-
Detektor--zur Fes-tstellung des Zeitintegrais von Stromsignalen Die
Erfindung--bezieht sich auf einen elektrischen Detektor zur Feststellung des Zeitintegrals
von Stromsignalen.
-
Eine Anwendung der Erfindung besteht darin, die Gesamtkernstrahlung
festzustellen, die von einer Ionisationskammer empfangen wird,- z.B. in einer Behandlungsanlage
fUr radioaktives Material oder in Kernreaktoren.
-
Derartige elektrische Detektoren weisen einen Integrator auf> der
ein Spannungsausgangssignal liefert, dessen Größe vom Zeitintegral der Stromsignale
abhängt. Bisher wurde bei herkömmlichen Detektoren der Integrator jeweils auf Null
zurUckgestellt, wenn sein Spannungsausgangssignal eine vorbestimmte Größe erlangt
hat. Bei einer derartigen Anordnung ist der Integrator gegenüber Eingangsstromsignalen
in jener Zeit unempfindlich, in der die Rückstellung auf Null erfolgt und es können
auch relativ lange Perioden verstreichen, in denen die Rückstellung durc-hg4führt
wird.
-
Die Erfindung -geht aus von einem elektrischen Detektor zur Feststellung
des Zeitintegrals eines Stromsignals mit einem Integrator, der ein Spannungsausgangssignal
liefert, dessen Größe vom Zeitintegral des Stromsignals abhängt.
-
Gemäv der Erfindung ist die Anordnung derart betroffen, dalQ ein Impulsgenerator,
der auf das Spannungsausgangssignal anspricht, einen Ausgangsimpuls immer dann liefert,
wenn das Spannungsausgangssignal eine vorbestimmte Größe annimmt, und daß immer
dann, wenn ein Impuls erzeugt wird, ein Signal dem Integrator zugeführt wird, um
eine darin gespeicherte Ladung um jeweils einen vorbestimmten und konstanten Betrag
zu vermindern,und daß diese Impulse durch einen Zänler addiert werden.
-
Bei dieser Anordnung werden die Impulse, die durch den zweiten Impulsgenerator
zugeführt werden, nur zur partiellen Rückstellung des Integrators benutzt, so daß
der Integrator empfindlich gegenüber dem Stromsignal bleibt.
-
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich ein
Detektor zur Feststellung der Gesamtstrahlung,beschrieben, die während einer langen
Zeitdauer von einer Ionisationskammer empfangen wird. In der Zeichnung zeigt: Fig.
1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäjen Detektors, Fig. 2 ein Schaltbild, welches
im einzelnen einen Integrator nach Fig.l veranscnaulicht, Fig. ) ein Schaltbild,
das im einzelnen einen Ladeimpulsgenerator gemäß Fig.1 veranschaulicht.
-
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Detektor sendet eine Ionisationskammer
10 Ausgangssignale in Gestalt von Strömen im Bereich von 10 11 bis 10 Ampere gemäß
der auftreffenden Strahlung nach einem Integrator 11, der eine Ausgangsspannung
proportional zu dem Zeitintegral des Eingangsstromes liefert.
-
Der Ausgang des Integrators wird einer Vergleichsstufe 12 zugeführt,
die eine Stufenspannungsänderung im Ausgang ergibt, wenn die Ausgangsspannung des
Integrators über einen vorbestimmten Pegel ansteigt. Diesr~folgt durch Vergleich
mit einer voreingestellten Spannung, die von einem Ahgriff eines Spannungsteilers
13 abgenommen wird.)
Der Ausgang der Vergleichsstufe 12 wird einem
Hauptimpulsgenerator 14 zugeführt. Die Stufenspannung, die von der Vergleichsstufe
herrührt, triggert den Impulsgenerator 14, so daß letzterer einen Impuls nach einem
Ladeimpulsgenerator 156 einer Überwachungsstufe Io und einem Dekadenzähler 17 liefert.
-
Der Ladeimpuisgenerator 15 liefert dem Eingang des Integrators 11
einen Ladeimpuls fester Stromamplitude und- Breite. Dieser Ladeimpuls weist eine
gegenüber den Ausgangssignalen der Ionisationskammer 10 entgegengesetzte Polarität
auf und genügt während der normalen Arbeitsweise des Integrators 11, um die Ausgangsspannung
des Integrators 11 unter den voreingestellten Pegel zu reduzieren, so dafs die Vergleichsstufe
12 aufhört, ein Ausgangssignal zu erzeugen.
-
Die Uberwachungsstufe 16 ist ein Impulsratendetektory der die Ausgangssimpulse
von Hauptimpulsgenerator 14 überwachte um sicherzustellen, daß das System ordnungsgemäß
arbeitet. Vorzugsweise liefert der Hauptimpulsgenerator 14 bei ordnungsgemäber Arbeitsweise
des Detektors eine minimale Impulsrate. Diese minimale Impulsrate wird zweckmäßigerweise
durch eine künstliche Neutronenquelle geliefert5 die eine bekannte Emissionsrate
besitzt und in der Nähe der Ionisationskammer 10 angeordnet ist.
-
Der Dekadenzähler If besteht aus einer Reihe von sieben Dekadenzählatufen
ic und jede der vier letzten davon treibt die zugeordnete Zählstufe einer Dekadendarstellung
19 über geeignete Dekoder 20 und Antriebsstufen 21. Die Größe der Impulse vom Ladeimpulsgenerator
15 wird in Verbindung mit der Empfindlichkeit der Ionisationskammer so gewählt,
dab eine geeignete Skala für den Gesamtneutronenfluß geschaffen wird, der von der
Kammer 10 festgestellt wird.
-
Durch Benutzung eines solchen Detektors wird es möglich, ein System
zu schaffen, das ohne Schaltung über einen großen dynamischen Bereich von Eingangsströmen
von z.B. bis I011 Ampere arbeitet.
-
Der Integrator 11 kann ein Funktionsverstärker, wie in Fig.2 dargestellt,
sein, dessen Gesamtrückkopplung durch einen Kondensator 22 bewirkt wird. Der Eingang
des Verstärkers besteht aus Oberflächeneinem angepai3ten Paar
fi'eld effekt-Transistoren t7 und <4, die als Einzeischaltungselement kombiniert
sind.
-
Die Transistoren sind vorzugsweise von der Metalloxyd-Silizium-Bauart
und bilden eine abgeglichene Eingangsstufe mit hoher Eingangsimpedanz. Die Transistoren
2) und 24 besitzen Senke-Elektroden (d-Pol) D1,D2, an die die jeweiligen Lastwiderstände
25 und 26 angeschlossen sind.
-
Die Senken D1,D2 sind außerdem an entsprechende Basiselektroden eines
Paares von N-P-N-Transistoren 27 und 2d angeschaltet, die als eintückige Baueinheit
hergestellt sind. Die Emitter-Elektroden der Transistoren 27 und 2s sind mit einem
gemeinsamen Lastwiderstand 29 verbunden. So wirken die Transistoren 27 und 26 als
Differenzverstgrzer und verstärken die Differenz der Spannungen, die an den Senken
D1,D2 auftreten, wenn ein Eingangssignal der Torelektrode (g-Pol) al zugeführt wird.
-
Der Ausgang des Differenzverstärkers wird einem weiteren Verstärker
zugeführt, der einen N-P-N-Transistor 30 besitzt, dessen Kollektorausgang über einen
Widerstand )1 einer Ausgangsklemme 92 zugeführt wird, um den Kondensator 22 zu laden.
-
Die Emitterelektroden der Transistoren 27 und 28 sind außerdem über
einen Spannungsteiler, der aus den Widerständen 3v und 34 besteht, an eine positive
Leitung 35 angeschaltet. Die Verbindung der Widerstände 3) und 34 wird der Basiselektrode
eines P-N-P-Transistors 36 zugeführt, der im Quellekreis der Feldeffekttransistoren
2) und 24 liegt. Die Transistoren 27,28 und 36 wirken in der Weise zusammen, daß
die Drift in den Feldeffekttransistoren 2) und 24 kompensiert wird. Sollten diese
Transistoren derart abwandern, daß die Spannungen an beiden Senke-Elektroden D1
und D2 positiv ansteigen, dann steigen auch die Spannungen der Transistoren 27 und
28 an.
-
Die Transistoren 27 und 28 arbeiten als Summationsverstärker, um die
Emitterspannung der Transistoren ansteigen zu lassen.
-
So sinkt die Emitterspannung des Transistors 56 ab, um den Quellestrom
der Transistoren 2) und 24 absinken zu lassen und dadurch die Senke-Elektrodenspannungen
zu vermindern.
-
Die IntegratoTstuRe weist außerdem einen Potentialteiler auf, der
eine Verschiebespannung der Torelektrode G2 liefert, um irgendwelche Gleichspannungen
auszugleichen, die der Torelektrode G1 zugeführt werden. Der Potentialteiler besteht
aus in Reihe geschalteten Widerständen 37 und S und einem- Stellwlderstand 99, der
leicht einstellbar ist, um die Größe der Verschiebespannung zu wählen.
-
Der Kondensator 22 ist durch eine aus Widerstand 40 und Schalter 41
bestehende Reihenschaltung nebengeschlossen. Wenn die Spannung, die am Ausgang des
Gleiohstromverstärkers auftritt, die voreingestellte Spannung um einen vorbestimmten
Wert überschreitet, weil ein übermäßig hoher Eingangsstrom fließt, dann wird der
Schalter automatisch geschlossen, um zu gewährleisten, dals der Verstärker weiter
im linearen Betrieb arbeitet, um die virtuelle Erde am Eingang des Verstärkers aufrechtzuerhalten.
Zweckmäßigerweise ist eine nichtdargestellte Triggerschaltung vorgesehen, um die
Ausgangsspannung des Verstärkers festzustellen; dabei wird der Schalter durch ein
Relais gebildet, dessen Arbeitsweise durch die Triggerschaltung ordnungsgemäß gesteuert
wird.
-
Der Ladeimpulsgenerator kann die in Fig.) dargestellte Gestalt haben.
Der Eingangskreis des Generators empfängt zwei Eingangssignale vom Hauptimpulsgenerator
14, die einander komplementär sind. Ein Eingangssignal wird einem N-P-N-Transistor
40 zugeführt und das andere Eingangssignal wird einem N-P-N-Transistor 41 zugeführt.
Wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers geringer ist als die vorbestimmte Größe,
ist das Eingangssignal des Transistors 4o positiv und bewirkte daß der Transistor
leitfähig wird und daß das Eingangssignal, das dem Transistor 41 zugeführt
wird,
Null ist, so daß der Transistor abgeschitet ist.
-
Der Ladeimpulsgenerator weist außerdem einen unstantstrom-Generator
auf, der von einer Zenerdiode , einem Stellwiderstand 43, einem Widerstand 44 und
einem P-N-P-Transistor 4) gebildet wird. Dieser Konstantstromgenerator ist an den
Klle$torreis des Transistors 40 über Dioden 40 und 4 angescillossen. wenn der Transistor
40 leitfähig ist, dann leiten auch die Dioden 46 und 4Y und setzen den Konstantstromgenerator
auger Betrieb.
-
Die Kollektorelektrode des Transistors 41 ist über eine Zenerdiode
4c an eine Stufe angeschlossen, die aus Widerständen 4'? und 50 und einer Dioue
51 gebildet wird, um die der Torelektrode G des Feideffekttransistors 52 zugeführte
Spannung zu steuern. Wenn der Transistor 41 abgeschaltet ist, liefert die aus den
Widerständen 49 und 50 und der Diode 51 bestehende Schaltung der Torelektrode des
Transistors 52 eine Spannung, im diese leitfähig zu machen. Dieser Transistor ist
in Reihe mit einem isolierten Torfeldeffekttransistor 5) verbunden, dessen Senke-Elektrode
an den virtuellen Erdeingang des Fun£ctionsverstärkers angeschlossen ist. Wenn der
Transistor 52 leitet, wird jeglicher LecKstrom vom Transistor 45 über den Transistor
52 geleitet und nicht über den Transistor 53 nach dem Funktlonszerstärker.
-
Wenn die Ausgangsspannung des Funktionsverstärzers eine vorbestimmte
Größe annimmt, dann liefert der Hauptimpulsgenerator 14 (Fig.l) Impulse entgegengesetzter
Polarität an die Transistoren 40 und 41, wie aus Fig.) ersichtllch. Diese Impulse
schalten den Transistor 40 ab und bewirkens da, der Transistor 41 leitfähig wird.
Die Widerstände 49 und 50 und die Diode 51 arbeiten nun in der Weise, daß eine Spannung
geliefert wird, die den Transistor 52 abschaltet. Auch die Dioden 46 und 47 werden
abgeschaltet, so daß der Konstantstromgenerator dann bewirkt, daß der Konstantstrom
über den Feldeffekttransistor 5) dem Verstärker während einer Periode zugefUhrt-wird,
die gleich der Länge der Impulse ist, die den Transistoren 40 und 41 zugeführt werden.
-
Es können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen. Z.B. könnte der Komparator 12 durch eine Triggerschaltung
ersetzt werden, die den erforderlichen Triggerspannungspegel besitzt. Es könnte
auch ein Filter im Eingang des Integrators 11 vorgesehen werden, um Störungen abzusperren,
die im Kabel aufgenommen wurden, welches die Ionisierungskammer 10 mit dem Integrator
verbindet.
-
Weitere Abwandlungen könnten insofern beispielsweise getroffen werden,
daM die Feldeffekttransistoren 2) und 24 (Fig.2) und 5 (Fig.)) durch Elektrometerröhren
ersetzt werden, wodurch das Detektorsystem für sehr viel niedrigere Eingangsstromsignale
von z.B. 10 14 Ampere benutzbar würde.
-
Patentansprüche :