ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Является результатом выполнения научно-исследовательской работы.

Повышение разрешающей способности приборов, предназначенных для исследования излучающих фотонов среды, связано с быстродействием одноэлектронных фотоприемников, селекторов одноэлектронных импульсов и цифровых частотомеров.

На основе известной литературы по экспериментальной и электронной технике на базе приборов ИФЭ-1М и ИФЭ-2М разработан анрегатированный измеритель одноэлектронных импульсов. Прибор рассчитан для исследования процессов взаимодействия микрокомпонентов массивов горных пород в условиях подземных рудников.

Прибор содержит детектор с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), измеритель амплитуды, селектор, цифровой частотомер с динамической индикацией и блок питания. Блок-схема прибора представлена на рис. Детектор содержит револьверное устройство 1 со светофильтрами, ФЭУ 2 и блоки питания ФЭУ.

Рис. Измеритель одноэлектронных импульсов

1 - револьверное устройство со светофильтрами; 2 - фотоэлектронный умножитель;
3 - входная часть; 4 - усилитель; 5 - дискриминатор; 6 - ключ; 7 - электронный счетчик; 8 - цифровое табло; 9 - блок управления; 10 - таймер; 11 - стрелочный индикатор; 12 - генератор-преобразователь напряжения; 13 - выпрямитель-делитель напряжения; 14 - блок питания.

Основными измеряемыми параметрами являются мощность излучения Ф _е[Вт] искорость счета одноэлектронных импульсовn (ф./с), которая пропор­циональна скорости бомбардировки фотокатода ФЭУ фотонами.

Каждому регистрируемому одноэлектронному импульсу соответствует световой импульс, состоящий от одного до нескольких фотонов, достигающих фотокатода.

Используемые типы ФЭУ-142 (100-360 нм) и ФЭУ-112 (250-1100 нм) по диапазонам своей чувствительности почти охватывают информативный оптический диапазон (45-6239 нм) длин волн. Кроме того, данные типы ФЭУ имеют одинаковые по величине выходные токи и одинаковые цоколевки.

Схема питания ФЭУ включает генератор-преобразователь постоянного тока в переменный 12, выпрямитель 13, собранный по схеме умножения напряжения для питания диодов фэу.

Быстродействие выбранных типов ФЭУ составляет 10-11 нс. Методика измерения распределения выходных импульсов ФЭУ при интенсивности сигнала 10-10 ⁷ фотонов в секунду. При измерениях пик (максимального значения счета фотонов) стремятся расположить вблизи канала, соответствующего 0,3 максимальной амплитуды, который принимается за реперный. При изменении напряжения питания этот пик корректировкой коэффициента усиления возвращается в установленный участок шкалы.

Измеритель амплитуды импульсов содержит входную часть, которая представляет собой регулируемый аттенюатор и содержит стрелочный показывающий прибор 11.

Селектор одноэлектронных импульсов состоит из усилителя 4 и дискриминатора 5.

Усилитель селектора состоит из последовательно соединенных одинаковых двухкаскадных частей, собранных по зеркально-симметричной схеме на быстродействующих транзисторах типа КТ 372 А и КТ 363 Б с общим коэффициентом усиления Ку-200.

Время нарастания выходного сигнала составляет 1-5 нс. Коэффициент усиления одного каскада усилителя светового сигнала Ку равен 30.

Импульсы на анодной нагрузке ФЭУ имеют широкий спектр амплитуд. Селектор выделяет импульсы с амплитудами, наиболее вероятными для счета фотонов.

В селекторе дискриминатором служит интегральный компаратор К 597 СА-1. Компаратор совместим по выходу с микросхемами серии К 500, которые используются в быстродействующей части счетчика импульсов.

Диапазон синфазной составляющей компаратора позволяет независимо регулировать порог дискриминацииu ₁и ширину окнаu ₀,то есть переходить на дифференциальный режим дискриминации, при этом амплитуда выходного импульса заключена между нижним порогом дискриминацииu ₁и верхним порогомu ₂. В режиме интегральной дискриминации селектор выделяет все импульсы, амплитуды которых больше нижнего порога, что позволяет исключать шумовые импульсы ФЭУ. Счет фотонов производится за фиксированный интервал времени 10 ^-3, 10 ^-2, 10 ^-1, 1 с. В счетчике предусмотрены периоды выдачи сигналов через 2, 4, 16, 30 с. Относительная погрешность дискретности составляет 1.

Максимально возможная скорость счета фотонов определяется не электронной схемой селектора, а длительностью одноэлектронных импульсов ФЭУ.

Длительность выходного импульса составляет 5-6 нс. Сопротивление нагрузкиr_нравно 75 Ом. Порог дискриминации составляет 10 ^-4 - 10 ^-3 В. Частота пропускаемых импульсовf_ср.равна 1…1Ч10 ⁶ Гц.

Одноэлектронные импульсы с выхода селектора поступают на вход частотомера, который содержит ключ, блок управления 9 с началом и остановкой счета и таймер 10. Максимальная скорость счета одноэлектронных импульсов составляет 2Ч10 ⁶ - 1,2Ч10 ⁷ Гц.

Блок питания 14 состоит из двух батарей аккумуляторов со стабилизаторами напряжений: 5,2 В для питания частотомера и дискриминатора, 15 В - для питания генератора и усилителей.

С помощью кнопки стрелочный прибор 2 подключается к аккумуляторным батареям для контроля их напряжений.