Счетчик фотонов

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для абсолютных измерений малых уровней интенсивности непрерывного оптического излучения. Цель изобретения - повышение точности измерений и удобства представления измеряемой величины путем прямого отсчета ее в абсолютных энергетических единицах. Счетчик фотонов содержит источник опорного излучения 1, сигнальный канал счета фотоэлектронных импульсов фотоумножителя (ФЭУ) 2, хронирующий канал счета импульсов опорной частоты с регистром памяти 11 и компаратором кодов 12, сравнивающим текущее содержание счетчика хронирующих импульсов 10 с кодом, записанным в регистр 11 при калибровке. В режиме калибровки производится счет сигнальных и хронирующих импульсов при подаче на вход ФЭУ излучения опорного источника 1, воспроизводящего размер единицы интенсивности излучения, до момента заполнения декадного счетчика 6 сигнальных импульсов. В этот момент счет прекращается , а в регистр 11 записывается параллельный код числа накопленных хронирующих импульсов. В режиме измерения производится счет импульсов при подаче на вход ФЭУ измеряемого излучения до момента срабатывания компаратора кодов 12. Число импульсов, накопленных за это время в сигнальном канале, выводится на индикацию и отображает результат измерения. 1 ил. (Л 4 СП 00 00 СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 С О! J 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIY С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ по изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4271658/24-25. (22) 30.06.87 (46) 23.01.89. Бюл. ¹ 3 (72) А.С.Мартынюк (53) 535.24(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 813142; кл. G 01 J 1/44, 1981.

Мартынюк, А.С., Николаев Е.П. Широкодиапазонный фотонно-счетный приемник видимого излучения. — Приборы и техника эксперимента, !974, № 2, с. 193-197. (54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для абсолютных измерений малых уровней интенсивности непрерывного оптического излучения. Цель изобретения — повышение точности измерений и удобства представления измеряемой величины путем прямого отсчета ее в абсолютных энергетических единицах.

Счетчик фотонов содержит источник опорного излучения 1, сигнальный ка„„SU„„1453185 А 1 нал счета фотоэлектронных импульсов фотоумножителя (ФЭУ) 2, хронирующий канал счета импульсов опорной частоты с регистром памяти 11 и компаратором кодов 12, сравнивающим текущее содержание счетчика хронирующих импульсов

10 с кодом, записанным в регистр 11 при калибровке. В режиме калибровки производится счет сигнальных и хро" нирующих импульсов при подаче на вход

ФЭУ излучения опорного источника 1, воспроизводящего размер единицы интен" сивности излучения, до момента заполнения декадного счетчика 6 сигнальных импульсов. В этот момент счет прекращается, а в регистр 11 записывает- а

С> ся параллельный код числа накопленных хронирующих импульсов. В режиме измерения производится счет импульсов при подаче на вход ФЭУ измеряемого С излучения до момента срабатывания компаратора кодов 12. Число импульсов, накопленных за это время в сигнальном канале, выводится на индикацию и отображает результат измерения. 1 ил. Ф

1453185

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для абсолютных измерений малых уровней ,интенсивности непрерывного оптического излучения.

Цель изобретения — повышение точности измерений и удобства представления измеряемой величины путем прямо го цифрового отсчета ее в абсолютных

| энергетических единицах.

На чертеже представлена структурая схема счетчика фотонов.

Счетчик фотонов содержит калиброанный источник 1 опорного излучения, 15 отоумножитель 2, усилитель-формироатель 3, амплитудный дискриминатор первый временной селектор 5, деадный счетчик 6 импульсов, блок 7 ндикации, генератор 8 опорной часоты, второй временной слеектор 9, торой счетчик 10 импульсов, статиеский регистр 11, компаратор 12 коов, триггер 13 времени счета и блок 14 управления.

Источник 1 опорного излучения в ежиме. калибровки введен в оптический Гракт и формирует опорный поток излучения на фотокатоде фотоумножителя

В режиме измерения источник 1 фпорного излучения выведен из оптического тракта. Выход фотоумножителя подключен к входу усилителя-формиователя 3, выход которого подключен входу дискриминатора 4, сигнальный выход которого подключен к входу ременного селектора 5, а управляющий выход дискриминатора — к управляющему входу второго временного селектора 9. Выход первого временного

<селектора 5 подключен к входу декад8oro счетчика, подключенного к блоку 7 индикации. Генератор 8 опорной

Частоты подключен к входу второго

Временного селектора 9, выход котоРо- 45 го подключен к входу второго счетчика 10, выходы двоичных разрядов коi, oðoão подключены -параллельно и поразрядно к информационным входам статического регистра 11 и к первой группе входов компаратора 12 кодов, t вторая группа входов которого подключ ена поразрядно к информационным выХодам регистра 11 Вход записи регистра 11 подключен в режиме калибровки ч ерез первый двухпозиционный переключатель 15 к выходу декадного счетчика 6, а; в режиме измерения — к нулев ой шине, Вход сброса триггера 13 подключен в режиме калибровки через второй двухпозиционный переключатель 16 к выходу декадного счетчика 6, а в режиме измерения — к выходу компаратора кодов. Выход триггера 13 подключен к управляющему входу первого временного селектора 5, а установочный вход триггера — к выходу блока

14 управления, подключенному к шине сброса счетчиков 6 и 10.

Блок 14 управления предназначен для формирования команд пуска и сброса.

Последовательно включенные фотоумножитель 2, усилитель-формирователь 3, амплитудный дискриминатор 4, первый временной селектор 5, декадный счетчик 6 и блок 7 индикации образуют сигнальный канал, в котором происходит обработка, накопление и индикация импульсов, генерируемых фотоумножителем 2 при. воздействии íà его фотокатод оптического излучения.

Последовательно включенные генератор 8 опорной частоты, второй временной селектор 9 и второй счетчик 10 с регистром 11 и компаратором 12 кодов образуют хронирующий канал, в котором происходит обработка и накоп-. ление хронирующих импульсов, генерируемых генератором 8 опорной частоты.

Счетчик фотонов работает следую-щим образом, 1

В режиме калибровки на вход фото"умножителя 2 подают световой поток от источника 1 опорного излучения.

По команде "Пуск", подаваемой в блок

14 управления извне (например, от кнопки ручного запуска), блок 14 управления формирует импульс сброса, подаваемый на входы сброса декадного счетчика 6, второго счетчика 10 и на установочный вход триггера 13. При этом содержание счетчиков 6 и 10 устанавливается в нуль, а на выходе триггера 13 возникает уровеньлогической "1", открывающий первый временной селектор 5. Одноэлектронные им» пульсы, возникающие на выходе фотоумножителя 2 при воздействии опорного излучения от калиброванного источника 1, усиливаются и формируются усилителем-формирователем 3 и после амплитудного отбора в дискриминаторе

4 поступают через открытый первый временной селектор на вход декадного

1453185 счетчика 6, который осуществляет счет числа импульсов.

Одновременно происходит заполнение второго счетчика 10 импульсами

I от генератора 8 опорной частоты через второй временной селектор 9, который блокируется по управляющему входу при каждом срабатывании дис— криминатора 4 на время, благодаря чему осуществляется хронирование по живому времени. Окончание цикла калибровки определяется моментом времени, когда постепенно нарастающее число импульсов в декадном счетчи- 15 ке 6 полностью заполнит К десятичных разрядов этого счетчика. В этот момент на выходе К-ro разряда возникает импульс, действие которого на входе записи, статического регистра 20

11 приводит к записи в регистр 11 в параллельном коде числа хронирующих импульсов, накопленных во втором счетчике 10 к этому моменту. Одновременно, этот импульс действует на 25 входе сброса триггера 13, в результате чего триггер переключается в исходное состояние с логическим "0" на выходе и закрывает первый времен. ной селектор 5. При этом счет в сиг- ЗО нальном канале прекращается, а блок индикации индицирует единицу в (К+1)-м разряде и нули — в остальных десятичных разрядах декадного счетчика 6.

Для переключения устройства в ре" жим измерения переводят сдвоенный переключатель в положение, при котором вход сброса триггера 13 подключается к выходу компаратора 12 кодов, а вход записи регистра 11 присоединя- 40 ется к нулевой шине, что обеспечивает хранение записанного в регистре 11 кода в течение всего времени функционирования устройства в режиме измерения, в том числе-и при повторных цик- 4В лах измерения. Источник опорного излучения выводят из оптического тракта и подают на фотоумножитель 2 измеряемое излучение. B режиме измерения устройство функционирует так же, ВО как описано для режима калибровки, за исключением того, что окончание цикла счета определяется моментом времени, когда постепенно нарастающее число импульсов во втором счетчике

10 сравнивается с числом, код которого занесен в регистр 11 в результате калибровки. В этот момент в результате срабатывания компаратора 12 кодов, сравнивающего текущий код разрядов второго счетчика 10 с кодом на информационных выходах регистра 11, на выходе компаратора 12 кодов возникает импульс, подаваемый на вход сброса триггера 13 времени счета, в результате чего триггер 13 переключается в состояние с логическим "0" на выходе. При этом закрывается первый временной селектор 5, прекращается счет в сигнальном канале и в блоке 7 индикации индицируется результат измерения.

Введение в схему устройства ука= занных функциональных узлов позволяет осуществить калибровку коэффициента преобразования счетчика фотонов непосредственно в ходе измерения, за счет чего исключается погрешность измерений, обусловленная нестабильностью параметров фотоумножителя.

Здесь функциональное назначение калиброванного источника излучения заключается в воспроизведении стабильного и калиброванного по абсолютной величине уровня мощности излучения, т.е. этот источник выполняет роль встроенной образцовой однозначной ме ры мощности оптического излучения, воспроизводящей размер единицы мощности в области малых уровней. Устфойство функционирует в режимах ка-либровки и измерения, коммутация режимов производится сдвоенным двухпозиционным переключателем.

В режиме калибровки осуществляется передача размера единицы от встро-. енного источника опорногэ излучения системе регистрации с использованием регистра памяти, в который автоматически вводится код калибровочного множителя, задающего масштаб преобраI эования при последующих измерениях.

Калибровочный множитель определяется числом импульсов генератора опорной частоты N накопленных вторым счетчиком при заполнении целого числа десятичных разрядов декадного счетчика в процессе калибровки от источника опорного излучения.

Скорость счета фотоэлектронных импульсов в сигнальном канале при калибровке равна

n o = Ро (ь> q FA, где P — уровень мощности,. воспроизводимый источником опорного излучения

14531

ы — энергия фотона; квантовая эффективность, фотокатода ФЭУ;

F — коэффициент сбора фотоэлектронов;

А — коэффициент дискриминации.

Учитывая, что емкость К-разрядного десятичного счетчика равна 10", определяют живое время заполнения К раэ- 0 рядов декадного счетчика при калибровке

10 l0 сз

Т* т

nî,P0, y FA (2)

N = Pcs y FAT+ (4) N=10

Р (5) 25

Отсюда видно, что если уровень .мощности P источника опорного излу» чения установлен, например, равным

1 нВт (т.е. Р z = 1 нВт = 10 Вт), то

Э0 отсчет измеряемой величины (5) согласно условию N = 10 Р, где ш — целое число (положительное или отрицательное), P - мощность измеряемого излучения, является прямым в нановаттах, а пОказателем К Определяется пОзи ция децимальной точки на индикаторной панели. Информация в статическом регистре сохраняется во время последующих циклов измерения и обновляет40 ся лишь в режиме калибровки. Повтор" ную калибровку проводят по мере необ ходимости в зависимости от условий эксплуатации и требуемой точности.

45Формула изобретения

Счетчик фотонов, содержащий сигнальный канал с последовательно включенными фотоумножителем, усилителем50 формирователем, амплитудным дискриминатором, первым временным селектором, декадным счетчиком импульсов и бло-ком индикации, хронирующий канал с последовательно включенными генера

55 тором опорной частоты, вторым временным селектором и вторым счетчиком импульсов, а также триггер времени счета и блок управления, выход которого подключен к установочному входу

Это выражение характеризует длительность цикла калибровки, начало которого определяется моментом открывания перВого временного селектора выходным уровнем триггера по сигналу пуска, поступающему из блока управления на установочный вход триггера.

Конец цикла калибровки определяется моментом сброса триггера сигналом переполнения К разрядов декадного счетчика, поступающим в режиме калибров ки на вход сброса триггера. При сбросе триггера закрывается первый временной селектор, счет прекращается, а блок индикации в сигнальном канале

k индицирует число 10 1исло импульсов генератора опорной частоты, зарегистрированное на . время Т вторым счетчиком, равно !

10 fo 10 ° ж f

Т*= — — —,= — — — — ° (3) о " по Po MFA 1

В Момент окончания цикла калибровки на вход записи регистра действует импульс переполнения К разрядов декадного счетчика. При этом число N „ записывается в регистр в параллельном коде и определяет время накопления, а следовательно, и масштаб преобразования при функционировании устройства в режиме измерения (foопорная частота) .

В режиме измерения на ФЭУ поступаЕт измеряемый световой поток и нача.)to цикла счета задается моментом открывания первого временного селектора .По сигналу, поступающему из блока уп1 авления на установочный вход триг1"ера. Длительность цикла измерения (по живому времени) равна значению полученному при калибровке, блаrодаря тому, что информация об этом

Значении хранится -в статическом ре85

6 гистре в виде кода числа N„Конец цикла счета определяется моментом срабатывания компаратора кодов, когда текущее содержание второго счетчика сравняется с числом Nz, хранящимся в статическом регистре. В этот момент на выходе компаратора кодов возникает импульс, сбрасывающий триггер времени счета в исходное состояние, в результате чего первый временной селектор закрывается, а в блоке индикации декадного счетчика индицируется число М, характеризующее результат измерЕния мощности светового потока:

Подставляя в это выражение значение T*, получают

1453185

Составитель E.Ìàêîëêèí

Редактор М.Бланав Техред JI.oëèHHûê Корректор Л.Пилипенко

Заказ 7271/35 Тираж 466 Подписное

ВНИКАЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r . .Ужгород, ул . Проектная, 4 триггера и к шине сброса счетчиков, выход триггера подключен к управляющему входу первого временного селектора и к входу блока управления, а

5 управляющий вход второго временного селектора подключен к управляющему выходу дискриминатора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений и удобства представления измеряемой величины путем прямого цифрового отсчета ее в абсолютных энергетических единицах, в него введены калибровочный источник опорного излучения, компаратор кодов, 15 два двухпозицнонных переключателя и статический регистр, информационные входы которого подключены параллельно и поразрядно к информационным выходам второго счетчика и к первой группе входов компаратора кодов, а информационные выходы регистра подключены поразрядно к второй группе входов компаратора кодов, при этом вход записи регистра подключен к выходу первого двухпоэиционного переключателя, первый вход которого подключен к нулевой шине, второй вход подключен к выходу декадного счетчика и второму входу второго двухпозиционного переключателя, перный вход которого подключен к выходу компаратора кодов, а выход второго переключателя подключен к входу сброса триггера.