Способ многоканального измерения моментов времени регистрации событий и устройство "квантохрон" для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения моментов времени регистрации событий в ядерно-физическом и астрофизическом экспериментах. Устройство многоканального измерения моментов времени регистрации событий содержит схему ИЛИ, тактовый генератор, тактовый счетчик, коммутатор, формирователь запросов, кониусный генератор, формирователь сигналов "Сброс", счетчик событий, дешифратор, формирователь сигналов "Пуск-стоп", три нониусных счетчика, формирователь сигналов "Запись", три ячейки запоминающего устройства. 2 с. п. ф-лы, 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к физике, в частности к способу измерения моментов времени регистрации событий в ядерно-физическом и астрофизическом экспериментах.

В ядерно-физическом эксперименте распространен способ и аппаратура многоканального измерения временных интервалов между регистрируемыми событиями (Цитович А. П. Ядерная радиоэлектроника. М. : Наука, 1967, с. 288). Последовательное измерение временных интервалов между каждыми соседними событиями, регистрируемыми по N независимым каналам, приводит к необходимости организации N² каналов для сортировки временных интервалов. При этом каждый временной интервал измеряется с определенной точностью, а при их суммировании происходит потеря точности фиксации текущего времени. Аппаратура непосредственного измерения временных интервалов оказывается сложной, наращивание числа каналов поступления событий затруднено.

Наиболее близким техническим решением является способ непосредственного измерения моментов времени поступления событий по N независимым каналам (Пимонов А. А. Система счета фотонов. Сообщения Спец. астрофиз. обсерв. , 1979, N 25, с. 31). Такой способ дает выигрыш по числу необходимых каналов в N раз, обеспечивает постоянство точности измерения текущего времени на протяжении всего цикла измерений. При этом временные интервалы между зарегистрированными событиями могут быть легко определены при дальнейшей математической обработке исходного массива данных. Способ основан на том, что в момент поступления импульса от зарегистрированного события производится запись текущего состояния двоичных часов и номера канала, по которому поступили события, в запоминающее устройство, откуда затем накопленные данные передаются в ЭВМ для дальнейшей математической обработки.

Известное устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит задающий генератор, двоичные часы, запоминающее устройство и блок управления. Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают диспетчеризацию входных и выходных потоков, т. е. при превышении количества принимаемых событий над количеством ячеек памяти за время передачи данных в ЭВМ происходит потеря ранее записанных событий и этот факт нигде не регистрируется, что приводит к появлению неустранимых искажений статистических результатов. Кроме того, последовательное считывание с одного работающего без остановок счетчика в память устройства приводит к трудностям достижения высокого временного разрешения из-за невозможности избежания считывания информации в моменты изменения состояний счетчика.

Целью изобретения является измерение моментов времени регистрируемых событий, поступающих по многим параллельным каналам, с высоким временным разрешением и точностью на длительном интервале.

Цель достигается тем, что в основу описываемого способа положен принцип нониусных измерений, в котором для получения высокого разрешения и точности измерения на протяженном временном интервале используются две шкалы. Одна - основная, обеспечивающая измерение на протяженном интервале, но с грубой ценой деления.

Вторая - нониусная, обеспечивающая высокое разрешение и точность измерения на коротком промежутке между соседними делениями основной шкалы. Совмещение двух шкал позволяет решить поставленную задачу.

В устройстве цель достигается тем, что основная шкала меток времени, называемая далее тактовой, формируется низкочастотным тактовым генератором, к которому подключен тактовый счетчик. Нониусная шкала меток времени формируется высокочастотным нониусным генератором. Выбрав частоту нониусного генератора, кратную тактовой, получаем совмещенную шкалу меток времени.

Сопоставительный анализ описываемых решений с прототипом показывает, что способ отличается от прототипа тем, что формируется нониусная шкала меток времени высокочастотным нониусным генератором, с выхода которого импульсы-метки поступают параллельно на счетные входы нескольких нониусных счетчиков. Перед началом измерения одновременно обнуляются все нониусные счетчики и начинается счет нониусных меток времени, а при регистрации поступающих событий нониусные счетчики поочередно останавливаются, что позволяет измерить моменты времени поступления всех событий, начиная с заданного "нулевого". Число событий, для которых могут быть измерены моменты времени регистрации между соседними тактовыми метками, лимитировано числом нониусных счетчиков. Интервал между двумя соседними нониусными метками определяет временное разрешение, а между тактовыми нониусными метками определяет временное разрешение, а между тактовыми - длительность (такта) измерения нониусных счетчиков. Точность измерения определяется стабильностью частот нониусного и тактового генераторов. Перед началом всего процесса измерения обнуляется тактовый счетчик, который затем подсчитывает тактовые метки, а показания снимаются и передаются в ЭВМ как с тактового, так и с нониусных счетчиков по окончании каждого такта измерения.

Сравнение описываемых технических решений с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии их критерию "новизна". Известны технические решения, в которых измеряются моменты времени поступления событий, но избежать считывания информации в моменты изменения состояний счетчика в них не удавалось. Это достигается в описываемых технических решениях и появляется возможность фиксировать общее количество событий, поступивших в течение каждого такта. При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие описываемые изобретения от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемым техническим решениям соответствие критерию "существенные отличия". Синхронно с измерением моментов времени в описываемом способе фиксируются и номера каналов, по которым поступают события. Обозначив соответственно каналы, по которым в данный момент времени поступают события за "1", а по которым нет - за "0", и записав их в соответствующие ячейки оперативного запоминающего устройства, получим необходимую информацию о каждом зарегистрированном событии. Примерный вид фиксируемых данных представлен в таблице.

Зафиксированные данные передаются в ЭВМ для дальнейшей математической обработки. Во время передачи данных состояния счетчиков и ячеек оперативного запоминающего устройства должны быть неизменными, а процесс измерения необходимо продолжать.

Реализуется это наличием в "Квантохроне" второй, идентичной первой, части устройства, в которой продолжается процесс измерения, в то время как из первой уже накопленные данные передаются на ЭВМ. Части эти названы соответственно линейками "1" и "2".

Описываемый способ дает возможность исследовать статистические характеристики потоков событий, поступающих по многим каналам, с высоким временным разрешением и точностью на длительных временных интервалах за счет формирования нониусной шкалы меток времени и параллельного поступления импульсов-меток на счетные входы нескольких нониусных счетчиков.

Сущность изобретения поясняется блок-схемой.

Блок-схема содержит схему ИЛИ 1, тактовый генератор 2, тактовый счетчик 3, коммутатор 4 линеек, формирователь 5 запросов на обслуживание ЭВМ, нониусный генератор 6, формирователь 7 сигналов "Сброс", счетчик 8 событий, дешифратор 9 номера события, формирователь 10 сигналов "Пуск-стоп", нониусные счетчики 11,12,13 - соответственно 1,2,3, формирователь 14 сигналов "Запись", ячейки запоминающего устройства 15,16,17 - соответственно 1,2,3.

В таблице представлен примерный вид фиксируемых данных описываемым способом.

Способ осуществляется следующим образом. После включения по команде из ЭВМ обнуляется тактовый счетчик 3, который затем сосчитывает первый тактовый импульс, поступивший с выхода тактового генератора 2. Этот же импульс, поступив на вход коммутатора 4 линеек, устанавливают первую линейку в режим измерения, а вторую - в режим передачи данных ЭВМ. В первой линейке при этом происходит обнуление счетчика 8 событий и всех нониусных счетчиков 11,12,13. Формирователь 10 сигналов "Пуск-стоп" выдает сигнал "Пуск" на входы управления всех нониусных счетчиков первой линейки, и они одновременно начинают счет импульсов, поступающих с выхода нониусного генератора 6. Счетчик событий получает сигнал разрешения за счет событий, поступающих на его вход с выхода схемы ИЛИ 1. Как только на любой из N входов схемы ИЛИ поступает сигнал наличия события, он появится на ее выходе и будет сосчитан счетчиком 8 событий. На выходе счетчика событий установится код "1". Этим кодом через дешифратор 9 и формирователь 10 сигналов "Пуск-стоп" вызывается формирование сигнала "Стоп" для первого нониусного счетчика, а формирователем сигналов "Запись" выдается сигнал на запись входной кодовой комбинации в первую ячейку оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) в виде нулей и единиц (таблица). При поступлении сигнала о втором событии он, аналогично первому, сосчитывается счетчиком событий, на выходе которого устанавливается код "2". В результате происходит остановка второго нониусного счетчика и запись входной кодовой комбинации во вторую ячейку ОЗУ. Все последующие события 3,4,5 и т. д. приводят к остановке соответствующих нониусных счетчиков и записи входных кодов в соответствующие ячейки ОЗУ.

В итоге во временном промежутке между двумя соседними тактовыми метками фиксируются времена регистрации событий и номера каналов, по которым эти события произошли. Второй импульс тактовой метки времени, аналогично первому, сосчитывается тактовым счетчиком и переключает первую линейку в режим передачи данных в ЭВМ, а вторую - в режим измерения. Таким образом в ЭВМ записываются данные о содержании тактовых часов, нониусных счетчиков, счетчика событий и ячеек ОЗУ первой линейки, в то время как во второй линейке осуществляется измерение и т. д. Описываемые способ и устройство дают возможность исследовать статистические характеристики истоков событий, поступающих по многим каналам, с высоким временным разрешением и точностью на длительных временных интервалах.

Формула изобретения

1. Способ многоканального измерения моментов времени регистрации событий, заключающийся в фиксации и запоминающем устройстве номеров каналов, по которым поступили события, и одновременном измерении моментов времени их регистрации с помощью двоичных часов, отличающийся тем, что, с целью получения высокого временного разрешения на длительном интервале, осуществляется формирование тактовых и нониусных меток времени, подсчитываемых соответственно тактовым и группой нониусных счетчиков, которые одновременно сбрасываются и запускаются для подсчета нониусных меток времени по тактовой метке, останавливаясь поочередно по мере поступления событий.

2. Устройство многоканального измерения моментов времени регистрации событий, содержащее запоминающее устройство, двоичные часы и узел управления устройством и передачей данных в ЭВМ, отличающееся тем, что двоичные часы состоят из тактового генератора и подключенного к нему тактового счетчика нониусного генератора с подключенными к нему двумя идентичными группами нониусных счетчиков со схемами управления этими счетчиками, включающими в себя формирователи сигналов "Сброс" и "Пуск-стоп", а также двух идентичных счетчиков событий и двух запоминающих устройств, образующих соответственно первую и вторую линейки с общими для них коммутатором и схемой ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2