Счетчик фотонов - Физика и энергетика курсовая работа

Главная

Физика и энергетика
Счетчик фотонов

Свет как основной источник информации об астрономических объектах и измерение. Знакомство с распространенными методами исследования точечных астрономических объектов. Рассмотрение основных параметров и конструктивных особенностей счетчиков фотонов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
свет астрономически й счетчик фотон
где n c =k 1 k 2 k 3 n фэ - количество сигнальных импульсов на выходе регистрирующей аппаратуры;
n фэ - число фотоэлектронов, эмитированных фотокатодом;
k 1 k 2 k 3 - коэффициенты соответственно сброса электронов на первый динод, потерь сигнальных импульсов вследствие флуктуации коэффициента вторичной фотоэмиссии и пролета части электронов мимо динодов.
Эти коэффициенты зависят от конструкции электродов входной камеры, приложенного к этим электродам напряжения и зоны засветки фотокатода. Влияние на эффективность регистрации фотонов оказывает эффект пролета части умножаемых электронов мимо динодов, причем наиболее существенен вклад пролета фотоэлектронов мимо первого динода на второй. Эффект пролета электронов характеризуется коэффициентом пролета, который показывает, какая часть электронов, вылетевших с фотокатода, пролетела мимо первого динода. Имеет место пролет части электронов без умножения и в последующих каскадах умножения, но вклад их в процесс регистрации менее существенен. Источниками темнового тока ФЭУ являются: а) термоэлектронная эмиссия фотокатода и динодов; б) ток утечки в анодной цепи; в) автоэлектронная эмиссия электродов; г) газоразрядные процессы, тормозное и переходное излучение, катодолюминесценция материала динодов (оптическая и ионная обратная связь); д) космическое излучение и ионизирующее излучение радиоактивных ядер, содержащихся в конструктивных материалах ФЭУ; е) фликер-эффект фотокатода. Для качественного изготовления и отобранных по минимальному темновому току ФЭУ при правильном выборе напряжения питания темновые импульсы в основном обусловлены термоэмиссией электронов с фотокатода. Плотность тока термоэмиссии j Т зависит от материала фотокатода и температуры:
где А 0 - универсальная постоянная;
- средний коэффициент отражения электронов на нгранице фотокатод-вакуум;
ц - термоэлектронная работа выхода электрона из материала фотокатода а вакуум;
Важной характеристикой, определяющей пригодность ФЭУ для работы в режиме счета фотонов и его качество, является счетная характеристика - зависимость скорости счета темновых или инициированных слабой подсветкой импульсов от напряжения питания при фиксированном пороге дискриминации и коэффициенте усиления усилителя.
Амплитуда импульсов на выходе фотоприемника (ФП), работающего в режиме СФ, недостаточна для срабатывания электронных схем регистраторов импульсных последовательностей, что обусловливает необходимость предварительного усиления сигнала. От параметров импульсного усилителя и учета особенностей его согласования с выходом фотоприемника в значительной степени зависят основные характеристики (мертвое время, стабильность квантовой эффективности регистрации и др.) счетчика фотонов. Параметры устройств электропитания одноэлектронных фотоприемников в значительной степени определяют такие важные характеристики СФ, как стабильность квантовой эффективности регистрации, быстродействие, стабильность темнового сигнала и т. д.
Иногда при проведении некоторых исследований источник испускает слишком слабые свечения для того, чтобы их можно было непосредственно регистрировать. Для этого их необходимо предварительно усилить. Например, в комплексе для этого применяется импульсный усилитель собранный по схеме рис.1.3.
R1, R2 = 56, R3-R6 = 240, R7 = 1.1 k, R8 = 330, R9 = 200, R10 = 13, C1-C5 = 68n, M1 = 100ЛП216 или 500ЛП216, М2 = 597СА2, R8 - многооборотный
В качестве собственно усилителя в ней применена цифровая микросхема К500ЛП216. Это построенный по ЭСЛ-технологии приемник с линии, используемый при работе с длинными линиями. Микросхема обладает способностью работать на очень высоких частотах. К выходу микросхемы-усилителя подключена микросхема-компаратор. Назначение компаратора - отсекать импульсы малой амплитуды, соответствующие темновым импульсам идущим с первых динодов. Амплитуда таких импульсов меньше информационных, т.е. вызванных падением на фотокатод фотонов света и по этому признаку их можно отсеивать.
Питается усилитель от двух источников питания: +5В и -6В. Чтобы максимально уменьшить размеры корпуса усилителя, блоки питания расположены в корпусе счетчика импульсов.
Усилитель СФ должен отвечать определенным требованиям.
1. Полоса пропускания усилителя и уровень его собственных шумов должны соответствовать параметрам выходных импульсов используемого ФП.
2. В простейших СФ линейность усилителя обычно не играет роли. Однако если предполагается измерять амплитудное распределение выходных импульсов ФП или усиливается равновесный импульс, передаточная характеристика должна линейной.
3. если предполагается передача сигнала к дискриминатору по согласованной линии, требуется достаточно низкое выходное сопротивление усилителя. В небыстродействующей регистрирующей аппаратуре предпочтительнее устанавливать дискриминатор около усилителя, разделив их экраном.
4. В усиливаемом сигнале всегда имеются импульсы, приводящие к перегрузке выходного каскада. Поэтому, если увеличение мертвого времени нежелательно, необходимо схемотехнически предусмотреть защиту выходных транзисторов от насыщения.
5. При точных измерениях требуется высокая стабильность положения уровня дискриминации и , следовательно, стабильность коэффициента передачи усилителя. В этом случае целесообразно использование усилителя с отрицательными обратными связями в каскадах.
6. Собственное усиление одноэлектронных ФП даже одного типа значительно различается из-за технологических отклонений и сильной зависимости параметров от режима питания. Быстродействующие усилители СФ имеют свои особенности. Такие усилители состоят обычно из отдельных последовательно включенных секций, количество которых определяется требуемым коэффициентом передачи.
Быстродействующие усилители СФ имеют свои особенности. Такие усилители состоят обычно из отдельных последовательно включенных секций, количество которых определяется требуемым коэффициентом передачи. Средний коэффициент усиления (по току) одной секции не превышает 10, что обусловлено снижением быстродействия при увеличении усиления на каскад и требованием устойчивости работы всего усилителя.
1.4 Устройства амплитудной селекции
Амплитудный дискриминатор СФ осуществляет преобразование выходных импульсов усилителя, превышающих некоторый порог, в стандартные сигналы цифровых электронных схем. Амплитудный отбор импульсов позволяет улучшить отношение сигнал/шум, снизить влияние помех, он необходим также в устройствах временной привязки.
Очень сильная зависимость усиления фотоприемников от питающего напряжения приводит к необходимости применения высокостабильных источников питания.
1.5 Регистраторы импульсов счетчиков фотонов
Сигнал, сформированный устройствами амплитудного отбора СФ, представляют собой последовательность импульсов, статистически распределенных по времени появления. При этом полезная информация может содержаться как в значении средней скорости счета, так и во временном положении отдельных импульсов.
В случае измерения интенсивности светового потока определяют среднюю скорость счета на выходе амплитудного дискриминатора. Чаще всего для этого используют счетчик и таймер, причем остановка счетчика происходит в конце сформированного таймером интервала времени. При работе регистраторов в таком режиме число накопленных импульсов растет линейно с увеличением интенсивности. Это означает, что с ростом частоты уменьшается среднеквадратическая погрешность измерений
В качестве регистраторов сформированных электрических импульсов СФ, работающего с модуляцией светового потока, удобно использовать реверсивный счетчик. При этом вычитание числа темновых импульсов будет происходить непосредственно в процессе накопления сигнала.
В случае низкой интенсивности регистрируемого потока одноэлектронных импульсов статистические свойства света изучают, измеряя распределение интервалов времени между соседними импульсами.
2 . С остав и структура приборов для счета фотонов
Требуемые состав, структура и метрологические характеристики СФ определяются назначением прибора и предполагаемыми условиями его эксплуатации. Рассмотрим особенности построения и параметры конкретных приборов, предназначенных для измерений в режиме счета фотонов.
Даже при тщательной экранировке устройств предварительной обработки сигнала СФ не всегда удается избавиться от влияния внешних ЭМ наводок. Поэтому в приборах, предназначенных для работы в условиях сильных внешних помех применяют специальные схемы выделения сигнала помехи, содержащие антенну на входе шумового канала, которая устанавливается непосредственно около фотоприемника. Импульсная помеха, воздействующая на антенну и вход канала счета одноэлектронных импульсов, приводит к одновременному появлению сигналов на входах схемы антисовпадений. Статически распределенная во времени помеха интенсивностью до 2·10 5 с -1 практически не нарушает работу СФ.
В случае работы в условиях ЭМ помех, имеющих сложный амплитудный и спектральный состав, применение в СФ шумового канала, усиливающего сигнал антенны, малоэффективно. Лучшей помехозащищенностью характеризуются СФ с параллельным каналом, усиливающим сигнал, снимаемый с последнего динода фотоумножителя. Одноэлектронный импульс на последнем диноде ФЭУ имеет практически ту же амплитуду, что и сигнал на аноде, но противоположную полярность, и коррелирован по времент появления с одноэлектронным импульсом на аноде ФЭУ. Внешняя помеха по-разному воздействует на каналы. Шумовой канал осуществляет инвертирование сигнала и усиление до уровня анодных одноэлектронных импульсов. Применение параллельного канала усиления динодных импульсов позволило в СФ снизить влияние внешних ЭМ помех в 20?200 раз.
За рубежом ведущим производителем приборов для счета фотонов является фирма EG and G Princeton Applied Research (США). Базовый комплект приборов содержит функционально законченные блоки, парметры которых приведены в табл. 2.1, 2.2
Таблица 2.1 - Основные технические характеристики регистраторов М 1109, М 1112, М1140
Время нак. сигнала (пост. времени уср.), с
Число накопленных импульсов в режиме Т (емкость счетчиков)
Зад. запуска в режиме синх. счета фот., мс
Различие времени нак. в полутактах, нс
Время арифметических вычислений, мкс
Таблица 2.2 - Основные технические характеристики усилителей-дискриминаторов М 1120, М 1121, М 1140С, М 118
Разрешающее время по парным импульсам, нс
Уровень шума, приведенный ко входу, мкВ
Напряжение первого уровня дискриминации, мВ
Напряжение второго уровня дискриминации, мВ
Ширина полосы пропускания усилителя, МГц
В данной работе была исследована схема устройства антисовпадений, электрическая принципиальная схема которой приведена в Приложении А. С помощью данной схемы задается интервала на котором идет подсчет импульсов, зарегистрированный ФЭУ.
Схема построена на основе двух операционных усилителей К140УД7, триггера К500М131 и логического элемента ИЛИ на основе микросхемы МС10101, построенных по ЭСЛ технологии, условные графические изображения которых приведены на рис. 2.1
Рисунок 2.1 - Условное графическое изображение усилителя К140УД7
Таблица 2.3 - Основные параметры К140УД7
Таблица 2.4 - Основные параметры МС10101
Рисунок 2.3 - Условное графическое изображение триггера К500ТМ131
В таблице 2.5 приведены состояния триггера типа ТМ131
Таблица 2.5 - Состояния триггера типа ТМ131
Микросхема К500ТМ131 содержит два двухступенчатых синхронных DV-триггера с установочными входами. Каждый двухступенчатый триггер объединяет два последовательно включенных одноступенчатых синхронных триггера. Информация записывается в первую ступень триггера при подаче низкого уровня напряжения синхросигнала и переписывается во вторую ступень после перхода синхросигнала на высокий уровень напряжения. В отличие от ИС ТМ130 данная микросхема лучше, так как новая информация на выходе появляется только после последнего переключения синхросигнала. Установка и сброс триггеров осуществляется при любом уровне напряжения синхросигнала (высоком или низком). Каждый триггер имеет собственные асинхронные входы сброса R и установки S, а также вход разрешения тактового импульса . Если на общем тактовом входе присутствует напряжение низкого уровня, на каждый из входов и можно подавать тактовые импульсы. С другой стороны, присутствие на входах и напряжения низкого уровня разрешает прохождение на оба триггера общей тактовой сетки .
Параметр I вх 1 для входов 4, 5, 12, 13 составляет 330 мкА, для входов 6, 11 - 22 мкА, а для входов 7, 10 - 245 мкА.
3 . М оделирование работы схемы на ЭВМ
При помощи современных САПР была проведена проверка правильности функционирования схемы на ЭВМ, используя Electronics Workbench. При моделировании работы схемы приведенной в Приложении А была получена временная диаграмма приведенная на рис. 3.1.
Рисунок 3.1 - Временная диаграмма работы устройсва
С помощью возможностей Electronics Workbench можно усовершенствовать схему приведенную в Приложении А добавив индикаторы, которые будут демонстрировать количество импульсов в десятичном коде. Данная схема представлена на рис. 3.2.
Рисунок 3.2 - Усовершенствованная схема устройства антисовпадений
Метод счета фотонов является наиболее перспективным методом исследования слабых световых потоков. Его дальнейшее развитие идет по пути повышения квантовой эффективности регистрации, быстродействия, информативности сигнала, улучшения пороговой чувствительности.
СФ с вакуумными фотоприемниками обеспечивают квантовую эффективность регистрации до нескольких десятков процентов в максимуме спектральной чувствительности, что достигается применением современных типов фотокатодов, специальных конструктивных элементов повышения светосбора а также электронных устройств и методов обработки сигнала, позволяющих максимально использовать одноэлектронные импульсы малых амплитуд. Реализация метода счета фотонов на твердотельных фотоприемниках - ЛФД и лавинных МДП-приборах позволяет повысить квантовую эффективность регистрации до 50?70%, причем в ближней ИК области ее значения на два-три прядка выше, чем в случае применения вакуумных фотоприемников.
Быстродействие одноэлектронных фотоприемников в значительной степени определяется размерами области, в которой происходит размножение носителей заряда. Современные ФЭУ с МКП и твердотельные лавинные фотоприемники обеспечивают регистрацию оптического сигнала с временным разрешением порядка десятых долей наносекунды.
Повышение информативности сигнала СФ достигается регистрацией не только самого фотоэлектронного события, но и места вылета фотоэлектрона или образования носителя заряда в полупроводнике. Простейший путь повышения информативности заключается в использовании многоканальных фотоприемников (матриц фотоприемников, ФЭУ с МКП и т. д).
Большое распространение получили гибридные фотоприемники, в которых в процессе регистрации осуществляется кодирование координаты фотоэлектрнного события.
Улучшение пороговой чувствительности СФ связано с повышением квантовой эффективности регистрации, так и со снижением темнового сигнала.
В настоящее время во многих странах мира идет разработка усовершенствование и разработка новых схем и устройств счета фотонов. Приведем один из примеров охлаждаемого счетчика фотонов для флуоресцентных детекторов.
Таблица - Характеристики охлаждаемого счетчика фотонов серии Н7421
С писок использованной литературы
Измерение израсходованной или выработанной энергии в сетях переменного тока. Устройство и принцип действия индукционного счетчика, основные узлы. Классификация и технические характеристики однофазных и трехфазных счетчиков, требования к установке. реферат [1,6 M], добавлен 08.06.2011
Нелинейные явления в ионосфере. Существующие методы фотометрирования протяженных объектов. Обзор программного пакета обработки астрономических объектов "MaxIm". Численная оценка стимулированного радиоволной потока излучения в красной линии кислорода. курсовая работа [3,8 M], добавлен 30.05.2015
Фотон как основная частица электромагнитного излучения, его свойства и схема движения. Характеристика спектров испускания. Взаимодействие фотонов электромагнитного излучения с веществом, поглощение света. Особенности человеческого цветовосприятия. контрольная работа [740,3 K], добавлен 25.01.2011
Формирование электромагнитных волн Максвелла, установление связи между уравнениями Максвелла и экспериментальными данными. Формирование импульсов электронов вдоль провода и излучение им фотонов в пространство. Напряженность магнитного поля электрона. контрольная работа [343,6 K], добавлен 29.09.2010
Необходимость установки счетчиков воды. Схема установки и принцип работы измерительных приборов. Примеры расчета платы за воду при различных вариантах наличия или отсутствия в многоквартирном доме общедомового и в квартирах индивидуальных счетчиков. контрольная работа [249,7 K], добавлен 23.03.2012
Анализ возможности создания промышленной установки счета совпадений нейтронов и фотонов различных кратностей. Ознакомление с аппаратурой и методикой цифрового разделения нейтронов и гамма-квантов. Описание последовательности проведения эксперимента. дипломная работа [3,4 M], добавлен 07.02.2016
Счетчики и их классификация. Установка нуля счетчика. Схема формирования кратковременного импульса. Логическая структура пятиразрядного кольцевого счетчика. Двоичный асинхронный счетчик с последовательным переносом. Способы повышения быстродействия. методичка [1,5 M], добавлен 02.07.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Счетчик фотонов курсовая работа. Физика и энергетика.
Реферат: Клод Моне. Скачать бесплатно и без регистрации
Опричнина Эссе По Истории
Контрольная Работа На Тему Валентность
Контрольная работа по теме Организация полиции в Российской Федерации
Эссе Российская Федерация
Реферат: Природа межэтнического конфликта между грузией и абхазией
Реферат: Война в дискурсе современной прессы
Курсовая работа по теме Снабжение на предприятии
Топик: Список + все темы по английскому языку для сдачи выпускного экзамена в 11 классе 2001 года
Лекция№ 8. Правовые основы экологического контроля
Контрольная работа: Танцевальное шоу Dance Magic
Реферат: Галактика как уровень мегамира
Курсовой Проект По Женскому Полупальто
Реферат: Повоєнне мовознавство в СРСР. Українське мовознавство у 20-80-х рр.
Курсовая работа: Расчет затрат на оборудование и заработную плату в электроэнергетике
Реферат: Осуществление прав по бумагам на предъявителя
Контрольная Работа Сложение Смешанных Чисел 6 Класс
Курсовая работа по теме Организация работы кадровой службы
Контрольная работа: Понятие о любви в учении Владимира Соловьева
Дипломная работа по теме Стратегия развития производства
Истоки идеологии белорусской государственности - Государство и право реферат
Особенности кодирования звуковой и видеоинформации - Программирование, компьютеры и кибернетика контрольная работа
Транспортно-грузовые системы: расчет потоков - Транспорт курсовая работа