DD154555A1 - Verfahren zur ermittlung der effektiven messzeit in der impulsspektrometrie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der effektiven Messzeit und damit zur Korrektur von systembedingten Zaehlverlusten in der Impulsspektrometrie. Zweck der Erfindung ist es, die bei den bekannten Loesungen auftretenden Ungenauigkeiten in der Korrektur der Zaehlverluste und die deshalb notwendigen Zusatzberechnungen beziehungsweise Einschraenkungen des Anwendungsbereiches zu beseitigen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der effektiven Messzeit und damit zur Korrektur von Zaehlverlusten in der Impulsspektrometrie zu schaffen, welches exakt die im Messsystem auftretenden Zaehlverluste durch umfassende Beruecksichtigung des Gesamteinflusses der insbesondere im Ereignisanalysator auftretenden Totzeiten ausgleicht. Erfindunggemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass zum Zeitpunkt der Detektion von Ereignissen bzw. der Abgabe entsprechender Impulse zumindest die Arbeitsbereitschaft der Ereignisanalyse abgefragt wird und im Falle des Vorliegens dieser Bereitschaft der Messzeitzaehler gestartet beziehungsweise beim Nichtvorliegen der Bereitschaft gestoppt wird, und dass eine Veraenderung des Betriebszustandes des Messzeitzaehlers nur zu den genannten Zeitpunkten der Abfrage der Arbeitsbereitschaft der Ereignisanalyse beziehungsweise einen konstanten Zeitbetrag danach erfolgt.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der effektiven Meßzeit und damit zur Korrektur von systembedingten Zählverlusten in der Impulsspektrometrie.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Impulsspektrometrie wird im allgemeinen als Meßergebnis eine pro Zeiteinheit gemessene Anzahl von Impulsen ausgewiesen. Da bei der Registrierung der Impulse selbst Verluste innerhalb des die Impulse verarbeitenden Systeraes, welches u.a. aus dem Impulse entsprechend einer vorgegebenen Charakteristik als Ereignisse erkennenden Ereignisdetektor, dem diese Ereignisse analysierendem Ereignisanalysator und-entsprechenden Speichern sowie einer Einrichtung zum Registrieren der Meßzeit besteht, auftreten können, ist in der Regel die sogenannte Zählausbeute bei einer fortlaufenden, diese Verluste nicht adäquat berücksichtigenden Zeitmessung stets kleiner 1, d.h. das gesamte Meßergebnis wird verfälscht. Da eine Erfassung aller Impulse durch systembedingte Totzeiten unmöglich ist, wird üblicherweise über den zweiten Paktor der Messung,, nämlich der Meßzeit, eine Korrektur der Zählverluste vorgenommen, indem zumindest-annähernd die effektive Meßzeit, d.h. die Zeit die wirklich zur Messung zur Verfügung stand, ermittelt wird.

Es ist zum Messen der Kernstrahlung bereits bekannt; die Zählausbeute mit'Hilfe eines Meßzeitgenerators zu be-

stimmen, der von der Eingangsstufe eines Amplituden-Digital-Converters (ADC) derart gesteuert wird, daß nur dann Meßzeitimpulse konstanten Abstandes am entsprechenden Ausgang des Meßzeitgenerators einer Auswerteelektronik angeboten werden, wenn der Eingang des ADC geöffnet ist, d.h. wenn seine Betriebsbereitschaft nicht durch ein gerade zu digitalisierendes Ereignis blockiert ist. Eine solche Totzeit wird durch jedes registrierte Ereignis bewirkt und ist in ihrer Größe durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit des ADC bestimmt. Während der Totzeit ankommende Ereignisse werden somit zurückgewiesen und führen zu Zählverlusten. Indem das Spektrum der registrierten und ausgewerteten Ereignisse auf die Summe der Meßzeitimpulse bezogen wird, können die durch das Totzeitverhalten des ADC bewirkten Zählverluste korrigiert werden. Nachteilig bei dieser Lösung ist der Umstand, daß sie nur dann zu brauchbaren Ereignissen führt, wenn die Zeitintervalle der Ereignisfolge einer POISSON-Verteilung genügen. Da mit dieser Methode nur die von einem einzigen ADC bewirkten Totzeiten erfaßt werden, erfordert die Berücksichtigung des Totzeitverhaltens aller dem ADC vorgeordneten, an der Impulsauswertung beteiligten Punktionseinheiten, einschließlich gegebenenfalls parallelgeschalteter ADC die Konstruktion einer zusätzlichen aufwendigen Elektronik, deren Kopplung an die Steuerstufen der Impulsverarbeitung wiederum bewirkt, daß der Totzeiteffekt jedes Impulses erfaßt werden muß. Bei hohen Impulsraten führt dies zu systematischen Fehlern, die nur durch Erhöhung der Zeitzählfrequenz oder durch eine zusätzliche Logik im Meßzeitzähler in Grenzen verringert werden können.

Weiterhin ist es bekannt, einen periodischen oder getriggerten Impulsgenerator parallel zum Strahlungsdetektor an den Ereignisdetektor zu schalten, wobei sowohl die den ADC passierenden als auch die Gesamtzahl der vom Generator abgegebenen Impulse gezählt werden. Dadurch wird eine Erfassung des Einflusses aller Punktionseinheiten der Verarbei-

tungskette zumindest Stichprobenhaft möglich. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die Pulser-Ereignisse eine zusätzliche Totzeit bewirken und das Untergrundspektrum im Pulserpeakbereich einen statistischen Fehler der Zeitmessung bewirkt· Die Auswertung des Pulserpeaks selbst erfordert einen zusätzlichen Rechenaufwand. Bei Verwendung periodischer Pulser ist außerdem eine weitere rechnerische Korrektur des Ergebnisses erforderlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die bei den bekannten Lösungen auftretenden Ungenauigkeiten in der Korrektur der Zählverluste und die deshalb notwendigen Zusatzberechnungen beziehungsweise Einschränkungen des Anwendungsbereiches zu beseitigen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der effektiven Meßzeit 'und damit zur Korrektur von Zählverlusten in der Impulsspektrometrie zu schaffen, welches exakt die im Meßsystem auftretenden Zählverluste durch umfassende Berücksichtigung des Gesamteinflusses der insbesondere im Ereignisanalysator auftretenden Totzeiten ausgleicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Zeitpunkt der Detektion von Ereignissen beziehungsweise der Abgabe entsprechender Impulse zumindest die Arbeitsbereitschaft der Ereignisanalyse abgefragt wird und im Falle des Vorliegens dieser Bereitschaft der Meßzeitzähler gestartet beziehungsweise beim Nichtvorliegen der Bereitschaft gestoppt wird, und daß eine Veränderung des Betriebszustandes des Meßzeitzählers nur zu den -genannten Zeitpunkten der Abfrage der Arbeitsbereitschaft der Ereignisanalyse beziehungs·

weise einen konstanten Zeitbetrag danach erfolgt. Durch dieses Verfahren wird gemäß einer Ereignis-Zeitintervall-Transformation jedem vom Ereignisdetektor gelieferten Ereignis ein variables Uhrzeitintervall Δ Τ augeordnet, welches durch das Ereignis selbst und das darauf folgende Ereignis begrenzt wird, und für welches der Wert ΛT gezählt wird, wenn das Ereignis durch die Meßanordnung verarbeitet wird, oder der Wert Null, wenn das Ereignis nicht verarbeitet wird. Die gezählten Uhrzeitintervalle ΔΤ werden als echte Meßzeit integriert, ausgewiesen und bewertet. Mit dieser Lösung werden alle im Meßsystem auftretenden Zählverluste durch die Bildung einer effektiven Meßzeit ausgeglichen. Es ist nicht notwendig den Anwendungsbereich zur Garantie der Richtigkeit der Korrektur in irgend einer Form einzuschränken, oder das Ergebnis nachträglich rechnerisch nochmals zu korrigieren. Die Auswertung der Korrektur kann automatisch zum Beispiel derart sein, daß ein Meßvorgang so lange über eine vorgewählte Meßzeit hinaus verlängert wird, bis eine der vorgewählten Meßzeit gleich effektive Meßzeit aufsummiert wurde, und damit faktisch die Zählausbeute auf 100 % entsprechend der vorgewählten Meßzeit korrigiert v/urde.

Um bei extrem hohen Ereignisraten eine Entlastung der Korrekturelektronik zu erzielen, oder um das Verfahren auch mit langsameren Zeitzählern durchführen zu können, ohne wesentlichen Verlust an Genauigkeit zu erleiden, wird es vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß mittels eines zusätzlichen S.elekt^s stichprobenartig nach einem bestimmten Regime Ereignisse für die Zählkorrektur ausgewählt und nur diese ausgewählten Ereignisse bei der Zeitmessung berücksichtigt werden.

Eine zusätzliche Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens wird durch die Berücksichtigung von Aufstockeffekten, die auf dem Umstand beruhen, daß Ereignissen innerhalb ihrer

extrem kurzen, aber endlichen Zeitdauer ein oder mehrere Ereignisse überlagert, d.h. aufgestockt werden. Die Berücksichtigung dieser Effekte erfolgt besonders günstig dadurch, daß zwischen dem Zeitpunkt des Eintreffens jedes Ereignisses und dem Ende der sich diesem Zeitpunkt anschließenden Analysezeit T. zusätzlich geprüft wird, ob von der Ereignisdetektion ein entsprechendes pile-up-Signal abgegeben wird und daß im Falle des Auftretens eines solchen Signals für den Meßzeitzähler ein Stopp-Befehl gegeben wird

π sowie dominäi; be% dem nächsten Ereignis eine Y/iederholung des Stopp-Befehls erfolgt, wobei eine Schaltung des Meßzeitzählers selbst nur zum Endzeitpunkt dieser Zeit T. oder einen konstanten Zeitbetrag danach erfolgt. Damit wird für jedes Ereignis, welches von einem weiteren Ereignis aufgestockt, und deshalb durch die Impulsmeßanordnung nicht richtig verarbeitet wird, der Wert Null gezählt, und außerdem wird auch für das darauf folgende Ereignis unabhängig. von seinem Schicksal innerhalb der Impulsmeßanordnung willkürlich der Wert Null gezählt. Eine Alternative für die Lösung des Problems von Aufstockeffekten besteht auch darin, daß die obengenannte Selektion^lergestalt ausgeführt wird, daß die Aufstockung von ausgewählten Ereignissen untereinander nur mit äußerst geringer Wahrscheinlichkeit vorkommt, und deshalb nicht berücksichtigt zu werden braucht.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht neben dem schon gesagten vor allem auch darin, daß es für verschiedene Meßkonfigurationen ohne weitere Anpassungsarbeiten anwendbar ist, und in.seiner Genauigkeit unmittelbar der Meßanordnung entspricht, d.h. der Aufwand, welcher für d-ie Meßanordnung als solche betrieben wird, wirkt sich in.der Korrekturelektronik analog aus, ohne daß diese eine Veränderung erfahren müßte.

Ausführungsbeiapiel

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Zum Beispiel soll die Meßaufgabe darin bestehen, die Registrierung der innerhalb einer definierten Zeit, der Meßzeit, von einer strahlenden Probe ausgehenden, zum Beispiel durch radioaktiven Zerfall entstehenden Strahlungsimpulse einer bestimmten Charakteristik vorzunehmen. Die von einem Strahlungsdetektor aufgefangene Strahlung wird in entsprechende elektrische Meßimpulse umgewandelt, welche einem Ereignisdetektor zugeführt werden. Dieser Ereignisdetektor bewertet die ankommenden Impulse nach vorgegebenen einstellbaren Kriterien und gibt dann am Ausgang einen Ereignisimpuls ab, wenn ein den Kriterien genügender Meßimpuls, nachfolgend Ereignis genannt, angekommen ist. Sowohl die Meßimpulse als auch die Ereignisimpulse werden einem Ereignisanalysator zugeführt, welcher für den Fall, daß einem Meßimpuls ein Ereignisimpuls zugeordnet wurde, die Analyse dieses Meßimpulses vornimmt, und das Ergebnis einem Speicher zuführt. Die Analyse kann dabei zum Beispiel in der Form erfolgen, daß das Maximum des Ereignisses festgestellt und in eine entsprechende Anzahl von Zählimpulsen umgewandelt wird, welche wiederum im Adreßregister des Speichers integriert werden. In der Zeit, welche der Ereignisanalysator für die Analyse beziehungsweise Digitalisierung des Ereignisses sowie das Überführen in den Speicher benötigt, ist sein Eingang gesperrt, d.h. es entsteht еітзе Totzeit, während der er keine weiteren Ereignisse verarbeiten kann. Die während dieser Totzeiten eintreffenden Ereignisse gehen somit verloren und bewirken einen entsprechenden Zählfehler. Die Zählausbeute wird entsprechend der Relation der verarbeiteten Ereignisse zur Gesamtzahl der Ereignisse kleiner Um die Zählausbeute fiktiv auf den Wert 1 zu bringen, und damit die Zählfehler zu korrigieren, wird die Gesamtmeßzeit so weit verlängert, bis eine effektive Meßzeit aufsummiert ist, die identisch mit der vorgewählten Meßzeit ist*

Dazu wird der Meßzeitzähler erfindungsgemäß so angesteuert, daß jedesmal beim Eintreffen eines Ereignisimpulses das Vorhandensein eines Bereitschaftssignales des Ereignisanalysators überprüft wird. Ist sowohl der Ereignisimpuls als auch das Bereitschaftssignal vorhanden, wird der Meßzeitzähler eingeschaltet, wobei er diesen Schaltzustand bis zum Eintreffen des nächsten Ereignisimpulses behält. Beim Eintreffen des nächsten Ereignisimpulses erfolgt die gleiche Überprüfung des Vorhandenseins beider Signale. Sind beide vorhanden, arbeitet der Meßzeitzähler ohne Unterbrechnung weiter. Fehlt das Bereitschaftssignal aufgrund dessen, daß der neue Ereignisimpuls noch vor Ablauf der durch den vorherigen Impuls bewirkten Totzeit eintrifft, wird der Meßzeitzähler gestoppt und bleibt so lange stehen, bis nach den genannten Bedingungen ein erneuter Start erfolgt.

Für ^edes im Ereignisanalysator verarbeitete Ereignis v/ird damit das Zeitintervall Δ T, welches von diesem Ereignis und dem unmittelbar darauf folgenden begrenzt wird, im Meßzeitzähler aufsummiert. Für Ereignisse, die aufgrund des Totzeitverhaltens nicht verarbeitet v/erden können, werden die zugehörigen Zeitintervalle Λ τ nicht verwertet, sie erhalten somit willkürlich den Wert Null zugeordnet. Aufgrund dessen, daß die gezählten Zeitintervalle ΔΤ nur durch die Ereignisimpulse, also durch die Zeitpunkte des Eintreffens von Ereignissen selbst begrenzt werden, wodurch die Erwartungswerte für die Dauer der Start- und Stop-Signale gleich sind, wird eine echte effektive Meßzeit gebildet. Der Ablauf der Totzeiten zwischen den einzelnen Ereignisimpulsen ist damit ohne Einfluß auf die Steuerung, und das Meßergebnis entspricht fiktiv einer 100%igen Zählausbeute für die vorgewählte Meßzeit. Bei Erreichen dieser Zeitgleichheit kann die Messung abgebrochen und das Ergebnis dem Speicher entnommen werden. Wird gleichzeitig mit dem Start der Messung eine Uhr виг Registrierung der tatsächlichen Geeamtmeßzeit eingeschaltet, kann durch Bildung des Quotienten aus der effektiven

Meßzeit und der gestoppten Gesamtmeßzeit die tatsächliche Zählausbeute ermittelt werden.

Es ist auch möglich, die Messung von Hand zu jedem beliebigen Zeitpunkt abzubrechen. Durch die Ausgabe der effektiven Meßzeit ist auch in diesem Fall ein exaktes Meßergebnis vorhanden.

Weiterhin ist es möglich durch eine Selektion stichprobenartig nach einem vorbestimmbaren Regime nur nach diesem Regime ausgewählte Ereignisse, zum Beispiel jedes zehnte oder hundertste Ereignis, zur Zählkorrektur zu verwenden. Dadurch ist zum Beispiel eine Untersetzung der Ereigniaimpulsfrequenzen möglich, welche vor allem bei hoher Impulsrate große Vorteile bringt. Dieser Vorteil wird besonders dadurch verdeutlicht, daß die Frequenz der Ereignisimpulse zum Beispiel in der Kernspektrometrie bis zu 10·³ Hz beträgt, und der Meßzeitzähler mit mindestens 100mal höherer Frequenz arbeiten muß, um eine hinreichend genaue Zeitmessung zu garantieren.

Bisher wurde in der Darstellung davon ausgegangen, daß die Ereignisse im Verhältnis zu den Systemzeiten vernachlässigbar kurz sind· In der Praxis entstehen jedoch selbst bei den um Größenordnungen kleineren Zeiten der Ereignisdauer Probleme) die darauf beruhen, daß während der endlichen Breite der Ereignisse und der damit verbundenen Zeit TA, welche der Ereignisanalysator zur Fixierung des ausgewertenden Parameters benötigt, bereits ein zweites Ereignis eintrifft und die Analyse des ersten Ereignisses stört. Diese sogenannte Ereignisauf stockungCpile up), welche vom Ereignisdetektor erkannt und sowohl dem Ereignisanalysator als auch der Steuerung des Meßzeitzählers angezeigt wird, führt dazu, daß beide Ereignisse nicht richtig verarbeitet werden, auch wenn die Bereitschaft des Ereignisanalysators vorhanden ist. In einem solchen Fall wird auch der Meßzeitzähler, bedingt durch das pile-up-Sig-· nal bis zum Eintreffen des übernächsten Ereignisses gestoppt, indem für das nächste eintreffende Ereignis unabhängig von seinem Schicksal im Impulsmeßzweig ein Stopp-Befehl gegeben und

dadurch willkürlich der Wert Null gezählt wird.

Auf diese Art und Weise werden genau so viele ira Meßzweig ankommende Ereignisse für die Zeitmessung willkürlich in nicht angekommene umbewertet, daß faktisch eine exakte 100%ige Zählausbeute über die Meßzeitkorrektur erzwungen wird.

Claims (3)

Erfindungsanspruch

1. Verfahrer] zur Ermittlung der effektiven Meßzeit.in der Impulsspektrometrie, insbesondere der Kernspektrometrie, bei der aus -der Menge der von einem oder mehreren Strahlungsdetektoren gelieferten Impulsen durch eine Ereignisdetektion repräsentativ Impulse als Ereignis ausgewählt und ggfs. zusätzliche, das Ereignis kennzeichnende Impulse abgegeben werden und bei dem die Ereignisse analysiert werden, indem sie in entsprechende registrierbare Zählimpulse umgeformt, und diese aufgespeichert werden, wobei gleichzeitig eine Registrierung der Meßzeit erfolgt, und die bei der Ereignisverarbeitung auftretenden Zählverluste durch Beeinflussung der registrierten Meßzeit korrigiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zeitpunkt der Detektion von Ereignissen beziehungsweise der Abgabe der entsprechenden Impulse zumindest die Arbeitsbereitschaft der Ereignisanalyse abgefragt wird und im Falle des Vorliegens dieser Bereitschaft der Meßzeitzähler gestartet beziehungsweise beim Nichtvorliegen der Bereitschaft gestoppt wird, und daß eine Veränderung des Betriebszustandes des Meßzeitzählers nur zu den genannten Zeitpunkten der Abfrage der Arbeitsbereitschaft der Ereignisanalyse beziehungsweise einen konstanten Zeitbetrag danach erfolgt.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß stichprobenartig nach einem vorgegebenen Regime Ereignisse ausgewählt und bei der Zeitmessung nur diese ausgewählten Ereignisse berücksichtigt werden.

3« Verfahren nach Punkt 1, bei dem von der Ereignisdetektion im Falle des Aufstockens eines Ereignisses durch ein weiteres Ereignis oder einen Meßimpuls innerhalb der für die

Analyse des ersten Ereignisses benötigten Zeit T_n ein pileup-Signal abgegeben wird, und bei dem durch die Beeinflussung der Registrierung der Meßzeit eine Berücksichtigung der

Aufstockung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zeitpunkt des Eintreffens jedes Ereigniases und dem Ende der sich diesem Zeitpunkt anschließenden Analysezeit T, zu~ sätzlich geprüft wird, ob von der Ereignisdetektion ein pileup-Signal abgegeben wird, und daß im Falle des Auftretens eines solchen Signales für den Meßzeitzähler ein Stopp-Befehl gegeben wird sowie dominant bei dem nächsten Ereignis eine Wiederholung des Stopp-Befehls erfolgt, wobei eine Schaltung des Meßzeitzählers selbst nur zum Endzeitpunkt dieser Zeit T. oder einen konstanten Zeitbetrag danach erfolgt·