Устройство для обработки данных при регистрации множественности заряженных частиц

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ПРИ РЕГИСТРАЦИИ МНОЖЕСТВЕННОСТИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащее формирователи прямоугольных импульсов, входы которых являются информационными входами устройства, прямой выход каждого формирователя прямоугольньпс импульсов соединен с первым входом соответствующего элемента И, второй вход первого элемента И соединен с входом логической единицы устройства , второй вход каждого элемента И, начиная с второго, соединеч с инверсным выходом предыдущего формирователя прямоугольных импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения регистрации частиц в спектрометрах-калориметрах с, неограниченным количеством каналов регистрации, в него введены вычислительный блок, узел контроля четности и шифра10р,.ы которого и входы узла контроля четности соединены соответственно с выходами элементов И, выходы шифраторов соединены соответственно с информационными входами вычислительного блока, выходы которого являются выходами устройства, а вход контрольного сигнала подключен к вы- , ходу узла контроля четности, причем вычислительный блок содержит сумматор , дешифратор, элементы И,. ИЛИ, элемент НЕ, вход которого соединен с входом контрольного сигнала блока, входы сумматора являются информационными входами блока, выходы сумматора соединены соответственно с входами дешифратора, первый выход которого соединен с первьм выходом блока и с первым входом первого .элемента ИЛИ,- второй выход дешифратора подключен к первым входам второго и третьего элементов ИЛИ, сл третий выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и третьего элементов ИЛИ и с первым входом первого элемента И, четвертый выход дешифратора подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ и к первому входу второго элемента И, пятый выход дешифратора соединен с четвертым вхо00 дом третьего элемента ИЛИ, выход торого подключен к первому входу третьего элемента И, выход второго ISD элемента ИЛИ соединен с первым вхоО ) дом четвертого элемента И, вторые входы первого и четвертого элемента И соединены с выходом элемента НЕ, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с входом контрольного сигнала блока, выход четвертого элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, с первым входом четвертого элемента ИШ1 и с вторым выходом блока, выход третьего элемента И соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, с вторым вхо-

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (5}) 4 G 06 F 15/20

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ являются выходами устройства, а вход контрольного сигнала подключен к вы-, ходу узла контроля четности, причем вычислительный блок содержит сумматор, дешифратор, элементы И,. ИЛИ, элемент НЕ, вход которого соединен с входом контрольного сигнала блока, входы сумматора являются информацибонными входами блока, выходы сумматора соединены соответственно с входами дешифратора, первый выход которого соединен с первым выходом блока и с первым входом первого, элемента ИЛИ, второй выход дешифратора подключен к первым входам Ф

Ю второго и третьего элементов ИЛИ, третий выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и третьего элементов ИЛИ и с первым входом пер- ( вого элемента И, четвертый выход дешифратора подключен к третьему вхо- 2 ду третьего элемента ИЛИ и к первому входу второго элемента И, пятый выход дешифратора соединен с четвертым входом третьего элемента ИЛИ выход коФ торого подключен к первому входу третьего элемента И, выход второго элемента ИЛИ соединен с первым входом четвертого элемента И, вторые входы первого и четвертого элемента И соединены с выходом элемента НЕ, вторые входы второго и третьего эле" ментов И соединены с входом контроль- а ного сигнала блока, выход четвертого элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, с первым входом четвертого элемента ИЛИ и с вторым выходом блока, выход третьего элемента И соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, с вторым вхоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3718043/24-24 (22) 10.02.84 (46) 07.09.86. Бюл. В 33 (72) Н. М. Никитюк (53) 681.325.5(088.8) (56) Курочкин С. С. и др. Специализированные устройства цифрового накопления и обработки информации.

Ядерное приборостроение, Атомиздат, 1974, вып. 26, с. 127-135.

Varra I. Nuclear instruments and

Methods, 1979, Vol 163, р, 415. ($4)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ

ДАННЫХ ПРИ РЕГИСТРАЦИИ МНОЖЕСТВЕННОСТИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащее формирователи прямоугольных импульсов, входы которых являются информационными входами устройства, прямой выход каждого формирователя прямоугольных импульсов соединен с первым входом соответствующего элемента И, второй вход первого элемента И соединен с входом логической единицы устройства, второй вход каждого элемента И, начиная с второго, соедине с инверсным выходом предыдущего формирователя прямоугольных импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения регистрации частиц в спектрометрах-калориметрах с неограниченным количеством каналов регистрации, в него введены вычислительный блок, узел контроля четности и шифра1ор,входы которого и входы узла контроля четности соединены соответственно с выходами элементов И, выходы шифраторов соединены соответственно с информационными входами вычислительного блока, выходы которого

„„SU„„»81426 А

1181426

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1

0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1

«N, 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1

0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0

1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 дом четьертого элемента И и с третьим выходом блока, выходы первого и четвертого элементов ИЛИ, первого

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в электронных схемах детекторов заряженных частиц, используемых в ядерной физике.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регистрации частиц в спектрометрах-калориметрах с неограниченным количеством каналов регистрации.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для случая, когда число п=6 и И=15; на фиг. 2 — схема вычислительного блока; на фиг. 3 схема формирователя прямоугольных импульсов.

Устройство содержит формирователи 1 — 15 прямоугольных импульсов, выходы 16 устройства, вход 17 устройства, узел 18 контроля четности, вычислительный блок 19, шифратор 20, элементы 21 — 32 И, элементы 33—

38 ИЛИ, сумматор 39, дешифратор 40, элемент 41 НЕ, элементы 42 — .45 ИЛИ, элементы 46 — 49 И, выходы 50 — 56 блока 19, входы 57 блока 19, резисторы 58 - 60, диоды 61 и 62, конденсаторы 63 н 64, микросхему 65 типа

К500ПП116, микросхему 66 типа

К500ПУ125, одновибратор 67 типа

К155АГЗ.

Формирователь прямоугольных импульсов предназначен для усиления и второго элементов И являются соот ветственно четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами блока. слабых сигналов, поступающих от детектора заряженных частиц, и формирования стандартных уровней, необходимых для срабатывания микросхем. 5 С помощью микросхем 65 и 66 сигнал усиливается по амплитуде, а с помощью одновибратора 67 сигнал формируется по длительности. Одновибратор имеет парофазный выход. !

/

Входы элементов ИЛИ шифратора 20 подключены к выходам элементов И по определенному прав.my которое нагляднее всего можно представить в виl5 де кодирующей матрицы (см. ниже).

Допустим, что сигналы от многоканального детектора заряженных частиц одновременно поступили на входы фор" мирователей 6, 7, 9 и 10. Другими словами на вход устройства поступил код 000001101100000. При этом на выходных элементах И сформируется код

00000100100000, который поступает на входы элементов 33 — 38 ИЛИ, на входах которых получается 6-разрядный код 100110, который несет в себе информацию о количестве зарегистрированных в детекторе заряженных частиц. Назначение элементов ИЛИ состо30 ит в том, чтобы выполнять сжатие информации, и эффект сжатия существенно повысится с увеличением N.

При N=I5 кодирующая матрица Н имеет

l следующий вид:

1 181426

Матрица Н имеет регулярную структуру и характеризуется следующими г параметрами n-=6 —; И=C = и ь

=15 (С„. — число сочетаний из и по 2).

Все столбцы матрицы можно разделить на A=n-1=5 групп. Первую группу об разуют первые 5 столбцов, вторую— следующие 4 столбца (столбцы 6 — 9) и т.д. и последний 15 столбец образует 5 группу,.

Позиции единиц в строках в столбцах матрицы Н задают правило соединения выходов элементов И с входами элементов ИЛИ. Число столбцов в матрице Н соответствует числу элемен- >5 тов И, а число строк равно числу элементов ИЛИ. Важным параметром устройства является коэффициент сжатия информации Kc =N/n. Для нашего примера

К =2,5, при п=10, И=45 и К =4,5, а при n=40, N=780 и К,=20.

Код, который поступает на вход блока 19, имеет следующие свойства.

Как это принято в теории кодирования, будем считать, что вес кодового сло- 2 ва W равен числу единиц в кодовом слове. Так, в матрице Н столбцы можно рассматривать как кодовые слова, у которых W=2.. Операцию над кодовыми словами выполняют в нашем устрой- 30 стве по хеме ИЛИ, т.е. берется бу-. лева сумма двух, трех, четырех и т,ц. всевозможных столбцов. Например, складывая столбцы 1 и 3 получим код .101001. Практически это значит, что если на вход устройства поступил один сигнал (детектирована одна частица), то на входах блока 19 сформируется код 001001. Код веса 2 сформируется при поступлении одного сиг- 4О нала на любой вход устройства, и на выходах 16 выработается сигнал = 1 °

При одновременном поступлении двух и трех сигналов на входы устройства, как это нетрудно проверить, спектр весов будет 3, 4 и 3, 4, 5, 6 соответственно. Этот спектр, как это показывают расчеты на 3ВМ, не зависит от чисел N и и. Таким образом, если предположить, что на вход устройства поступает не более трех сигналов, то, введя признак четНости, можно точно определить их количество довольно экономичным способом.

Пусть на входы сумматора 39 посту-55 пает вьш еупомянутый код 101001, соответствующий двум зарегистрированным частицам. Сумматор работает таким образом, что при подаче на его входы кода веса W на его выходах формируется двоичный код, равный весу W. В нашем случае на выходах сумматора сформируется код, равный

011=3г (младший разряд справа), который дешифрируется и на выходе дешифратора 40 появляется сигнал, который поступает на входы элементов 42 и 43 ИЛИ. Допустим, что сигнал "Нечет, поступающий на управляющий вход резистора 58 с выхода узла 18, соответствует логической единице, а сигнал "Чет" будет поступать в виде уровня, соответствующего логическому нулю. Тогда высоким уровнем, поступающим с выхода элемента НЕ 41, открываются .элементы 46 и 48 И. Импульс с выхода элемента 42 ИЛИ про ходит элемент 46 И и далее элементы ИЛИ 44 и 45. На выходе 51 формируется сигнал равный 2, а на выходах 53 и 54 сигналы больше I и больше 2 соответственно. Выходы дешифратора О, 1 и 7 в данном блоке не используются. °

°

Аналогично можно проверить работу блока при других сочетаниях зарегистрированных частйц не более трех.

Так при детектировании одной частицы на входы. блока будут поступать коды веса 2, по значению которых на выходе 50 формируется сигнал равный 1. Матрица типа Н имеет регулярную структуру и поэтому нетрудно построить устройство при больших значениях чисел. Для этого в качестве столбцов матрицы Н необхоримо взять всевозможные слова веса 2 и выполнить соединение выходов элементов И с входами элементов ИЛИ. Перестановка столбцов матрицы Н не меняет ее свойств. При больших значениях N.è и возможности устройства существенно расширяются.

По сравнению с известным устройством рассматриваемое устройство имеет более широкие возможности, что позволяет его использовать в качестве порогового устройства для регистрации каскадных ливней частиц в современных крупных спектрометрахкалориметрах, содержащих десятки тысяч каналов регистрации. Требуемое количество элементов ИЛИ для построения шифратора невелико и равно числу выходов и. Тот факт, что устройство не регистрирует точное количестS 1 во частиц, не снижает его функциональные возможности, так как в калориметрах с целью уменьшения каналов регистрации проводным монтажом объединяются десятки и сотни элементарных детекторов, например сцинтилляторов, нитей, дрейфовых трубок и

181426

Ь проч. Затеи по суммарному сигналу определяется выделяемая ливнем частиц энергия и по заданному порогу затем вырабатывается запускающий импу льс.В рассматриваемом устройстве имеется воэможность более точно регистрировать этот порог как сверху, так и снизу.

1181426

=1 ю

$2

B2 Î

Редактор С. Титовг Техред .Л. Сердюкова Корректор М. Демчик

Заказ 4845/1 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4