SU1350509A2 - Photon counter - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерений и может быть использовано дл  регистрации слабых и сверхслабых световых потоков. Целью изобретени   вл етс  повышение точности регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондировани , что достигаетс  путем разделени  трассы зондировани  на два участка, в которых реализаци  сигнала (моментов поступлени  фотонов ) ведетс  с различным пространственным разрешением, что позвол ет значительно .снизить уровень просчетов в ближней зоне, даже при значительной интенсивности фотоимпульсов , и тем самым увеличить точность регистрации сигнала. Управл емый генератор 6 временных интервалов запускаетс  импульсом со схемы синхронизации 5, определ ющим цикла регистрации входных импульсов. Этот же импульс устанавливает первый регистр -13 в режим Заполнен, при этом на- выходе дешифратора 14 устанавливаютс  уровни, пропускающие тактовые импульсы на адресный счетик с управл емого тактового генератора 6 и блокирующие прохождение уменьшенных в Ы раз тактовых импульсов с выхода второго двоичного счетчика 15. Триггер режима 9 при этом устанавливает опертивное запоминающее устройство (ОЗУ) 3 в режим Запись. При этом длительность временных интервалов определ етс  частотой управл  мого тактового г.енератора 6 и выбираетс  из услови  фиксации в ОЗУ всех фотоимпульсов , наибольша  частота которых наблюдаетс  в бл1-1жней зоне. 1 ил. 15 Г Л i (Л 00 ел о ел о со N)The invention relates to the field of measurement and can be used to register weak and super-weak light fluxes. The aim of the invention is to improve the accuracy of recording the photopulse flux in the initial part of the sounding path, which is achieved by dividing the sounding path into two parts in which the realization of the signal (photon arrival times) is carried out with different spatial resolution, which allows a significant reduction in the miscalculation in the near zone, even with a significant intensity of photo pulses, and thereby increase the accuracy of signal acquisition. The controlled generator of 6 time intervals is triggered by a pulse from synchronization circuit 5, which determines the cycle of registration of input pulses. The same pulse sets the first register -13 to the Filled mode, with the decoder 14 output setting levels that pass the pulses to the address counter from the controlled clock generator 6 and block the passage of the clock pulses reduced by N times from the output of the second binary counter 15. The trigger of mode 9 sets the operative memory device (RAM) 3 to the Record mode. The duration of the time intervals is determined by the frequency of the controlled clock generator 6 and is selected from the condition of fixing in the RAM of all photo pulses, the highest frequency of which is observed in the blighted zone. 1 il. 15 GLI (L 00 ate about alo with N)

Description

Изобретение относитс  к области измерений, может быть использовано дл  регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, лазерном зондировании атмосферы, космических исследовани х, спектроскопии, химии, астрономии и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по авт. ев, № 1078259.The invention relates to the field of measurement, can be used to register the weak and super-weak light fluxes in physics, laser sounding of the atmosphere, space research, spectroscopy, chemistry, astronomy and is an improvement of the invention according to the author. Ev, No. 1078259.

Цель изобретени  - повышение точ- йости регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондировани .The purpose of the invention is to increase the accuracy of recording the flow of photopulses in the initial part of the sounding path.

На чертеже представлена блок-схе- ма устройства.The drawing shows the block diagram of the device.

Устройство содержит фотоэлектрический умножитель ФЭУ 1, дискриминатор 2, опертивное запоминающее устройство (ОЗУ) 3, ЭВМ 4, схему.5 синх ронизации, управл емый тактовьй генератор 6, триггер 7 фотона, адресный счетчик 8, триггер 9 режима, первый логический элемент И 10, второй логический элемент И 11, первьй двоичный счетчик 12, первый регистр 13, дешифратор 14, второй двоичный счетчик 15 второй регистр 16, блок управлени  БУ 17,The device contains a photoelectric multiplier of the PMT 1, a discriminator 2, an operative storage device (RAM) 3, a computer 4, a schema.5 syncronization, a controlled clock generator 6, a photon trigger 7, an address counter 8, a mode trigger 9, the first logic element 10 , the second logical element 11, the first binary counter 12, the first register 13, the decoder 14, the second binary counter 15 the second register 16, the control unit BU 17,

Выход ФЭУ 1 подключен к входу дискриминатора 2, его выход - к первому входу триггера 7 фотона и к счетному входу первого двоичного счечика 12, выход триггера 7 фотона - к первому входу управлени  ОЗУ 3, его выход - к одному из разр дов входного регистра ЭВМ 4, выход схемы синхронизации 5 подключен к первым входам триггера 9 режима, управл емого тактового генератора 6 и к первому входу первого регистра 13, выход управл емого тактового генератора 6 - к вторым входам триггера 7 фотона, логического элемента И 10, первого регистра 13, к входу управлени  пер- вого двоичного счетчика 12 и к счетному ВХОДУ второго двоичного счетчика 15, информационные выходы первог двоичного счетчика 12 - к информационным входам первого регистра 13, его информационные выходы - к информационным входам дешифратора 14, ег управл ющие выходы - к первым входа первого и второго логических элементов И 10 и 11, их объединенный вы- ход - к входу адресного счетчика 8, его адресный выход - к адресным входам ОЗУ 3, к входному регистру ЭВМ и к входам второго регистра 16,The output of the PMT 1 is connected to the input of the discriminator 2, its output to the first input of the photon trigger 7 and to the counting input of the first binary bit 12, the output of the photon trigger 7 to the first control input of the RAM 3, its output to one of the bits of the computer's input register 4, the output of the synchronization circuit 5 is connected to the first inputs of the trigger 9 of the mode controlled by the clock generator 6 and to the first input of the first register 13, the output of the controlled clock generator 6 to the second inputs of the trigger 7 of the photon, the logical element 10, the first register 13, to the control input of the binary counter 12 and to the counting INPUT of the second binary counter 15, the information outputs of the first binary counter 12 to the information inputs of the first register 13, its information outputs to the information inputs of the decoder 14, its control outputs to the first inputs of the first and second logic elements And 10 and 11, their combined output - to the input of the address counter 8, its address output - to the address inputs of the RAM 3, to the input register of the computer and to the inputs of the second register 16,

5five

00

5 five

0 пульсов 0 pulses

45 50 gg 45 50 gg

его выходы - к соответствующим входам входного регистра ЭВМ 4, выход управлени  адресного счетчика 8 - к второму входу триггеров 9 режима, его выход - к вторым входам управл емого тактового генератора 6 и ОЗУ 3, N разр дов выходного регистра ЭВМ 4 . . подключен к N входам второго двоичного счетчика 16, один из его N выходных разр дов подключен к второму входу второго логического элемента ИИ,its outputs to the corresponding inputs of the input register of the computer 4, the control output of the address counter 8 to the second input of the mode flip-flops 9, its output to the second inputs of the controlled clock generator 6 and the RAM 3, N bits of the output register of the computer 4. . connected to the N inputs of the second binary counter 16, one of its N output bits connected to the second input of the second logical element of the AI,

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Управл емый генератор 6 временных интервалов запускаетс  импульсом со схемы 5 синхронизации, определ ющим начало цикла регистрации входных имЭтот же импульс устанавливает первый регистр 13 в режим Заполнен , при зтрм на выходе дешифратора 14 устанавливаютс  уровни, пропускающие тактовые импульсы на адресный счетчик с управл емого тактового генератора 6 и блокирующие прохождение уменьшенных в N раз тактовых импульсов с выхода второго двоичного счетчика 15; триггер 9 режима при этом устанавливает ОЗУ 3 в режим Запись ,The controlled generator of 6 time intervals is triggered by a pulse from the synchronization circuit 5, which determines the beginning of the registration cycle of the input im.The same pulse sets the first register 13 to the Filled mode, when the output from the decoder 14 is set, the levels pass the clock pulses to the address counter from the controlled clock generator 6 and blocking the passage of reduced N times the clock pulses from the output of the second binary counter 15; trigger 9 mode while setting the RAM 3 to the recording mode,

При этом длительность временных интервалов определ етс  частотой управл емого тактового генератора 6 и jg выбираетс  из услови  фиксации в ОЗУ всех фотоимпульсов, наибольша  частота которых наблюдаетс  в ближней зоне, а также из минимально допустимой длительности цикла записи информации 40 (метки) в используемый тип ОЗУ, Режим БЛИЖНЯЯ зона сохран етс  до уменьшени  интенсивности входного потока фотоимпульсов до значени  , где t gn - длительность временного интервала вне ближней зоны, котора  выбираетс  из необходимого пространственного разрешени  измер емого атмосферного параметра и необходимой длины трассы зондировани , так как естественном,,уменьшение длительности временного интервала ведет к уменьшению длиты трассы, что неприемлимо. Длительность временных интервалов, т,е, пространственное разрешение регистрируемых сигналов вне ближней зоны может быть изменена путем подачи управл ющих кодов на входы второго двоичного счетчика 15 через выходной регистр ЭВМ 4.The duration of the time intervals is determined by the frequency of the controlled clock generator 6 and jg is selected from the condition of fixing in the RAM of all photo pulses, the highest frequency of which is observed in the near zone, as well as from the minimum permissible duration of the recording cycle of information 40 (tags) in the type of RAM used, The CLOSE zone mode is maintained until the intensity of the input photopulses decreases to a value where t gn is the duration of the time interval outside the near zone, which is selected from the required spatial the resolution of the measured atmospheric parameter and the required length of the sounding path, since it is natural that a decrease in the duration of the time interval leads to a decrease in the length of the path, which is unacceptable. The duration of time intervals, t, e, the spatial resolution of the recorded signals outside the near zone can be changed by applying control codes to the inputs of the second binary counter 15 through the output register of the computer 4.

00

33

Поступающие на первый двоичный счетчик фотоимпульсы накапливаютс  в нем в .течение временного интервал формируемого с выхода N разр да второго двоичного счетчика 15 и представл ющего со.бой увеличенный в N раз период управл емого тактового генератора 6. , В конце каждого такого временного интервала состо ние первого двоичного счетчика 12 перепсываетс  в первый регистр 13 и, в зависимости от зафиксированного в нем числа, дешифратор выдает на выхде управл ющий сигнал, разрешающий прохождение на адресный счетчик тактовой частоты с управл емого тактовго генератора 6 или второго двоично счетчика 15, а именно, если в перво двоичном счетчике за врем  интервал счета регистрировано более одного фотоимпульса, то сохран етс  режим Ближн   зона, т.е. адресный счетч управл етс  от управл емого генератра . Если же-в первом двоичном счетч ке будет зарегистрировано число 1 или О, то дешифратор переключает переключатель тактовой частоты в режим Дальн   зона и адресный счетч управл етс  от второго двоичного . счетчика 15 поделенной в N р аз тактвой частотой через открытьй логический элемент 11.The photo pulses arriving at the first binary counter accumulate in it during the time interval of the second binary counter 15 formed from the output N of the bit and representing the time of the controlled clock generator increased N times the state of the clock generator 6. At the end of each such time interval the state the first binary counter 12 is transferred to the first register 13 and, depending on the number fixed in it, the decoder issues a control signal at the output allowing the clock frequency to pass to the address counter from the control 6 or the second binary counter 15, namely, if more than one photo pulse is recorded in the first binary counter during the counting interval, the Near zone mode, i.e. the address count is controlled from the controlled generator. If, however, the number 1 or O is registered in the first binary counter, the decoder switches the clock switch to the Far Zone mode and the address counter is controlled from the second binary one. counter 15 is divided into N p by the clock frequency through the open logic element 11.

При этом момент, в который произшло переключение режимов, фиксирует с  во втором регистре и затем считываетс  в ЭВМ.In this case, the time at which the switching of the modes took place, fixes with in the second register and then reads into the computer.

Коэффициент делени  определ етс  разр дом, с которого подаетс  тактоThe division factor is determined by the bit from which the clock is applied.

Ви  частота на элемент И 11, котора  выбираетс , исход  из требуемого пространственного разрешени , равно 8ИГО ±1/2 The frequency on the element And 11, which is chosen based on the required spatial resolution, is 8 UGO ± 1/2

Зарегистрированные в режиме За- пись моменты поступлени  фотонов на устройство, в режиме чтени  ОЗУ передаютс  в ЭВМ в виде адресов временных интервалов, в которых был зарегистрирован факт поступлени  фотона, причем в ЭВМ происходит прибавление единицы к содержимому  чейки ЭВМ, адрес которой считываетс  с устройства.The recorded photon arrival times on the device registered in the Recording mode are transmitted to the computer in the form of addresses of time intervals in which the fact of the arrival of the photon was recorded, and the computer is added to the contents of the computer cell whose address is read from the device.

Момент поступлени  фотона определ етс  в видеThe moment the photon arrives is defined as

при поступлении фотона в ближней зоне , где N - - номер  чейки, в кото ч when a photon arrives in the near zone, where N is the number of the cell in which

рой зафиксированаthe swarm is fixed

метка.label

1, дли01, length 0

5five

5 five

00

тельность временных интервалов п ближней зоне, илиtime interval in the near zone, or

t,ADR+(N,-ADR)€,, ,t, ADR + (N, -ADR) € ,,,

где ADR - длина ближней зоны, выраженной в количестве временных интервалов длительностью г , .where ADR is the length of the near zone, expressed in the number of time intervals of duration g,.

Многократное повторение цикла записи-считывани  приводит к тому, что в  чейках ОЗУ ЭВМ, адреса которых.- определ ют положение поступающих на устройство фотонов относительно импульса синхронизации, происходит фор- мироадние профил  отраженного атмосферой сигнала с точностью, опреде-. л емой уровнем накоплени  в каждом временном интервале.The repeated repetition of the read-write cycle leads to the fact that in the RAM cells of the computer, whose addresses determine the position of the photons arriving at the device relative to the synchronization pulse, the shape of the profile of the atmosphere reflected by the atmosphere with an accuracy is determined. accumulated level in each time interval.

Таким образом, цель изобретени  достигаетс  путем разделени  трассы зондировани  на два участка, в которых регистраци  сигнала (моментов поступлени  фотонов) ведетс  с различным пространственным разрешением, Что позвол ет значительно снизить уровень просчетов в ближней зоне даже при значительной интенсивности фотоимпульсов и, тем самым, увеличить точность регистрации сигнала.Thus, the purpose of the invention is achieved by dividing the sounding path into two sections, in which the registration of the signal (the photon arrival times) is carried out with different spatial resolution, which makes it possible to significantly reduce the level of errors in the near zone even with a significant intensity of photo pulses and thereby increase Signal Accuracy.

25 25

30thirty

, 25 35, 25 35

4040

4545

5050

5555

Формула изобретени Invention Formula

Счетчик фотонов по авт.св. №1 078259, отличающий с  тем, что, с целью повышени  точности регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондировани , в состав устройства дополнительно введены последовательно включенные первый двоичный счетчик, первьй регистр , дешифратор и переключатель тактовой частоты, состо вший из двух логических элементов И, объединенных по выходу, а также второй двоичный счетчик и второй регистр, причем выход схемы синхронизации подключен к первому входу первого регистра, выход заправл емого тактового генератора подключен к счетному входу второго двоичного счетчика и к второму входу первого логического элемента И переключател  тактовой частоты, выход дискриминатора одноэлектронных импульсов подключен к счетному входу первого двоичного счетчика, информационные выходы которого подключены к информационным входам первого регистра , его информационные вйходы - к информационным входам дешифратора, первый управл ющий выход дешифратораPhoton counter on auth. No. 1 078259, characterized in that, in order to improve the accuracy of recording the flow of photopulses in the initial portion of the sounding path, the device additionally includes a sequentially connected first binary counter, first register, decoder and clock frequency switch, consisting of two logical elements AND connected to the output, as well as the second binary counter and the second register, with the output of the synchronization circuit connected to the first input of the first register, the output of the charged clock generator connected to the even input of the second binary counter and to the second input of the first logic element AND the clock switch, the output of the discriminator of single-electron pulses is connected to the counting input of the first binary counter, the information outputs of which are connected to the information inputs of the first register, its information inputs to the information inputs of the decoder, the first control decoder output

513505096513505096

подключен к первому входу первогоэлемента И переключател  тактовойconnected to the first input of the first element And the clock switch

логического элемента И и к управл ю-частоты, к входу управлени  первогоthe logic element And to control frequency, to the control input of the first

щему входу второго регистра, второйдвоичного счетчика и к второму входуthe second input of the second register, the second counter and the second input

управл юпщй выход дешифратора подклю-управлени  первого регистра, выходcontrol output of the first register decoder decoder, output

чен к первому входу второго логичес-переключател  тактовой частоты подкого элемента И, N разр дов выходногоключен к входу адресного счетчика,T hen to the first input of the second logical switch of the clock frequency of the subsurface element AND, N bits of the output one is connected to the input of the address counter,

регистра ЭВМ подключены к N входамадресные выходы которого подключеныthe computer register is connected to the N input and address outputs of which are connected

второго двоичного счетчика, выходк информационным входам второго региN-ro разр да которого подключен к Qстра, а его выходы - к соответствторому входу второго логического вующим разр дам входного регистра ЭВМ.the second binary counter, the output of the information inputs of the second regionN-ro bit of which is connected to Qstra, and its outputs - to the corresponding input of the second logical second bit of the input computer register.

Claims (1)

Формула изобретения Счетчик фотонов по авт.св. №1 078259, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации потока фотоимпульсов на начальном участке трассы зондирования, в состав устройства дополнительно введены последовательно включенные первый двоичный счетчик, первый регистр, дешифратор и переключатель тактовой частоты, состоящий из двух логических элементов И, объединенных ' по выходу, а также второй двоичный счетчик и второй регистр, причем выход схемы синхронизации подключен к первому входу первого регистра, выход управляемого тактового генератора подключен к счетному входу второго двоичного счетчика и к второму входу первого логического элемента И переключателя тактовой частоты, выход дискриминатора одноэлектронных импульсов подключен к счетному входу первого двоичного счетчика, информационные выходы которого подключены к информационным входам первого регистра, его информационные вйходы к информационным входам дешифратора, первый управляющий выход дешифратора элемента И переключателя тактовой частоты^ к входу управления первого двоичного счетчика и к второму входу управления первого регистра, выход переключателя тактовой частоты подадресные выходы которого подключены к информационным входам второго регистра, а его выходы - к соответствующим разрядам входного регистра ЭВМ.SUMMARY OF THE INVENTION No. 1 078259, characterized in that, in order to improve the accuracy of registering the flow of photopulses at the initial section of the sensing path, the device additionally includes sequentially connected first binary counter, first register, decoder and clock switch, consisting of two logical elements And, combined 'on the output, as well as the second binary counter and the second register, and the output of the synchronization circuit is connected to the first input of the first register, the output of the controlled clock is connected to the count the input of the second binary counter and to the second input of the first logic element AND the clock switch, the output of the single-electron pulse discriminator is connected to the counting input of the first binary counter, the information outputs of which are connected to the information inputs of the first register, its information inputs to the information inputs of the decoder, the first control output the element decoder And the clock switch ^ to the control input of the first binary counter and to the second control input of the first reg tra Exit switch clock frequency sub-address whose outputs are connected to data inputs of the second register and its outputs - to the corresponding bits of the input register of a computer. подключен к первому входу первого логического элемента И и к управляющему входу второго регистра, второй управляющий выход дешифратора подключен к первому входу второго логического элемента И, N разрядов выходного ключей к входу адресного счетчика регистра ЭВМ подключены к N входам второго двоичного счетчика, выход N-го разряда которого второму входу второго подключен к логическогоconnected to the first input of the first logical element And and to the control input of the second register, the second control output of the decoder is connected to the first input of the second logic element And, N bits of the output keys to the input of the address counter of the computer register are connected to N inputs of the second binary counter, the output of the Nth discharge of which the second input of the second is connected to a logical