Способ определения погрешности световой характеристики сильноточного детектора импульсных излучений

Изобретение относится к области измерения параметров сильноточных детекторов импульсных излучений на основе фотоэлектронных умножителей (ФЭУ). Сущность изобретения: фотокатод ФЭУ детектора засвечивается импульсными световыми потоками от n генераторов света, включаемых последовательно. При этом на выходе детектора регистрируются импульсные токи (или эквивалентные им напряжения с нагрузки ФЭУ), соответствующие определенной комбинации включенных генераторов света. По полученным данным строится график линейности световой характеристики данного детектора. Техническим результатом является определение погрешности световой характеристики детекторов, работающих в импульсном режиме при больших выходных токах (˜3,0 А). 3 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области измерения параметров сильноточных детекторов импульсных излучений, и может быть использовано при измерении световой характеристики сильноточных детекторов импульсных излучений на основе фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

Сильноточные детекторы импульсных излучений предназначены для регистрации однократных процессов излучения коротких импульсов (не более 1,0 мксек). В противном случае меняются потенциалы в высокоомном делителе питания динодной системы ФЭУ, а это приводит к резкому изменению чувствительности детектора. Для уменьшения погрешности измерений необходимо иметь график линейности световой характеристики детектора, снятой при импульсных токах от единиц миллиампер до единиц ампер.

Известен способ определения линейной световой характеристики ФЭУ К_л (см. «Электронные умножители» под редакцией Д.В.Зернова, Москва, 1957 г., стр.255), заключающийся в том, что фотокатод ФЭУ освещается поочередно двумя источниками, создающими на нем световые потоки ψ₁ и ψ₂, после чего оба источника света включают одновременно, создавая на поверхности фотокатода световой поток ψ₃=ψ₁+ψ₂. Если имеет место линейность световой характеристики детектора, то фототок на выходе детектора I₃=I₁+I₂. В том случае, когда характеристика детектора не линейна, выходной ток I'₃≠I₁+I₂ и величина К_л=I'₃:I₃ служат мерой отклонения световой характеристики детектора от линейности.

Указанный выше способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и поэтому выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является невозможность определения линейности световой характеристики детекторов, работающих в импульсном режиме, из-за сложности измерения коротких по времени импульсов потока света. Данный способ позволяет определить погрешность световой характеристики только в статическом режиме работы ФЭУ до токов не более нескольких единиц миллиампера.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является определение погрешности световой характеристики детектора, работающего в импульсном режиме при больших токах на выходе ФЭУ - до 3,0 А.

Технический результат достигается тем, что в способе определения погрешности световой характеристики сильноточных детекторов импульсных излучений, включающих фотоэлектронный умножитель, на фотокатод ФЭУ подают поток света. Новым является то, что поток света подают импульсами от n излучателей, при этом предварительно излучатели настраивают таким образом, чтобы на выходе ФЭУ были импульсы равной амплитуды , включают излучатели так, чтобы происходило поочередное суммирование световых потоков от всех излучателей, при этом измеряют амплитуду импульса на нагрузке детектора соответствующую количеству включенных излучателей, определяют коэффициент линейности в каждой точке измерений из соотношения

где n - число включенных излучателей, по полученным значениям К_л строят график линейности световой характеристики К_л=ƒ(U_вых), по которому определяют погрешность световой характеристики сильноточного детектора импульсных излучений.

На фиг.1 представлена структурная схема по предлагаемому способу определения погрешности световой характеристики сильноточного детектора импульсных излучений.

Устройство содержит: генератор 1, задающий длительность и амплитуду импульсов запуска; генератор световых импульсов (ГСИ) 2, включающий в себя стабилизатор амплитуд импульсов 3, запускающих излучатели потоков света и регулируемые излучатели потоков света 4...13; тубус 14; детектор излучения 15; нагрузка детектора 16; регистратор 17; блок питания 18.

Способ реализуется следующим образом:

От генератора 1 подают импульс напряжения с τ_u=0,5...1,0 мксек на генератор 2, который через стабилизатор 3 и тумблеры T₄...T₁₃ запускает излучатели потоков света 4...13. Импульсные потоки света с излучателей через тубус 14 попадают на фотокатод ФЭУ детектора излучений 15 и вызывают в ФЭУ импульсы тока на нагрузке 16, регистрируемые регистратором 17, как возрастающая, по мере включения излучателей, суммарная амплитуда импульса .

Процесс измерения производится следующим образом. К амплитуде импульса на нагрузке ФЭУ от первого излучателя U¹ _к, включая второй излучатель, прибавляют амплитуду импульса от второго излучатель U² _к, измеряют суммарную амплитуду импульса на нагрузке ФЭУ U² _вых и т.д. до десятого излучателя измеряют U³ _вых...U¹⁰ _вых. Таким образом получают десять точек измерения суммарной амплитуды импульса на нагрузке ФЭУ, имея в виду, что первая точка это U¹ _вых≡U¹ _к. Настраивая первый излучатель таким образом, чтобы амплитуда импульса на нагрузке ФЭУ включают второй излучатель U² _к, получают одиннадцатую точку измерения, и соответствующую одиннадцатую амплитуду импульса на нагрузке ФЭУ U¹¹ _вых и т.д., включая поочередно следующие излучатели, получаем на нагрузке ФЭУ U¹² _вых...U¹⁹ _вых. Таким образом, можно перекрыть большой динамический диапазон тока детектора малым количеством излучателей потока света в ГСИ, при этом возрастающая амплитуда импульса напряжения на нагрузке ФЭУ Uⁿ _вых зависит от количества включенных излучателей и от линейности световой характеристики детектора.

По полученным измерениям по формуле (1) рассчитывают коэффициент линейности световой характеристики детектора.

Данные измерений и расчета заносят в таблицу, по которым, принимая за аргумент Uⁿ _вых, строят график линейности световой характеристики детектора К_л=ƒ(U_вых).

Таким образом построен график линейности световой характеристики детектора в относительных единицах без сложного процесса измерений импульсных световых потоков.

При К_л=1 характеристика будет линейной (погрешность ΔК_л=0), а отклонение в «+» или «-» будет мерой нелинейности световой характеристики детектора (погрешность ΔК_л=n%) в диапазоне линейного тока.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого способа и достижения технического результата изготовлен макет ГСИ для измерения К_л по предлагаемому способу (см. фиг.1).

В качестве генератора 1 использован промышленный генератор импульсов Г5-66, в качестве сильноточного детектора импульсных излучений использован детектор ССДИ 8-1, в качестве регистратора использован осциллограф TDS 52.

Результат измерений и расчетов по формуле (1) приведен в таблице, в которой обозначены: № излучателя; Uⁿ _к - амплитуда импульса в вольтах суммы включенных излучателей; Uⁿ _вых - амплитуда импульса в вольтах на нагрузке ФЭУ, соответствующая сумме включенных излучателей; Кⁿ _л - соответствующий коэффициент линейности характеристики детектора в этой точке.

По предлагаемому способу на фиг.2, 3 приведены практически измеренные и рассчитанные коэффициенты линейности световых характеристик двух детекторов ССДИ 8-1 промышленного изготовления.

По определению погрешность световой характеристики детектора импульсных излучений называют отклонение от линейного нарастания выходной амплитуды импульса на нагрузке ФЭУ от линейного нарастания светового потока, падающего на фотокатод ФЭУ.

На детекторы типа ССДИ разброс погрешности световой характеристики допускается ±7%.

Для детектора фиг.2 разброс погрешности находится в допуске и максимальный линейный ток I_л=2,3 А.

На фиг.3 представлены графики линейности световых характеристик для второго детектора при трех напряжениях питания 4,0 кВ; 3,8 кВ; 3,6 кВ; и, как видно из графиков, детектор не удовлетворят требованиям, что является браком.

Предлагаемое изобретение позволяет использовать детекторы с погрешностью, превышающей допустимую, и повышать точность измерения. Покажем это на приведенных в заявке детекторах.

Например, в опыте на первом детекторе была зарегистрирована амплитуда импульса U_вых=100 В (фиг.2). По графику этой амплитуде соответствует К_л=1,019, тогда фактическая амплитуда, полученная в опыте, составляет U_ф=U_вых:1,019=100:1,019=98,1 В. По второму детектору в опыте зарегистрирована амплитуда импульса U_вых=100 В (фиг.3). По графику этой амплитуде соответствует К_л=1,27, тогда фактическая амплитуда, полученная в опыте, составит U_ф=U_вых:1,27=100:1,27=78,4 В. Т.е. амплитуды могут отличаться от 0,0% (см. точки «а» на графиках) до 27%. Параметр U_ф является одним из основных параметров при расчете потока импульсного излучения из центра любой установки, поэтому погрешность измерения этой величины должна быть минимальной. Эту задачу и решает предлагаемое изобретение.

В документации промышленно изготовленного сильноточного детектора графики линейности световой характеристики не приводятся.

Способ определения погрешности световой характеристики сильноточного детектора импульсных излучений, включающего фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), заключающийся в том, что на фотокатод ФЭУ подают потоки света, отличающийся тем, что потоки света подают импульсами от n излучателей, при этом предварительно излучатели настраивают таким образом, чтобы на выходе ФЭУ были импульсы равной амплитуды , включают излучатели так, чтобы происходило поочередное суммирование световых потоков от всех излучателей, при этом измеряют амплитуду импульса на нагрузке детектора, соответствующую количеству включенных излучателей, определяют коэффициент линейности в каждой точке измерений из соотношения

где n - число включенных излучателей,

по полученным значениям строят график линейности К_л=f(U_вых), по которому определяют погрешность световой характеристики сильноточных детекторов импульсных излучений.