Wydział Fizyki I Informatyki Stosowanej Akademia Górniczo-Hutnicza



Pobieranie 12.62 Mb.
Strona24/94
Data27.10.2017
Rozmiar12.62 Mb.
1   ...   20   21   22   23   24   25   26   27   ...   94

3.1.1. Przeliczniki impulsów

Przelicznikiem impulsów nazywamy urządzenie, które w odpowiedzi na ciąg lub paczkę impulsów wejściowych daje wtórny ciąg lub paczkę impulsów o zredukowanej ich częstości lub liczbie w stosunku określonym przez tak zwany stopień względnie współ-czynnik redukcji p nazywany również skalą układu. Współczynnik redukcji może więc przybierać tylko wartości całkowite. Według definicji podaje on jaka liczba impulsów wejściowych musi zostać przez układ przyjęta aby wygenerował on jeden impuls wyjś-ciowy. Układ tego rodzaju musi przeto zapamiętywać liczbę przyjętych impulsów wejś-ciowych w pełnym cyklu jego pracy. Wynika stąd warunek, aby posiadał on p wyod-rębnionych stanów stabilnych, następujących według ściśle określonego schematu logicz-nego, co implikuje w konsekwencji możliwość odczytu (indykacji) liczby przyjętych im-pulsów.

Najprostszym z możliwych układem redukcji liczby impulsów jest układ o współ-czynniku redukcji p =2. Koncepcje oraz praktyczną realizację takiego układu na lampach elektronowych zawdzięczamy W.H. Ecclesowi i F.W. Jordanowi [68]. Powszechnie znany jest on (również w technice półprzewodnikowej) pod nazwą przerzutnika Ecclesa Jordana, a także komórki binarnej lub trygera (ang. bistable, Flip-Flop). Opracowanie elementarnej komórki binarnej stworzyło formalne podstawy syntezy bardziej złożonych układów prze-liczających o dowolnym w zasadzie współczynniku redukcji. Te potencjalne możliwości wykorzystano dopiero z dwudziestoletnim opóźnieniem spowodowanym głównie trudnoś-ciami w opracowaniu skutecznego i niezawodnego sposobu sprzężenia międzykomórko-wego.

Zauważmy, że nazwa przelicznik impulsów wywodzi się z lat, gdy jedynym trwałym nośnikiem informacji o liczbie przejętych impulsów był numerator mechaniczny. Duża bez-władność jego ustroju mechanicznego ograniczała szybkość periodycznego zliczania do po-ziomu poniżej 100 Hz. W przypadku ciągu impulsów o rozkładzie przypadkowym poziom ten ulegał jeszcze dalszemu obniżeniu. Dla zaradzenia temu ograniczeniu podjęto wiele prób skonstruowania swego rodzaju interface’ów obniżających liczbę impulsów, opartych głównie na zastosowaniu tyratronów. Skrócenie czasu martwego takich realizacji było jed-nak daleko niewystarczające. Przełom w rozwoju tej techniki pomiarowej stanowił dopiero opracowany przez Forsmana [69] układ redukcji częstotliwości impulsów licznikowych wykorzystujący znane już podówczas przerzutniki lampowe [68].



Systematycznie udoskonalanym układom nadano nazwę: przelicznik impulsów lub reduktor częstotliwości (ang. scaler). W swej pierwotnej postaci funkcjonalne zadanie przelicznika spro-wadzało się wyłącznie do wygenerowania odpowiedzi impulsowej po przyjęciu określonej liczby impulsów wejściowych (to jest z chwilą jego przepełnienia) bez możliwości odczytu stanu pośredniego. Wyposażenie przelicznika w układ indykacji (odczytu) jego stanu na-dało mu charakter licznika impulsów, tym nie mniej zachowano wcześniej ugruntowaną nazwę. Przetrwała również ogólna filozofia układu.
Problematyka liczników (rejestrów) elektronicznych ma bardzo obszerną literaturę przedmiotu wykraczającą znacznie poza obszar naszych zainteresowań. W niniejszej mono-grafii ograniczymy się wyłącznie do przeliczników stosowanych w radiometrii konwencjo-nalnej i specjalistycznej. Podlegają one ogólnej klasyfikacji układów liczących segregują-cej je według kodu (dwójkowe i dziesiętne), kierunku liczenia (następnikowe - w przód, poprzednikowe - wstecz, rewersyjne - różnicowe) oraz sposobu sterowania (synchronicz-ne, asynchroniczne i mieszane) . Na rysunku 57 przedstawiono schematycznie możliwości realizacji liczników w wersjach objętych podaną wyżej systematyką.



Rys. 57. Schemat klasyfikacji liczników według sposobu sterowania,
kierunku liczenia oraz wybranych rodzajów kodowania

W porządku rozwojowym przeliczników pierwsze pojawiły się następnikowe przelicz-niki dwójkowe. Organizacja układu liczącego w systemie dwójkowym znalazła odbicie
w ich nazewnictwie. Z tego okresu pochodzą właśnie nazwy ukazujące explicite stopień redukcji przelicznika, jak na przykład; przelicznik ósemkowy, szesnastkowy...itd. (ang. scale-of-8-counter, scale-of-16-counter....). Przypomnijmy, że współczynnik redukcji pk kaskady k elementarnych komórek binarnych wyraża się ogólnie znaną relacją

pk = 2k (79)

a jej pojemność Nk wynosi



Nk = (pk -1) (80)
Nawet relatywnie duża liczba komórek binarnych daje stosunkowo niską wartość współczynnika redukcji, a w konsekwencji równie małą pojemność całej kaskady. W wielu przypadkach okazuje się ona niewystarczająca, stąd też układ elektroniczny jest uzupeł-niany (wolnoliczącym) licznikiem elektromechanicznym o wielokrotnie większej pojem-ności własnej Nel-m.

Pojemność przelicznika Nk (ang. count capacity) oraz współczynnik redukcji p (ang. scale factor) stanowią podstawowe jego parametry znamionowe. Zaliczają się do nich również czas rozdzielczy dla pary impulsów τr (ang. pulse pair resolution) oraz maksymalna częstotliwość zliczania fmax (ang. maximum counting rate). Definiowane są one następująco:
- Rozdzielczość czasowa dla pary impulsów τr określa najmniejszy odstęp czasowy dwu bezpośrednio sąsiadujących impulsów zapewniający ich oddzielne policzenie. Parametr ten ma istotne znaczenie w przypadku zliczania impulsów o stochastycznym rozkładzie cza-sowym.

- Częstotliwość maksymalna fmax odniesiona jest do ciągu impulsów o równomiernym rozkładzie czasowym. Jest to wartość częstotliwości impulsów wejściowych, przy której nie zachodzi jeszcze zjawisko gubienia impulsów, naruszające liniowość charakterystyki przejściowej przelicznika (fWY vs fWE).


Zauważmy, że komórki binarne należą do kategorii układów o niewydłużalnym (sta-łym) czasie martwym τM. W przypadku gdy ich czas martwy jest dominującym w całym torze pomiarowym, a rozkład czasowy impulsów wejściowych ma charakter poissonowski, pewna część impulsów nie zostaje policzona. Ten niepożądany efekt nazywamy gubieniem impulsów, zaś ilościową relację między rzeczywistą liczbą no przejętych w jednostce cza-su impulsów wejściowych a ich liczbą n zarejestrowaną w tym czasie przez układ określa zależność nieliniowa [70]

(81)
wykazująca nasycenie w warunkach gdy noτM >> 1.
Pierwsze konstrukcje przeliczników prócz zasadniczych bloków zliczających zawierały od-powiednie stopnie kondycjonujące. Pozbawione były natomiast prostego nawet układu zegarowego służącego do pomiaru czasu T zliczania impulsów wejściowych, nie mówiąc o bardziej rozbudowanych układach przedwyboru liczby impulsów czy też czasu ich akumulacji. Prócz tej niedogodności kłopotliwy był również odczyt wyniku pomiaru NT wymagający odnotowywania stanu licznika elektromechanicznego oraz zespołu (k) komó-rek binarnych przelicznika i dokonywania odręcznego obliczenia według formuły

(82)

gdzie x oznacza wskazania licznika elektromechanicznego, i – indeks kolejnych komórek zaś yi przyjmuje wartości 0 lub 1, zależnie od indykowanego stanu i-tej komórki.


Powszechnie stosowanym wówczas wskaźnikiem stanu komórki była lampka gazowa-na (neonówka) włączona w obwód trygera w taki sposób iż „zapalała” się po przyjęciu każ-dego nieparzystego w kolejności impulsu, a była „gaszona” bezpośrednio następującym impulsem parzystym. Uciążliwości eksploatacyjnych przelicznika dwójkowego przyspa-rzała nadto konieczność dokonywania równoległego pomiaru czasu zliczania T (akumu-lacji) impulsów. Niedoskonałości układów dwójkowych okazały się zarazem silnym bodź-cem do poszukiwania nowych rozwiązań, umożliwiających między innymi prezentację za-wartości przeliczników w znacznie wygodniejszym w praktyce pomiarowej kodzie dzie-siętnym. Zaowocowały one znaczącym postępem zarówno w rozwoju komórek bista-bilnych jak i syntezy układów zliczających. Dokumentuje go bogata literatura przedmiotu, obejmująca oryginalne i przeglądowe artykuły poświęcone tej tematyce – np. [ 68-87],
a także liczne opracowania monograficzne i podręcznikowe [88-95].

Zasygnalizowane odsyłaczami literaturowymi przykładowe rozwiązania przerzut-ników stanowiły realizacje jednostkowe dla potrzeb badań własnych autorów. Wiele z nich można by uznać za swego rodzaju „kamienie milowe” na drodze rozwoju - trwającej do po-łowy ubiegłego stulecia - „ery techniki lampowej”. Na pewnym jej etapie dużą popular-ność zyskały przeliczniki oparte na wykorzystaniu lamp liczących [94],[96]; zarówno ga-zowanych [97-99] jak próżniowych [100-102]. Tego rodzaju przeliczniki były również pro-dukowane w Polsce. W szczególności, wykonany w systemie „cegiełkowym”, typ PER1 [103] zawiera dwie dekady dwójkowo-dziesiętne w zmodyfikowanej konfiguracji Pottera [76] (cegiełka P-2) oraz układ dekatronowy z czterocyfrowym licznikiem elektromecha-nicznym (cegiełka P-1), natomiast oraz model LL-1 [104] - trzy wkładki dekad zliczają-cych na lampach elektrono-promieniowych oraz wkładkę z licznikiem elektromecha-nicznym. Obydwa przeliczniki wyposażono w odpowiednie wejściowe układy kondycjo- nujące oraz pomocnicze układy do sterowania ich cyklem pracy. W zasadzie są one prze-widziane do pracy w systemie sterowania ręcznego. Dodatkowa przystawka sterująca
(
PS-1) umożliwia jednak sterowanie automatyczne drugiego przelicznika (LL-1). Znacznie lepszymi parametrami odznacza się przelicznik typu PEL-5A [105] wchodzący w skład „Znormalizowanego systemu elektronicznej aparatury laboratoryjnej techniki jądrowej” [106]. Jego układ przeliczający obejmuje sześć dekad w konfiguracji Grosdoffa [80]
o racjonalnie zróżnicowanych czasach rozdzielczych. Wykonano je w formie wymiennych wkładek wyposażonych w autonomiczne neonówkowe indykatory stanu dekady. Przelicz-nik zawiera własny układ czasosteru, służący do pomiaru czasu zliczania impulsów oraz umożliwiający automatyczny pomiar z przedwyborem czasu pomiaru. lub liczby zliczeń.
W wejściowym stopniu kondycjonowania sygnału zastosowano tu konwencjonalny dyskry-minator
Schmitta. Podstawowe konfiguracje przeliczników lampowych oraz ich komórek elementarnych zostały praktycznie zreplikowane w technice półprzewodnikowej stano-wiąc podstawę ich dalszego rozwoju i udoskonaleń. Dokonał się on jednak głównie w ob-szarze techniki cyfrowej wspomaganej i stymulowanej osiągnięciami technologii półprze-wodnikowej [107-115]. Stąd też początkowe realizacje tranzystorowe (na elementach dyskretnych) zostały rychło wyparte przez rozwiązania wykorzystujące monolityczne układy scalone małej skali integracji (SSI). Tak, na przykład, w przeliczniku typu P-44 [116] produkcji krajowej, wchodzącego w skład systemu laboratoryjnej aparatury techniki jądrowej „STANDARD-70” [117], jako komórki binarne dekady liczącej wykorzystano scalone przerzutniki JK typu SN7472N. Schemat blokowy tego przelicznika przedstawiono na rysunku 58.



Podstawowym blokiem funkcjonalnym przelicznika jest LICZNIK GŁÓWNY zawierający sześć dekad liczących uzupełnionych dodatkowym reduktorem binarnym, wyznaczającym najbardziej znaczącą cyfrę zarejestrowanej liczby impulsów. Blok ten „obsługiwany” jest przez zespół bloków pomocniczych: LICZNIK CZASOSTERU, GENERATOR WZORCOWY, PRZEŁĄCZNIK ELEKTRONICZNY, UKŁAD „START-STOP”, UKŁAD SYNCHRONIZACJI „STARTU”, UKŁAD KASOWANIA oraz UKŁAD ZNACZNIKÓW, determinujących zakres możliwości eksploatacyjnych przelicznika. Obejmuje on pomiar liczby impulsów z przed-wyborem czasu, pomiar czasu zliczania zadanej liczby impulsów, pomiar odstępu czaso-wego między dwoma impulsami, pomiar ich średniej częstotliwości oraz szerokości, a nad-to generację impulsów o zadanych odstępach czasowych. Z założenia podstawowym spo-sobem sterowania pracą przelicznika jest sterowanie ręczne, nie mniej jednak przewidziano również możliwość sterowania standardowymi impulsami elektrycznymi.

Rysunek 59 przedstawia schemat ideowy dekady liczącej przelicznika P-44. Jak łatwo zauważyć pracuje ona, podobnie jak dekady przelicznika lampowego PEL-5A, w systemie sprzężeń „w przód” i „wstecz” zaproponowanym przez Grosdoffa. Maksymalna częstotli-wość zliczania tej dekady sięga wartości 10 MHz. Na schemacie uwidoczniono również obwody układu indykacji stanu dekady. Obejmują one matrycę dekodera diodowo-rezys-torowego, stowarzyszony zespół tranzystorów sterujących oraz jarzeniowy wskaźnik cyfrowy typu NIXIE. Sześć takich dekad wraz z dodatkowym (zbudowanym na bramkach SN7400N) przerzutnikiem RS, tworzy układ zliczający impulsy wejściowe (LICZNIK GŁÓWNY).

Mnogość rozwiązań układowych i konstrukcyjnych elektronicznej aparatury pomia-rowej oraz dążność do łatwej reprodukcji warunków pomiarowych w eksperymentach fizy-ki jądrowej skłoniła jej projektantów i użytkowników do podjęcia w tej dziedzinie działań unifikacyjnych. Ich efektem było opracowanie szeregu systemów aparaturowych, z których trwale upowszechniły się dwa systemy modułowe: amerykański system NIM (Nuclear Instruments Modules) [118 ] oraz system europejski CAMAC (Computer Application for Measurement and Control) [119],[120]. Drugi z wymienionych został również wdrożony do produkcji krajowej [121]. W ramach tego systemu opracowano między innymi labora-toryjny przelicznik nowej generacji typu 1403, spełniający jednak tylko częściowo 4) - określone normą - wymagania techniczne. Na rysunku 60 przedstawiono ogólny schemat blokowy tego przelicznika.




Zasadniczym blokiem funkcjonalnym jest LICZNIK GŁÓWNY zliczający impulsy wejściowe przekazywane przez kondycjonujący je UKŁAD WEJŚCIOWY. Cykl pomia-rowy przebiega według procedur zadanych nastawami pomocniczych bloków: UKŁADU STEROWANIA oraz zespołu bloków CZASOSTERU, obejmującego GENERATOR IMPULSÓW ZEGAROWYCH, DZIELNIK CZĘSTOTLIWOŚCI, UKŁAD PORÓW-NYWANIA oraz LICZNIK IMPULSÓW CZASU. Uwidoczniony na schemacie, jako wspólny, BLOK DEKODUJĄCO-WYŚWIETLAJĄCY zawiera w istocie dwa oddzielne subukłady związane bezpośrednio z przynależnymi licznikami. Organa nastawcze umoż-liwiają:

- „pomiar prosty” (liczby impulsów i czasu pomiaru) w interwale określonym momentami
uruchomienia (przyciskiem „start”) i zakończenia zliczania (przyciskiem„stop”),

- pomiar liczby impulsów z zadanym przedwyborem czasu zliczania,



______________________________

4) Magistrala wykorzystana jest tylko do zasilania przelicznika; inne połączenia realizowane są kablami zewnętrznymi
- pomiar czasu zliczania z zadanym przedwyborem liczby zliczeń w pojedynczym lub automatycznym (w reżymie tzw. uproszczonego integratora) cyklu pracy.
Wyniki pomiaru są wyświetlane przez zespół półprzewodnikowych wskaźników cyfrowych oraz wyprowadzone na zaciski wyjściowe łączące przelicznik z drukarką zewnętrzną. Obydwa liczniki wykonano w podobnym układzie, jako kaskady dekad liczących wyposażonych w indywidualne bloki wizualizacji stanu dekady, przy czym licznik główny zawiera ich siedem, a licznik czasu - cztery. Strukturę takiej dekady przedstawiono schematycznie na rysunku 61.







Pobieranie 12.62 Mb.

Share with your friends:
1   ...   20   21   22   23   24   25   26   27   ...   94




©operacji.org 2020
wyślij wiadomość

    Strona główna
warunków zamówienia
istotnych warunków
przedmiotu zamówienia
wyboru operacji
Specyfikacja istotnych
produktu leczniczego
oceny operacji
rozwoju lokalnego
strategii rozwoju
kierowanego przez
specyfikacja istotnych
Nazwa przedmiotu
Karta oceny
ramach działania
przez społeczno
obszary wiejskie
dofinansowanie projektu
lokalnego kierowanego
Europa inwestująca
Regulamin organizacyjny
przetargu nieograniczonego
kryteria wyboru
Kryteria wyboru
Lokalne kryteria
Zapytanie ofertowe
Informacja prasowa
nazwa produktu
Program nauczania
Instrukcja obsługi
zamówienia publicznego
Komunikat prasowy
programu operacyjnego
udzielenie zamówienia
realizacji operacji
opieki zdrowotnej
przyznanie pomocy
ramach strategii
Karta kwalifikacyjna
oceny zgodno
Specyfikacja techniczna
Instrukcja wypełniania
Wymagania edukacyjne
Regulamin konkursu
lokalnych kryteriów
strategia rozwoju
sprawozdania finansowego
ramach programu
ramach poddziałania
kryteriów wyboru
operacji przez
trybie przetargu