Устройство для счета ионов

 

Изобретение относится к импульсной технике и измерительной аппаратуре и может быть использовано в устройствах измерения концентрации частиц . Цель изобретения - расширение диапазона измерения. Более широкий динамический диапазон в сторону увеличения парциального давления газа, а также повышение надежности и срока службы вторичного электронного умножителя достигается за счет введения в устройство для счета ионов, содержащее источник ионов, устройство питания , вторичный электронный умножитель , формирователь, два счетчика, индикатор и триггер, дополнительно второго триггера, третьего и четвертого счетчиков, элементов И и ИЛИ, коммутатора, узла деления, регистра и сумматора. 3 ил. а S (/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

1М) 4 Н 03 К 23/00

8".ЕЗИ31М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4227542/24-21 (22) 13.04.87 (46) 07.12.88. Бил. Р 45 (71) Харьковский государственный университет им. А.М.Горького (72) А.С.Азаров, В.Ф,Боржковский, В.Г,Власов, В,C.Ñîëîâüåâ и Н.Г,Стервоедов (53) 621.374.325.2 (088.8) (56) Черепин В.Т., Васильев М.А.

Справочник. Методы и приборы анализа поверхности материалов. — Киев.:

Наукова думка,,1982, с.83.

Сысоев А.А. Физика и техника масспектрометрических приборов и электромагнитных установок. — М,:

Энергияр 1983, с. 188. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ИОНОВ (57 ) Изобретение относится к импульс..SUÄÄ 1443167 ной технике и измерительной аппаратуре и может быть использовано в устройствах измерения концентрации частиц. Цель изобретения — расширение диапазона измерения. Более широкий динамический диапазон в сторону увеличения парциального давления rasa, а также повышение надежности и срока службы вторичного электронного умножителя достигается за счет введения в устройство для счета ионов, содержащее источник ионов, устройство питания, вторичный электронный умножитель, формирователь, два счетчика, индикатор и триггер, дополнительно второго триггера, третьего и четвертого счетчиков, элементов И и ИЛИ, коммутатора, узла деления, регистра и сумматора. 3 ил.

1443167

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройства для измерения концентрации газовых ионов, например атмосферных, Целью изобретения является расширение диапазона измерения, На фиг.1 представлена структурная схема устройства для счета ионов.; !0 на фиг. 2 и 3 — графики, поясняющие функционирование устройства

Устройство содеряит ионный источник 1 с устройством 2 питания, вторичный электронный умнояитель (ВЗУ) 3 с устройством 4 питания, формирователь 5 импульсов, четыре счетчика

6 — 9, индикатор 10, два элемента

ИЛИ 11 и 12, сумматор 13, два триггера 14 и 15, генератор 16, коммутатор 20

17, регистр 18, элемент И 19 и узел

20 деления.

Ионный источник 1 с устройством

2 питания, вторичный электронный умножитель 3 с устройством 4 питания, 2Б формирователь 5 импульсов и первый счетчик 6 соединены последовательно.

Информационный выход. первого счетчика 6 соединен с первым информационным входом коммутатора 17, выход пе- 30 реполнения счетчика 6 соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 11.

Выход первого элемента ИЛИ.I! соединен с входом установки в ноль первого триггера 14, первый выход которого подключен к первому входу управления коммутатора 17, а второй выход соединен с вторым входом управления коммутатора 17,с входом управления устройства 4 питания вторичного элект-„!0 ронного умножителя 3 и первым входом элемента И 19, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика 8.

Выход счетчика 8 соединен с входом ввода делителя узла 20 деления, с входом ввода делимого которого соединен вь|ход регистра 18, а с выходом — второй информационный вход коммутатора )7. В качестве узла деления

50 может быть использован любой делитель, оперирующий с информацией в цифровом виде. Выход коммутатора 7 подключен к информационному входу сумматора

13, выход которого соединен с индикатором 10. Первый вход второго элемента ИЛИ 12 соединен с входом установки в ноль сумматора 13 и с входом установки в единицу второго триггера

15„ куда подается сигнал "Пуск", Выход этого триггера соединен с входом управления генератора 16, выход которого соединен с вторым входом элемен.— та И 19 и со счетным входом второго счетчика 7. Выход этого счетчика соединен с входом установки в ноль счетчиков 6 и 8, с входом разрешения за писи сумматора 13 и с вторым входом второго элемента ИЛИ 12, выход которого подключен к входу установки в единицу триггера 14, Выход четвертого счетчика 9 подключен к входу установки в ноль второго триггера 15 и к второму входу первого элемента ИЛИ 11.

Устройство работает следующим образом.

Различают два режима работы устройства; режим прямо-о счета импульсов ВЗУ и режим аппроксимации. Указанные режимы работы иллюстрируются графиками, приведенными на фиг,2, Графики отражают увеличение интенсивности счетов при росте парциального давления газа в камере ионного источника Р,, Р P > а Р !. По оси абцисс отложено текущее время, а по оси ординат — количество импульсов N, поступающих с БЗУ.

Обозначим: n — емкость счетного устройства, n, ..,— количество4импульсов, поступившее на счетное устройство в режиме прямого счета, n результат аппроксимации, Т вЂ” заданное время счета, выбираемое из соображений допустимой погрешности счета; — время до момента полного заполнения емкости счетного устройства, пропорциональное величине парциального давления газа в камере ионного источника. Если интенсивность импульсов такова, что за заданное время измерения количества импульсов ВЗУ переполнение счетного устройства не произойдет, т. е, и с n, — устройство работает в режиме прямого счета.

Если парциальное давление газа увеличилось настолько, что счетное устройство переполнилось еще до истечения з аданног о времени измерения Т, то в момент переполнения отключается

ВЗУ, фиксируется время t и проводится аппроксимация количества импульсов на заданное время измерения Т.

На графиках 1 и 2 фиг,2 показан режим прямого счета;„ на графиках 3 и 4 — счет в режиме аппроксимации.

Аппроксимация проводится по формуле, полученной из рассмотрения графип,Т ков 3 и 4 и о С

Так как пс и Т вЂ” величины постоянные, то произведение n T — величина постоянная, задаваемая до начала измерений.

Обозначим п Т = С ° Тогда n ; = с

Сс;

Рабочий ток ВЭУ при парциальном давлений газа Р; определяется выражением Т, = An где А — коэффициент 15 пропорциональности.

Средний ток ВЭУ в течение заданного времени измерения Т определяется выражением

An;t р Р т;t, Tp— где 7. — время практической работы р

ВЭУ на заданном интервале измерения Т.

В режиме прямого счета (график 1): 25 и (и, t = Т, тогда Т = А„;.

В предельном случае режима прямого счета (график 2) n; = n,,t, р = Т, тогда Т ср = А,„ В режиме аппроксимации (графики 3 и 4) n i = п ;, 30 и Т

t y

1 п д,.

An ;nс тогда Х о с — Ап

Oi

Таким образом, при увеличении пар- 15 циального давления газа в камере ионного источника свыше P ð пропорционального росту рабочего тока ВЭУ Т .

1 сокращается время практической работы ВЭУ t, т.е, время до момента пе- 40 реполненйя счетного устройства, но средний ток ВЭУ остается неизменным

Х с = А „ . Величина среднего тока

ВЭУ выбирается исходя из допустимого значения и в зависимости от этого вы- 45 бирается емкость счетного устройства.

На фиг.3 показана зависимость среднего тока ВЭУ Т от парциального давления газа Р, Интервал измерения выбирается из 50 соображений допустимой погрешности измерений, представляющей собой статистическую погрешность, зависящую от величины интервала, и погрешность, связанную с собственными шумами ионного источника и ВЭУ (флюктуационные, тепловые, дробовые и т,д.),т,е, шумовую погрешность. Яумовая погрешность не зависит от величины интервала из1443167 мерения. Влияние шумовой погрешности можно значительно уменьшить путем усреднения результатов измерений,взятых по К выборкам. Дпя этого интервал

5 делится на К равных отрезков времени и на каждом из них проводится самостоятельное измерение либо в режиме прямого счета, либо в режиме аппроксимации, в зависимости от парциального давления газа на этом отрезке времени. В течение всего времени измерения средний ток ВЭУ не превышает допустимого значения, Результаты измерения на всех отрезках суммируются и,следовательно, шумовой вклад усредняется. Из этих соображений выбирается величина К.

Измерение начинается по сигналу

20 "Пуск" на входе 21. При этом второй триггер 15 устанавливается в единичное состояние и разрешает работу генератору 16. Сигнал "Пуск" устанавливает в ноль сумматор 13 и через первый элемент ИЛИ 12 устанавливает первый триггер 14 в единичное состояние. Триггер 14 включает устройство

4 питания ВЭУ 2 и устанавливает коммутатор 17 в положение пропускания информации со своего первого информационного входа, т.е, с первого счетчика 6 на сумматор 13 и, кроме того, триггер 14 открывает элемент И 19 для прохождения импульсов генератора

16 на счетный вход четвертого счетчика 8. В исходном состоянии все счетчики находятся в нулевом состоя- . нии. Устройство готово к счету ионов.

С ионного источника 1 через вторичный электронный умножитель 3 и формирователь 5 импульсов импульсы напряжения поступают на счетный вход первого счетчика 6, Одновременно с выхода генератора 16 импульсы также через элементы И 19 поступают на счетный вход третьего счетчика 8, а также поступают на счетный вход второго счетчика 7, который задает длительность каждого из К временных отрезков измерения (все К временных отрезков равны}, Если парциальное давление газа таково, что счетчик 6 за один отрезок времени счета ионов не переполнился, то в конце первого отрезка, равного Т = тч- „, с выхода второго счетчика 7 подается сигнал на вход разрешения записи сумматора 13, который фиксирует информацию, поступившую через коммутатор 17

1443) 67 с выхода счетчика 6 и выводит ее на индикатор 10, а затем устанавливает счетчики 6 и 8 в нулевое состояние, Этот же сигнал через второй элемент

ИЛИ 12 поступает на вход установки в единицу триггера 14 и подтверждает его предыдущее состояние, а также поступает на счетный вход четвертого счетчика 9, задающего величину К.уст- 1О ройство готово к счету ионов на следующем отрезке времени. Если парциальное давление газа таково, что счетчик 6 переполнился до истечения времени, задаваемого счетчиком 7,сиг — 15 нал переполнения с выхода счетчика 6 поступает через первый элемент ИЛИ 11 на вход.установки в ноль триггера

14, который отключает устройство 4 питания ВЭУ 3, прекращая формирование 2О импульсон счета, закрывает элемент

И 19 и устанавливает коммутатор 17 в положение пропускания информации со своего второго информационного входа, т.е. с выхода узла 20 деления. 2э

На вход ввода делимого этого узла по.— дается сигнал с выхода регистра 15,, н который заранее заносится величина

С. На вход ввода делителя узла 20 деления поступает информация с третьего счетчика 8, представляющая собой количество импульсов генератора 16, пришедших на счетный вход .третьего счетчика 8 к моменту переполнения первого счетчика 6 и равное m . На выходе узла 20 деления формируется

35 сигнал, представляющий собой величину Il о = с/m который через коммутатор 17 поступает на сумматор 13.

Второй счетчик досчитынает отрезок времени измерения до конца и его выходной сигнал поступает на вход разрешения записи сумматора 13, который суммирует информацию; поступившую через коммутатор 17 с выхода узла 20 деления с предыдущей и выводит ее на индикатор 1О.

Кроме того, сигнал второго счетчика 7 через второй элемент ИЛИ 12 поступает на вход установки в единицу триггера 14, устанавливая его в единичное состояние. При этом включается источник 4 питания вторичного электронного умножителя 3, а коммутатор 17 переключается в состояние пропускания .информации с выхода перного счетчика 6, Этот же сигнал устанавливает счетчики 6 и 8 н нулевое состояние, а также поступает на счетный вход четнертого счетчика 9, Устройство готово к счету ионов на следующем отрезке нремени, В конце последнего отрезка времени измерения с выхода четнертого счетчика 9 через первый элемент ИЛИ 11 поступает сигнал на вход установки н ноль первого триггера 14. При этом ныключа— ется источник 4 питания ВЭУ 3 и прекращается формирование импульсов сче— та. С выхода четвертого счетчика сигнал также поступает на вход установки в ноль второго триггера 1 5,который запрещает работу генератора

l6. Процесс измерения количества ионов окончен.

Таким образом, обеспечивается расширение динамического диапазона работы устройства в сторону увеличения парциального давления газа,, увеличивается надежность работы устройства и срок работы ВЭУ з". счет исключения его перегрузок и увеличивается гибкость реагирования устройства при изменении условий измерения,. так как переход из ре п ма прямого измерения на режим измерения при помощи аппроксимации и обратно осуществляется автоматически.

Формула изобретения

Устройство для счета ионов, содержащее ионный источник с устройством питания, вторичный электронный умножитель с устройством питания и формирователь импульсон„ соединенные последовательно, первый триггер,первый счетчик, индикатор, и соединенные последовательно генератор и второй счетчик, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазо— на измерения, дополнительно введены второй триггер, третий счетчик, элемент И, два элемента ИЛИ, четвертый счетчик коммутатор узел деления> регистр и сумматор, выход формирователя импульсов подключен к счетному входу первого счетчика, информационный выход которого соединен с перным информационным входом коммутатора, а выход переполнения соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в "0" первого триггера, первый выход которого подключен к первому входу управления коммутатора, а нто— рой ег0 выход подклю-лен K второму

144316 входу управления коммутатора, к входу управления устройства питания вторичного электронного умножителя и к первому входу элемента И, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, выход которого подключен к входу ввода делителя узла деления, вход ввода делимого которого соединен с выходом регистра, а выход подключен к второму информационному входу коммутатора, выход которого подключен к информационному входу сумматора, выходом соединенного с индикатором, первый вход второго элемента ИЛИ подключен к входу установки в "0" сумматора и к входу установки в 1" второго триггера, и входу сигнала Пуск", выход второго триггера подключен к входу управления генератора, выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход второго счетчика подключен к счетному входу четвертого счетчика, к входам установки в "0п первого и третьего счетчиков, к входу разрешения записи сумматора и к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "1" первого триггера, а выход третьего счетчика подключен к входу установки в "0" второго триггера и к второму входу первого элемента ИПИ.

1443167 йС1

Фиг.2

Рпр

Составитель О.Скворцов

Техред Л.Сердюкова

Редактор В. Бугренкова

Корректор N.Çàñèëüåâà

Заказ 6395/54

Тираж 929

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

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