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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Szintillationsdetektorsystem, das
einen Szintillator und einen Photoelektronenvervielfacher (PMT)
aufweist. Speziell bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf
einen Prozess zur automatischen Steuerung eines Szintillationsdetektorsystem
(SDS).
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Kurze Darstellung des Standes
der Technik
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Ein
Photoelektronenvervielfacher (PMT) ist ein empfindliches Messgerät, das verwendet
wird um Licht zu messen oder um Licht in verstärkte elektrische Signale umzuwandeln.
Ein typischer PMT weist eine evakuierte Glasröhre und eine Serie von Elektroden
auf, die in der Röhre
angeordnet sind. Die Serie von Elektroden weist eine Photokathode
auf, von wo aus eine Lichtquelle in die Röhre eintritt, eine fokussierende
Elektrode, eine Vielzahl an Dynoden, die als Elektronenvervielfacher
wirken, und eine Anode, wo sich die vervielfachte Ladung ansammelt.
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Wenn
einfallende Photonen (einfallendes Licht) auf die Photokathode des
PMT auftrifft emittieren die Photonen Photoelektronen durch den
photoelektrischen Effekt. Die Photoelektronen, die durch die Photokathode
emittiert werden, werden durch ein elektrisches Feld beschleunigt
und auf den Elektronenvervielfacher durch die fokussierende Elektrode gelenkt.
Der Elektronenvervielfacher, das heißt die Serie von Dynoden, vervielfacht
die Photoelektronen durch den Prozess der Sekundäremission. Wenn die vervielfachten
Photoelektronen die Anode erreichen, werden sie als elektrisches
Signal ausgegeben.
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Genauer
gesagt, wenn die beschleunigten Photoelektronen auf die erste Dynode
auftreten, werden sekundäre
Elektronen durch Sekundäremission emittiert.
Diese sekundäre
Elektronen gehen mit der ersten Gruppe an Photoelektronen und werden
auf die nächste
Dynode beschleunigt. Dieser Prozess wird über aufeinanderfolgende Dynoden
wiederholt. Dieser Kaskadeneffekt von Sekundäremission resultiert in einer
anwachsenden Anzahl von Elektronen, die an jeder nachfolgenden Dynode
erzeugt werden. In anderen Worten wird die Ladung an jeder nachfolgenden
Dynode verstärkt.
Wenn die Elektronen die Anode erreichen, werden sie als ein verstärktes elektrisches
Signal ausgegeben. Als Ergebnis des obigen Prozesses kann sogar
ein geringer photoelektrischer Strom von der Photokathode einen
großen
Ausgabestrom auf der Anode des PMT erzeugen. Die Verstärkung hängt von
der Anzahl der Dynoden, der Beschleunigungsspannung, der Temperatur
und so weiter ab.
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PMTs
werden üblicherweise
in Szintillationszählern
(oder Szintillationsdetektoren) verwendet, um die von einer Strahlungsquelle
abgegebene ionisierende Strahlung zu messen. Ein Szintillationszähler ist
so konstruiert, dass ein PMT an einen Szintillator gekoppelt wird.
Der Szintillator erzeugt Licht, wenn er durch ionisierende Strahlung
angeregt wird. Der PMT detektiert und absorbiert das Licht, das
von dem Szintillator emittiert wird, und, durch den oben beschriebenen
Prozess, leitet das Signal in Form verstärkter elektrischer Ausgabepulse
weiter. Diese Pulse können
gezählt
werden, zum Beispiel durch einen elektronischen Zähler. Durch
eine Analyse dieser Ausgabepulse kann eine Pulsverteilung oder ein
Energiespektrum erhalten werden. Verschiedene Pulse für eine jeweilige
Energie können
als Pulshöhenauflösung ausgewertet
werden.
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PMTs
haben Vorteile, wie eine hohe interne Verstärkung, eine hohe Empfindlichkeit,
eine kurze Ansprechzeit, niedriges Rauschen und ein Hochfrequenz-Ansprechverhalten.
Jedoch kann die Stabilität der
Verstärkung
im Ausgabesignal des PMTs fluktuieren aufgrund verschiedener Faktoren,
wie Temperatur, Alterungsrate des PMTs oder des Szintillators, Fluktuationen
in der Strom- oder Spannungsversorgung, dem Material der Photokathode,
und so weiter.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Allgemein
ausgedrückt,
gemäß einem
Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zur Steuerung einer Verstärkung
eines Szintillationsdetektors, umfassend Verwenden einer Referenzstrahlungsquelle
und eine Photomultiplierröhre
und Steuern der Verstärkung
des Szintillationsdetektors basierend auf der Referenzstrahlungsquelle.
Das Steuern umfasst detektieren einer Veränderung in der Verstärkung des
Szintillationsdetektors, Bestimmen einer Größe der Veränderung in der Verstärkung uns
Stabilisieren der Verstärkung
gegen die oder im Vergleich zur Referenzstrahlungsquelle basierend
auf dem Steuerungssignal.
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Allgemein
ausgedrückt,
gemäß einem
weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein
Verstärkungs-Steuerungssystem
zur Steuerung der Verstärkung
eines Szintillationsdetektors, wobei das System computerlesbare
Instruktionen aufweist, die im Speicher gespeichert sind und bewirken,
dass der Prozessor eine Veränderung
in der Verstärkung
des Szintillationszählers
detektiert, eine Größe der Veränderung
in der Verstärkung
bestimmt, ein Steuerungssignals ausgibt, um die Größe der Veränderung
in der Verstärkung
zu kompensieren und die Verstärkung
gegen die oder im Vergleich zur Referenz-Strahlungsquelle stabilisiert
basierend auf dem Steuerungssignal.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorstehenden sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden
durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen noch deutlicher hervorgehen. Es wird betont, dass nicht
alle möglichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung notwendigerweise alle oder einige der
hier angegebenen Vorteile erzielen.
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1A zeigt
eine graphische Darstellung einer beispielhaften Caesium-Referenzquelle.
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1B zeigt
eine graphische Darstellung einer beispielhaften Kalium-Referenzquelle.
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1C zeigt
eine graphische Darstellung einer beispielhaften Americium-Beryllium-Referenzquelle.
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1D zeigt
eine graphische Darstellung einer beispielhaften Referenzquelle
mit kosmischer Strahlung.
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2 zeigt
ein Pulshöhenspektrum
bei einer Nennverstärkung
und ein Pulshöhenspektrum
bei einer verschobenen Verstärkung
gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung.
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3 zeigt
eine graphische Darstellung eines Experiments, das gemäß Ausführungsformen der
vorliegenden Offenbarung ausgeführt
wird.
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4A zeigt
eine Temperaturkurve aufgetragen über der Zeit eines Experiments,
das gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wurde.
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4B zeigt
eine Kurve, der Hochspannung aufgetragen über die Zeit des in der 4A dargestellten
Experiments.
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4C zeigt
eine Kurve der Zählrate
aufgetragen über
die Zeit des in der 4A dargestellten Experiments.
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5 zeigt
ein Verstärkungs-Steuerungssystem
gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung.
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6A zeigt
eine Kurve der Temperatur aufgetragen über die Zeit eines Experiments
gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung.
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6B zeigt
eine Kurve der Niveaus des Teilers aufgetragen über die Zeit des in der 6A dargestellten
Experiments.
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6C zeigt
eine Kurve der Zählrate
aufgetragen über
die Zeit des in der 6A dargestellten Experiments.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In
den nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
sind Merkmale, die sich in Funktion und Aufbau ähneln, soweit möglich mit
gleichen oder ähnlichen
Bezugszeichen versehen. Um die Merkmale einer bestimmten Komponente
einer bestimmten Ausführungsform
zu verstehen, sollten daher die Beschreibung anderer Ausführungsformen und
die Zusammenfassung der Erfindung berücksichtigt werden.
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Allgemein
ausgedrückt,
wann immer eine bestimmte Energiemenge im Szintillator eines Szintillationszählers deponiert
oder abgegeben wird, erzeugt der Szintillator Licht und ein PMT,
der an den Szintillator gekoppelt oder angeordnet ist, konvertiert das
Licht in ein elektrisches Signal durch den photoelektrischen Effekt
und durch Sekundäremission. Das
elektrische Signal wird dann an der Anode des PMT ausgegeben in
Form eines Pulses der eine bestimmte Höhe (oder Amplitude) hat. Der
Konversionsfaktor zwischen der Eingangsenergie und der Höhe des Ausgabepulses
kann als die Verstärkung definiert
werden. Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung steuern und stabilisieren diese Verstärkung, die
durch Faktoren fluktuieren kann, wie beispielsweise die Temperatur,
die Alterungsrate des PMT oder des Szintillators, der Szintillationseffizienz, dem
optischen Kontakt zwischen dem PMT und dem Szintillator, und so
weiter.
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In
Ausführungsformen
stabilisiert ein Verstärkungs-Steuerungsprozess
die Verstärkung
gegen oder im Vergleich zu einer bekannte Referenz, wie zum Beispiel
einer Quelle, die Gammastrahlung oder ionisierende Strahlung einer
bekannten Energie emittiert, die im Wesentlichen die gleiche Eingabeenergie
im PMT des Szintillationszählers (oder
eines ähnlichen
Zählers)
deponiert. Die Referenzquelle kann beispielsweise auf der Oberfläche des
Szintillators und/oder in einem Messbereich des Szintillators angeordnet
sein. Unter Verwendung dieser Referenzquelle kompensiert der Verstärkungs-Steuerungsprozess
gemäß Ausführungsformen
Fluktuationen in der Verstärkung
des PMT. Beispiele von Referenz-Strahlungsquellen,
die verwendet werden können,
sind unter anderem Caesium-Quellen (Cs), Kalium-Quellen (K), Americium-Beryllium-Quellen
(AmBe) und kosmische Strahlung. Diese vier Quellen sind graphisch
in den 1A–D dargestellt, jedoch ist
es für
einen Fachmann offensichtlich, das der Umfang der vorliegenden Offenbarung
nicht beschränkt ist
auf eine bestimmte Gammastrahlungsquelle. Die X-Achse repräsentiert
die Energie der Gamma-Quanten und die Y-Achse repräsentiert
die Anzahl der Gamma-Quanten, die eine bestimmte Energie (Amplitude)
haben, in Zählereignissen
pro Sekunde (cps). Wie in den 1A–D gezeigt,
weist jede der Quellen einen deutlichen Peak oder Höhepunkt auf,
der als Referenzpunkt benutzt werden kann. Durch Überwachung
einer Veränderung
in der Position des Höhepunkts
im Amplitudenspektrum der Referenzstrahlungsquelle kann der Verstärkungs-Steuerungsprozess
gemäß Ausführungsformen
die Veränderungen
in der Position des Höhepunkts
detektieren und Veränderungen
in der Verstärkung
kompensieren, das heißt,
den Peak zurück
zu seiner ursprünglichen
oder ”normalen” Position
zu bringen.
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Eine
Referenzquelle kann gleich sein, wie die Hauptquelle, eine separate
kleine Quelle, insbesondere eine separate Quelle zur Hauptquelle
oder kosmische Strahlung sein. Jedoch, in manchen Anwendungen wie
Rückstreuung
kann das Energiespektrum vom Prozess abhängen, was es unmöglich machen
kann, die Hauptquelle als Referenzquelle zu benutzen. Eine Referenzquelle
kann weniger Fluss an Gammastrahlung als eine Haupt-Eingangsquelle aufweisen,
jedoch Gammaquanten mit einer höheren Energie
emittieren. Da die Intensität
des Lichtblitzes des Szintillators von der Energie des Gammaquants abhängt, ermöglicht eine
Energieverschiebung zwischen der Hauptquelle und der Referenzquelle
eine Trennung des Signals der Referenzquelle von dem gesamten Ausgabesignal
des PMT. Durch Extraktion des Referenz-Quellensignals (”Referenz-Peak”) vom gesamten
Ausgabesignal kann die Hochspannungsversorgung des PMT so angepasst
werden, dass das Referenzsignal konstant gehalten wird, ungeachtet irgendwelcher
externer Faktoren.
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In
einem Detektor, wie einem Szintillationszähler, zum Beispiel, erzeugt
jedes Gammaquant, das auf den Szintillator trifft, einen Lichtblitz
mit einer Intensität,
die mit der Energie des Gammaquants korreliert. Der PMT konvertiert
diesen Lichtblitz in einen elektrischen Puls. Die Intensität des Blitzes
und die Ausbeute des PMT bestimmen die Amplitude des Blitzes. Ein
Konstanthalten der Verstärkung
bedeutet dass eine konstante Energie, die im Szintillator deponiert
wird, in elektrische Pulse des PMT mit einer gleichen Amplitude
resultieren, ungeachtet externer Faktoren oder Umgebungsfaktoren,
die eine Auswirkung auf die Empfindlichkeit des Detektors gehabt
haben können.
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Wie
oben beschrieben, kann die Verstärkung definiert
werden als ein Proportionalitätskoeffizient zwischen
der Eingangsenergie und der Amplitude des PMT Ausgangspulses. Gemäß Ausführungsformen,
wenn die Amplitude des Pulses aus irgendeinem Grund über einen
bestimmten oberen Schwellenwert ansteigt, verringert der Verstärkungs-Steuerungsprozess
die PMT-Hochspannung um die Amplitude des Pulses wieder zurück zum normalen
Wert zu bringen. Auf der anderen Seite, wenn die Pulsamplitude unter
einen bestimmten unteren Schwellenwert sinkt, erhöht der Verstärkungs-Steuerungsprozess
die Hochspannung um die Amplitude des Pulses zurück zum normalen Wert zu bringen. Dadurch
kann das Verstärkungs-Steuerungssystem auf
die Veränderung
in der Verstärkung
reagieren, ungeachtet des besonderen Grundes der Veränderung.
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Genauer
ausgedrückt
kann in Ausführungsformen
die Stabilisierung der Verstärkung
erreicht werden durch Bestimmen eines Schwellenwertes, der Zählraten
in getrennten Bändern
(oder Bereichen) repräsentiert,
Berechnen eines Verhältnisses zwischen
den Bändern
und Verändern
der Versorgungsspannung des PMT um die Verstärkung zu kompensieren. Zur
Illustration sind in 2 zum Beispiel zwei Pulshöhenspektren
gezeigt zusammen mit zwei Bändern,
Low (L) und High (H). Spektrum I zeigt ein Pulshöhenspektrum bei einer verschobenen
Energie und Spektrum II zeigt ein Pulshöhenspektrum bei einer Nennverstärkung. Die
zwei vertikalen Linien können
festverdrahtete oder feste eingestellte oder einstellbare Schwellenwerte
repräsentieren,
die L- und H-Bänder
definieren. Der niedrigere Schwellenwert kann so gewählt werden
dass unerwünschtes Rauschen
eliminiert wird. Graphisch bedeutet das, dass Pulse mit einer Amplitude,
die zur Linken des unteren Schwellenwertes fallen (Pulse, die eine
Amplitude haben, die geringer als der untere Schwellenwert ist)
als Rauschen betrachtet werden und daher nicht in Betracht gezogen
werden.
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In
Ausführungsformen
zählt der
Verstärkungs-Steuerungsprozess
elektrische Pule, die im L-Band erzeugt werden, das heißt zwischen
zwei festverdrahteten oder fest eingestellten oder einstellbaren
Schwellenwerten, und elektrischen Pulsen, die im H-Band, das heißt über dem
oberen Schwellenwert, erzeugt werden. In anderen Worten zählt der Verstärkungs-Steuerungsprozess
die Anzahl an Pulsen des PMT mit einer Amplitude größer als
der untere Schwellenwert aber geringer als der obere Schwellenwert,
das heißt
die Anzahl der Pulse in der Zone A der 2, und zählt die
Anzahl an Pulsen des PMT mit einer Amplitude größer als der obere Schwellenwert,
das heißt
die Anzahl der Pulse in der Zone B der 2. Die Werte
des Schwellenwertes können
so ausgewählt
werden, dass unter „normalen” Bedingungen,
das heißt
Bedingungen, in denen die Detektorempfindlichkeit oder die Verstärkung unbeeinflusst
ist durch externe Faktoren oder Umgebungsfaktoren, oder bei einer
Nennverstärkung
die Gesamtzahl elektrischer Pulse, mit einer Amplitude in der Zone
A, gleich ist der Gesamtzahl der elektrischen Pulse mit Amplituden
in der Zone B.
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Wenn
aus irgend einem Grund sich die Detektorempfindlichkeit ändert, ändert sich
auch die Amplitude der elektrischen Pulse des PMT. Beispielsweise,
wenn die Verstärkung
des PMT ansteigt, steigt auch die Amplitude des elektrischen Pulses
an. Bezugnehmend auf 2 bedeutet dies beispielsweise,
dass der Peak des Höhenspektrums
I sich zur rechten Seite verschiebt, zu den höheren Amplituden. Folglich
wird sich die Anzahl der Pulse mit Amplituden in den Zonen A und
B ändern.
Insbesondere wird sich die Anzahl der Pulse in der Zone A verringern
und die Anzahl der Pulse in der Zone B wird sich vergrößern. In
anderen Worten steigt das H/L-Verhältnis an, wie durch einen Vergleich
der oberen und unteren Pulshöhenspektren
in 2 zu sehen ist. Gemäß Ausführungsformen, um die Verstärkung (oder
Detektorempfindlichkeit) zum normalen Wert zurückzuführen, verringert der Verstärkungs-Steuerungsprozess
die Hochspannung des PMT bis die Anzahl der Pulse in der Zone A
gleicht wird zur Anzahl der Pulse in der Zone B. Dies bringt die
Verstärkung
zurück
zum ”normalen” Wert oder
zum Gleichgewichtspunkt.
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Auf
der anderen Seite, wenn sich die PMT-Verstärkung verringert, verringert
sich auch die Amplitude der elektrischen Pulse. Bezugnehmend auf 2 bedeutet
dies beispielsweise, dass der Peak des Höhenspektrums I sich zur linken
Seite zu den geringeren Amplituden hin verschiebt. Folglich wird
die Anzahl der Pulse mit Amplituden in den Zonen A und B sich verändern. Insbesondere
wird sich die Anzahl der Pulse in der Zone A erhöhen, und die Anzahl der Pulse
in der Zone B wird sich verringern. In anderen Worten verringert
sich das H/L-Verhältnis, wie
durch einen Vergleich des oberen und unteren Spektrums der Pulshöhe in 2 ersichtlich
ist. Gemäß einer
oder mehreren Ausführungsformen,
um die Verstärkung
(oder Detektorempfindlichkeit) zum normalen Wert zurückzuführen, erhöht der Verstärkungs-Steuerungsprozess
die Hochspannung des PMT bis die Anzahl der Pulse in der Zone A
gleich wird zur Anzahl der Pulse in der Zone B. Dies bringt die
Verstärkung
zurück
auf ihren ”normalen” Wert oder
Gleichgewichtswert.
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Wie
oben beschrieben, erhöht
sich das H/L-Verhältnis
wenn sich die Verstärkung
erhöht,
und verringert sich, wenn sich die Verstärkung verringert. Daher, gemäß Ausführungsformen
detektiert der Verstärkungs-Steuerungsprozess
die Zunahme/Abnahme des H/L-Verhältnisses,
und erzeugt als Antwort ein Steuerungssignal um die Versorgungsspannung des
PMT zu verringern/erhöhen.
Bezugnehmend auf 2 bedeutet dies beispielsweise
das Ausgleichen der Flächen
des L- und H-Bandes unter der Kurve, die durch die Zonen A und B
repräsentiert
sind. Wenn die Fläche
der Zone A im Wesentlichen gleich ist zur Fläche der Zone B zeigt dies an,
dass die Anzahl der Puls-Zählereignisse
im L-Band gleich oder im Wesentlichen gleich geworden ist zur Anzahl
der Puls-Zählereignisse
im H-Band, und die Verstärkung ist
konstant.
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Für experimentelle
Zwecke wurde die Zählrate
eines Szintillationszählers
einer Strahlungsquelle (in diesem Falle 1 μCi an Caesium) beobachtet in einer
Klimakammer oder Umgebungs-Prüfkammer. Die
Resultate sind in der 3 graphisch dargestellt. Die
Kurve zeigt die Temperatur, die Versorgungsspannung des PMT und
die Entwicklung der Zählrate über die
Zeit. In diesem Experiment wurde die Zählrate definiert als die Anzahl
der Pulse über
einem bestimmten Schwellenwert, die durch die Strahlungsquelle erzeugt
wurden. Die Temperatur in der Klimakammer oder Umgebungs-Prüfkammer
wurde verändert
um die Veränderung
in der PMT-Verstärkung aufzuzeichnen.
Wie erwartet beeinflusste die Veränderung der Temperatur die
Verstärkung
und die Lichtausbeute des Szintillators. Wie gemäß Ausführungsformen erzeugte dann
der Verstärkungs-Steuerungsprozess
ein Steuerungssignal und veränderte die
Versorgungsspannung des PMT basierend auf der Temperaturveränderung,
um die Zählrate
konstant zu halten. Wie in der 3 als Ergebnis
gezeigt, stabilisiert der Verstärkungs-Steuerungsprozess
effektiv die Zählrate
bei ungefähr
4,635 kHz.
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Ergebnisse
eines anderen Experiments sind in den 4A–C gezeigt. 4A zeigt
eine Kurve der Temperatur des PMT aufgetragen über der Zeit. 4B zeigt
die Versorgungsspannung des PMT aufgetragen über der Zeit und 4C zeigt
die Zählrate
des PMT aufgetragen über
der Zeit. Wiederum beeinflusste eine Veränderung der Temperatur die Verstärkung des
PMT und die Lichtausbeute des Szintillators. Wie in 4B zu
sehen ist veränderte gemäß Ausführungsformen
der Verstärkungs-Steuerungsprozess
die Versorgungsspannung des PMT um die Verstärkung konstant zu halten. Die
Zählrate, dargestellt
in der 4C, zeigt die Anzahl der Pulse über einem
bestimmten Schwellenwert an, die von der Referenzstrahlungsquelle
erzeugt wurden. Die Zählrate
kann als Maß für die Stabilität benutzt
werden, da eine erhöhte
Verstärkung
zu mehr Pulsen über
den definierten Schwellenwert führt,
und eine verringerte Verstärkung
zu weniger Pulsen führt.
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Des
Weiteren kann der Verstärkungs-Steuerungsprozesses
gemäß Ausführungsformen
anpassbar sein, so dass der Prozess verschieden reagiert, basierend
auf bestimmte Kriterien. Beispielsweise kann der Verstärkungs-Steuerungsprozess
so konfiguriert sein, dass er schneller reagiert, wenn die Verstärkung weit
vom Gleichgewichtswert entfernt ist, und langsamer reagiert, wenn
die Verstärkung
nahe am Gleichgewichtspunkt ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen
kann ein Teiler benutzt werden um den adaptiven Verstärkungs-Steuerungsprozess zu
erreichen. Der Grad der Anpassbarkeit oder die Reaktionszeit des
Verstärkungs-Steuerungsprozesses
kann variieren, abhängig
vom Niveau des Teilers.
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Zur
Veranschaulichung und bezugnehmend auf 2 wird ein
Beispiel eines adaptiven Verstärkungs-Steuerungsprozesses
mit einem Teiler (in diesem Falle ein Teiler mit vier Niveaus) erläutert. Gemäß Ausführungsformen
kann der Teiler die Anzahl der Pulse der Zonen A und B wie folgt
teilen: Auf Niveau 4 erhöht jeder weitere Puls in der
Zone A die Hochspannung des PMT und jeder weitere elektrische Puls
in der Zone B verringert die Hochspannung des PMT. Auf Niveau 3 erhöht jeder
vierte elektrische Puls in der Zone A die Hochspannung des PMT und jeder
vierte elektrische Puls in der Zone B verringert die Hochspannung
des PMT. Auf Niveau 2 erhöht jeder achte elektrische
Puls in der Zone A die Hochspannung des PMT und jeder achte elektrische
Puls in der Zone B verringert die Hochspannung des PMT. Auf Niveau 1 erhöht jeder
dreißigsekündige oder nach
Ablauf von dreißig
Sekunden gemessene elektrische Puls in der Zone A die Hochspannung
des PMT und jeder dreißigsekündige oder
nach Ablauf von dreißig
Sekunden gemessene elektrische Puls in der Zone B verringert die
Hochspannung des PMT. Für
den Fachmann ist es offensichtlich, dass die Anzahl der Niveaus
variieren kann basierend auf dem gewünschten Grad an Steuerung und
Flexibilität.
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Gemäß Ausführungsformen
stellt das Niveau 4 die schnellste Reaktionszeit aber die
geringste Steuerungsstabilität
zur Verfügung.
Auf der anderen Seite stellt das Niveau 1 die höchste Steuerungsstabilität aber die
geringste Reaktionszeit zur Verfügung.
Die Niveaus 2 und 3 haben einen Grad der Reaktionszeit
und Stabilität
zwischen den Niveas 1 und 4. Dadurch kann der
adaptive Verstärkungs-Steuerungsprozess
gemäß Ausführungsformen
adaptiv reagieren, das heißt,
schneller reagieren wenn die Verstärkung weit vom Gleichgewichtspunkt
entfernt ist und langsamer, wenn die Verstärkung nahe am Gleichgewichtspunkt
ist. Bezugnehmend auf 2, beispielsweise, wenn die
Anzahl der Pulse in der Zone A und die Anzahl der Pulse in der Zone
B nahezu gleich sind, kann das Niveau 1 benutzt werden,
da die Verstärkung
bereits nahe dem Gleichgewicht ist und daher eine schnelle Reaktionszeit
nicht zwingend ist. Auf der anderen Seite, wenn die Anzahl der Pulse
in der Zone A und die Anzahl der Pulse in der Zone B signifikant
unterschiedlich sind (was bedeutet, dass die Verstärkung weit
entfernt vom Gleichgewichtspunkt ist), kann das Niveau 4 des
Teilers benutzt werden, so dass die Verstärkung schneller zum Gleichgewichtspunkt
zurückgeführt werden
kann.
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Versuchsergebnisse
des Teilers mit vier Niveaus gemäß Ausführungsformen
sind graphisch in den 6A-C dargestellt. 6A zeigt
eine Kurve der Temperatur des PMTs über der Zeit. 6B zeigt das
Niveau des Teilers aufgetragen über
der Zeit und 6C zeigt die Zählrate des
PMTs aufgetragen über
der Zeit. Eine Veränderung
der Temperatur beeinflusste die Verstärkung des PMTs und die Lichtausbeute
des Szintillators. Entsprechend Ausführungsformen benutzte der Verstärkungs-Steuerungsprozess,
wie in 6B zu sehen ist, verschiedene
Teilerniveaus basierend auf der Veränderung der Verstärkung. Die
in 6C dargestellte Zählrate zeigt die Anzahl der
Pulse über
einem Schwellenwert, die durch eine Referenz-Strahlungsquelle erzeugt
wurden. 6C zeigt auch, dass in einer
Zone einer schnellen Temperaturveränderung das Niveau 3 oder 4 des
Teilers benutzt wurde, da die Standardabweichung der Zählrate hoch
war und in einer Zone relativ konstanter Temperatur wurde das Teilerniveau 1 benutzt,
da die Standardabweichung der Zählrate niedrig
war.
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Anstatt
diskrete Niveaus zu haben, wie oben beschreiben, kann in anderen
Ausführungsformen der
adaptive Verstärkungs-Steuerungsprozess
kontinuierlich variabel sein. Dies kann beispielsweise durch eine
nichtlineare Rückkopplung
erreicht werden, in welcher das Steuerungssignal (Anpassung der
Hochspannung) stärker
ansteigt als die Differenz zwischen den Zählraten der Zonen A und B.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass Ausführungsformen des Verstärkungs-Steuerungsprozesses
implementiert werden können
ohne die oben beschriebenen Details. Beispielsweise können andere Referenz-Strahlungsquellen
als Cs, K, AmBe oder kosmische Strahlung verwendet werden. Des Weiteren
kann der Typ der Referenzquelle basierend auf die Erfordernisse
eines bestimmten Umstandes oder einer Anwendung ausgewählt werden.
Beispielsweise kann, wenn die Deponierung oder die Abgabe von hoher
Energie gewünscht
ist, die es einfacher macht, die Referenzsignale vom Rauschen zu
trennen, kosmische Strahlung verwendet werden (kosmische Strahlung
kann auch die Herstellungskosten verringern, da sie eine natürliche ionisierende
Strahlungsquelle ist). Alternativ, wenn eine schnellere Ansprechzeit
gewünscht
wird, können
statt dessen Quellen, wie K oder AmBe verwendet werden.
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Des
Weiteren, können
Ausführungsformen des
Verstärkungs-Steuerungsprozesses
auf jeder Art von Computersystem als PMT Verstärkungs-Steuerungssystem implementiert
werden. Beispielsweise, wie in 5 gezeigt
ist, weist ein Verstärkungs-Steuerungssystem 500 einen
Prozessor 502, zugehörigen
Speicher 504, ein Speichergerät 506 und zahlreiche
andere Elemente und Funktionalitäten
(nicht gezeigt) auf, die typisch für heutige Computer sind. Der Speicher 504 kann
Instruktionen aufweisen, die das Verstärkungs-Steuerungssystem 500 veranlassen
einen Verstärkungs-Steuerungsprozess
des PMT auszuführen
entsprechend Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung.
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Das
Verstärkungs-Steuerungssystem 500 kann
auch Eingabemittel aufweisen, wie eine Tastatur 508, eine
Maus 510 und Ausgabemittel, wie einen Monitor 512.
Das Verstärkungs-Steuerungssystem 500 kann
mit einem lokalen Computernetz (LAN) oder einem Weitbereichs-Computernetz
oder einem Wide Area Network (wie beispielsweise das Internet) (nicht
gezeigt) über
eine Netzwerk-Schnittstellenverbindung
(nicht gezeigt) verbunden sein. Der Fachmann wird erkennen, dass
diese Eingabe- und Ausgabemittel andere Ausgestaltungen haben können, die
jetzt bekannt sind oder später
entwickelt werden.
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Des
Weiteren wird der Fachmann erkennen, dass eine oder mehrere Elemente
oder Komponenten des Verstärkungs-Steuerungssystems 500 an
einem entfernten Ort angeordnet sein können und zu den anderen Komponenten
oder Elementen über
ein Computernetz verbunden sein können. Des Weiteren können Ausführungsformen
als verteiltes System implementiert sein, das eine Vielzahl von
Knoten aufweist, wobei jeder Teil der Erfindung (beispielsweise ein
Intrusions-Erkennungssystem, ein Response Rewriter, ein Server,
ein Client) auf einem unterschiedlichen Knoten innerhalb des verteilten
Systems angeordnet sein kann. In einigen Ausführungsformen entspricht der
Knoten einem Computersystem. Alternativ kann der Knoten einem Prozessor
mit zugehörigem
physikalischem Speicher entsprechen. Alternativ kann der Knoten
einem Prozessor mit gemeinsam benutztem Speicher und/oder Ressourcen
entsprechen. Des Weiteren können
Software-Instruktionen zur Ausführung
von Ausführungsformen
der Erfindung auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein,
wie einer Digital Video Disc (DVD), einer Compact Disc (CD) oder
einer Diskette, einem Band oder irgend einem anderen passenden computerlesbaren
Speichergerät.
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Vorteile
von Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung umfassen eines oder mehrere der folgenden
Aspekte. Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung können
effektiv die Empfindlichkeit (oder die Verstärkung) eines PMT Detektors, wie
beispielsweise eines Szintillationsdetektors, steuern, so dass die
Empfindlichkeit relativ konstant bleibt, trotz der Anwesenheit von äußeren Faktoren oder
Umgebungsfaktoren, wie Temperatur, Alterungsrate der PMT oder des
Szintillators, Szintillationseffizienz, dem optischen Kontakt zwischen
der PMT und dem Szintillator, und so weiter. Das effektive Beibehalten
der Empfindlichkeit des Detektors ermöglicht dem PMT Detektor Messungen
mit besserer Genauigkeit zu erhalten. Des Weiteren wird der Fachmann
erkennen, dass Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Umgebungen oder Anwendungen
implementiert werden können.
Beispielsweise können
Ausführungsformen der
vorliegenden Offenbarung verwendet werden, um genaue Messungen von
einem PMT Detektor zu erhalten, der konfiguriert ist, physikalische
Parameter (wie die Dichtigkeit) von Rohöl oder Raffinerieprodukten
zu erhalten.
