Счетчик фотонов

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик (11989333 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 030281 (21) 3243968/18-25 ф }М egg з

0 01 Х 1/44 с присоединением заявки Kol

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53} УДК 535.242 (088.8) Опубликовано 1 0183. Бюллетень Мо 2

Дата опубликования описания 150183

=-.--- .

Г.A Скуиньш, А.Я. Риеба, M.Ë. Янсон и У.В. Янсеа., (72) Авторы изобретения

Ц

Латвийский ордена Трудового Красного Знаме и . государственный университет нм. П. Стучки (71) Заявитель (54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ

Изобретение относится к техничес кой физике и может быть использовано. при регистрации слабых и сверхслабых световых потоков s физике, химии, биологии, медицине, геологии и т.д.

Известен счетчик фотонов, содержащий ФЭУ, дискриминатор, формирователь тактовых импульсов, блок установки кода, устройство сравнения кодов, пер-10 вый делитель частоты, второй делитель частбты и блок управления (11 .

Недостатком его.является большаядлительность. измерений.

Наиболее близким техническим решением Н предлагаемому является источник фотонов, содержащий источник све-. та, оптически свяэанный,через прерыватель света, подключенный к формирователю тактовых импульсов, с фотоэлектронньм умножителем, подклняеннькн ко . входу дискриминатора, к выходу которого подключены два первых входа. двух вентилей, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами бло ка управления, к двум входам которого подключены два выхода блока сравнения кодов, один вход которого соединен с выходом блока установки кодов, а другой — с выходом блока памяти, один вход которого подключен к блоку управ-З0 ления, а другой вход — к выходу ревер- сивного счетчика, установочный вход которого соединен с установочным sxoдом дешифратора и с блока управления, суммирунщий вход реверсивного счетчика соединен выходом первого, вентиля, вычитаксдий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго вентиля, а выход реверсивного счетчика соединен с первьм входом третьего вентиля, через который генератор импульсов со" единен с сигнальнин входом первого делителя частоты, выход которого соединен с входом основного счетчика, а установочный вход соединен.с выходом дешифратора, второй выход которого . соединен с вторин делителем частоты, через который формирователь тактовых импульсов соединен с соответствукщим входом блока управления, соответствующий выход которого соединен с установочньм входом основного счетчика, при" чем вход дешифратора соединен с третьим выходом блока сравнения кодов (2).

Недостатком известного устройства является то, что при большой интенсивности света время измерения оказывается много больше, чем необходимо для измерения при заданной ошибке.

989333

Цель изобретения — сокращение времени счета при большой интенсивности света.

Цель достигается тем, что в счетчик фотонов, содержащий источник света, оптически связанный через прерыватель света, подключенный к формиро,вателю тактовых импульсов, с фотоэлектронным умножителем, подключенным ко входу дискриминатора, к выходу которого подключены два первых входа двух1О вентилей, вторые входы которых соеди-. нены с соответствующими выходами блока управления, к двум входам которого подключены два выхода блока сравнения кодов, один вход которого соединен с выходом блока установки кодов, а другой — с выходом блока памяти, один вход которого подключен к блоку управления, а другой вход — к выходу реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с установочным входом дешифратора и с выходом блока управления, суммирукщий вход реверсив. ного счетчика соединен с выходом перrroro вентиля, вычитающий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго вентиля, а выход реверсивного счетчика соединен с первым входом третьего вентиля, через который гене-З ратор импульсов соединен с сигнальным входом первого делителя частоты, выход которого. соединен с входом основного счетчика, а установочный вход соединен с выходом дешифратора, второй выход которого соединен с вторьм 35 делителем частоты, через который формирователь тактовых импульсов соединен с соответствующим входом блока, управления, соответствующий выход которого соединен с установочным входом 4О основного счетчика, причем вход дешиф-, ратора соединен с третьим выходом блока сравнения кодов, введены дополни-. тельные генератор импульсов, счетчик, блок сравнения кодов, дешифратор иделитель частоты, причем к первому входу дополнительного блока сравнения кодов подключен выход дополнительного счетчика, вход которого соединен с дополнительным генератором импульсов,50 к второму входу дополнительного блока сравнения кодов подключен выход ревер" сивного счетчика, а выход дополнитель» ного .блока сравнения кодов подклкяен к входу дополнительного дешифратора, первый выход которого соединен. с фор-5 мирователем тактовых импульсов, второй выход — с дополнительииик делителем частоты, через который сигнальный вход первого делителя частоты соединен с вторык входом элемента ИЛИ, а 60 третий выход — c.áëoêîì управления, один из выходов которого соединен со

Входом дополнительного счетчика.

На чертеже представлена блок-схема устройства. 65

Счетчик фотонов содержит источник

1 света, прерыватель 2 света, ФЭУ 3, дискриминатор 4, формирователь 5 тактовых импульсов, блок 6 установки кода, блок 7 сравнения кодов, первый делитель частоты 8, второй делитель частоты 9, блок 10 управления, первый вентиль 11, второй вентиль 12, реверсивный счетчик 13, основной счетчик

14, блок 15 памяти, элемент ИЛИ 16, генератор 17 импульсов, третий вентиль

g8, основной дешифратор 19, дополни тельный генератор 20 импульсов, дополнительный счетчик 21, дополнительный блок 22 сравнения кодов, дополнительный дешифратор 23 и дополнитель-, ный делитель 24 частоты.

Источник 1 света оптически связан ,через прерыватель 2 света, подключенный к формирователю 5 ° тактовых импульсов, с фотоэлектронным умножителем 3, подключенным ко входу дискриминатора

4, к выходу которого подключ ны два первых входа двух вентилей 11 и 12, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока 10 управления, к двум входам которого подключены два выхода блока 7 сравнения кодов, один вход которого соединен с выходом блока 6 установки кодов, а другой — с выходом блока 15 памяти, один вход которого подключен к блоку

10 управления, а другой вход — к выходу реверсивного счетчика 13, установочный вход которого соединен с установочным входом дешифратора 19 и с выходом блока 10 управления. Суммирующий вход реверсивного счетчика 13 соединен с выходом первого вентиля

11г Вычитающий вход соединен с выходом элемента ИЛИ.16, первый вход которого соединен с выходом второго вентиля 12, а выход реверсивного счетчи-. ка 13 соединен с первык входом третьего вентиля 18, через который генератор 17 импульсов соединен с сигнальным входом первого делителя частоты

8, выход которого соединен с входом основного счетчика 14, а установочный вход соединен с выходом дешифратора

19, второй выход которого соединен с вторым делителем частоты 9, через который формирователь 5 тактовых импульсов соединен с соответствующим входом блока 10 управления, соответствующий выход которого соединен с установочным входом основного счетчика 14, причем вход дешифратора 19 соединен с третьим выходом блока 7 сравнения кодов. К первому входу дополнительного блока 22 сравнения кодов подключен вход дополнительного счетчика 21 вход которого соединен с дополнительным генератором 20 импульсов, к второму входу дополнительного блока 22 сравнения кодов подключен выход реверсивного счетчика 13, а выход дополни98933,3 тельного блока 22 сравнения кодов подключен к входу дополнительного дешифратора 23, первый выход которого соединен с формирователем 5 тактовых импульсов, второй выход — с дополнительным делителем 24 частоты, через который сигнальный вход первого делителя

8 частоты соединен с.вторым входом элемента ИЛИ 16, а третий выход — с блоком 10 управления, -один из выходов которого соединен со входом дополни- !О тельного счетчика 21.

Устройство работает следующим образом.

При .подаче на управляющий вход бло- g ка 10 управления сигнала Пуск он подготавливается для приема тактовых импульсов. Сигнал от блока 10 управ Гения устанавливает на нуль реверсивный счетчик 13., дополнительный счетчик 21 к основной счетчик 14. В исходном положении коэффициенты давления, делителей частоты 8 и 9 установлены соответственно 10 и 4. С поступлением первого тактового импульса, в течение первого такта работы устройства, открывается прерыватель 2 света.

На катод фотоэлектронного умножителя

3 фотоны поступают от источника 1 све. та. Эти фотоны выбивают из катода фотоэлектронного умножителя 3 отдельные ЗО электроны, которые умножаются его динодной системой и поступают в виде электрических импульсов на дискриминатор 4. Нормированные по амплитуде и длительности импульсы через вентиль

11 с момента поступления второго тактового импульса в течение второго такта попадают. на суммирующий вход счетчика 13. В этом счетчике накапливается сумма световых и шумовых импульсов 40 с

Прй поступле нии второго тактового, импульса дополнительный счетчик 21 начинает считать импульсы от дополнительного генератора 20 импульсов. До- 45 полнительный блок 22 сравнения определяет, который из счетчиков 21 илк

13 первым достигает определенное число 7, которое обеспечивает заданную

;ошибку измерения. Если первым.это чис-5О ло достигает счетчик 21, то длительность второго такта равна Т;

В течение третьего такта закрыва-, ется прерыватель 2 евета, при этом вентили ll к 12 закрыты. С поступлением очередного тактового импульса в четвертом, завершающем такте первого цикла измерения, открывается вентиль

l2 и через элемент ИЛИ 16 на вычитающкй вход реверсивного счетчкка 13 по- @ ступает число импульсов Бк„ так как прерыватель 2 в это время закрыт. Таким образом, в реверсивном счетчике

13 накопленный счет импульсов соответ-, ствует количеству N+ фотонов, поступа-65 кщкх в течение второго такта первого цикла на фотоэлектронный умножитель 3.

Число У, накопленное в реверсивном счетчике 13- за первый цикл измерения, записывается в блоке 15 памяти и в блоке 7 сравнения кодов сравнивается с числом Х,, выбранном в блоке 6 установки кодов из совокупно и чисел

Х„,, Х..., Х„,< Х,„<Х, устан ливаемых в нем. По установочным входаь. целителей 8 и 9 частоты через дешифратор 19 из блока 7 поступает сигнал, устанавливакщий соответствующие коэффициенты деления этих делителей. Чем больше отношение Х„/У, тем больше и коэффициент К делителя 8 частоты, причем соотношение коэффициентов деления делителей 8 и 9 частоты всегда сохраняется равным K/ (4К-4) . После установления соответствующих коэффициентов деления в делителях 8 и 9 частоты с помощью сигнала от блока 10 управления открывается третий вентиль

}18. Импульсы от генератора 17 импуль-. сов через вентиль 18 и делитель 8 частоты поступает на вход основного счетчика 14. Одновременно импульсы .от генератора 17 импульсов через вентиль

18, через дополнительный делитель 24 и элемент ИЛИ 16 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 13.

Когда. реверсивный счетчик 13 устанавливается на ноль, на его выходе появ- . ляется сигнал, закрываю ий вентиль

18. Это означает, что в основном счетчике 14 накопилось такое количеСтво импульсов, сколько было в реверсив .ом счетчике 13„ деленное íà К, так как коэффициент деления установлен равным значению К.

С очередным таковым импульсом на,чинается второй цикл измерения, который проходит подобно первому, только информация из реверсивного счетчика

13 не сравнивается в дополнительном блоке 22 сравнения и не записывается в блоке 15 памяти, а через делитель

8 частоты, кмекщий коэффициент деления частоты импульсов, равный К, записываются непосредственно в основной счетчик 14.

Импульс команды Конец измерения на блок 10 управления поступает от делителя 9 частоты в момент появления на его выходе импульса. Таким обра- зом, количество циклов определяется коэффициентом деления, установленньм в делителе 9 частоты к равно коэффициенту деления делителя 8 частоты.

Следовательно, результат измерения, полученный в основном счетчике 14„ всегда нормируется к одному циклу.

Количество циклов К определяется установкой коэффициентов. деления делителей 8 и 9 частоты, в свощ очередь, зависит от отношения Х /У. Следоважльно, при выбранном Х, чем меньше

989333

У, тем больше количество циклов. Тем самьм, независимо от интенсивности светового потока, результат измерения имеет одинаковую, заранее выбранную относительную ошибку. Ошибку измерения можно уменьшить путем выбора и установления в блоке б установки кода большего значения из совокупности чисел.

Если в реверсивном счетчике 13. число У накопится быстрее, чем соответ-10 ствующее число в дополнительном счетчике 21, тогда сработает дополнительный блок 22 сравнения. Управляемый формирователь 5 тактовых импульсов закроет прерыватель 2 света и через 15 делитель 9 частоты и блок 10 управления закроет вентиль 11 по истечение времени T/Ê, где T — длина такта., Четвертого такта в этом случае не будет,- поскольку интенсивность света;щ настолько велика, что шумовые импулвсы создают допустимую погрешность измерения.

Дополнительный блок 22 сравнения через дополнительный дешифратор 23 устанавливает коэффициент деления в дополнительном делителе 24 частоты, равный соответственно К . После установки коэффициентов деления в дополнительном делителе 24 частоты открывается вентиль 18 и импуЛьсы от генератора 17 импульсов поступают в основной счетчик 14 и на вычитающий вход реверсивного счетчика 13 через дополнительный делитель 24 частоты. TER как коэффициент деления дополнитель- М ного делителя 24 частоты равен К, то время заполнения основного счетчика

l4 увеличивается К раз. Это значит, что результат измерения также нормируется к одному циклу. 40

Изобретение при интенсивности света больше 10 Фотонов в секунду позволяет время измерения сократить иа

47, 53. Так, например, при авт .мати- 45 ческом исследовании процессов атомномолекулярных столкновений измерение спектров флюоресценции может длиться несколько часов и средняя экономия времени измерения по сравнению с про-5О тотипом получаетс я 5-1 5Ъ.

Формула изобретения

Счетчик фотонов, содержащий источ . ник света, on тическ и св я за нный через прерыватель света, подключенный к формирователю тактовых импульсов, с фотозлектронньм умножителем, подключенным ко входу дискриминатора, к вы" ходу которого подключены два первых входа двух вентилей, вторые входы которых соединены с соответствукщнми выходами блока управления, к двум входам которого подключены два выхода блока сравнения кодов, один вход которого соединен с выходом блока установки кодов, а другой — с выходом блока памяти, один вход которого подключен к блоку управления, а другой входк выходу реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с установочным ьходом дешифратора и с выходом блока управления, суммирующий вход реверсивного счетчика соединен с выходом первого вентиля, вычитающий вход соединен с выходом элемента

ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго вентиля, а выход реверсивного счетчика соединен с первьм входом третьего вентиля, через который генератор импульсов соединен с сигнальным входом первого делителя частоты, выход которого соединен с входом основного счетчика, а установочный вход соединен с выходом дешифратора, второй выход которого соединен с вторьм делителем частоты, через который формирователь тактовых импульсов соединен с соответствующим входом блока управления, соответствующий выход которого соединен с установочным входом основного счетчика, причем вход дешифратора соединен с третьим выходом блока сравнения кодов, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени счета при большой интенсивности света, в него введены дополнительные генератор им.пульсов, счетчик, блок сравнения кодов, дешифратор и делитель частоты, причем к первому входу дополнительного блока сравнения кодов подключен .выход дополнительного счетчика, вход которого соединен с дополнительньм генератором импульсов, к второму входу дополнительного блока сравнения кодов подключен выход реверсивного счетчика, а выход дополнительного блока сравнения кодов подключен к входу дополнительного дешифратора, первый выход которого соединен с формирователем тактовых импульсов, второй выходс дополнительньи делителем частоты, через который сигнальный вход первого делителя частоты соединен с вторыми входом элемента ИЛИ, а третий выход,с блоком управления, один из выходов которого соединен со входом дополнительного счетчика.

Источники информации, йрииятые so внимание при экспертизе

1. Патент СПИ У 3972626, кл. G Ol Х 1/44, опублик. 1976. . 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2747154, кл, G 01 Х 1/44, 1980 (прототип) .

989333

Составитель А. Чурбаков

Техред A. Лч ..Корректорй. Шарохин

Редактор Н. Киштулинец й»

Заказ 11107/57

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4