Устройство измерения длительности сгустка заряженных частиц циклотрона

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СГУСТКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ЦИКЛОТРОНА, содержащее схему автосдвига строб-импульсов, высокочастотный вход которой связан с входом запуска устройства и входом схемы задержки, низкочастотньш вход - с входом интервала преобразования , а выход - с входом строба первого стробоскопического преобразователя, сигнальный вход которого соединен с сигнальным электродом , и схему эталонной задержки, вход которой связан с выходом схемы задержки, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности и сокращения времени измерения длительности сгустку заряженных частиц циклотрона, в него введены два дополнительных стробоскопических преобразователя, триггер, формирователи начала и конца интервала преобразования , генератор стабильной частоты, делитель частоты, два логических элемента И, два счетчика, регистр памяти и установочный счетчик, при этом входы стробов стробоскопических преобразователей подключены к выходу схемы автосдвига строб-импульсов , сигнальный вход второго стробоскопического преобразователя связан с входом схемы эталонной задержки, а выход - с входом устанои ки единицы триггера, вход установки нуля триггера соединен с выходом третьего стробоскопического прег образователя, сигнальный вход которого подключен к выходу схемы эталонной задержки, а выход триггера i к второму входу первого логического элемента И, первый вход которого (Л подсоединен через делитель частоты к выходу генератора стабильной частоты , выход первого логического элемента И связан с счетным входом первого счетчика, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля второго счетчика и выходом формирователя начала интервала преобразования, выходы разрядрв Ov первого счетчика подсоединены к информационным входам регистра пак мяти, вход перезаписи которого подключен к выходу формирователя конца интервала преобразования, вход которого связан с входом формирователя начала интервала преобразования и с входом интервала преобразования устройства, выходы регистра памяти подсоединены к входам разрядов установочного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора стабильной частоты , а выход - к входу записи и К первому входу второго логического

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1111672 (5i)4 Н 05 Н 13/GO 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛВСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3562805/ 18-21 (22) 10.03.83 (46) 23.10.85. Бюл. Р 39

-(72) А.К. Ваганов, В.С.Васильев и В.И. Гордин .(53) 621.384.6(088.8) (56) 1. Патент ФРГ И 1202914, кл. Н 05 Н 13/00, опублик. 1966.

2. Ваганов А.К. и др. Измерение временных характеристик пучка ионов

240 — сантиметрового изохронного циклотрона. Труды Международного рабочего совещания по те1 нике изохронных циклотронов, Краков, 13-18 ноября 1978, с. 457-461. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДЛИТЕЛЬНОСТИ СГУСТКА ЗАРЯЖЕННЫХ

ЧАСТИЦ ЦИКЛОТРОНА, содержащее схему автосдвига строб-импульсов, высокочастотный вход которой связан с входом запуска устройства и входом схемы задержки, низкочастотный вход — с входом интервала преобразования, а выход — с входом строба первого стробоскопического преобразователя, сигнальный вход которого соединен с сигнальным электродом, и схему эталонной задержки, вход которой связан с выходом схемы задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения длительности сгустка заряженных частиц циклотрона, в него введены два дополнительных стробоскопических преобразователя, триггер, формирователи начала и конца интервала преобразования, генератор стабильной частоты, делитель частоты, два логических элемента И, два счетчика, регистр памяти и установочный счетчик, при этом входы стробов стробоскопических преобразователей подключены к выходу схемы автосдвига строб-импульсов, сигнальный вход второго стробосконического преобразователя связан с входом схемы эталонной задержки, а выход — с входом устаноп» ки единицы триггера, вход установки нуля триггера соединен с выходом третьего стробоскопического преобразователя, сигнальный вход которого подключен к выходу схемы эталонной задержки, а выход триггера.— к второму входу первого логического элемента И, первый вход которого подсоединен через делитель частоты к выходу генератора стабильной частоты, выход первого логического элемента И связан с счетным входом первого счетчика, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля второго счетчика и выходом формирователя начала интервала преобразования, выходы разрядов первого счетчика подсоединены к информационным входам регистра памяти, вход перезаписи которого подключен к выходу формирователя конца интервала преобразования, вход которого связан с входом формирователя начала интервала преобразования и с входом интервала преобразования устройства, выходы регистра памяти подсоединены к входам разрядов установочного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора стабильной частоты, а выход — к входу записи и к первому входу второго логического зчемента И, второй вход которого ,.-.вязан с выходом первого стробоскопического преобразователя, при этом выход второго логического элемента

1111672

И подсоединен к счетному входу второго счетчика, выходы разрядов которого соединены с шинами чтения регистра памяти.

Известно устройство для измерения параметров пучка циклотрона, содержащее сигнальный электрод и

Л5

Устройство для измерения длительности сгустка заряженных частиц циклотрона относится к области ускорительной техники и мржет быть ис-. пользовано для измерения в цифровом 5 виде длительности наносекундных сгустков заряженных частиц циклических ускорителей, работающих как в импульсном, так и в непрерывном режимах. 10

Одной из важнейших характеристик ускоренного пучка при его использовании для время-пролетных экспериментов с нейтронами, а также при ускорении легких ионов с малым 15 энергетическим разбросом является мгновенная временная длительность сгустка заряженных частиц. Получение информации о длительности сгустка непосредственно с сигнально- 20 го электрода датчика пучка при его наносекундной длительности и применении стандартных измерительных приборов практически невозможно. Это связано с тем, что измерительные 25 приборы располагаются в пультовой на значительном расстоянии от циклотрона, что приводит к необходимости иметь тракт передачи сигнала черезвычайно высокой чувствительности и широкополосности. Поэтому, как правило, при таких измерениях используют принцип линейного преобра— зования временного масштаба периодически повторяющихся сигналов стробоскопическим методом, Известны устройства, которые используют указанный метод, позволяющий с помощью осциллографа визуально измерять длительность. сгустка заряженных частиц. преобразователь сигнала, построенный по принципу стробоскопического преобразования высокочастотного сигнала 1 j. В данном устройстве непосредственный отсчет преобразованной длительности измеряемого сигнала производится по низкочастотному осциллографу, прокалиброванному в преобразованном масштабе времени. Недостатками известного устройства являются, во-первых, длительный процесс обработки результатов измерений, который сводится к отсчету и вычислению длительности измеряемого сигнала оператором по шкале осциллографа, предварительно прокалиброванной с помощью эталонного интервала в преобразованном масштабе времени, во-вторых, низкая точность измерений, определяемая погрешностями отсчета и масштабирования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения фазы и фазовой длительности сгустка ионов.

Устройство состоит из схемы автосдвига стробимпульсов, включающей в себя генератор "быстрого" пилообразного напряжения и генератор

"медленного" пилообразного напряжения, выходы которых соединены с входом схемы сравнения, стробоскопического преобразователя, соединенного с сигнальным электродом и выходом схемы сравнения, схемы эталонной задержки, логического элемента ИЛИ с вспомогательным сигнальным электродом, схемы задержки (для временного сдвига относительно импульсов запуска имитационных сигналов при их стробировании), входа интервала преобразования, соединенного с входом генератора медленного" пилообразного напряжения, 1111б72

35 з входа запуска и выхода устройства (2 f.

Недостатками устройства является низкая точность измерений и длительный процесс обработки резуль5 татов измерений.

Целью .изобретения является повышение точности и сокращение времени измерения длительности сгустка заряженных частиц циклотрона.

Эта цель достигается тем, что в предложенное устройство для измерения длительности сгустка заряженных частиц циклотрона, содержащее схему автосдвига стробимпульсов, 15 высокочастотный вход которой связан с входом запуска устройства и входом схемы задержки, низкочастотный вход — с входом интервала преобразования, а выход — с входом строба первого стробоскопического преобразователя, сигнальный вход которого соединен с сигнальным электродом, и схему эталонной задержки, вход которой связан с выходом схемы задержки, введены два стробоскопических преобразователя, триггер, формирователи начала и конца интервала преобразования, генератор стабильной частоты, делитель частоты, 30 два логических элемента И, два счетчика, регистр памяти и установочный счетчик ° Входы стробов стробоскопических преобразователей подключены к выходу схемы автосдвига стробимпульсов., Сигнальный вход второго стробоскопического преобразователя связан с входом схемы эталонной задержки, а выход — с входом установки единицы триггера. Вход 40 установки нуля триггера соединен с выходом третьего стробоскопического преобразователя, сигнальный вход которого подключен к выходу схемы эталонной задержки, а выход — 45 ко второму входу первого логического элемента И, первый вход которого подсоединен через делитель частоты к выходу генератора стабиль ной частоты. Выход первого логичес- 50 кого элемента И связан с счетным входом первого счетчика, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля второго счетчика и выходом формирователя начала . интервала преобразования. Выходы разрядов первого счетчика подсоединены к информационным входам регистра памяти, вход перезаписи которого подключен к выходу формирователя конца интервала преобразования, вход которого связан с входом формирователя начала интервала преобразования и с входом интервала преобразования устройства. Выходы регистра памяти подсоединены к входам разрядов установочного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора ста-. бильной частоты, а выход — к входу записи и к первому входу второго логического элемента И, второй вход которого связан с выходом первого стробоскопического преобразователя. Выход второго логического элемента И подсоединен к счетному входу второго счетчика, выходы разрядов которого соединены с шинами чтения регистра памяти.

Принцип действия устройства измерения длительности сгустка заряженных частиц циклотрона заключается в том, что в реальном масштабе времени измеряется преобразованный с помощью стробоскопического преобразователя эталонный временной интервал. Результат измерений учитывается как весовой множитель при измерении в реальном масштабе времени преобразованной стробоскопическим методом длительности сгустка заряженных частиц циклотрона.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство состоит из схемы автосдвига стробимпульсов, выход которой соединен с входами стробов первого стробоскопического преобраэо» вателя 2, сигнальный вход которого подключен сигнальному электроду

3 второго стробоскопического преобразователя 4 и третьего стробоскопического преобразователя 5, триггера 6, вход установки единицы которого связан с выходом преобразователя

4, а вход установки нуля — с выходом преобразователя 5 схемы эталонной задержки 7 с выходом, подключенным к сигнальному входу преобразователя 5, схемы задержки 8, выход которой связан с сигнальным входом преобразователя 4 и входом схемы эталонной saдержки генератора стабильной частоты

9 — с выходом, подключенным через делитель частоты 10 к первому входу, 1111672 где N

55 первого логического элемента И 11 с BTopblM Входом, связянньIM с Выхо ,цом триггера, первого счетчика 12, счетный вход которого подсоединен к выходу элемента И 11, а выходы разрядов — к входам регистра памяти

13 с выходами, подключенными к соответствующим входам разрядов установочного счетчика 14. Счетный вход последнего соединен с выходом генератора стабильной частоты, а выХод, связанный с входом записи, с первым входом второго логического элемента И t5 с вторым входом, под соединенным к выходу преобразователя

2, второго счетчика 16, счетный вход которого подключен,к выходу элемента И 15, а вход установки нуля — к входу установки нуля первого счетчика и выходу формирователя 17 начала интервала преобразования, фор» мирователя конца интервала преобразования 18, выход которого связан с входом перезаписи регистра памяти, а вход — с входом формирователя начала интервала преобразования, низкочастотным входом схемы автосдвига стробимпульсов и входом 19 интервала преобразования устройства. Вход

20 запуска соединен с высокочастотным входом схемы автосдвига стробимпульсов и с входом схемы задержки. Нины чтения 21 подключены к выходам разрядов второго счетчика.

Устройство работает следующим образом.

На вход 20 запуска устройства поступают запускающие импульсы синхронно с напряжением ускоряющего высокочастотного поля циклотрона. На вход 19 интервала преобразования устройства подается сигнал, длительность которого при импульсном режиме работы циклотрона соответствует длительности макроимпульса ускорителя, а при непрерывном режиме работы циклотрона определяется длительностью импульса, поступающего от внешнего генератора. На сигнальный электрод 3 пролетающий пучок заряженных .частиц наводит сигнал, пропорциональный его длительности и интенсивности.

Во время действия интервала преобразования на входе 19 с выхода схемы 1 автосдвига стробимпульсов на входы стробов преобразователей

2, 4 и 5 поступают сдвигающиеся

5 !

0 !

50 во времени относительно запускающих импульсов стробимпульсы, которые обеспечивают линейное преобразование временного масштаба периодически повторяющихся сигналов на сигнальных входах преобразователей.

С выхода преобразователя 2 снимается преобразованный низкочастотный сигнал, характеризующий длительность и интенсивность пучка циклотрона. Схема задержки 8 осуществляет временной сдвиг поступающих на вход запуска импульсов, в результате чего с выходов преобразователей 4 и 5 соответственно на вход установки единицы и вход установки нуля триггера 6 подаются сдвинутые один относительно другого с помощью;схемы эталонной задержки

7 (время задержки выбирается из условия (Т где Т вЂ” период усат бч ч коряющего напряжения) и преобразованные низкочастотные сигналы.

На выходе триггера 6 формируется эталонный интервал, соответствующий длительности задержки в преобразованном масштабе времени. С выхода генератора стабильной частоты 9 поделенная в М раз делителем частоты 10 тактовая частота поступает,на вход элемента И 11, который деблокируется на время действия преобразованного эталонного интервала, поступающего с триггера 6. При этом с выхода элемента И 1 1 на счетный вход счетчика 12 поступают импульсь; поделенной частоты генератора стабильной частоты 9 в течение времени, определяемого длительностью преобразованного эталонного интервала. Установка счетчика 12 в нулевое состояние осуществляется каждый раз началом интервала преобразования импульсом, поступающим с выхода формироватепя 17. При этом длительность сосчитанного в реальном масштабе времени преобразованного эталонного временного интервала равна

Т =ЯТ К+ д- (1) коэффициент деления делителя частоты 10; количество импульсов, сосчитанных счетчиков 12, Т вЂ” период следования имо пульсов с выхода генератора 9

1111672 (2) Г1 = NTT0

Код, соответствующий этому временному интервалу, пропорционален коэф- 10 фициенту трансформации временного масштаба стробоскопического преобразования. С выходов разрядов счетчика 12 этот код переписывается в регистр памяти 13 импульсом, посту- !5 пающим на его вход перезаписи с выхода формирователя 18. Установочный счетчик 14 работает в режиме генерации временного интервала, т.е. с его выхода генерируется последо- 20 вательность импульсов, период которой определяется кодом, поступающим на его входы разрядов с регистра памяти 13 (работа установочного счетчика 14 в этом режиме осуществф %

ИЗм Эт— можно записать

М

1 (6) Подставляя в выражение (6) значения ия с " и сГ2 соответственно их формул (2) и (4), получим д 7 (Мк )

Относительная погрешность измерения устройства

35

%+к

Е-—

Мк

™ (<1

К+М

Км

d„ — абсолютная погрешность измерения длительности эталонного интервала, равная единице младшего разряда первого счетчика ляется за счет подачи выходного импульса на вход записи). На первый вход элемента И 15 с выхода счетчика 14 поступают тактовые импульсы, период которых равен 7 = К Т,, куда весовым множителем входит число К . На выходе элемента И 15 тактовые импульсы появляются на время, в течение которого этот элемент деблокирован по второму его входу измеряемым импульсом, поступающим с преобразователя 2 сигнала пучка ° Установка счетчика

16 в нулевое состояние осуществляется каждый раз началом интервала пре- 40 образования импульсом, поступающим с выхода формирователя 17. Импульсы с выхода элемента И 15 подсчитываются счетчиком 16, а полученная инфорМация, соответствующая длитель- 45 ности сгустка заряженных частиц циклотрона,выводится на шины чтения

21. Измеренная в реальном масштабе времени величина преобразованной длительности сгустка заряженных 50 частиц равна

7ивм=К7, M+ 2, (9) где М вЂ” количество импульсов, сос- 55 читанных счетчиком 16; de — абсолютная погрешность измерения длительности сгустка заряженных частиц, равная единице младшего разряда второго счетчика о2 =кто (4)

Подставляя в выражение (3) значение К из формулы (1), получим

T =,И7 97 "+,Г= — 7 + — /+К

4 М

ИЬм о 7 — 2 Зт 1 2 о

Запишем последнее выражение в вигде o y — абсолютная погрешность измерения устройства.

Несколько завышая ее значение, 2.

М

7 или после подставки значения 7 из формулы (1) Исходя из принципа действия устройства измерения длительности сгустка заряженных частиц циклотрона, для его эффективной работы период следования импульсов с выхода генератора стабильной частоты должен выбираться по возможности малой величины (в практических случаях используется кварцевый генератор высокой частоты), а коэффициент деления H делителя частоты— большой величины. В этом случае количество импульсов, сосчитанных первым и вторым счетчиками, будет достаточно велико, поэтому всегда справед ливо неравенство

1111672!

Составитель Л.З зин

Редактор Л. Утехина Техред Ж.Кастелевич Корректор И ° ЗРдейи

Заказ 7025/2 Тираж 793 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Полагая, к примеру, К = М= 100, получаем Я = 2X., K = iH= 500 — Я = 0,47 и т.д, Изобретение позволит существенно сократить времяизмерения длительности сгустка заряженныхчастиц циклотрона.