Счетчик фотонов

 

СЧЕТЧИК ФОТОНОВ, содержащий последовательно соединенные ФЭУ, дискриминатор и блок управления, а .также оперативное запоминающее устройство , электронную вычислительную Мсшшну и схему синхронизации, причем оперативное запоминающее устройство подключено своим информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной машины, а выход блока управления подключен к гщресным входам оперативного запоминающего устройства и к регистру входных данных электронной в ычислительной машины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введен резистор, через который информационный вход оперативного запоминающего устройства подключен к шине питания, а блок управления выполнен в виде генератора временных интервалов , триггера наличия фотона, ад,ресного счетчика и триггера режима оперативного запоминающего устройства, причем выход схемы синхрони .зации подключен к первому входу генератора временных интервалов и к первому входу триггера режима оперативного запоминающего устройства, а выход дискриминатора подключен к триггеру наличия фотона, выход которого подключен к второму входу управления оперативного запоминающего устройства, выход Генератора временных интервалов подключен к од5 ному из входов адресного счетчика (Л и к второму входу триггера нгшичия фотона, первые адресные выходы сщресного счетчика являются выходом блока управления-, к другому входу адресного счзтчика подключен выход одного разряда выходного регистра электронной вычислительной маиганы, выход триггера режима оперативного запоминающего устройства подключен к второму входу генератора временных интервалов и к входу управления оперативного запоминающего устройства, а второй выход адресного счетчика соединен с вторым входом триггера режима оперативного .запоминающего устройства.

СООЗ СОВЕТСКИХ са ИАлистичесних

РЕСПУБЛИК

3(51) 0 01 Т. 1 44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3532186/18-25 (22) 03.01.83 (46) 07.03.84. Вюл. Р 9 (72) К.Д.Шелевой (71) Институт оптики атмосферы

Томского филиала Сибирского отделения AH СССР (53) 621.383(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 783600, кл. G 01 J 1/44, 1979.

2. Лагутин М.Ф. и др. Счетчик фотонов. — IY Всесоюзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферы.

Томск, 1976, с.242-245 (прототип). (54) (57) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ, содержащий последовательно соединенные ФЭУ, дискриминатор и блок управления, а также оперативное запоминающее устройство, электронную вычислительную машину и схему синхронизации, причем оперативное запоминающее устройство подключено своим информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной машины, а выход блока управления подключен к адресным входам оперативного запоминающего устройства и к регистру входных данных электронной вычислительной машины, о т л и ч а ю— шийся тем, что„ с целью повышения точности измерений, в него введен резистор, через который информационный вход оперативного запоми„„SU„„2 9 A нающего устройства подключен к шине питания, а блок управления выполнен в виде генератора временных интервалов, триггера наличия фотона, адресного счетчика и триггера режима оперативного запоминающего устройства, причем выход схемы синхронизации подключен к первому входу ге- . нератора временных интервалов и к первому входу. триггера режима оперативного запоминающего устройства, а выход дискриминатора подключен к триггеру наличия фотона, выход которого подключен к второму входу управления оперативного запоминающего устройства, выход генератора временных интервалов подключен к од- ф ному из входов адресного счетчика и к второму входу триггера наличия фотона, первые адресные выходы адресного счетчика являются выхо- С дом блока управления., к другому входу адресного счзтчика подключен выход одного разряда выходного регистра электронной вычислительной машины, выход триггера режима оперативного запоминающего устройства подключен к второму входу генератора временных интервалов и к входу управления оперативного запоминающего устройства, а второй выход адресного счетчика соединен с вторым входом триггера режима оперативного запоминающего устройства.

1078259

Изобретение относится к оптике атмосферы и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, пектроскопии, химии, астрономии и т.д. 5

Известно устройство для счета фотонов, содержащее последовательно включенные фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), дискриминатор, счетчик и оперативное запоминающее 10 устройство P 1 ) .

Недостатками устройства являются низкие временное разрешение и быстродействие, большие габариты, сложная техническая реализация. 15

Наиболее близким к изобретению . является счетчик фотонов, содержащий последовательно соединенные ФЭУ, дискриминатор и блок управления, а также оперативное запоминающее устройство, электронную вычислительную машину и схему синхронизации, причем оперативное запоминающее уст.ройство подключено своим информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной машины, а выход блока управления подключен к адресным входам оперативного запоминающего устройства и к регистру входных данных электронной вычислительной машины (2 3.

Недостатком известного счетчика фотонов является ограниченная тояност временной привязки фотонов, так как счет фотонов происходит в течение определенного временного интервала, а распределение поступающих фотонов внутри этого временного интервала считается равномерным, хотя на самом деле их мгновенная частота меняется значительно. Для 40 повышения временного (пространственного) разрешения исследуемого сигнала необходимо уменьшить длительность временного интервала, что при данном методе счета ведет к не- 45 доступному .росту погрешностей за счет роста просчетов, так как отношение длительности фронтов временного интервала к длительности самого временного интервала возрас- 50 тает.

Цель изобретения вЂ,повышение точности измерений.

Для достижения укаэанной цели в счетчик фотонов, содержащий последовательно соединенные ФЭУ, дискриминатор и блок управления., а также оперативное запоминающее устройство, электронную вычислительную машину и схему синхронизации, причем оперативное запоминающее устройство подключено своим информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной машины, а выход блока управления подключен к адресным входам оператив- 65 ного запоминающего устройства и к регистру входных данных электронной вычислительной машины, введен ре,зистор, через который информационный вход оперативного запоминающего устройства подключен к шине питания, а блок управления выполнен в виде генератора временных интервалов, триггера наличия фотона, адресного счетчика и триггера режима оперативного запоминающего устройства, причем выход схемы синхронизации подключен к первому. входу генератора временных интервалов и к первому входу триггера режима оперативного запоминающего устройства, а выход дискриминатора подключен к триггеру наличия фотона, выход которого подключен к второму входу управления оперативного запоминающего устройства, выход генератора временных интервалов подключен к одному из входов адресного счетчика и к второму входу триггера наличия фотона, первые адресные выходы адресного счетчика являются выходом блока управления, к другому входу адресного счетчика подключен выход одного разряда выходного регистра электронной вычислительной машины, выход триггера режима оперативного запоминающего устройства подключен к второму входу генератора временных интервалов и к входу управления оперативного запоминающего устройства, а второй выход адресного счетчика соединен с вторым входом триггера режима оперативного эапоминающего устройства.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные ФЭУ 1 и дискриминатор 2, оперативное запоминающее устройство 3, блок 4 управления, электронную вычислительную машину 5, схе- му б синхронизации, Блок 4 управления выполнен в виде генератора 7 временных интервалов, триггера 8 наличия фотона, адресного счетчика 9 и триггера 10 режима оперативного запоминающего устройства. Информационный вход оперативного запоминающего устройства 3 через резистор

11 соединен с шиной 12 питания.

Элементы блока 4 управления соединены следующим образом.

Выход схемы 6 синхронизации подключен к входу генератора 7 временных интервалов и входу триггера 10 режима оперативного запоминающего устройства, а выход триггера 10 режима оперативного запоминающего устройства подключен к второму входу генератора 7 временных интервалов и к входу управления оперативного запоминающего устройства 3. Выход диск иминатора 2 подключен к

1078259 триггеру 8 наличия фотона, выход которого подключен к второму входу управления оператинного запоминающего устройства. Выход генератора 7 временных интервалов подключен к одному из входов адресного счетчи- 5 ка 9 и к второму входу триггера 8 наличия фотона. Адресные выходы адресного счетчика 9 подключены к адресным (рходам оперативного запоминающего устройства 3 и одновременно к регистру входных данных электронной вычислительной машины 5. К второму входу адресного счетчика 9 подключен выход одного разряда выходного регистра электронной вычислитель-. ной машины 5, являющийся сигналом считывания для адресного счетчика 9.

Второй выход адресного счетчика 9 соединен с вторым входом триггера 10 режима оперативного запоминающего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 7 временных интервалов запускается импульсом со схемы 6 синхронизации, определяющим начало цикла счета. Этот же импульс устанавливает триггер .10 режима оперативного запоминающего устройства в режим Запись . Генератор 7 временных интервалов формирует временные интервалы необходимой длительности и управляет сменой адреса адресного счетчика 9, который определяет номер. ячейки оперативного запоминающего устройст- 35 ва 3, в которую может быть записан фотон, если он появится в данный момент. Фотон, поступивший в ФЭУ 1 на дискриминатор 2 в виде импульса напРяжения в момент времени 1„ пос- 40 ле импульса синхронизации, формируется дискриминатором в стандартный импульс и поступает на тРиггер 8 наличия фотона блока 4 управления, который вырабатывает в ответ импульс 45 разрешения записи постоянно присутствующей на входе оперативного запо- .минающего устройстна единицы в ячей.ку, номер которой определяется состоянием адресного счетчика, установившегося к данному моменту времени °

<и

N сч

rye l4cu — двоичный адрес адресного

55 счетчика; длительность временного

О интервала, вырабатываемого генератором 7 воеменных интервалов блока 4 управ- 60 ления.

Таким образом, реализуется воэможность временного (на время цикла записи, определяемого временем tp, информации в оперативное запоминающее устройство) хранения информации о появлении в данный момент времени фотона.

После прохождения всех возможных состояний адресный счетчик 9 вырабатывает сигнал окончания режима счета, по которому триггера 10 режима оперативного запоминающего устройства запрещает дальнейшую работу генератора 7 временных интервалов и переводит оперативное запоминающее устройство н режим Считывание, н течение которого проис ходит считывание записанных н оп ределенных ячейках оперативного запоминающего устройства 3 единиц в электронную вычислительную машину 5 °

Положение единиц во времени определяется соответсвующим состоянием адресного счетчика, которое тоже считывается в электронную нычислительную машину. Таким образом, на входной регистр электронной вычислительной машины подается и затем считывается в электронную вычислительную машину М-разрядный адрес, первый разряд которого несет информацию о наличии фотона в данном временном интервале, а остальные М-1 разрядов сообщают, в какой именно временной интервал попал данный фотон. Если при считывании в электронную вычислительную машину в первом разряде оказывается нуль, это означает, что по данному М-1разрядному адресу записи фотона не было, т.е. в этот момент фотон на устройство не поступал.

Поскольку в известном устройстве нет необходимости считать несколько фотонов в течение временного интервала, то существует возможность уменьшения вырабатываемой генератором временных интервалов длительности временных интервалов до минимума, ограниченного быстродействием оперативного запоминающего устройства, что и позволило в конечном счете повысить временное разрешение принимаемого оптического сигнала. Многократное повторение цикла записи-считывания приводит к тому, что в ячейках памяти ЭВМ, адреса которых определяют положение поступающих фотонов, происходит накопление числа фотонов до необходимого заданного уровня °

Предлагаемое устройство за счет фиксирования момента прихода каждого фотона, а не серии фотонов в течение данного временного интервала, позволяет повысить точность измерения временных параметров принимаемого сигнала, в частности, повысить его пространственное разрешение. За счет сокращения числа эле1078259

Составитель A.×óðáàêîâ

Редактор О.Юрковецкая Техред С.Мигунова

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 934/34 Тираж 823

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

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

Подписное филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. ПроеКтная, 4 ментов повышается надежность уст ройства, снижается влияние фронтов временных интер алов. Быстродействие определяется только быстродействием оперативного запоминающего устройства и достаточно высоко.