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Die Erfindung betrifft eine mobile bzw. tragbare Vorrichtung mit Strahlungszähler. Der Strahlungszähler ist insbesondere zur Detektion von Gamma-Strahlung geeignet.
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Die mobile Vorrichtung kann als Hörinstrument ausgeführt sein. Hörinstrumente können beispielsweise als Hörgeräte ausgeführt sein. Ein Hörgerät dient der Versorgung einer hörgeschädigten Person mit akustischen Umgebungssignalen, die zur Kompensation bzw. Therapie der jeweiligen Hörschädigung verarbeitet und verstärkt sind. Es besteht prinzipiell aus einem oder mehreren Eingangswandlern, aus einer Signalverarbeitungseinrichtung, einer Verstärkungseinrichtung, und aus einem Ausgangswandler. Der Eingangswandler ist in der Regel ein Schallempfänger, z.B. ein Mikrofon, und/oder ein elektromagnetischer Empfänger, z.B. eine Induktionsspule. Der Ausgangswandler ist in der Regel als elektroakustischer Wandler, z. B. Miniaturlautsprecher, oder als elektromechanischer Wandler, z. B. Knochenleitungshörer, realisiert. Er wird auch als Hörer oder Receiver bezeichnet. Der Ausgangswandler erzeugt Ausgangssignale, die zum Gehör des Patienten geleitet werden und beim Patienten eine Hörwahrnehmung erzeugen sollen. Der Verstärker ist in der Regel in die Signalverarbeitungseinrichtung integriert. Die Stromversorgung des Hörgeräts erfolgt durch eine ins Hörgerätegehäuse integrierte Batterie. Die wesentlichen Komponenten eines Hörgeräts sind in der Regel auf einer gedruckten Leiterplatine als Schaltungsträger angeordnet bzw. damit verbunden.
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Hörinstrumente können außer als Hörgeräte auch als sogenannte Tinnitus-Masker ausgeführt sein. Tinnitus-Masker werden zu Therapie von Tinnitus-Patienten eingesetzt. Sie erzeugen von der jeweiligen Hörbeeinträchtigung und je nach Wirkprinzip auch von Umgebungsgeräuschen abhängige akustische Ausgangssignale, die zur Verringerung der Wahrnehmung störender Tinnitus- oder sonstiger Ohrgeräusche beitragen können.
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Es gibt Hörgeräte, deren Funktionsumfang durch Anstecken eines sogenannten Audioschuhs erweitert werden kann. Als Audioschuh wird ein ansteckbares, separates Funktionsmodul bezeichnet, das beispielsweise Telefonfunktionen, Unterhaltungselektronik wie Radio, Schnittstellen zu Unterhaltungselektronik wie MP3-Player, umfassen kann. Die möglichen Erweiterungen des Funktionsumfangs beschränken sich dabei nicht auf Audio-Funktionen, sondern umfassen auch Kommunikations- und Daten-Verbindungen, Programmierverbindungen und sonstige Funktionalitäten. Nachfolgend sollen mit dem Begriff Audioschuh alle denkbaren separaten Komponenten bezeichnet sein, beispielsweise auch ein Strahlungszähler, die durch eine lösbare mechanische und/oder elektrische Verbindung mit einem Hörgerät verbunden werden können.
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Die mobile Vorrichtung kann außer als Hörinstrument, gegebenenfalls mit Audioschuh, beispielsweise auch als Telefon, Handy, Headset, Kopfhörer, MP3-Player, sonstiges Telekommunikations- oder Unterhaltungselektronik-System, Dosisüberwachungs-Plakette oder Körpersonde ausgeführt sein.
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Für zivile ebenso wie für militärische Zwecke besteht Bedarf nach Strahlungszählern. Beispielsweise in Zusammenhang mit Atomkraftwerken und mit wissenschaftlichen Labors sowie therapeutischen und diagnostischen Abteilungen in Krankenhäusern ist häufig eine Dosis-Überwachung erforderlich. Militärische Zwecke und Unglücksfälle machen häufig eine Dosis-Überwachung oder eine Strahlungsmessung erforderlich. In der diagnostischen und therapeutischen medizinischen Radiologie wird Strahlung zum Bestrahlen von insbesondere erkranktem Gewebe sowie zum Markieren von Gewebe verwendet, was ebenfalls Strahlungs- und Dosis-Überwachung erfordert. Zudem kann entsprechend markiertes Gewebe mittels Strahlungsmessung gefunden und lokalisiert werden.
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Durch Strahlungsmessung können unterschiedliche Strahlungsarten detektiert werden, neben Alpha (He) oder Beta (e–, Elektron) auch Gamma (Photon bzw. Welle). Es können einzelne Strahlungs-Ereignisse detektiert und im Bedarfsfall gezählt werden. Zudem kann im Bedarfsfall die Energie der Strahlung bzw. einzelner Strahlungsereignisse gemessen werden. Eine Vorrichtung zur Messung der verschiedenen Strahlungsarten und Parameterwerte wird im folgenden mit dem zusammenfassenden Begriff des Strahlungszählers bezeichnet.
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Strahlungsdetektoren können beispielsweise als Geiger-Müller-Zählrohr ausgeführt sein. Hierbei wird innerhalb eines mit Gas gefüllten Zählrohrs eine Hochspannung angelegt, durch die infolge von Strahlungsereignissen erzeugte Ionen-Elektronen-Paare elektrisch detektiert werden können. Geiger-Müller-Zählrohre sind im Vergleich zu mobilen Vorrichtungen wie Hörinstrumenten, MP3-Playern oder Körpersonden verhältnismäßig groß. Zudem haben sie wegen der erforderlichen Hochspannung einen erheblichen Energie-Bedarf. Nicht zuletzt sind sie verhältnismäßig teuer.
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Strahlungsdetektoren können auch auf Halbleiter-Detektoren basieren. In Halbleiter-Detektoren, beispielsweise Fotodioden, erzeugen Strahlungsereignisse freie Ladungsträger, die elektrisch detektiert werden können. Halbleiter-Detektoren weisen eine geringere Baugröße als Geiger-Müller-Zählrohre auf und haben einen geringeren Energiebedarf. Zudem sind sie erheblich billiger. Allerdings liefern sie bei Raumtemperatur aufgrund thermischen Rauschens ein verrauschteres Signal, falls sie nicht gekühlt werden.
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Aus dem Internet-Blog
http://www.tgdaily.com/hardware-brief/59677-iphone-geiger-counters-are-big-in-japan
ist ein Geiger-Zähler für iPhones bekannt. Er ist verhältnismäßig groß und teuer und muss als separate Vorrichtungskomponente angeschlossen werden.
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Aus der Nachrichten-Meldung
pte20120116021 Android-App macht Smartphone zum Geigerzähler http://www.pressetext.com/print/20120116021
ist ein App bekannt, durch das mit einer Handy-Kamera Strahlung detektiert werden kann. Die Auswertung der Mess-Ereignisse erfolgt per Software durch das App. Die Ausführung per Software ist verhältnismäßig Energie-intensiv. Über die Genauigkeit dieser Zählmethode ist nichts bekannt.
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Unter der Bezeichnung
VOLTCRAFT Gamma-Check Geigerzähler, Radioaktivitäts-Messgerät, Strahlungsanzeige, Bestell-Nummer 109999-62
bietet der Elektronik-Artikel-Anbieter Conrad einen Strahlungszähler als Handgerät an.
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Aus der Internet-Veröffentlichung
Strahlenmessung mit BPW34 http://www.elektronik-labor.de/Projekte/Alpha.html
ist eine Schaltungsanordnung zur Detektion von Strahlung auf Basis einer PIN-Fotodiode als Labor-Anordnung bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mobile Vorrichtung anzugeben, in die ein Strahlungszähler integriert ist, ohne dass durch die Integration des Strahlungszählers der Raum- oder Energie-Bedarf wesentlich erhöht würde.
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Die Aufgabe löst diese Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
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Ein Grundgedanke der Erfindung besteht in einer mobilen Vorrichtung, die eine elektrische Strahlungszähler-Schaltung aufweist, welche einen Halbleiter-Detektor einen Verstärker zur Verstärkung eines Detektor-Ausgangssignals, und einen Komparator zum Vergleichen eines Verstärker-Ausgangssignals mit einem Schwellwert umfasst.
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Damit ist eine einfache Variante der Strahlungszähler-Schaltung angegeben, die nur wenige und keineswegs teuere elektronische Schaltungs-Komponenten umfasst. Gleichzeitig ermöglicht die Schaltung bei geeigneter Dimensionierung der Komponenten einen verhältnismäßig hohen Signal-Rausch-Abstand und somit eine verhältnismäßig genaue Detektion von Strahlungsereignissen. Insbesondere können Strahlungsereignisse verhältnismäßig genau gezählt werden. Nicht zuletzt ist der Energie-Verbrauch der Schaltung verhältnismäßig gering. Die Integration der Strahlungszähler-Schaltung in eine mobile Vorrichtung ermöglicht je nach Anwendungsfall deren freihändige Verwendung, geringe Baugrößen, und einen guten Wasser- und Witterungs-Schutz.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Halbleiter-Detektor als Fotodiode, insbesondere PIN-Fotodiode, ausgeführt ist. Obwohl Fotodioden meist für optische Anwendungen in sichtbaren Frequenz-Bereichen eingesetzt werden, sind sie nichtsdestotrotz auch in der Lage, insbesondere Gamma-Strahlung zu detektieren. Fotodioden werden in großem Umfang verwendet und werden entsprechend gut beherrscht. Zudem sind sie preisgünstig und klein. Dies gilt insbesondere für PIN-Fotodioden, die große Verbreitung finden. Zugleich ermöglichen PIN-Fotodioden einen einfachen Schaltungsaufbau. Beispielsweise wären auch Avalanche Fotodioden (APD) einsetzbar, die unter Umständen eine schnellere und genauere Detektion ermöglichen könnten; allerdings wäre der Schaltungsaufbau und Energiebedarf bei Verwendung von Avalanche Dioden größer als bei Verwendung von PIN-Dioden, da eine verhältnismäßig hohe Sperrspannung an die Dioden anzulegen wäre.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung als Hörinstrument, Handy, Headset, MP3-Player, Kopfhörer oder Dosisüberwachungs-Plakette ausgeführt ist. Der geringe Platz- und Energie-Bedarf der Strahlungszähler-Schaltung macht die alltägliche Verwendung in alltäglich benutzten Elektronik-Geräten sinnvoll und ermöglicht so im Bedarfsfall eine laufende Strahlungs-Überwachung. Weiter kann die Vorrichtung auch als Körpersonde ausgeführt sein. Hierfür ist insbesondere der geringe Raumbedarf vorteilhaft, der die beispielsweise den Einsatz in einem minimal-invasiven Katheter ermöglicht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Strahlungszähler-Schaltung mehrere Halbleiter-Detektoren umfasst, die zur raumrichtungs-abhängigen Detektion von Strahlung angeordnet sind. Durch eine raumrichtungs-abhängige Detektion wird die eine Ortung und Lokalisation von Strahlungsquellen unterstützt. Dies kann insbesondere in Körpersonden hilfreich sein, um entsprechend strahlend markiertes Gewebe aufzufinden.
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Weitere Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Es zeigen:
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1 Strahlungszähler-Schaltung
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2 Detektor-Anordnung zur richtungsabhängigen Strahlungs-Detektion
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3 Hörinstrument mit Strahlungszähler-Schaltung
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4 Körpersonde mit Strahlungszähler-Schaltung
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In 1 ist eine Strahlungszähler-Schaltung schematisch dargestellt. Die Strahlungszähler-Schaltung 9 basiert auf einem Halbleiter-Detektor 1, der vorzugsweise als PIN-Fotodiode ausgeführt sein kann. Hierfür kann eine herkömmliche, im Markt frei verfügbare Fotodiode verwendet werden. Falls der Haltleiter-Detektor 1 als Fotodiode ausgeführt ist, muss diese vor Licht geschützt werden, damit die durch Alpha-, Beta- oder Gamma-Strahlung ausgelösten Ausgangssignale des Halbleiter-Detektors nicht von den durch Licht ausgelösten Ausgangssignalen verdeckt werden. Beispielsweise kann die Fotodiode in einem lichtundurchlässigen aber strahlungsdurchlässigen Gehäuse angeordnet sein. Oder die Fotodiode kann abgeklebt oder lichtundurchlässig überlackiert werden.
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Das Ausgangssignal des Halbleiter-Detektors geht einem Verstärker 2 zu, der das Detektor-Ausgangssignal verstärkt. Der Verstärker 2 kann ebenfalls ein herkömmlicher, marktüblicher Verstärker sein, der vorzugsweise geringes Rauschen und einen guten Signal-Rausch-Abstand gewährleistet.
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Das Ausgangssignal des Verstärkers 2, das verstärkte Detektor-Signal, wird einem Komparator 3 zugeführt. Der Komparator 3 vergleicht das verstärkte Detektor-Signal mit einem Schwellwert. Der Schwellwert ist dabei so gewählt, dass möglichst jedes im Halbleiter-Detektor 1 detektierte Strahlungsereignis, beispielsweise Gamma-Strahlungsereignis, zu einem Überschreiten des Schwellwerts führt. Mithin gibt der Komparator 3 ausgangsseitig bei jedem im Halbleiter-Detektor 1 detektierten Gamma-Strahlungsereignis ein Ausgangssignal ab.
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Das Ausgangssignal des Komparators 3 gehört einem Lautsprecher 5 zugeführt, in dem es ein hörbares akustisches Ausgangssignal auslöst, beispielsweise ein Klicken. Das Ausgangssignal des Komparators 3 wird zusätzlich einer Leuchtdiode 4 zugeführt, in der es einen Lichtblitz auslöst.
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Die in 1 schematisch dargestellte Schaltung kann mit einer geringen Anzahl elektronischer Komponenten auf kleinstem Raum aufgebaut werden. Bei geeigneter Wahl der Komponenten und Dimensionierung ermöglicht sie eine energiesparende und zuverlässige Detektion von beispielsweise Gamma-Strahlungsereignissen. In der dargestellten Ausführung mit Komparator 3 und Leuchtdiode 4 sowie Lautsprecher 5 dient die Strahlungszähler-Schaltung 9 lediglich dem Detektieren und ggf. Zählen von Ereignissen. Die Messung eines Energie-Spektrums der Gamma-Quanten ist in der dargestellten Schaltung nicht realisiert.
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In 2 ist eine Halbleiter-Detektor-Anordnung dargestellt, die eine raumrichtungs-abhängige Detektion von Strahlung ermöglicht. Sie umfasst mehrere Halbleiter-Detektoren 6, 7, 8. Die Detektoren sind in einem (gedachten) kartesischen Koordinatensystem entlang der drei Raumrichtungen angeordnet. Halbleiter-Detektor 6 ist in x-Richtung ausgerichtet, Halbleiter-Detektor 7 in z-Richtung, und Halbleiter-Detektor 8 in Y-Richtung. Diese prinzipielle Anordnung der Halbleiter-Detektoren 6, 7, 8 ermöglicht offensichtlich die richtungsabhängige Detektion von Strahlungs-Ereignissen. Ggf. können Abschirmungen zwischen den einzelnen Detektoren die Richtungs-Selektivität erhöhen. Die Halbleiter-Detektoren 6, 7, 8 können vorzugsweise als Fotodioden ausgeführt sein; in diesem Fall müssen sie, wie vorangehend erläutert, gegen Licht geschützt werden.
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In 3 ist ein Hörinstrument 9 mit Strahlungsdetektor schematisch dargestellt. Das Hörinstrument 9 ist als BTE-Hörgerät (Behind-The-Ear, Hinter-Dem-Ohr) ausgeführt und weist einen Earhook 10 auf. Mit dem Earhook 10 wird es am Ohr eines Benutzers eingehängt. Ein Schallschlauch 11 verbindet das hinter dem Ohr zu tragende Gehäuse mit einem im Gehörgang zu tragenden Ohrstück. Durch den Schallschlauch 11 werden akustische Ausgangssignale vom Gehäuse in einen Gehörgang des Hörgerät-Trägers geleitet werden.
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Im Gehäuse befindet sich eine Signalverarbeitungseinrichtung 13, die von einer Batterie 14 mit Energie versorgt wird. Die Signalverarbeitungseinrichtung 13 nimmt als Eingangssignale akustische Signale mit einer Mikrofonanordnung 15 auf, verarbeitet diese, und gibt sie verstärkt als Ausgangssignale an einen Receiver 16 ab. Der Receiver 16 wandelt diese in akustische Ausgangssignale um, die dem Ohr des Hörgerät-Trägers durch den Schallschlauch 11 zugeleitet werden.
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Weiter ist mit der Signalverarbeitungseinrichtung 13 eine Strahlungszähler-Schaltung 17 verbunden, die wie vorangehend erläutert ausgeführt ist. Die Strahlungszähler-Schaltung 17 kann als separate Einrichtung zusätzlich zur Signalverarbeitungseinrichtung 13 ausgeführt oder mit dieser auf einen gemeinsamen Schaltungsträger oder in einem gemeinsamen Schaltkreis integriert sein. Sie könnte alternativ auch als Audioschuh ausgeführt werden.
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Von der Strahlungszähler-Schaltung 17 detektierte Gamma-Strahlungsereignisse erzeugen jeweils ein Ausgangssignal, das dem Receiver 16 und der LED 28 zugeführt wird. In dem Receiver 16 wird für jedes detektierte Gamma-Strahlungsereignis ein Klicken erzeugt und in der LED 28 einen Lichtblitz bzw. ein anderes Lichtsignal.
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In 4 ist eine Körpersonde 19 schematisch dargestellt. Die Körpersonde 19 umfasst einen Katheterschlauch 20 zum minimal-invasiven Einführen in einem zu untersuchenden oder behandelnden Körper. Am körperseitigen Ende des Katheter-Schlauchs 20 ist ein Katheter-Kopf 21 angeordnet, mit dem voran der Katheter-Schlauch 20 eingeführt wird.
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Im Katheter-Kopf 21 ist eine wie vorangehend erläutert ausgeführte Strahlungszähler-Schaltung 27 angeordnet, die der Detektion von Strahlungs-Ereignissen dient. Die Strahlungszähler-Schaltung 27 ist über eine (strichliert dargestellte) Leitung mit einem Lautsprecher 26, einer LED 29 sowie einer Batterie 24 verbunden. Die Batterie dient der Energieversorgung der Strahlungszähler-Schaltung 27 und des Lautsprechers 26. Detektierte Strahlungs-Ereignisse führen in der Strahlungszähler-Schaltung 27 zu einem Ausgangssignal, das dem Lautsprecher 26 zugeführt wird, in dem es ein Ticken oder anderweitiges Geräusch auslöst, und der LED 29, in der es einen Lichtblitz bzw. ein anderes Lichtsignal.
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Die Strahlungszähler-Schaltung 27 kann einen einzigen Halbleiter-Detektor umfassen und insofern richtungs-unabhängig arbeiten. Sie kann jedoch auch zwei oder drei räumlich verteilt angeordnete Halbleiter-Detektoren umfassen, die beispielsweise wie vorangehend in 2 ausgerichtet sein können, so dass sie zur richtungsabhängigen Detektion von Strahlungsereignissen geeignet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht es, das Signal jedes der Halleiter-Detektoren separat auszuwerten, beispielsweise mit je einer Auswerteschaltung, und damit unterschiedliche Raumrichtungen von detektierten Strahlungsereignissen zu unterschieden. Unterschiedliche Raumrichtungen können dann beispielsweise durch unterschiedliche akustische Ausgangssignale des Lautsprechers 26 für jede Raumrichtung angezeigt werden.
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Die Körpersonde 19 kann mittels der Strahlungszähler-Schaltung 27 zielsicher zu entsprechend markierten, strahlenden Gewebe im Körper geleitet werden. Anhand der Strahlungsdetektion durch die Strahlungszähler-Schaltung 27 können entsprechend markierte Gewebeabschnitte oder Orte zielsicher aufgefunden und lokalisiert werden.
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Ein Grundgedanke der Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mobile Vorrichtung anzugeben, in die ein Strahlungszähler integriert ist, ohne dass durch die Integration des Strahlungszählers der Raum- oder Energie-Bedarf wesentlich erhöht würde. Eine mobile Vorrichtung 9, 19 nach der Erfindung weist eine elektrische Strahlungszähler-Schaltung 9, 17, 27 auf, welche einen Halbleiter-Detektor 1, 6, 7, 8, einen Verstärker 2 zur Verstärkung eines Detektor-Ausgangssignals, und einen Komparator 3 zum Vergleichen eines Verstärker-Ausgangssignals mit einem Schwellwert umfasst. Damit ist eine einfache Variante einer Strahlungszähler-Schaltung angegeben, die nur wenige und keineswegs teuere elektronische Schaltungs-Komponenten umfasst. Gleichzeitig ermöglicht die Schaltung bei geeigneter Dimensionierung der Komponenten einen verhältnismäßig hohen Signal-Rausch-Abstand und somit eine verhältnismäßig genaue Detektion von Strahlungsereignissen. Insbesondere können Strahlungsereignisse verhältnismäßig genau gezählt werden. Nicht zuletzt ist der Energie-Verbrauch der Schaltung verhältnismäßig gering. Die Integration der Strahlungszähler-Schaltung in eine mobile Vorrichtung ermöglicht je nach Anwendungsfall deren freihändige Verwendung, geringe Baugrößen, und einen guten Wasser- und Witterungs-Schutz.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.tgdaily.com/hardware-brief/59677-iphone-geiger-counters-are-big-in-japan [0010]
- http://www.pressetext.com/print/20120116021 [0011]
- http://www.elektronik-labor.de/Projekte/Alpha.html [0013]
