Способ измерения интенсивности оптического излучения

 

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения интенсивности оптического излучения путем счета одноэлектронных импульсов фотоумножителя в.окне амплитудной дискриминации. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается за счет выбора такой ширины окна дискриминации, при которой взаимно компенсирзтотся приращения скорости счета импульсов, превышающих нижний и верхний уровни дискриминации . Для этого оптимальное значение ширины окна дискриминации предварительно устанавливают путем его подстройки до величины, обеспечивающей равные по абсолютной величине и отрицательные по знаку изменения скорости счета фотоэлектронных импульсов при изменении напряжения питания фотоумножителя на +(1-2)% относительно номинального значения. Кроме того, с целью снижения нелинейности характеристики преобразования нижний уровень окна дискриминации предварительно устанавливают в интервале 0,6-0,9 средней амплитуды фотоэлектронных импульсов , а импульсы формируют симметричными биполярными. Биполярное формирование необходимо для устранения сдвигов нулевой линии в тракте дискриминации одноэлектронных импульсов и поддержания постоянства их средней амплитуды при наложениях импульсов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (П 00 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1501 А1 ()9) (И) (51)4 С 01 3 1/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и отрицательные по знаку изменения скорости счета фотоэлектронных импульсов при изменении напряжения питания фотоумножителя на +(1-2)7 относительно номинального значения. Кроме того, с целью снижения нелинейности характеристики преобразования нижний уровень окна дискриминации предварительно устанавливают в интервале 0,6-0,9 с средней амплитуды фотоэлектронных импульсов, а импульсы формируют симмет- Q) ричными биполярными. Биполярное формирование необходимо для устранения сдвигов нулевой линии в тракте дискриминации одноэлектронных импульсов и

° поддержания постоянства их средней амплитуды при наложениях импульсов.

1 з.п. ф-лы, 2 ил.

>РАЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3997795/24-25 (22) 28.10,85 (46) 30 ° 09.87. Бюл. № 36 (72) А,С, Мартынюк (53) 535.24(088.8) (56) Coates P.Â. Fatigue and its correction in photon counting experiments — J Phys. Е. Sci. Instr 1975, vol. 8, № 3, р. 189-193.

Joung А.Т. Photometric. error analysis. IX i. Optimum use of photomultipliers. — Appl. Optics, 1969, чо1.8, ¹ 12, р. 2431-2447. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ

ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57)Изобретение относится к.фотометрии и может быть использовано для измерения интенсивности оптического излучения путем счета одноэлектронных импульсов фотоумножителя в окне амплитудной дискриминации. Цель изобретения — повышение точности измерений — достигается за счет выбора такой ширины окна дискриминации, при которой взаимно компенсируются приращения скорости счета импульсов, превьппающих нижний и верхний уровни дискриминации. Для этого оптимальное значение ширины окна дискриминации предварительно устанавливают путем его подстройки до величины, обеспечивающей равные по абсолютной величине

1 13415

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для прецизионных измерений интенсивности непрерывного излучения в широком дина5 мическом диапазоне с помощью фотоэлек-. тронных умножителей (ФЭУ), Цель изобретения — повышение точности измерения путем стабилизации коэффициента преобразования интенсив- 10 ности измеряемого излучения в скорость счета импульсов, На фиг ° 1 изображен дифференциальный спектр p(z) амплитуд фотоэлектронных импульсов (кривая 1), а также за- 15 висимость коэффициента влияния Ь(к,) (кривая 2) от порога дискриминации; на фиг. 2 — семейство кривых зависимости скорости счета фотоэлектронных импульсов от изменений напряжения пи- 20 тания и коэффициента усиления динодной системы фотоумножителя при различных вариантах установки ширины окна, Способ осуществляют следующим образом. 25

Подают на ФЭУ номинальное напряжение питания и освещают его фотокатод световым потоком фиксированной интенсивности, обеспечивающим интегральную скорость счета импульсов в диапазоне

10 -10 с . Измеряют скорость счета б б -1 фотоэлектронных импульсов nо(к,,z ) в окне амплитудной дискриминации„Затем производят измерения скоростей счета n,(z,,z ) и nг(z,,z ) при пониженном на 1-27 и при повышенном на

1-27 напряжении питания ФЭУ соответственно. Если в результате измерений окажется n и, ширину окна уменьшают и путем последовательных приближений, повторяя операции изменения напряжения питания ФЭУ на + 1-2Х и подстройки ширины окна, обеспечивают равенство скоростей счета n = п, что соответствует равенству приращений и -и = n -и О. Если окажется

0 г о

n > п, то ширину окна аналогичным

1 г образом увеличивают до достижения равенства значений n „= nz. На этом процедуру установки оптимальной ширины окна считают законченной и устанавливают номинально» напряжение питания

ФЭУ, при котором производят измерения интенсивности излучения, В общем случае изменение ширины окна может быть осуществлено путем регулировки как нижнего, так и верхнего уровней дискриминации. Однако на практике целесообразно нижний уровень

О1 2 фиксировать, а регулировку ширины окна производить подстройкой верхнего уровня.

Связь --абсолютных изменений gn(z ) скорости счета одноэлектронных импульсов, обладающих амплитудой z ъ z c относительными изменениями коэффициента усиления динодной системы фотоумножителя AG/G описывается выражением п(к, ) = и z,p(z, ) о .QG где z — амплитуда фотоэлектронных импульсов, нормированная средним (по амплитудному спектру) значением на единицу;

z, и z — нормированные значения нижнего и верхнего уровней (порога) амплитудной дискриминации соответственно; о п. =limn(z,) -интегральная интенсивность г,О потока (скорость счета) фотоэлектронных импульсов при нулевом пороге дискриминации;

p(z) †. плотность вероятности распределения амплитуд фотоэлектронных импульсов.

Величина и пропорциональна измеряемой величине интенсивности излучения и не зависит ни от z ни от G.

Кроме того, плотность вероятности р(z) инвариантна относительно С, Инвариантен также коэффициент влияния

Ь() = z,p(z,). Поэтому множитель при 11С/С в правой части выражения (1) зависит только от уровня дискриминации, причем для любого существующего у реальных фотоумножителеч нида функции p(z), включая как пуассоновское, так и экспоненциальное распределения амплитуд, зависимость Ь(к,) имеет мак. симум при некотором значении нормированного аргумента я 1, т,е. для всей области изменения переменной z, от О до оо обратная функция z,(b) является двузначной. Это означает,что о любому значению z, z: соответствует сопряженное значенн» z z z npu о котором достигается рав»кство b(z,)= о

=b(z ), а соответственно, обеспечивается равенство абсолютных приращео ний скорости счета импульсов Ьп(к,)

Qn(z ) °

Таким. образом, если в::рдели",ь окно амплитудной дискрим; нации м»жду двумя

3 134 сопряженными значениями нижнего z, о и верхнего г уровней дискриминат;и)т, то приращения dn(z, ) и Sn(z ) взаимно компенсируются, поскольку скорость счета импульсов в окне дискри0 о минации п(г,, г ) определяется разностью ном определяющего эффективность реги(трации, отношение сигнал/шум и линейность характеристик преобразова5 ния. Установлено что при выборе нижt него окна дискриминации в интервале

z = 0,6-0,9 и формировании одноэлектронных импульсов симметричными биполярными обеспечиваются минимальные отклонения от линейности характеристики преобразования в динамическом диапазоне до 10, При этом также достигается удовлетворительный компромисс в отношении порога чувствительности, поскольку положение верхнего уровня оказывает более слабое влияние на отношение сигнал/шум, чем на стабильность и линейность.

Фиг ° 1, где показано взаимное расо о положение сопряженных уровней z, и г, поясняет рассмотренный принцип сопряжения через функцию b(z),Íàïðèìåð,çàранее установленному нижнему уровню о

z, = 0,64 соответствует сопряженный о

25 z, =1,66.При установке окна дискриминации в соответствии с этими значениями получена кривая 3 на фиг. 2, которая симметрична относительно изменений U в сторону уменьшеЗ0 ния и увеличения, Благодаря симметрии этой кривой на практике нет необходи1 мости прослеживать ход этой зависимости по точкам, практическим критерием настройки на экстремум служит

35 равенство отрицательных приращений скорости счета при введении ступенчатой симметричной расстройки питающего напряжения на +1X. Ход кривой 3 также показывает, например, что при вариациях С íà +5X вариации скорости счета в оптимальном окне не превышают -0,4Х т.е. достигается повьппение стабильности более чем на порядок величины.Кривые 4 и 5 на фиг, 2, иллюстрирующие влияние отклонения верхнего уровня от

45 сопряженного значения при неизмено ном положении нижнего уровня z

= 0,64, получены при z2 = 1,5 (кривая

4) и z2 = 1,8 (кривая 5). Эти кривые имеют максимум, но асимметричны, поэтому эффект стабилизации в этих случаях значительно снижается. Кривая 6 на фиг. 2 получена при установке окна дискриминации согласно прототипу: г, =

= 0,5 и z = 2,1, Эта кривая не име55 ет максимума и эффект стабилизации здесь практически отсутствует.

dn(z, г ) (4) Обращение в нуль производной

dn(z,,z,) . означает настройку на экстnG . dU — = Ктп

Ц У (5) где К вЂ” число каскадов умножения;

m=0,8-0,9 — эмпирический коэффициент, Так, для 11-каскадного фотоумножителя изменение U íà «+1X вызывает изменение G примерно íà +10X что соответствует по порядку величины типичным для большинства ФЭУ вариациям усиления в результате утомления. Поэтому для настройки на экстремум зависимости скорости счета n(z, z,) от

С при фиксированном значении n следует отрегулировать ширину окна дискриминации до величины, при которой регистрируются равнь1е по величине и отрицательные по знаку приращения скорости счета фотоэлектронных импульсов, при введении симметричной расстройки напряжения питания фотоумножителя на +1-27 относительно номи-, нального значения.

Оптимальное значение ширины окна зависит от начальной установки нижнеО

ro уровня дискриминации z, в основ- .

n(z г ) =и p(z) dz n p(z) dz

О

Ч., 2o 21 и f p(z)tIt, (2)

z, В результате достигается равенство

an(z,,я ) =и (Ь (z )-Ь (z )) — = 0 (3) что удовлетворяет условию стабилизации коэффициента преобразования при котором результат измерения не зависит от малых вариаций коэффициента усиления динодной системы С. ремум зависимости сконости счета в окне дискриминации от G. Как известно

G зависит от напряжения U питания фотоумножителя, причем

1501

Способ измерения позволяет значительно (на порядок величины и более) 1341501 снизить составляющую погрешности измерений, обусловленную неконтролируемыми вариациями коэффициента усиления динодной системы фотоумножителя,возД никающими в результате утомления,воздействия изменений напряжения питания и температуры окружающей среды, а также снизить погрешность от нелинейности характеристики преобразования.

10 формула изобретения

1. Способ измерения интенсивности оптического излучения путем счета од- 15 ноэлектронных импульсов фотоумножителя в окне между нижним и верхним уровнями амплитудной дискриминации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем стабилизации коэффициента преобразования интенсивности измеряемого излучения в скорость счета импульсон, предварительно изменяют напряжение питания фотоумножителя на +(1-2)Е относительно номинального эначения,регистрируют изменения скорости счета фотоэлектронных импульсов и регулируют ширину окна дискриминации до получения равных по абсолютной величине и отрицательных по знаку изменений скорости счета.

2, Способ по п„1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем снижения нелинейности характеристики преобразования, нижний уровень окна дискриминации предварительно устанавливают в интервале 0,6-0 9 средней амплитуды фотоэлектронных импульсов,а импульсы формируют симметричйыми биполярными.

1341501 е/

Составитель Е. Маколкин

Техред А.Кравчук Корректор А. Зимокосов

Редактор А. Огар

Заказ 4428/46 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

° е/

Я U

g t