Процессор для определения координат частиц в координатной пропорциональной камере

 

<и) 875408

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЙТЕН ИЯ

Союз Советсннк

Социал истнчесннк

Респубпнн

К АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ (Sl ) Дополнительное к ввт. санд-ву (53)M. Кл. (22)Завалено 04,07. 79 (213 2792441/18-25 с присоединением заявки № (23 ) Приоритет ,Опубликовано 23.10.81. Бюллетень № 39

Дата опубликования описания 25. 10. 81

G 06 К 11/00

Н 01 J 39/10

3ВоуааратвкааыЯ «онатвт

CCCt в долам азобрвтеааЯ а открытаЯ (53) УДК 681.327. .12(088.8) (72) Автор изобретения

Н. И. Никитюк

Объединенный институт ядерных исследова (71) Заявитель (54) ПРОЦЕССОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ЧАСТИЦ

В КООРДИНАТНОЙ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЙ КАМЕРЕ

Изобретение относится к экспериментапьной ядерной физике и может быть использовано в годоскопических системах независимо от природы датчиков

O сигналов, где число одновременно сработавших датчиков (каналов считывания) незначительно (10-20%) от общего числа датчиков (каналов считывания) и по-; явление сигналов с датчиков подчинено вероятностным законам.

Известны устройства определения ко«10 ординат данных с координатных пропорциональных камер (КПК), в которых проволочки камеры сгруппированы в матрицу и через схему ИЛИ подключены ко

1$ входам своих усилителей-формирователей (1).

Недостатком таких устройств является неоднозначность определения номеров сработавших проволочек при одновременном срабатывании двух и более проволочек в камере.

Наиболее близким техническим реше-. нием х пре;:;;-агаемому является процессор для определения координат частиц в координатной пропорциональной камере, содержащей последовательно соединенные усилители-формирователи, сумматоры по модулю 2, вентили записи * первого блока памяти, первый. блок памя. ти,вентили чтения первого блока памяти,арифметический блок в поле Галуа, а также блок сравнения и второй блок

-памяти (2).

Недостатком устройства является малое быстродействие, которое свяэано с большим числом тактов генератора, необходимых для решения много- е члена, определяющего позиции сработавших проволочек. Другим недостатком этого устройства является невозможность в реальном масштабе времени (аппаратными средствами) производить селективный отбор частиц, например, по углам рассеяния частиц.

Цель изобретения †. повышение быстродействия и увеличение функциональных возможностей устройства.

875408

20 дом регистра, выход которого подключен ко входам счетчика с установкой и со входом второго мультиплексора, а выход счетчика с уставкой соединен со стоповым входом парафазного генера30 тора серии импульсов и со входами на— чальной установки двух счетчиков в поле Галуа, а выходы счетчиков в поле

Галуа соединены со входами арифметического блока н входами первого мультиплексора, управляющий выход арифметического блока соединен со стробируемым входом первого мультиплексора и со счетным входом счетчика с установкой, счетные входы счетчиков в поле Галуа соединены с выходами пара- 40 фазного генератора тактовых импульсов, а выход первого мультиплексора подключен к группе блоков сравнения и к группе регистров, а выходы блоков сравненния соединены со стробируемыми .входами соответствующих им регистров, а выходы регистров через второй мультиплексор соединены со входом второго блока памяти, а один из выходов арифметического блока соединен со входом дешифратора, стробируемый вход кото-, рого соединен с выходом блока сравнения, а выход дешифратора соединен с адресными входами блока мультиплексоров, выход которого соединен со входом арифметического блока.

На чертеже представлена схема предлагаемогоо процес сор а.

Я 1 д=

3 7

45 R,,R,,R,,Р— вспомогательные коэф7 фициенты, получаемые из,Р,1 5 5 у g+ +

И- число проволочек в камере, — число одновременно сработав50 шнх проволочек.

Процессор работает следующим об- . разом.

Импульсы с каждой проволочки камеры после усиления и формирования поступают на вход блока 2. В этвм блоке данные, поступающие на его вход. по каналам на выходе блока сжимаются до . разрялностн синдрома.корректирующего

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее после довательно соединенные усилители"фор мирователи, сумматоры по модулю 2, вентили записи первого блока памяти, первый блок памяти, вентили чтения, первого блока памяти, арифметический блок в поле Галуа, а также блок сравнения и второй блок памяти, введены ,прямой и реверсивный счетчики в поле

Галуа, парафазный генератор серий им" пульсов, счетчик с установкой, де-. шифратор, первый мультиплексор, второй мультиплексор, регистр, блок мультиплексоров, группа блоков сравнения и группа регистров, причем один выход арифметического блока соединен со вхо дом блока сравнения, один управляю" щий выход которого соединен с эапускающим входом парафазного генератора тактовых импульсов и с входом арифме" тического блока, второй управляющий выход соединен также со входом арифметического блока, а информационный выход блока сравнения соединен со вхо4

Устройство содержит последовательно соединенные усилители-формирователи 1, сумматоры по модулю 2, вентили записи hepsora, блока 3 памяти, первый блок 4 памяти, вентили 5 чтения первого блока памяти, арифметический блок 6 в поле Галуа, блок 7 сравнения, регистр 8, прямой счетчик 9 в поле Галуа, реверсивный счетчик 1О в поле Галуа, парафазный генератора 11 серий импульсов, счетчик 12 с установкой, первый мультиплексор 13, дешиф-. ратор 14, блок 15 мультиплексоров, группу блоков 16 сравнения, группу регистров 17, второй мультиплексор 18, и второй блок 19 памяти, вторые входы 20 группы блоков сравнения для подключения набирателей констант, стробируемый вход 21 дешифратора, ин:формационные входы 22 блока мультиппексоров, выход 23 блока сравнения, управляющий выход 24 блока 6.

При описании устройства использованы следующие обозначения: ао,а,а . ас11""1- элементы расширенного конечного поля Галуа; GF(2 ) — стан-.

Ф дартное обозначение поля Галуа, где

2 — основание двоичной системы счисления; п1 — степень непрнводимого полинома;

Н - матрица проверочных соотношений для БЧХ-кода; — корректирующая способность кода

5<9 6 -„ степенные симметрические функ4,S» цни, получаемые из матрицы Н (синдром кода);

;@ (3- элементарные симметрические функции: в.=в:(- " б- „+ ""-" .

ИВ+я, э з R

З y ф+

5 8754 кода Боуза-Чоудхури,Хоквингема. Проволочки камеры, содержащей И = 63 про-. волочек, пронумерованы в порядке возрастания степеней элементов поля Галуа, причем а = 010000 является кор) нем непроводимого многочлена Х +Х+1 °

Тогда с помощью этого многочлена можно получить 63 ненулевых элемента поо ля. Среди них шесть элементов а

1 = 100000, а 2 = 001000, аЗ зе

= 000100, а = 000010, а 000001 н а = 010000 образуют базис поля, а

1 остальные 58 элементов поля образуют по.правглч: а = a+1=110000, а

6 2

=a х а = а +а = 011000 и т.д.. а

100000. При построении элемейтов поля операции сложения выполняются по модулю 2. а операции умножения выполняются по модулю многочлена Х +Х+

+l. Элементы поля образуют циклическую группу так, что а 1 g а 8 =* а) К6. або х а5 2 а52 и (a I= a x 4y.)4þ

=а и т.д.

Матрица проверочных соотношений для БЧХ-кода исправляющего -ошибок, имеет вид

08 6 лами работы ускорителя код синдрома через вентили S чтения поступает на вход ариФметического блока 6. В зависимости от физических условий в камере может сработать одна, две, три или более трех проволочек. Когда число сработавших проволочек не превыша" ет трех, то степень многочлена локаторов ошибок не превышает трех и часто встречающейся на практике случай может быть сведен к решению такого уравнения быстро при помощи комбинацион" ных схем. Когда 6 1, тогда на выходе блока 2 вырабатывается синп ом и ч в блоке 7 проверится соотношение

5,1 р О и S> 5 и Sy О. Это озна3 чает. что срабатывает одна проволочка с координатой S . Если. например. сработала вторая проволочка, то S а

Эта координата сразу же поступает с выхода арифметического блока 6 на вход первого мультиплексора 13 и далее с выхода этого мультиплексора значение -ч поступает на группу схем сравнения 16, на вторые входы 20 которых подаются заданные константы, 1

Ц 4 (2С-02 а (абаз! аэ а а а

2. а

Т

30 и-" э(и-<) (26-0(и-w) а а а где И вЂ” длина кода (в нашем случае — число проволочек в камере). 35

Предположим, что + = 3, тогда матрица

Н для И = 63 имеет вид:

5 о а

1 а

6 а а а

Т

Н !

У8

6О а таким образом, структура блока 2 45 т однозначно опнсывается,матрицей Н где вместо элементов а" обычно записываются их эквиваленты в двоичной системе счисления. На выходе блока формируется синдром кода в виде степен е ных симметрических функций 5), 8а

При этом разрядность синдрома равна и = t-log< или в случае t = 3 и n

= 63 М = 18. Лалее сжатые данные через вентили 3 записи поступают в первый блок 4 памяти, где информация накапливается в течение времени действия пучка частиц на детекторы. После накопления данных в памяти между цикф S, то считаем что сработали одновременно две, три или более трех проволочек. В этом случае;в блоке 6 решается матричное уравнение

)ОО....О

S S2S< )О. ° ° ° О б

О, 5аа-З

5 + л и-)!....0 где Я, g,,. ; элементарные симметричные функции, которые связаны с симметрическими функциями 54, 55...5 следукщими для t = 4 соотношениями

Gj 5., - 1,!

Rq

6 = соответствующие тем константам, сра" ботавших проволочек, которые, исходя из физической задачи, необходимо регистрировать. В случае сравнения: координата поступает на один из регистров 17 и далее через второй мультиплексор 18 поступает на второй блок 19 памяти. Число схем сравнения 16 и регистров !7 выбирается .из условия постановки эксперимента и на современном этапе не превышает 10. Если же в блоке 7 вырабатывается условие Sy P

875408 8 уравнение третьей степени, которое в поле Галуа решается при помощи комбинационных схем:

2Э+ 2+ С О (4) где

1««-4

Еду де Й S Gg

В Sg+Sg

) У Ь+ S4S

7 " + 1+ .« сли в результате вычислений полу- з

«ится, что б 4 О> + 4 О, Hî 63 О, .о это знаЧ«4т, что срабатывают две

«роволочки,и в этом случае сигнал с

«ь«хода блока 7 запускает в блоке. 6 хейу для решения квал««атного урав» «О

«ения в поле Галуа Х +GjX +Gg О, «оторое с целью еro решенйя при помоп«комбинационных «схем приводится к, 3 у + у+д О (2), «5 ..де d а(э « t g ô г1

Известно, что любой элемент в ноле алуа можно представить в виде линей«ой комбинации его базисных элеменгов. В нашем примере базисными эле-.

«ентами являются ао - аэ. Тогда эле4ент роля д аоd +a" d +а д 4 а1«d +«« d+ и 8 4

«а d, причем do-dg могут принимать

«качение 1 или О (для двоичной систе"

2$

4ы счисления ) и эти коэффициенты saзисят от значения d. Так, если с1 а)"*

=1011)0, то do=d d d =1 и д„)=4 О.

: учетом этих замечаний один йз кор-.

«ей уравнения (2) вычисляется из выражения

35 а второй корень иэ уравнения

У - У)+ 1

Таким свойством обладают решения квадратного уравнения для случая когда и коэффициент при линейном члене.ypas- .

40 нения (2) равен 1. Таким образом в блоке 6 по полученным значениям Ц и G вычисляется отношение Gg/62 Ñ

4 и решается квадратное уравнение (2).

При этом координаты сработавших проволочек определяются из выражений

Х,1 О„Ь) Х, =Ы У . Вычисленные зна-.

«ения координат. Х « и Х поступают на ыход блока 6 и далее поступают на

«торой блок 19 памяти. Если в блоке 7

«олучится значение б Ф О О Р О.

3 ф 0, Hî 64 О. то срабатывают три

«роволочки и в блоке 6 решается урав«ение третьей степени

ХВ Х gX +6> (3)

«оторое вначале с помощью подстановки (У + 6 преобразуется к виду У +

@ Ю б«)+(„6 +Qg и затем с помощью

«одстаиовки у Z(Q «.(Щ Я получается

Таким образом, в блоке 6 по полученным 6,), б и (p вычисляется константа С.

Известно, что уравнение (4) имеет три различных корня только при вполне определенных значениях С. Так для

t 3 и n = 63 в таблице приведены значения С ° и соотве«ствукщие им зна ) чения корней. Вычисленная в блоке 6 константа С постчпает на вход цешиф- ратопа 14. Стробиочемый вход дешифоатора 21 открывается сигналом, поступающим от блока 7. На выходе дешифратора 14 получается двоичный код соответствукщий С.. Этот код поступает иа адресные входы блока мультиплексоров 15, на информационные входы которых 22 подаются постоянные уровни напряжения, соответствующие логической .единице или логическому нулю таким образом, чтобы при подаче вычисленного значения С на выходах блока муль1 типлексоров формировались соответствующие данному С три значения 2

Эти значения 2, 1, j снова поступают на вхо«« блока 6, где ао формуле у. Z. 0 +Q, вЫчисляются три значения У4, У, У, а но формуле Х = у +

+Gj окончательно вычисляются три корня Х«, Х, Х, которые через мультиплексор 13 и далее по цепям поступают на второй блок 19 памяти.

Если же в результате вычисления в блоке 6 и после анализа в блоке 7 окажется, что 6 Р 0,5 4 О, G>9 0 и

Gq p О, то число сработавших проволочек — более трех, и в этом .случае алгоритм нахождения координат, сработавших проволочек изменяется, так как прямое решение уравнений более высоких степеней затруднительно, В слу-чае, когда с выхода 23 блока 7 поступает сигнал запуска геиеератооа 11 и на вход блока 6, где по вычисленным

6(сформируется многочлен локаторов сработавших проволочек Х +Op Х +

Ф4

+ б Х+ +... Gg. Кроме того, данные о числе сработавших проволочек заносятся на регистр 8, -а с выхода этого регистра данные постчпают на установочные входы двоичного счетчика 12

9 8754 и на вход мультиплексора 19 и далее иа вход второго блока памяти. Тактовые импульсы с выходов блока ll со сдайгом по фазе поступают на счетные входы счетчиков 9 и 10 в поле Галуа. При-, 5 чем счетчик 10 начинает свой счет от начального значения, соответствующего середине камеры а в обратном нажравлении, а счетчик 9 начинает счет от начального значения а 2в прямом на- щ правлении.. Такое включение счетчиков в поле Галуа позволяет существекио ускорить процесс нахождения координат многочлена локаторов сработавших- проволочек, так как в реальном эксперк-. 15 менте пучок заряженных частиц направ- . ляется в центр камеры, а рассеяные частицы практически симметрично раз-. летаются относительно.центрапьной оси симметрии координатной камеры. Первой вычи . ленной координатой является та, которая ближе расположена к центру камеры, а в нашем примере таким центром являются координаты а и а . Выходы счетчиков 9 и 10 соединены со входом блока 6 к входом мультиплексора l3.

Ксли очередное значение, поступившее в блок 6, обращает в нуль многочлен, то с выхода 24 блока 6 поступает сиг- нал стробирования на мультиплексор 13 3О и значения соответствующего счетчи» . : ка 9 или 10 с выхода мультиплексора 13 поступят на группу схем сравнения 16 и, если это значение координаты удовлетворяет заданному условию, .то sa

35 один кз регистров 17 запишется координата сработавшей проволочки. Далее через мультиплексор 18 эта .координата

08 10 запишется в запоминающее устройства.

Одновременно импульсом с выхода 24 в счетчик 22 добавится единица. Аналогично находят координаты остальных сработавших проволочек. После нахождения последней координаты с помощью сигнала с выхода счетчика 12 гене. ратор тактовых импульсов I1 останавливается.

Таким образом, число тактов рабо ты процессора зависит от числа сработавшкх проволочек, а в запоминающее устройство заносятся только те координаты, значения которых устанавливаются иа входах 20 блоков 16 сравнения. Высокое быстродействие процессора по сравнению с известныа устройст,вом обеспечивается за счет решения многочлена 3-ей степени при помощи комбинационных схем; sa счет включения счетчиков в поле Галуа, один нз которых считает в прямом направлении, а другой — в обратном направлении от начального значения, соответствукщего центру камеры; а также sa счет использования счетчика с установкой, который прекращает работу процессора после определекия последней координаты.

Функциональные возможности процессора расширяются применением группы схем сравнения, при помощи которых в запоминающее устройство записываются только те координаты сработавших проволочек, которые необходимы, исходя из постановки задачи, путем HcIIoJIbso» вания в качестве постоянного запоминающего устройства для хранения конс- тант группы мультиплексоров. о

=а

С а 2

С а

Ж

Е1 а

Z в Е

Ю

Z a

2 а ®

42.

f$" а

Z a

23

Я

4Ф

С а6

7 ф9

Св а

37 а

39 а49

63

Z a И

Ю

Z> а

2а в-

Z® a

875408 12 . Продолжение таблицы

И

Z>> а

Z<>= a

Е =0

Z = а4 4 ф.

Z>< а

14

Z a®

401

-а

402

3 1

Z = а а С

56

Я

С. а а С

<о

У6

Процессор для определения координат частиц s координатной пропорциональной камере, содержащий последова- И тельно соединенные усилители-формирова" тели, сумматоры по модулю 2, вентили записи первого блока памяти, первый блок памяти, вентили чтения первого блока памяти, арифметический блок в 3О поле Галуа, а также блок сравнения и второй блок памяти, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и расширения функциональныщ возможностей. в него введе 35 ны прямой и реверсивный счетчики в,по-. ле Галуа, парафазный генератор серий импульсов, счетчик с установкой, дешифратор, первый мультиплексор, второй мультиплексор, регистр, блок муль- 40 типлексоров, группа блоков сравнения и группа регистров, причем один выход

0 арифметического блока соединен со входом блока сравнения, один управляющий выход которого соединен с запускающим входом парафазного генератора серий импульсов и с входом арифметического блока, второй управляющий выход соединен также со входом арифметического блока, а информационный выход блока

50 сравнения соединен со входом регистра, выход которого подключен ко входам счетчика с установкой и со входом второго мультиплексора, а выход счетчика с установкой соединен со стоповым входом парафазного генератора се55

Формула изобретения рий импульсов и со входами начальной установки двух счетчиков в поле Галуа, а выходы счетчиков в поле Галуа соединены со входами арифметического блока и входами первого мультиплексора, управляющий выход арифметического блока соединен со стробируемым входом первого мультиплексора и со счетным входом счетчика с установкой, счетные входы счетчиков в поле Галуа соединены с выходами парафазного генератора серий импульсов, а выход первого мультиплексора подключен к группе блоков сравнения и группе регистров, выходы блоков сравнения соединены со стробируемыми входами соответствующих им регистров, а выходы регистров через второй мультиплексор соединены со входом второго блока памяти, а один из выходов арифметического блока соединен со входом дешифратора, стробируемый вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход дешифратора подключен к адресным входам блока мультиплексоров, выход которого соединен со входом арифметического блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Banazzola et al.Материалы международной конференции по аппаратуре в физике высоких энергий, Дубна, 1970, т. 1, с. 165.

2. Авторское свидетельство СССР

И 705480, кл.. G 06 11/00, Н 01 J 39/10, 1977 (прототип).