Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
3.7.4. ЦИФРОВОЙ! ИЗМЕРИТЕЛЬ СРЕДНЕЙ ЧАСТОТЫ
Интенсиметры с интегрирующими RC-цепями трудно использовать для регистрации редких событий, так как постоянная времени интегрирующей схемы обычно составляет не более нескольких минут вследствие разряда конденсаторов токами утечки и токами, поступающими в цепи от подключенных активных элементов. Кроме того, для передачи данных с таких интенсиметров в ЭВМ аналоговую информацию надо преобразовывать в цифровую. Поэтому в ряде случаев для измерения средней частоты рационально применять цифровые методы. Так, для определения средней частоты можно регистрировать число событий п за определенные интервалы времени T и затем находить отношение п/Т. Такой измеритель составляется из счетчика событий, таймера — генератора стабильной частоты со счетчиком и арифметического устройства, выполняющего операцию деления. В целом прибор получается довольно сложным. Упрощенные варианты таких интенсиметров выполняют на базе декадных счетчиков. Более универсальные приборы рационально строить на микропроцессорах.
Применяют также цифровые измерители средней частоты, работающие подобно аналоговым измерителям. В аналоговых измерителях происходит непрерывное накопление событий и процорцио-нальное их числу убывание. Эта задача выполняется интегрирующей схемой.
В цифровом измерителе события регистрируются счетчиком в течение некоторых постоянных интервалов времени. В конце этих интервалов определенная доля накопленных событий вычитается. В результате через некоторое время число в счетчике принимает равновесное состояние.
Рассмотрим процесс установления равновесного состояния, т. е. найдем, как число в счетчике будет изменяться во времени N(t). Допустим., что на вход схемы поступает п импульсов в 1 с, накопление ведется в течение интервалов Г и в конце каждого интервала отбирается определенная часть у от накопленного числа. Тогда в течение первого интервала будет накоплено пТ импульсов и после вычитания останется пТ—упТ = пТ( 1—у). За первые два1 интервала будет накоплено пТ + пТ (1—у) и после вычитания останется пТ (1—у)-\-tiT (I—у)2.
Рассуждая аналогичным образом, можно показать, что в конце,
/-го интервала число, находящееся в счетчике, будет равно пТ (-----
\ У
— I [I — (I-Y)iJ и при і—>-оо установившаяся величина будет равна
176
пТ^ — ___ij. Установление равновесного состояния происходит с постоянной времени Т/у; при малых y(y<C1)
N (t)« [I - exp (—?)] • (3.28>
Изменяя T и 7, можно в широких пределах изменять время усреднения.
Схема цифрового измерителя средней частоты, работающего на рассмотренном принципе, выполняется на базе реверсивного счетчика (см. рис. 3.30); она содержит генератор стабильной частоты и ряд логических схем, управляющих процессами накопления и вычитания. Подобные измерители удобны тем, что позволяют измерять очень слабые интенсивности и выдают информацию в цифровом виде.
§ 3.8. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
В ядерных исследованиях обрабатывается различная цифровая информация, которая поступает от регистрирующих устройств — счетчиков, определяющих число событий; от кодировщиков, преобразующих аналоговые величины в коды; от датчиков перемещений, определяющих положения детекторов, мишеней и т. д. В современных экспериментальных установках большинство данных обрабатываются на ЭВМ или на микропроцессорах, и в них осуществляются сложные преобразования цифровой информации. Применение вычислительной техники для автоматизации ядерных экспериментов будет рассмотрено в гл. 7. Детальное рассмотрение устройств вычислительной техники выходит за рамки этой книги. Вопросы^ связанные с преобразованиями кодов, выполняемых в ядерной электронике, будут рассмотрены в этом параграфе.
3.8.1. КОДЫ И ИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
В электронных и вычислительных устройствах наибольшее распространение получило представление чисел в двоичном коде. В частности, число импульсов, зарегистрированных двоичным счетчиком, представляется двоичным кодом с весами разрядов 2п~*; 2П_2; ...; 2; 1; 0. Примеры двоичной записи чисел приведены в табл. 3.10. В двоичной системе счисления работает большинство ЭВМ,, поэтому с ними просто связывать работающие в той же системе приборы ядерной электроники.
Коды, снимаемые с декад с дополнительными связями (см. § 3.4), называют двоично-десятичными. Мы рассмотрели два типа декад, работающих с кодами 2—4—2—1 и 8—4—2—1. Четырехтриггерные схемы — тетрады имеют 16 состояний, из них десять комбинаций состояний могут образовывать четырехцифровой код. Yb большого числа возможных четырехцифровых кодов используется сравнительно немного. Выбор их диктуется как технической
177
реализацией устройств, так и удобством использования кодов. В частности, во многих случаях предпочтителен код 8—4—2—1, так как он полностью совпадает с двоичным, что упрощает его считывание и передачу; кроме того, он однозначен, т. е. каждому простому десятичному числу (0—9) соответствует только одна кодовая комбинация. (Пример неоднозначного кода — код 4—2—2—1.)
