редактор Л.Алексеенко Техред C,Ìèãóíoâà Корректор В.Синицкая;

Закаэ 1330/46 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, Ул .Проектная,4