Устройство для счета фотонов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ФОТОНОВ , содержащее последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчик и оперативное запоминающее устройство , а .также блок управления, электронную вычислительную машину и схему синхронизаи,ии, причем оперлтивное запоминающее устройство подключено информационньм выходом к входному регистру электронной вычислительной машины адресные выходы блока управления подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства и входному регистру электронной вычислительной машины, о т л и ч а.ющ е е с я тем, что, с целью повыше НИН точности измерений параметров атмосферы путем увеличения скорости накопления фотонов, в него введены триггер и логический элемент ИЛИ, п входов которого подключены к информационному п-разрядному выходу оперативного запоминающего устройства (п 2-1) , R-вход триггера подключен к одному из разрядов выходного регистра электронной вычислительной машины, выход триггера подключен к входу блока управления,который выполнен на генераторе временных ин (Л тервалов иадресном счетчике, причем выход схены синхронизации подключен к первому входу генератора временных интервалов, выход которого подключен к адресному счетчику, адресные выходы которого подключены к адресным входам оперативного запоминающего i устройства и входному регистру электронной вычислительной машины, а к САд второму входу генератора.временных о интервалов подключен выход триггера, sl S-вход которого подключен к выходу i логического элемента ИЛИ. dd

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09} (И}

Зи1} G Ol J 1744

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3621261/24-25 (22) 13.07.83 (46) 23.12.84. Бюл.И- 47 (72) К.Д.Шелевой (71) Институт оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР (53) 535.24(088.8) (56) 1.Панов 10.А. и др. Регистратор слабых световых сигналов. — II Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск, 1973, с. 352-354.

2.Лагутин N.Ô. и др. Система приема, отображения и подготовки данных лидара для обработки на ЭВМ. — lV Все-, союзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферы,,Томск, 1976,. с.242-245 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ФОТОНОВ, содержащее последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчик и оперативное запоминающее устройство, а также блок управления, электронную вычислительную машину и схему синхронизации, причем оперл-.ивное запоминающее устройство подключено информационным выходом к входному регистру электронной вычислительнбй машины адресные выходы блока управУ ления подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства и входному регистру электронной вычислительной машины, о т л и ч а.ющ е е с я тем, что, с целью повыше" ния точности измерений параметров атмосферы путем увеличения скорости накопления фотонов, в него введены триггер и логический элемент ИЛИ, и входов которого подключены к информационному и-разрядному выходу оперативного запоминающего устройства (и > 1),R-вход триггера подключен к одному из разрядов выходного регистра электронной вычислительной машины, выход триггера подключен к входу блока управления, который выполнен на генераторе временных интервалов и адресном счетчике, причем выход схемы синхронизации подключен к первому входу генератора временных интервалов, выход которого подключен к адресному счетчику, адресные выхо- ды которого подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства и входному регистру электронной вычислительной машины, а к второму входу генератора временных интервалов подключен выход триггера, S-вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ.

1130746

Устройство относится к оптическому зондированию атмосферы и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, спектроскопии, химии, 5 астрономии, космических исследованиях и т.д.

В экспериментах по лазерному зондированию атмосферы необходимо исследо-. вать атмосферные процессы, значитель- 10 но изменяющиеся во времени. В таких экспериментах, когда регистрация отраженного сигнала происходит в режиме счета отдельных фотонов,а информации, получаемой из одного отра- 15 женного атмосферой сигнала, недостаточно и требуется производить накопление данных в течение многих циклов зондирования, необходимо сокращать общее время эксперимента, т.е. уве- 20 личивать скорость накопления фотонов, так как существует возможность ошиб-. ки в измерениях быстроменяющихся параметров атмосферы за счет того, что эти параметры изменяются в про- 25 цессе измерения. Такая ошибка существует независимо от точности регистри-. рующей атмосферы, способ ее уменьше-. ния — увеличение скорости накопления фотонов путем увеличения частоты посылок зондирующего излучения.

Специфика отраженного. атмосферой сигнала такова, что интенсивность поступления на приемник фотонов, отраженных атмосферой, распределена во времени неравномерно, а именно в первые моменты времени после посылки зондирующего оптического импульса с близких расстояний количество поступающих фотонов велико и ячейки опера-40 тивного запоминающего устройства,. где фиксируются моменты поступления фотонов или их количество, оказываются почти все заполненными, а по мере удаления от источника излучения их

:число резко уменьшается по закону обратного квадрату расстояния плюс ослабление зондирующего импульса, вносимое атмосферой, и в последние интервалы (ячейки памяти) попадает 50 очень малое их количество, т.е.основная масса ячеек памяти в результате оказывается незаполненной. Распределение моментов появления одноэлектронных импульсов фотонов) во време-,55 ни происходит случайным образом, по- этому считывание данных, полученных в данном цикле счета, из оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину в основном производится вхолостую, так как в большинстве ячеек информации нет.

По этой причине для увеличения частоты зондирующих посыл к оптического излучения с целью увеличения точности определения параметров атмосферы путем сокращения времени эксперимента необходимо исключить пустые ячейки оперативного запоминающего устройства из цикла считывания данных из оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину или в устройство подготовки данных, а считывать только те в

У котбрых имеется информация, что приводит к существенному сокращению цикла считывания, повыеив в конечном счете точность измерения параметров атмосферы путем сокращения времени эксперимента.

Известно устройство для счета фотонов, содержащее последовательно включенные ФЗУ., дискриминатор, счетчик и оперативное запоминающее устройство (1) .

Недостатком данного устройства является низкое быстродействие элементов устройства — сумматора и магнитного оперативного запоминающего устройства, в результате чего зондирование атмосферы с большой частотой1 посылок импульсов оптического возбуждения невозможно, так как устройство не успевает обрабатывать данные от предыдущего зондирования. Низкая частота зондирования приводит к росту ошибки при огределении параметров атмосферы, так как за время зондирования, необходимое для достижения необходимой статистической точности, измеряемые параметры атмосферы значительно изменяются.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для счета фотонов, содержащее последовательно включенные ФЭУ, дискриминатор, счетчик и оперативное запоминающее устройство, а также блок управления, электронную вычислительную машину и схему синхронизации, причем оперативное запоминающее устройство подключено информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной машины, адресные выходы блока управления подключены к адресным входам оперативного запо1 1307

25 минающего устройства и входному регистру электронной вычислительной машины (2) .

Однако известное устройство имеет ограничение по частоте посылок оптического излучения, так как счет и распределение данных (поступающих с дискриминатора одноэлектронных импульсов) по ячейкам первого оперативного запоминающего устройства и считывание из ячеек первого оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину происходят со скоростью, с которой электронная вычислительная машина может принимать данные и без анализа содержи) мого ячеек первого оперативного запоминающего устройства, т .е. с одной скоростью для всех ячеек — пустых и "заполненных".

Цель изобретения — повышение точности измерений параметров атмосферы путем увеличения скорости накопления фотонов.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для счета фотонов, содержащее последовательно включенные ФЭУ дискриминатор счетчик и оперативное запоминающее устройство, а также блок управления, электрон- З0 ную вычислительную машину и схему синхронизации, .причем оперативное запоминающее устройство подключено информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной 35 машины, адресные выходы блока управления подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства и входному регистру электронной вычислительной машины> введены триг- 40

rep и логический элемент ИЛИ, и входов которого подключены к и;формационному и-разрядному выходу оперативного запоминающего устройства (n x 1), R-вход триггера подключен к одному 45 из разрядов выходного регистра электронной вычислительной машины, выход триггера подключен к входу блока управления, который выполнен на генераторе временных интервалов и ад- 50 ресном счетчике, причем выход схемы синхронизации подключен к первому. входу генератора временных интервалов, выход которого подключен к адресному счетчику, адресные выходы 55 которого подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства и входному регистру электрон46 4 ной вычислительной машины, а к второму входу генератора временных интервалов подключен выход триггера, S-вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ФЭУ 1, дискриминатор 2, счетчик 3, оперативное запоминающее устройство 4, электрон" ную вычислительную машину 5, схему

6 синхронизации, блок 7 управления, состоящий из генератора 8 временных интервалов и адресного счетчика 9, триггер 10 и логический элемент

ИЛИ 11.

Выход ФЭУ 1 подключен к входу дискриминатора 2, его выход — к входу счетчика 3, выход счетчика — к информационному входу оперативного запоминающего устройства 4, его информационный выход — к входному регистру электронной вычислительной машины 5 и входам логического элемента

ИЛИ ll, выход логического элемента подключен к одному из входов триггера 10, к R-входу которого подключен выход одного разряда выходного регистра электронной вычислительной машины

5., выход триггера 10 соединен с первым входом управления генератора 8 временных интервалов блока 7 управления. Выход схемы 6 синхронизации подключен к второму входу управления генератора 8 временных интервалов, а его выход — к входу адресного счетчика 9, который. расположен в блоке управления. Адресные выходы адресного счетчика 9 подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства 4 и входному регистру электронной вычислительной машины 5.

Устройство работает следующим об» разом.

Генератор 8 временных интервалов запускается импульсомсо схемы 6 синхронизации, определяющим- начало цикла счета. В этом цикле оперативное запоминающее устройство 4 находится в режиме "Запись" и записывает по соответствующим ячейкам, номера которых определяет адресный счетчик 9, содержимое счетчика 3. После прохождения всех возможных состояний адресного счетчика 9 оперативное запоминающее устройство 4 переходит в режим

"Считывание", при этом данные с оперативного запоминающего устройства

1130746 поступая на адресный счетчик 9, изменяют его состояние, и тем самым произ-10 вычислительной машины 5 и дополнитель-15 ный триггер 10 через логический элемент ИЛИ 11.

Если в читаемых ячейках нет информации, смена состояний адресного счетчика 9происходит быстро,со скоростью 20

Выходы и одноразрядных оперативных запоминающих устройств 4 подключаются к и+к разрядам входного регистра электронной вычислительной машины 5, где к — разрядность адресного счетчика 9, и к и входам логического элемента ИЛИ 11, соединенного своим выходом с одним из входов триггера

„10, причем считыванием в электронную вычислительную машину и+к адреса; где

n — - номер одноразрядного оперативного запоминающего устройства, к - но40 и самого оперативного запоминающего устройства чем достигается дополни-.

Р тельное повышение скорости обмена путем уменьшения количества операций при передаче и накоплении данных в

55 передаются вместе с соответствующим адресом с адресного счетчика 9 на входной регистр электронной вычислительной машины.

При этом блок 7 управления работает следующим образом. Генератор 8 временных интервалов продолжает вырабатывать тактовые импульсы, которые, водится последовательное считыванис данных из оперативного запоминающего устройства 4, одновременно поступающих на входной регистр электронной работы генератора 8 временных интервалов, происходит лишь "просмотр" ячеек оперативного запоминающего устройства, а считывания данных из оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину нет, так как выходной нулевой ". сигнал с выхода оперативного запоминающего устройства свидетельствует ,о том что в данной ячейке информации нет.

При появлении на выходе оперативного запоминающего устройства информации 10 сигналом с выхода логического элемента ИЛИ 11 перебрасывается в состояние, запрещающее дальнейшую работу генератора 8 временных интер валов останавливает его. Этот же сиг-. нал поступает на входной регистр электронной вычислительной машины 5, сообщая, что в данной ячейке с адрее сом находящимся в данный момент в адресном счетчике 9 записан в цикле записи хотя бы один фотон, т.е. адрес и содержание данной ячейки необ- 45 ходимо (так как генератор 8 временных интервалов остановлен, и быстрой смены адресов на входном регистре электронной вычислительной машины нет)) записать в память электроннойвычислительной машины. Последняя записывает со своей скоростью информацию (адрес с адресного счетчика и данные из оперативного запоминающего устройства) и выдает сигнал на выходной регистр о том, что данные приняты.

Зтот сигнал сбрасывает триггер 10, и он разрешает дальнейшую работу с.большой скоростью генератора 8 временных интервалов, адресного счетчика 9 и оперативного запоминающего устройства 4. Если в последующих ячейках информации нет, на выходе элемента ИЛИ 11 сохраняется нулевой уровень, триггер 10 не срабатывает и генератор 8 временных интервалов продолжает работу с высокой частотой до тех пор, пока в очередной ячейке не появляется снова информация. Тогда триггер 10 опять устанавливается, останавливает генератор 8 временю!z интервалов и электронная вычислитель= ная машина 5 принимает данные (адрес и состояние оперативного запоминающего устройства1 со своей малой скоростью. Об окончании приема она опять сообщает импульсом с .выходного регистра,который сбрасывает триггер !О, и генератор временных интервалов начинает перебирать с высокой скоростью адреса ячеек оперативного запоминающего устройства далее.

Многократное повторение циклов

"запись-считывание" приводит к тому, что в ячейках памяти электронной вычислительной машины 5, адреса которых определяют положение поступивших фотонов, происходит накопление числа фотонов до необходимого заданного уровня

Возможны следующие варианты подключения оперативных запоминающих устройств 4, если их число « I ° мер ячейки этого оперативного запоминающего устройства, из которой считывается информация, производится одновременно идентификация ячейки оперативного запоминающего устройства

Составитель А.Чурбаков

Техред А.Бабинец . Корректор О.Луговая

Редактор С.Саенко

Заказ 9600/29 . Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4

1 !301 электронной вычислительной машине в случае многоканальных систем.

Выходы nm-разрядных оперативных запоминающих устройсТв 4 подключены к

n+m+k разрядам входного .регистра ,электронной вычислительной машины .5, где n — - число m-разрядных оператив» ных запоминающих устройств 4, к

:разрядность адресного счетчика 9 и к n+m входам логического элемента 10

ИЛИ 1, соединенного своим выходом с одним иэ входов триггера !О, причем считыванием в электронную вычисли,тельную машину 5 n+m+k-разрядного . адреса. где n — номер m-разрядного !5 оперативного запоминающего устройства

k -номер ячейки этого оперативного saпоминакщего устройства,из которой счи= тывает ся число ш,производится одновременная идентификация ячейки оператив- 2О ного запоминающего устройства,.самого оперативного запоминающего устройства и числа записанного в нем, что также позволяет уменьшить количество опера46 8 ций при передаче и накоплении данных в электронную вычислительную машину для многоканальных систем счета. Таким образом, считывание данных из оперативного запоминающего устройства со скоростью электронной вычислительной машины не из всех подряд ячеек, а лишь из тех где есть информация и только "просмотр" всех дру.гих с высокой скоростью, позволяет значительно сократить время считывания данных из оперативного запоминающего устройства в электронную вычислительную машину, что в свою очередь дает возможность -увеличить частоту посылок зондирующих световых импульсов, и, увеличив тем самым скорость накопления одноэлектронных импульсов, сократить время эксперимента и увеличить точность измерения параметров атмосферы.

Изобретение позволяет повысить точность измерений.