Генератор пуассоновского импульсного потока

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как генератор пуассоновского импульсного потока. Достигаемый технический результат - расширение диапазона формирования импульсов, адекватных сигналам ионизационной камеры. Генератор пуассоновского импульсного потока содержит k+1 запоминающих устройств, блок сравнения, k цифроаналоговых преобразователей, схему управления, регистр, счетчик, селектор, k формирователей колокообразных импульсов, сумматор, преобразователь напряжение - ток и генератор тактовых импульсов. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как генератор пуассоновского импульсного потока с параметрами импульсов, адекватными или близкими параметрам сигналов ионизационной камеры.

Известен генератор квазипуассоновского импульсного потока [1], содержащий генератор импульсов, генератор псевдослучайных, равномерно распределенных чисел, схему сравнения, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, элементы И-НЕ, одновибратор, управляемый ключ, преобразователь напряжение-частота, элемент задержки и реверсивный счетчик.

Недостатком такого генератора является то, что он не позволяет как задавать произвольные распределения амплитуд и интервалов, так и независимо регулировать интенсивность (среднюю частоту) следования импульсов.

Известен генератор квазипуассоновского импульсного потока [2], состоящий из генератора импульсов, генератора псевдослучайных, равномерно распределенных чисел, первого и второго запоминающих устройств, блока сравнения, первого и второго элементов задержки, регистра, цифроаналогового преобразователя, счетчика, первого и второго элементов И-НЕ, третьего элемента задержки, одновибратора и управляемого ключа.

Недостатком такого генератора является то, что он имеет низкое значение максимальной интенсивности импульсов (не более 2·10⁴ с^-1), не обеспечивает формирование наложенных импульсов, а распределение числа появлений импульсов существенно отличается от пуассоновского, а именно, отношение математического ожидания к среднеквадратическому отклонению равно ≈0,52.

Задачей изобретения является создание генератора пуассоновского импульсного потока, обеспечивающего возможность формирования k наложенных импульсов и повышения максимальной интенсивности формируемых импульсов.

Результатом использования изобретения является расширение диапазона формирования импульсов, адекватных сигналам ионизационной камеры.

Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, первое запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, второе запоминающее устройство, регистр, блок сравнения, счетчик, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со входом счетчика, а выход второго запоминающего устройства соединен со входом регистра, дополнительно введены: схема управления, селектор, k формирователей колоколообразных импульсов, k-1 дополнительных запоминающих устройств, k-1 дополнительных цифроаналоговых преобразователей, сумматор и преобразователь напряжение - ток. При этом предлагается между указанными блоками осуществить следующие связи. Вход схемы управления соединить с магистралью ISA компьютера. Первые k выходов схемы управления соединить с первым входом первого и первыми входами k-1 дополнительных запоминающих устройств, а последний выход схемы управления подключить к первому входу второго запоминающего устройства. Выход регистра соединить с первым входом блока сравнения, к второму входу которого подключить выход счетчика. Выход блока сравнения соединить со вторым входом счетчика, вторым входом второго запоминающего устройства и со входом селектора. К выходов селектора предлагается подключить к второму входу первого и вторым входам k-1 дополнительных запоминающих устройств. Выход первого запоминающего устройства через первый цифроаналоговый преобразователь и первый формирователь колоколообразных импульсов подключить к первому входу сумматора, а выход каждого из k-1 дополнительных запоминающих устройств соединить с входом своего цифроаналогового преобразователя.

Выход каждого из k-1 цифроаналоговых преобразователей через свой формирователь колоколообразных импульсов подключить к соответствующему входу сумматора. И, наконец, выход сумматора соединить с преобразователем напряжение - ток. Выход преобразователя напряжение - ток является выходом генератора пуассоновского импульсного потока.

Признаки, отличающие предлагаемый генератор от прототипа, - наличие схемы управления, селектора, k формирователей колоколообразных импульсов, k-1 цифроаналоговых преобразователей, k-1 дополнительных запоминающих устройств, сумматора и преобразователя напряжение - ток - обуславливают увеличение быстродействия в части максимальной величины формируемых интенсивностей, за счет того, что числа, записанные во все запоминающие устройства, сформированы заранее и, тем самым, исключаются аппаратные задержки, вызванные формированием необходимых сигналов.

На фиг.1 приведена схема генератора пуассоновского импульсного потока, где 1 - генератор тактовых импульсов, 2 - схема управления, 3.1 - первое запоминающее устройство, 3.2-3.k - дополнительные запоминающие устройства, 4.1-4.k - цифроаналоговые преобразователи, 5.1-5.k - формирователи колоколообразных импульсов, 6 - сумматор, 7 - преобразователь напряжение - ток, 8 - второе запоминающее устройство, 9 - регистр, 10 - блок сравнения, 11 - счетчик, 12 - селектор.

На фиг.2 приведена временная диаграмма, поясняющая работу генератора пуассоновского импульсного потока.

Поясним назначение отдельных блоков предлагаемого генератора.

Запоминающие устройства 3.1-3.k используются для записи массива N некоррелированных двоичных чисел с нормальным законом распределения. Во второе запоминающее устройство 8 записываются N некоррелированных двоичных чисел с пуассоновским распределением.

Выход генератора тактовых импульсов 1 подключен к первому входу счетчика 11. Первые k выходов схемы управления 2 соединены с первыми входами запоминающих устройств 3.1-3.k, выходы которых подключены к соответствующим входам цифроаналоговых преобразователей 4.1-4.k. Каждый цифроаналоговый преобразователь 4.1-4.k связан со своим формирователем 5.1-5.k колоколообразных импульсов, выходы каждого формирователя 5.1-5.k подключены к соответствующим входам сумматора 6, соединенного последовательно с преобразователем 7 напряжение - ток. Выход преобразователя 7 напряжение - ток является выходом генератора пуассоновского импульсного потока.

Последний выход схемы управления 2 подключен к первому входу второго запоминающего устройства 8, выход запоминающего устройства 8 через регистр 9 соединен с первым входом блока сравнения 10, второй вход которого связан с выходом счетчика 11. Выход блока сравнения 10 соединен со вторым входом счетчика 11, вторым входом запоминающего устройства 8 и входом селектора 12. Выходы селектора 12 подключены ко вторым входам запоминающих устройств 3.1-3.k.

Генератор работает следующим образом.

Перед началом работы в запоминающие устройства 3.1,...3.k через магистраль ISA и схему управления 2 записывается массив N некоррелированных двоичных чисел с нормальным законом распределения. Причем, в частном случае при N=2ⁱ и k=2^j, где ij=1, 2, 3,... - целые числа, в запоминающие устройства записываются числа: в 3.1 записываются 1, k+1, 2k+1,...,N-k+1; в 3.2-2, k+2, 2k+2,..., N-k+2; в 3.k-k, 2k, 3k,...N.

Во второе запоминающее устройство 8 записываются N некоррелированных двоичных чисел с пуассоновским распределением.

По окончании записи, по сигналу схемы управления 2 в регистр 9 из запоминающего устройства 8 загружается первое двоичное число, а на счетчик 11 поступают с генератора тактовых импульсов 1 тактовые импульсы с частотой f и счетчик 11 перебирает все кодовые комбинации. В момент совпадения числа счетчика 11 с числом, записанным в регистре 9, на выходе блока сравнения 10 формируется сигнал, который поступает одновременно на второй вход счетчика 11, тем самым устанавливая его в исходное состояние и подготавливая к следующему счету; на вход селектора 12 и на второй вход второго запоминающего устройства 8, тем самым разрешая считывание второго числа. Работа генератора повторяется до тех пор, пока из второго запоминающего устройства 8 не будут считаны все N чисел и, таким образом, на выходе блока сравнения 10 будет сформировано N последовательных импульсов, которые поступают на селектор 12. Селектор 12 формирует k параллельных сигналов, по которым из запоминающих устройств 3.1,...,3.k последовательно во времени осуществляется считывание кодов, соответствующих амплитудам формируемых импульсов, которые поступают на вход соответствующих цифроаналоговых преобразователей 4.1-4.k. Импульсы с выходов цифроаналоговых преобразователей 4.1-4.k поступают на формирователи 5.1-5.k, на выходе которых формируются колоколообразные импульсы, идентичные по форме импульсам ионизационной камеры.

С выходов формирователей 5.1-5.k импульсы поступают на соответствующие входы сумматора 6, с выхода которого результирующий импульс поступает на преобразователь 7 напряжение - ток.

Таким образом, на выходе преобразователя 7 величина заряда преобразованного импульса соответствует величине заряда импульса ионизационной камеры.

На фиг.2 приведена временная диаграмма, поясняющая работу устройства для случая j=2 (при аппаратурной реализации данного генератора было принято i=28 и j=2).

Средняя длительность интервала времени Т_CP следования импульсов на выходе блока сравнения 10 определяется заданным в процессе записи во второе запоминающее устройство 8 набором двоичных чисел и тактовой частотой f, а интенсивность (средняя частота) f_CP на выходе равна f_CP=1/Т_CP.

Длительность импульсов на выходе формирователей 5.1-5.k составляет 120 нc и, следовательно, на выходе схемы сравнения 10 при уменьшении интервала между импульсами менее 120 нс, на выходе сумматора происходят двух-, трех- и т.д. кратные наложения импульсов, адекватные наложениям импульсов в ионизационной камере, что при указанных выше числах соответствует реальным уровням загрузки 10⁷ имп/с.

Таким образом, предлагаемый генератор пуассоновского импульсного потока позволяет обеспечить формирование импульсов, адекватных сигналам с ионизационной камеры в широком диапазоне с заданной средней частотой, формирование наложений заданного k числа импульсов и Пуассоновское распределение числа появлений импульсов - отношение математического ожидания к среднеквадратическому отклонению, равное 1,01.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU №1195432, Н 03 К 3/84, 1984.

2. Авторское свидетельство SU №1274129, Н 03 К 3/84, 1986 (прототип).

Генератор пуассоновского импульсного потока, содержащий генератор тактовых импульсов, первое и второе запоминающие устройства, блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, регистр и счетчик, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетчиком, а выход второго запоминающего устройства соединен с входом регистра, отличающийся тем, что в него дополнительно введены схема управления, селектор, k формирователей колоколообразных импульсов, k-1 цифроаналоговых преобразователей, k-1 дополнительных запоминающих устройств, сумматор и преобразователь напряжение - ток, причем вход схемы управления соединен с магистралью ISA компьютера; первые k выходов схемы управления соединены с первым входом первого запоминающего устройства и первыми входами k-1 дополнительных запоминающих устройств, а последний выход схемы управления соединен с первым входом второго запоминающего устройства; выход регистра соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом счетчика; выход блока сравнения соединен со вторым входом счетчика, вторым входом второго запоминающего устройства и со входом селектора; выходы селектора подключены ко второму входу первого запоминающего устройства и вторым входам k-1 дополнительных запоминающих устройств; выходы первого и каждого из k-1 дополнительных запоминающих устройств соединены с входами своего цифроаналогового преобразователя, выход каждого цифроаналогового преобразователя соединен с входом своего формирователя колоколообразного импульса, выход каждого формирователя колоколообразного импульса соединен с соответствующим входом сумматора, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение - ток; выход преобразователя является выходом генератора пуассоновского импульсного потока.