Vorrichtung zum Messen der Lichtausbeute des strahlungsempfindlichen Leuchtstoffes eines Thermolumineszenzdosimeters
Es ist bekannt, die einem Thermolumineszenzdosimeter zugeführte Strahlungsmenge durch Heizung des Thermolumineszensmaterials zu messen, woblei es sich herausstellt dass während eines Temperaturerlaufs zwischen einem niedrigsten und einem höchsten Wert eine Lichtausstrahlung mit einer von der Strahlung abhängigen Intensität in einigen nicht sehr ausgedehn ten Tempieraturbereichen stattfindet. Die in jedem Temperatureberich emittierte Lichtmenge kann gemessen werden, abr die Lichtintensität des aussgestraphlten Lichtes liefert gleichfalls eine Anzeige für die gespeicherte Strahlungsenergie.
Die letztere Messung gibt, wenn sie blei aufeinanderfolgenden Dosimeter vorge nommen wind, nur dann vergleichbare Ergebnisse, wenn der Temperatureanstieg entsprechend verläuft. Es ist bekannt, dass sich bei Änderung des Temperatur- gradienten die Stärke des emittierten Lichtes ändert.
Es ist üblich, den Thermoleuchtstoff mittels eines eLektrisch erhitzten Heizelementes zu heizen, das durch Leitung oder Strahlung die Wärme auf den erwähnten Stoff überträgt. Damit mit einer gleichen Strahlungsdo sis bestrahlte Thermolumineszensdosimeter gleiche Messergebnisse liefern, muss dafür gesorgt werden, dass die Temperaturzunahme als Funktion der Zeit bei Erhitzung des Heizelementes stets den gleichen Verlauf aufweist.
Es erweist sich als möglich, nicht unerhebli- che Differenzen im Temperaturverlauf dadurch zu vermeiden, dass die elektrische Energiezufuhr zum Heizelement denart geregelt wird, dass die Temperatur des Heizelements zwischen einem niedrigsten und einem höchsten Wert zeiproportional zunimmt.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mes sen der Lichtausbeute des mit ionisierender Strahlung bestrahlten Leichtstoffes eines Thermolumineszenzdosimeters durch Erwärmung des Leuchtstoffes mittels eines durch einen elektrischen Strom geheizten Heizelementes.
Erfindungsgemäss ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dasls im elektrischen Stromkreis des Heizelementes ein Stromregler, der ein Glied zum wiederholten Schliessen und Unterbrechen des Strmkreises enthält, vorgesehen ist und dass der Stromkreis mit Mitteln zur Regelung der Aufeinanderfolge der Stromunterbrechungen in Abhängigkeit der Stromstärke zur Konstanthaltung des Effektivwertes des Heizstromes versehen ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Stromkreis einen Schalttransistor, dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang eines Impulsgenerators verbunden ist, dessen Eingang eine vom Effektivwert des Heizstromes abhängige Spannung zugeführt ist. Hierbei lässt der Transistor den dem Heizelement zuzuführenden Strom in Abhängig keit vom Auftreten oder Fehlen eines vom Impulsge- nerator gelieferten Impulses, dessen Breite eine Funktion des Effektivwertes des Stroms ist, entweder hin- durch oder sperrt ihn.
Ein Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung,
Die Fig. 2 und 3 den Verlauf der gelieferten Spannungsimpulse,
Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines Im puisgenerators,
Die Fig. 5 und 6 je eine Ausführungsform eines Messgliedes.
Das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 enthält einen Sp eiskreis und einen Rückkopplungsregelkreis. Der Speisekreis enthält die Reihenschaltung des Heizelementes 1 eines Thenomolumineszenzdosimeters (das nicht näher dargestellt ist, weil es keinen Teil der Erfindung bildet), einer Speisquelle 3, eines Leistungstransistors 4, der über den Emitter 4' und den Kollektor 4" in den Kreis geschaltet ist, und eines Aufnehmers 5 für einen Detektor 6 für den Effektivwert des Heizstromes durch das Element 1.
Im vorliegenden Falle ist das Element 5 der Heizdraht eines temperaturabhängigen Widerstandes, der schematisch durch 7 angegeben ist.
Mit dem Detektor 6 ist ein Regelkreis verbunden, der eine Vergleichsschaltung 8, einen Verstärker 9 und einen Impulsgenenator 10 enthält. Der Ausgang 11 ist mit der Basis 4"' des Transistors 4 verbunden.
Die Eingangsleitung 12 stellt sinnbildlich einen Bezugswent für die Vergleichsschaltung 8 dar, denen Ausgang durch die leitende Verbindung 13 zum Ver- stärker 9 dargestellt wird.
Die Wirkungsweise der Schaltung beruht auf der Erzeugung einer Spannung, deren Grösse mittels der Schaltelemente 5 und 7 durch den Effektivwert des Heizstromes bestimmt ist, wobei der Wert des Heizstromes in der Schaltung 8 mit einem Bezugswert verglichen wird, der symbolisch durch die Eingangsleitung 12 dargestellt wird. Das sich ergebende Rehlersignal e wird in dem Verstärker 9 verstärkt, der dem Impulsge- nerator 10 eine Steuerspannung zuführt. Der Genera- tor 10 führt seine Ausgangsimpulse der Basis 4"' des Transistors 4 zu, der als EineAus-Schalter arbeitet.
Die Höhe sämtlicher vom Generator 10 erzeugten Impulse ist konstant, aber ihre Dauer hängt von der Höhe des dem Generator zugeführten Signals ab. Diese Dauer ist eine Funktion der Speisespannung. Wenn daher eine niedrigere Speisespannung auch Stromim- pulse mit niedrigerer Energie zur Folge hat, dauern diese Impulse entsprechend länger, so dass die je Impuls hindurchgelassene Energie die gleiche bleibt.
Eine Betrachtung des die Spannung V am Heizelement 6 als Funktion der Zeit darstellenden Diagramms zeigt, dass eine den Transistor 4 völlig leitend machen de Spannung V1 eine Dauer t2-tl hat. Wenn die Span nung V1 niedriger ist, ist die Dauer des Impulses, der den Transistor 4 leitend macht, das heisst die Zeit, während der Strom durch das Heizelement 5 fliesst, länger, so dass (t2-t1) V2 konstant bleibt.
Die Zeit, während der der Strom das Heizelement durchfliesst, ist somit umso länger, je niedriger die Speisespannung ist.
Der Impulsgenerator 10 besteht aus einem Multivibrator, der zwei Transistoren 14 und 15 in Emitterschaltung enthält. Vor den Multivibrator ist ein Differentialverstärker geschaltet, der die Transistoren 16 und 17 enthält. Das kontinuierliche Fehlersignal e (die Spannung :zwischen den Eingangsleitungen 33 und 34) wird zwischen den Basiselektroden dieser beiden Transistoren angelegt. Der Differentialverstärker dient zur Bestimmung der Relaxationszeiten des Multivibrators in Abhängigkeit vom Fehlersignal. Wenn ein Transistor leitend ist, ist der andere gespenrt, und die Dauer jedes dieser Zustände hängt von der entsprechenden Relaxationszeit sb.
Am Kollecktor des Transistors 14 erscheinen somit Rechteckimpulse veränderlicher Dauer, die vom Ausgangstransistor 18 der Basis des Lei- stungstransistors 4 zugeführt werden, um diesen als Ein-Aus-Schalter zu betätigen.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Detektors 6, der unten den Einwirkung des Effektivwerts des Hauptstromes wirksam ist. Diesser Strom durchfliesst den Heizdraht 5 und die in diesem erzeugte Wärme beeinflusst einen temperaturabhängigen Widerstand 20.
Dieser Widerstand ist mit einem temperaturabhängigen Widerstand 21 in eine Wheatstone-Brücke geschaltet.
Der Widerstand 21 dient als Bezugswiderstand und ermöglicht zudem einen Temperaturausgleich. Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung wird einer Differentialschaltung mit zwei Transistoren 22 und 23 zugeführt, die am Ausgang 33-34 das Fehlersignal e liefert. Dieses Signal wird über den Verstärker 9 dem Impulsgenerator 10 zugeführt.
Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Detektors 6, bei dem die Schaltung weniger empfindlich gegen die Umgebungstemperatur ist als bei der Ausführungsform nach Fig. 5. Weil der Strom I durch das Heizelement impuisförmig ist, kann er in einem Wechselstromverstärker 24 verstärkt werden. An dessen Ausgang werden diese Impulse von einem Kondensator 25 differenziert.
Im allgemeinen besteht ein derartiger differenzierter Impuls aus einer steil ab. fallenden Flanke, deren Höhe proporitional dem Strom I ist, und aus einer nachfolgenden, mehr oeder weniger langsam ansteigenden exponentialen Flanke. Da der Ladestrom dies Kondensators 25 jedoch infolge des Transistors 26 konstat gehalten wird, ist diese ansteigende Flanke nicht exponential, sondern linear mit konstanter Neigung.
Diese differenzienten Impulse sind somit dreieckförmig und haben einen Flächeninhalt, der proportional I2 ist.
Sie werden im Kondensator 28 integriert, der somit den mittleren Wert von I2 liefert. Ein diesem Mittel- wert proportionaler Wert ergibt sich über dem Widerstand 31, jedoch mir während der Zeit, während der der Strom I das Heizelement durchfliesst, denn sonst ist der Transistor 30 völlig leitend, wodurch der Transistor 29 gesperrt wird, da die beiden Transistoren einen gemeinsamen Emitterwiderstand aufweisen. So ergibt sich am Kondensator 32 der Mittelwert von J2T, wobei T die Dauer Ides Impulses I ist.
Deshalb erscheint am Ausgang 33 eine Spannung, die proportional dem Effektirwert des Heizstroms durch das Heiz- element ist. Diesen Ausgang 33 wird dabei mit einer der Eingangsleitungen nach Fig. 4 verbunden, während die andere Eingangsleitung 34 die Bezugsspannung empfängt.