Устройство с позиционно-чувствительными детекторами для определения координаты электронной лавины

 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с коллектором, осуществляющим пропорциональное координате электрическое или неэлектрическое деления заряда поступающей на .него электронной лавины, и может использоваться в координатно-чувствительных детекторах на микроканальных пластинах. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. При достижении сигналом на выходе второго операционного усилителя порогового значения запускается второй формирователь, выходным сигналом которого триггер переводится в состояние логической единицы, .при этом закрывается ключ и конденсатор разряжается через преобразователь напряжение - ток. Напряжение с выхода конденсатора поступает на второй вход первого компаратора ,с которым сравнивается напряжение с выхода первого операционного усилителя. При равенстве этих напряжений появляется сигнал на выходе первого компаратора, запускается первый формирователь , выходным сигналом обнуляется триггер и прекращается счет в счетчике импульсов . Таким образом, длительность импульса на выходе триггера пропорциональна координате электронной лавины, что позволяет повысить быстродействие устройства. 2 ил. . Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4803643/25 (22) 20.03.90 (46) 07.02.92, Бюл. М 5 (71) Белорусский государственный университет им. В.И.Ленина (72) Е.В.Новиков, П.В.Пажитных, И.П.Стецко и В.А.Чудовский (53) 621.387.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1394185, кл. 6 01 Т 1/20, 1988.

Pursche M. et all. An improved quadrant

anode image sensor with microchannel pfates.—

Nuclear Instruments and Methods 1n PIystcs

Research, 1987, А261, М 3, р.537 — 539.

Chauvet G. et all. Simple electronic device

for position sensitive detectors in VVV

spectrometry. — Revlev of scientific

Instruments, 1987, ч.56, М 2, р.197 — 201. (54) УСТРОЙСТВО С ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ДЕТЕКТОРАМИ ДЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАВИНЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с коллектором, осуществляющим пропорциональное координате электрическое или неэИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с коллектором, осуществляют пропорциональное координате электрическое или неэлектрическое деление заряда поступающей на него электронной лавины и может использоваться в координатно-чувствительных детекторах на микроканальных пластинах.

Известен сцинтилляционный координатно-чувствительный детектор, содержащий сцинтиллятор, два ФЭУ, два,, ЫÄÄ 1711108 А1 (st)s G 01 Т 1/208, Н 01 J 49/00 лектрическое деления заряда поступающей на.него электронной лавины, и может использоваться в координатно-чувствительных детекторах на микроканальных пластинах. Цель изобретения — повышение быстродействия устройства. При достижении сигналом на выходе второго операционного усилителя порогового значения запускается второй формирователь, выходным сигналом которого триггер переводится в состояние логической единицы,,при этом закрывается ключ и конденсатор разряжается через преобразователь напряжение — ток. Напряжение с выхода конденсатора поступает на второй вход первого компаратора,с которым сравнивается напряжение с выхода первого операционного усилителя. При равенстве этих напряжений появляется сигнал на выходе первого компаратора, запускается первый формирователь, выходным сигналом обнуляется триггер и прекращается счет в счетчике им- Я пульсов. Таким образом, длительность импульса на выходе триггера пропорциональна координате электронной лавины, что позволяет повысить быстродействие устройства. 2 ил. интегратора, два формирователя и времяамплитудный преобразователь, Данный детектор имеет невысокое быстродействие.

Известно устройство для определения координаты, содержащее два зарядочувствительных усилителя, два аналогоцифровых преобразователя и ЭВМ, Данное устройство сложно и имеет невысокое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является устройство для определения координаты электронной ла. 1711108

10

35 вины, содержащее два зарядочувствительных усилителя, два операционных усилителя, два коллйматора, два формирователя, триггер, счетчик, генератор опорной частоты, блок ввода-вывода и микропроцессор, Недостатками устройства являются высокая сложность и недостаточное быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения координаты электронной лавины, содержащее первый и второй зарядочувствительные усилители, входы которых являются входами устройства, источник постоянного напряжения, источник опорного напряжения, два операционных усилителя, два компаратора, два формирователя, триггер, счетчик импульсов, генератор импульсов, причем выход первого зарядочувствительного усилителя соединен с первыми входами обоих операционных усилителей, выход второго зарядочувствительного усилителя соединен с вторым входом второго операционного усилителя, выход источника постоянного напряжения соединен с вторым входом первого операционного усилителя, выход первого операционного усилителя соединен с-первым входом первого компаратора, выход второго операционного усилителя соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход первого компаратора соединен с âõîдом первого формирователя, выход второго компаратора соединен с входом второго формирователя, выход первого формирователя соединен с управляющим входом триггера, выход второго формирователя соединен с обнуляющими входами счетчика импульсов, выход генератора опорной частоты соединен с тактовым входом триггера и счетным входом счетчика импульсов, введены ключ, конденсатор, блок задержки и преобоазователь напряжение — ток, подключеиный входом к выходу второго операционного усилителя и выходом к второму входу первого компаратора и к первым выводам ключа и конденсатора, вторые выводы которых подсоединены к выходу источника постоянного напряжения, выход триггера подсоединен к управляющему sxopy ключа и входу блока задержки; выход которого соединен с входом разрешения ячета счетчика импульсов.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства с позиционно-чувствительными детекторами для определения координаты электронной лавины; на фиг.2— временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит (фиг,1) зарядочувствительные усилители 1 и 2, операционные усилители 3 и 4, источник 5 постоянного напряжения, первый компаратор 6, конденсатор 7, ключ 8, преобразователь 9 напряжение — ток, второй компаратор 10, формирователи 11 и 12, триггер 13, генератор 14 импульсов, блок 15 задержки, счетчик

16 импульсов и источник 17 опорного напряжения. Выход первого зарядочувствительного усилителя 1 соединен с первыми входами операционных усилителей 3 и 4.

Выход второго зарядочувствительного усилителя 2 соединен с вторым входом второго операционного усилителя 4, а выход источника 5 постоянного напряжения — с вторым входом первого операционного усилителя 3, выход которого соединен с первым входом первого компаратора 6. Выход второго операционного усилителя 4 соединен с первым входом второго компаратора 10, второй вход которого подключен к выходу источника 17 опорного напряжения.

Преобразователь 9 напряжение — ток подсоединен входом к выходу второго операционного усилителя 4 и выходом к второму входу первого компаратора 6 и выходу источника 5. постоянного напряжения через конденсатор 7. шунтируемый ключом 8, управляющий вход которого соединен с выходом триггера.1 3.

Выходы компараторов 6 и 19 соединены с выходами формирователей 11 и 12 соответственно. Выход nepeoro формирователя

11 соединен с управляющим входом триггера 13, а выход второго формирователя 12— с обнуляющими входами триггера 13 и счетчика 16.

Выход генератора 14 соединен с тактовым входом триггера 13 и с счетным входом счетчика 16. Выход триггера 13 через блок

15 задержки соединен с входом "Разрешеwe счета" счетчика 16. Выходы последнего являются выходами устройства, Устройство работает следующим образом, Заряд электронной лавины, попадающей на анод, делится (электрически или "механически") на две части Qa и Qb, поступающие соответственно на входы устройства. Зарядочувствительные усилители

1 и 2 преобразуют эти сигналы в зкспокенциальные напряжения (позиции 18 и 19, фиг.2) A(t) и B(t) вида

A(t) -(О./С) exp (-t/RC), B(t) - (Qb/Ñ) ехр (-t/RC), 1711108

25!

40

50 где Qa u Qb — части электронной лавины, поступающие на первый и второй входы устройства;

A(t), B(t) — сигнал на выходе соответственно первого 1 и второго 2 зарядочувствительных усилителей;

RC — постоянная времени зарядочувствительного усилителя 1 и 2;

С вЂ” величина емкости интегрирующего конденсатора зарядочувствительного усилителя.

Ка выходе первого операционного усилителя 3 действует сигнал

Sg(t) = $ь - B(t) = Sb - (Оь/С) ехр (-t/RC), (2) где $ь — выходное напряжение источника 5 постоянного напряжения.

На выходе второго операционного усилителя 4 сигнал S4(tj описывается (позиция

20, фиг,2) соотношением

S<(t) = ((Оа + Оь)/Cj ехр ("1/RC).

Ток Ig на выходе преобразователя 9 напряжение — ток имеет вид

19 = $4(t)/Rg {((Оа +

+Оь)/с) ехр -t/RC))/Rg, где Rg — коэффициент преобразования преобразователя 9.

В момент пересечения сигналом $а порогового напряжения U«p сигнал с выхода второго компаратора 10 (позиция 21, фиг.2) запускает второй формирователь 12, сигнал с выхода которого совместно с сигналом генератора 14 переводит триггер 13 в состояние логической единицы, Сигнал с выхода триггера 13 (позиция 22, фиг.2) закрывает ключ 8, и конденсатор 7 начинает разряжаться через преобразователь 9 по закону

0 (т) = Ss - Ig(t) т/С7 = $а()с/Й9С7 =

= $5 - f(Qa - Qb)/C) (t/RgCT) ехр (-1/RC), где u (t) — напряжение иа конденсаторе 7;

CT — емкость конденсатора T.

Напряжение Uz(t) с выхода конденсатора 7(позиция 24, фиг.2) поступает на второй вход первого компаратора 6, на первый вход которого поступает напряжение $ф) (позиция 23, фиг.2) с выхода первого операционного усилителя 3. В момент ц равенства напряжений Ugt) и Sgt) первый компаратор 6 срабатывает (позиция 25, фиг.2) и сигнал с его выхода запускает первый формирователь 11, импульс с выхода которого (позиция 26, фиг.2) совместно с сигналом генератора 14 (позиция 27,.фиг.2) переводит триггер 13 в состояние логического нуля.

Таким образом, на счетный вход счетчика 16 импульсы с выхода генератора 14 (позиция 27, фиг.2) поступают в течение времени t> (позиция 28, фиг.2). Рассмотрим соотношение

Upton) - $з(1). (4) С учетом (2) или (3) выражение (4) и римет вид

$5({Оа+ Qb)/C)(t1/RC) exp (-ЫйС)- $ь - (Qb/Ñ) ехр (-tt/RC), где t1 — время, в течение которого на счетный вход счетчика 16 поступают импульсы с выхода генератора 14, откуда получаем (О. + Оь) о /RgCy = Оь или

ti = й9С7Оь/(Qb+ Qa) - X>RgCTП., (5) где X> — относительная координата электронной лавины на поверхности детектора, т.е. длительность импульса на выходе.триггера 13 пропорционально отношению

Оь/(ба+ Оь) (относительной координате Х1 электронной лавины на поверхности детектора) с коэффициентом преобразования

I /RgC7, где L — длина коллектора детектора.

Использование изобретения позволит повысить быстродействие, поскольку измерение координаты осуществляется на интервале времени между передним и задним фронтами сигналов, при этом отпадает необходимость вычисления экспоненты от результата измерения временного интервала.

Формула изобретения

Устройство с позиционно-чувствительными детекторами для определения координаты электронной лавины, содержащее два зарядочувствительных усилителя, входы которых являются входами устройства, два операционных усилителя, два компаратора, два формирователя, триггер, счетчик импульсов, выход которого является выходом устройства, источник опорного напряжения, источник постоянного напряжения и генератор импульсов, выход которого соединен с тактовым входом триггера и со счетным входом счетчика импульсов, выход первого зарядочувствительного усилителя соединен с первыми входами первого и второго операционных усилителей, выход второго зарядочувствительного усилителя подсоединен к второму входу второго операционного усилителя, первый операционный усилитель подсоединен вторым входом к выходу источника постоянного напряжения и выходом — к первому входу первого компаратора, выход которого соединен с входом первого формирователя, подключенного выходом к управляющему входу триггера, выход второго операционного усилителя соединен с первым входом второго компаратора, подключенного вторым входом к выходу источника опорного напряжения и выходом — к входу второго формирователя, выход которого соединен с обнуляющими входами триггера и счетчика, 1711108

Фиг.

Редактор И. Горная

1 Составитель В. Костюхин

Техред М.Моргентал Корректор М. Кучерявая

Заказ 338 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Е т л и ч a e щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены ключ, конденсатор, блок задержки и преОбразователь напряжение — ток, подключенный входом к выходу второго

Операционного усилителя и выходом — к второму входу первого компаратора и к первым выводам ключа и конденсатора, вторые выводы которых подсоединены к выходу источника постоянного напряжения, выход триггера подсоединен к управляющему вхо5 ду ключа и к входу блока задержки, выход которого соединен с входом разрешения счета счетчика импульсов.