CC BY
20Многоканальные счетчики одноэлектронных
импульсов.
Крикун В.А.(Kv99@newmail.ru ), Майор А.Ю, Нагорный И.Г.
Тихоокеанский Океанологический Институт им.Ильичева.
Использование в зондировании атмосферы лидарных систем, было бы невозможным без наличия высокоскоростных электронных устройств регистрации, способных обработать и сохранить весь объем информации получаемый системой. На сегодняшний день, существует несколько типов устройств регистрации быстропротекающих сигналов[1]. В лидарах в качестве регистрирующего устройства, для нижних слоёв атмосферы используются быстрые АЦП, для верхних слоёв - счетчики одноэлектронных импульсов [2,3,4,5].
Целью разработки было, создать многоканальный счетчик одноэлектронных импульсов способный с максимальной точностью обрабатывать информацию, поступающую одновременно с четырех ФЭУ лидара (см.рис.1), предназначенного для зондирования верхних слоев атмосферы. Сигналы получаемые системой можно охарактеризовать как быстропротекающие слабые световые сигналы. Кроме того, регистрирующая система должна была обладать мощным и дешевым аппаратом интерпретации поступившей информации, с этой целью, систему счета решено было совместить с компьютером IBM. Так как, в установке использовался лазер с частотой испускания импульсов 10Гц, необходимо было обеспечить систему таким каналом связи с IBM по которому в течении 10мс система успевала бы передать более 4К информации. Счетчики, существовавшие на момент начала разработки не соответствовали всем поставленным выше требованиям.
Предложенная нами система регистрации быстропротекающих слабых световых сигналов состоит из блока питания, интерфейсной платы, платы управления и 4ех плат-счетчиков. Каждая плата-счетчик обслуживает свой измерительный канал и работает независимо от присутствия или отсутствия других трех плат. На корпусе изделия находятся четыре разъема для сигналов с ФЭУ, разъем "START" и разъем для соединительного кабеля с интерфейсной платой компьютера. Запуск осуществляется положительным фронтом ТТЛ уровня. На сигнальные входы должны поступать счетные импульсы ЭСЛ уровня. Блок-схема устройства приведена на Рис.2 (Блок питания не указан).
Рис.2 "Взаимосвязь между блоками устройства"
Интерфейсная плата устанавливается в ISA разъем компьютера. Осуществляет дешифрацию команд, программирование режимов работы счетчиков, контроль их состояния и прием данных из внутренней памяти счетчиков. Система команд поступающих с ПК представлена в таб.1. Каждая команда представляет из себя шестнадцатиричный адрес, который в дальнейшем интерпретируется дешифратором расположенным на интерфейсной плате.
Команда HEX Ввод-вывод
READY 0301 In
CHANNEL 0303 Out
READ_DATA 0304 In
READ_DATA+ 0305 In
READ_REG 0306 In
WRITE_STROB 0306 Out
START 0307 In
STOP_PC 0300 In
Таб.1
STOP- По этой команде устройство переходит из режима счета одноэлектронных импульсов в режим обмена данными и все счетчики расположенные на устройстве обнуляются.
READY - По этой команде устройство переходит в режим ожидания стартового импульса, который может поступить как с внешнего разъема, так и с компьютера, посредством команды START.
CHANNEL- посредством этой команды выбирается одна из четырех плат счетчиков т.е. та плата, с которой мы собираемся считать информацию.
READDATA, READ_DATA+ - По этой команде на компьютер пересылается байт данных, который содержится в ячейке памяти на который указывает счетчик адреса расположенный на плате- счетчике. Причем, в случае использования второй команды происходит последующий инкремент счетчика адреса.
READ_REG - эта команда необходима для того, чтобы определить готов ли счетчик к обмену данными с компьютером.
WRITE_STROB - По этой команде в устройство посылается код определяющий длительность временных интервалов, в течении которых будет производится счёт импульсов.(таб.2)
Длительность строба (нс) Код
400 0
800 1
1600 2
3200 3
6400 4
12800 5
25600 6
51200 7
Таб.2
START- Команда запуска процесса счета одноэлектронных импульсов.
Плата управления содержит в себе управляющий регистр делителя частоты, регистр номера канала, триггер режима и логические элементы, при помощи которых создаются сигналы необходимые для управления платами-счетчиками. Кроме того на плате управления расположен высокостабильный задающий генератор импульсов, управляемый делитель частоты и вспомогательные синхронные делители выделенной частоты на два и на четыре.
Плата-счетчик содержит в себе блок памяти на 1024 байта, необходимый для хранения информации поступающей с двух поочередно работающих счетчиков импульсов с ФЭУ. Также в каждой плате-счетчике содержится счетчик адреса, необходимый для своевременного переключения между ячейками памяти.
Условно работа системы может быть разбита на два режима:
- Режим обмена данными.
- Режим счета одноэлектронных импульсов.
В режиме обмена данными происходит программирование устройства, заключающееся в определении параметров счета, кроме того, в режиме обмена данными, происходит считывание информации из плат-счетчиков в компьютер.
Перед проведением счета одноэлектронных импульсов с компьютера посылается следующая последовательность команд:
1) STOP
2) WRITE STROB
3) READY
После того, как устройство закончит счет одноэлектронных импульсов (это определяется командой READ_REG) полученную информацию можно считать в память компьютера. Для этого предусмотрена следующая последовательность команд: 1) CHANNEL
2) READ_DATA+
В режиме счета одноэлектронных импульсов плата управления начинает генерировать импульс строба с запрограммированной заранее длительностью. Стробирующий импульс попеременно активирует то "четный", то "нечетный" счетчики расположенные на плате-счетчике. Причем, в то время, как один счетчик импульсов проводит счет, информация с другого записывается в установленную на плате-счетчике память. Кроме того, по каждому фронту стробирующего импульса происходит переключение счетчика адреса, определяющего активную ячейку памяти платы-счетчика. После того, как значений на счетчике адреса станет равным 1024, автоматически будет сгенерирован сигнал останова, по которому по которому, все счетчики будут переведены в нулевое состояние и генерирование стробирующего сигнала прекратится.
Описанная система способна производить счет одноэлектронных импульсов на указанных в таб.2 временных интервалах. Причем, количество импульсов регистрируемых за один интервал не должно превышать 255.
Ниже (рис.3) приведен пример диаграммы полученной в результате исследования атмосферы при помощи описанной системы.
Рис.3 По оси х показана высота зондирования в метрах, по оси у - число
накопленных импульсов
Список литературы.
1) Зуев В.Е. "Дистанционное зондирование атмосферы" изд. "НАУКА" 1978г.
2)Л.Н.Василевич, Ф.А.Ермалицкий, С.В.Суханин, Д.В.Липский, журнал "Приборы и техника эксперимента", 2002, №4, с.163-164
3)К.Д.Щелевой, журнал "Приборы и техника эксперимента", 1997,№6, с.62-65.
4)К.Д.Щелевой, "Счетчик фотонов", авторское свидетельство SU1114897, 1983г.
5)К.Д.Щелевой, "Счетчик фотонов", авторское свидетельство SU1595181, 1988г.
6) У.Томпкинс "Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC" Москва "МИР" 1992г.
