DE1906047C3 - Stabilisierungseinrichtung für die Amplitudenverstärkung der Meßsignale des Strahlungsdetektors eines Flüssigkeitsszintillationszählers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungseinrichtung für die Amplitudenverstärkung der Meßsignale des Strahlungsdetektors eines Flussigkeitsszintillationszählers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs ;.

Bei einer bekannten Stabilisierungseinrichtung im wesentlichen dieser Art (Nuclear Instruments and Methods Bd. 46, 1967, Seiten 116 bis 120), bei welcher keine gesonderte Standardstrahlenquelle verwendet wird und die auch nicht Teil eines Flüssigkeitsszintillationszählers ist, wird ein Verstärkungsregelungssignal nur bei Überschreiten einer einzigen vorbestimmten Differenzgrenze erzeugt, wobei die Erzeugung eines solchen Regelungssignals zusätzlich noch von der Gesamtzahl der in den beiden Kanälen bzw. Fenstern gezählten Impulse, d. h. also von der jeweiligen Aktivität der Probe, abhängt. Die Tatsache, daß sich Verstärkungsdriften insbesondere in Abhängigkeit von der Zeit auf die Meßergebnisse auswirken, wird bei dieser bekannten Einrichtung nicht berücksichtigt. Eine genaue, zuverlässige und schnelle Anpassung der Verstärkungsregelung an tatsächlich auftretende Verstärkungsdriften ist daher mit dieser bekannten Einrichtung nicht möglich.

Bei einer anderen bekannten Stabilisierungseinrichtung (Nuclear Instruments and Methods Bd. 37, 1965, Seiten 125 bis 134) werden Meßimpulse von der Probe und Referenzimpulse von einer Standardsirahlenquelle so verarbeitet, daß die Meßimpulse im wesentlichen eliminiert werden. Die in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen einer bestimmten gleichen Größe registrierten Differenzen der in den beiden Impulshöhendiskriminatoren gezählten Impulse werden in einem Integrator summiert. Das Ausgangssignal dieses Integrators, welches proportional zum zeitlichen Mittelwert der in einem Zeitintervall festgestellten Impulsdifferenz ist, dient direkt als Verstärkungsregelungssignal. Obwohl bei dieser bekannten Einrichtung in gewissem Umfang bereits die zeitliche Auswirkung der Verstärkungsdrift bei der Verstärkungsregelung berücksichtigt wird, ist auch mit dieser bekannten Einrichtung eine genaue, zuverlässige und schnelle Anpassung der Verstärkungsregelung an tatsächlich auftretende Verstärkungsdriften im einzelnen nicht möglich.

Aus der FR-PS 14 89 992 ist auch ein Flüssigkeitsszintillationszählers mit einer Standard-Strahlenquelle, einem Zweikanal-Impulshöhendiskriminator mit nachgeschalteten digitalem Differenzzähler und einer Vergleichsschaltung bekannt; er weist jedoch keine Amplituden-Stabilisierungseinrichtung auf.

Bei allen bekannten Stabilisierungseinrichtungen kann nicht in genügendem Maße ausgeschlossen werden, daß die Verstärkungsregelung durch Impulsdifferenzwerte ausgelöst wird, die nicht durch Verstärkungsdriften, sondern durch andere Phänomene, insbesondere statistische Schwankungen der Zerfallsereignisse und Szintillationen selbst erzeugt worden sind. Daher weisen die bekannten Stabilisierungseinrichtungen für die Amplitudenverstärkung erhebliche Ungenauigkeiten und Unsicherheiten auf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stabilisierungseinrichtung der in Frage stehenden Art zu schaffen, mit welcher eine genauere Verstärkungsregelung in relativ kurzer Zeit mit größerer Zuverlässigkeit, d. h. auch unter Berücksichtigung von nicht durch eine Verstärkungsdrift verursachten Schwankungen der Impulsdifferenz, erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Stabilisierungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebene

Ausbildung gelöst.

Durch die Verwendung zeitlich ansteigender Differenzgrenzwerte und durch die Tatsache, daß trfindungsgemäß das Verstärkungsregelungssignal jeweils umgekehrt proportional zu der ihm zugeordneten Differenzgrenze und damit zu der bis zum Oberschreiten dieser Differenzgrenze verflossenen Zeit ist, ist in einfacher Weise eine genaue und sehr schnelle Anpassung d^r Verstärkungsregelung an tatsächlich auftretende Verstärkungsdriften möglich, wobei sine fehlerhafte Auslösung der Verstärkungsregelung durch das Auftreten von Differenzwerten, die auf anderen Phänomenen als der Verstärkungsdrift, insbesondere statistischen Schwankungen der Zerfallsereignisse und Szintillationen selbst beruhen, weitgehend vermieden werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der gemäß der Erfindung ausgebildeten Stabilisierungseinrichtung sind in den Unteransprüchen angeführt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung und der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht eines Teils des Mechanismus eines typischen automatischen Flüssigkeitsszintillationszählers,

Fig. 2 eine Teilansicht eines Szintillationszählers nach F i g. !,jedoch mit einem unterschiedlichen Aufbau einer Standardlichtquelle als Bestandteil davon,

F i g. J eine schematische Darstellung von Differenzwerten in Abhängigkeit von der Gesamtimpulszahl,

F i g. 4 ein schematisches Blockdiagramm des elektronischen Systems der erfindungsgemäß ausgebildeten Stabilisierungseinrichtung,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm des Arbeitsablaufes des Systems nach F i g. 4,

F i g. 6 ein schematisches Blockdiagramm mit einer Modifikation des Systems von Fig.4, welche eine direkte Anzeige der absoluten Zerfallsrate aufeinanderfolgender Flüssigkeitsszintillationsproben liefert, und

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 von Fig. 2.

In dem Gerät nach Fig. 1 werden Fläschchen oder Behälter 10, welche den Flüssigkeitsszintillator und die Beta-Strahlen emittierende Substanz (z. B. gelöstes, radioaktive Markierungen enthaltendes Gewebe menschlicher oder tierischer Organe), die gezählt werden soll, enthalten, durch einen Förderapparat 12 bewegt, welcher nacheinander jede der Proben auf einen Aufzugskolben 14 schiebt, wenn dieser sich in der hochgeschobenen Position (nicht gezeigt) befindet. Die Probe wird dann in eine Zählkammer 16 hinuntergefahren. Photoverfielfacher 18 an gegenüberliegenden Seiten der Kammer dienen als Umsetzer der Szintillationen, die in dem Probcnfläschchen entstehen. Ein Verschlußschieber 20 verhindert den Eintritt von Licht durch eine vertikale Durchlaßöffnung 22, durch welche sich der Aufzugskolben 14 bewegt. Federnde Ringe 24 (F i g. 2) am Außenrand des oberen Teiles des Aufzuges bilden einen Lichtverschluß in der Durchlaßöffnung 22 während der Zeit, in der der Verschlußschieber beim Wechseln der Proben geöffnet ist und Licht in die Kammer eindringen könnte.

Zur äußeren Löschstandardisierung ist eine Gammastrahlen emittierende Quelle 26 vorgesehen, die sich am inneren Ende eines Abschirmstabes 28 befindet. Der Aufzugskolben 14 besitzt einen horizontalen Durchlaß 30 direkt unter der oberen Fläche, so daß der Abschirmstab 28 in eine Löschstandardisierungslage hindurchgelassen wird. Hierbei befindet er sich in der Hauptabschirmung und die Quelle 26 liegt zentral unter dem Probenfläschchen. Die Gammastrahlen-Quelle und der Abschirmstab werden zwischen der zurückgezogenen Lage (dargestellt durch ausgezogene Linie) und der Löschstandardisierungslage (dargestellt durch gepunktete Linie) mit Hilfe eines Zahnstangengeiriebes 32 hin- und herbewegt Die Löschung oder die Nachweisempfindlichkeit der Probe wird dadurch gemessen, daß eine besondere Zählung mit der äußeren Standard-Quelle vorgenommen wird. Diese Zählung wird zur Korrektur der Hauptmessung, die mit zurückgezogener Standard-Quelle vorgenommen wird, verwendet.

Besondere Vorkehrung zur Einstellung der Verstärkung des Übertragungssystems ist erfindungsgemäß getroffen. In der einfachen Ausführungsform von Fi g. 1 nimmt das Fläschchen 34 (in der Zählkammerlage gezeigt), das eine Standardlichtimpulsquelie darstellt und einen Alphastrahler geeigneter Art in einem Szintillator enthält, eine vorbestimmte Position in dem Förderapparat 12 ein. Verstärkungsverschiebung oder -abwanderung, die hauptsächlich in den Photovervielfachern 18 auftreten, wird von Zeit zu Zeit durch Unterbrechung der Probenzählung und Einsetzen des Fläschchens 34 in die Kammer korrigiert, um die Photoverviellacher der Quelle auszusetzen; hierbei wird ein Standard-Ausgangsimpuls-Amplitudenspektrum zur Verwendung bei der später beschriebenen Verstärkungseinstellung aufgenommen. Das die Standardlichtquelle enthaltende Fläschchen 34 wird dann zu dem Förderapparat 12 zurückgebracht, und die Zählung und Nachweisempfindlichkeitsmessung der Proben wird fortgesetzt. Die Periode oder das Intervall zwischen den Verstärkungseinstellungen wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Stabilität des Systems und der Gesamtgenauigkett der Messung, die erforderlich ist, ausgewählt. Wenn eine Verstärkungseinstellung häufiger als einmal pro Umlauf des Förderapparates notwendig ist, so kann die Vorrichtung in irgendeiner

■to bekannten Weise programmiert werden, um den normalen Fortlauf des Förderapparates zu unterbrechen und das Fläschchen 34 in die Zählstellung zu bringen. Auch können ein oder mehrere zusätzliche, im allgemeinen identische Standards 34' in die normale Probenfolge eingeschoben werden, wobei Vorsorge getroffen wird, daß die Verstärkungseinstellschaltkreise (wie unten beschrieben wird) angeschaltet werden, wenn diese Positionen des Förderapparates erreicht werden.

Der besondere Aufbau der Standardlichtimpulsquelie und der Mechanismus die Photomultiplier diesen auszusetzen, sind nicht für sich Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Das einfache System von F i g. 1 dient nur zur Erläuterung. In F i g. 2 wird jedoch ein zu diesem Zweck vorteilhafterer Aufbau gezeigt. Dort werden entsprechende Teile wie in Fig. 1 bezeichnet. Ein Kristallszintillator 35 trägt eine Alpha-Strahlenquelle, die angebracht ist, um einen scharfen Spektrumpeak zu erzeugen. Der Kristallszintillator 35 befindet sich dauernd in einem Durchlaß 33 (Fig. 7) durch den Aufzugskolben 14 in einem bestimmten Abstand von dem oberen Teil. Die Photuvervielfacher 18a und 18b werden der Standardquelle in einem zwischenliegenden Teil des Kolbenarbeitszyklus, bei dem das Probenfläschchen, das zunächst gezählt wird (oder gerade gezählt wurde), über die Zählkammer 16 aber unter den Verschlußschieber 20 gebracht wird, ausgesetzt. Die Lichtemission von dem

Probcnfläschchcn wird durch den Lichtverschluß 24 am Rande des oberen Teiles des Aufzuges von den Photovcrvielfachern abgehalten. Mit diesem Aufbau kann die Verstärkungseinstellung so oft wie gewünscht vorgenommen werden, wie z. B. bei jeder η-ten Probe oder auch vor jeder Probe. Es ist nur notwendig, den Kolben anzuhalten, die Verstärkungseinstellung anzuschalten und dann die normale Arbeitsweise fortzusetzen, wenn die Einstellung beendet ist.

Der elektronische Teil des Systems ist in P i g. 4 schematisch gezeigt. Die Photovcrviclfacher 18a und 186 sind wie üblich mit einer gemeinsamen Hochspannungsversorgung 36 verbunden. Ihre Ausgänge werden über Vorverstärker 39a und 39b geführt und durch eine Summicrschaltung 40 addiert. (Wie dem Fachmann sofon klar wird, ist das Koinzidenzsystem, welches üblicherweise bei solchen Geräten zur Unterdrückung des Multiplierrauschens verwendet wird, in der Zeichnung weggelassen.) Zur begrifflichen Vereinfachung zeigt die Zeichnung einen Schalter 42, welcher wahlweise den impuisadditionsausgang 43 mit Probenmeßschaltkreisen 44, Schaltkreisen 46 für die äußere Standardisierung oder einem Verstärkungseinstellsystem 48 verbindet. Wie gleichfalls schematisch gezeigt ist, ist ein übliches Ausdruckgerät 50 zur Wiedergabe der Zählungen von Probenmessungen und Messungen des äußeren Standards vorgesehen. Tatsächlich sind natürlich viele oder die meisten Bestandteile der Probenmeßschaltkreise 44 und der Schaltkreise 46 zur äußeren Standardisierung die gleichen wie in üblichen Systemen. Die Schaltung des Signalcinganges am Schalter 42 gibt schematisch die Veränderungen der Diskriminatorcinstellungen usw. wieder, die ausgeführt sind, um die verschiedenen Betriebsarten zu ermöglichen, die durch Programmsteuerungen bei üblichen Hüssigkcitsszintillationszählern verwendet werden.

Auf gleiche Weise kann man verstehen, daß bestimmte Teile des zu beschreibenden Verstärkungscinstcllsystcms 48, welche die gleiche aligemeine Funktionsweise der Impulshöhenanalyse, wie sie bei Messungen von Proben und den Messungen zur äußeren Standardisierung notwendig sind, ausführen, wiederum nicht aus besonderen Bestandteilen aufgebaut sind, sondern bereits vorliegende Impulshöhenanalyse-Schaltkrcise benutzen, indem das Gerät durch bloßes Umschalten von Schaltungswerten in den Verstärkungseinstellung-Zustand gebracht wird. Die Probenmeß-Einstellung wird natürlich für die Hauptmessungen unbekannter Proben verwendet; bei der Außenstandardisierung-Einstellung wird die äußere Gammastrahlenquelle benutzt, um die unbekannte Probe zur Messung der Löschung oder der Probenempfindlichkeit zu bestrahlen: bei der Verstärkungseinregulierung-Linstcllung werden die Photovcrvielfacher den Standard-Alphastrahlen-Szintillationsimpulsen ausgesetzt.

Der Eingangsteil des Verstärkungscinstellungssystems 48 ist im allgemeinen dem entsprechenden Teil eines bereits bekannten Systems zur Verstärkungseinstellung bei anderen Arten der Szintillationszählung ähnlich. Er enthält einen mit einem geeigneten Eingangsdämpfungsglied 54 versehenen Verstärker 52, dessen Ausgang 56 mit einem oberen 58, einem mittleren 60 und einem unteren Diskriminator 62 verbunden ist. Deren Ausgänge sind mit den logischen Koinzidenzschaltungen 64 verbunden, deren Ausgang 66 jedesmal einen Impuls überträgt, wenn die Amplitude eines Einganpsimpulses in das obere Fenster fällt (indem sie den mittleren Diskriminator, aber nicht den obcrci überschreitet). Ein Ausgang 68 überträgt jedesmal einet Impuls, wenn ein Eingangsimpuls in das untere Fenste fällt (indem er den unteren Diskriminator, aber nicht der mittleren überschreitet). Diese beiden Fcnsterausgängc werden zu getrennten Eingängen eines Diffcrcnzzähler: 70 geführt. Dieser registriert zu jeder Zeit den absoluter Wert der Differenz der gesamten Impuls/.ahl in der Fenstern und gibt ein Signal für das Vorzeichen diesel

ίο Differenz ab. Ein solcher Zähler oder Speicher besteh aus einem Vorwärts- oder Positiv-Zähler mit einen Subtraklionscingang neben dem Vorwärts- oder Addi tionseingang, wobei die Eingangsverbindung umgedreh werden kann, wenn die Differenzzählung kleiner al:

Null ist. Die Zählung, die zu jedem Zeitpunkt in den Differenzzählcr 70 gespeichert ist, wird natürlich vor den Zuständen all seiner Stufen wiedergegeben. In den vereinfachten schcmatischcn Diagramm ist aber de Ausgang oder die Anzeige — bezeichnend für di< augenblickliche Zählung — als eine einzelne Anzeigelei tung 72 gezeigt. Das Signal, welches das Vorzeichcr oder die Richtung der Differenz der Fenstcrzählungei anzeigt, erscheint am Ausgang 74.

Vor der Beschreibung der Einzelheiten des Aufbau; und der Arbeitsweise .des Ausgleichs der Schaltunger von Fig.4 ist es zweckmäßig, zunächst zu erwähnen daß sie in dieser zusammengesetzten Form einer vereinfachten Aufbau darstellen, der nur angenäher eine optimale Weise zur Wiedereinstellung dci Hochspannungsversorgung 36 erreicht, um die Stan dardverstärkungsbedingungen des Photomultipliersy stems in einer Zeit zu erreichen, die kurz für irgendeim gegebene Genauigkeit der Einstellung ist. Das Ver ständnis dieser Schaltkreise wird erleichtert, wenr zunächst die statistische Grundlage ihrer Funktionswei se erläutert wird.

In dem Standardverstärkungszustand sind die beider den Ausgängen 66 und 68 zugeordneten Fenster se eingestellt, daß sie identische mittlere Zählrater aufweisen. Bei theoretisch einwandfreier Einstellung der Verstärkung auf die Standardbedingung schwankt die Differenzenzählurig in statistischer Weise um Null. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens irgendeiner gegebenen Nettozählung zu irgendeinem gegebenen Zeitpunki folgt einer Normalverteilung mit einem Maximum bc Null, wobei die Standardabweichung als Quadratwurzel aus der Gesamtimpulszahl berechnet werden kann, die seit Beginn der Differenzenmessung in beiden Fenstern gezählt wurde. Für jede vorgewählte Grenze der Abweichung von Null existiert eine bestimmte Wahrscheinlichkeit einen solchen Abweichungswert bei einer gegebenen Zähiungszcii zu erreichen, auch wenn die Verstärkung genau richtig ist. Die Benutzung der Differenzenzählung als Anzeige für ein Verstärkungsauswandern, die zur Korrektur benutzt werden soll schließt eine hinreichend große, zulässige, augenblickliche Differenzenzahl ein, um die Wahrscheinlichkeit einer falschen Anzeige eines Verstärkungsfehlers niedrig zu halten. Diese F.inschränkung gibt die praktische Grenze der Genauigkeit dieser allgemeinen Methode zum Nachweis und zur Korrektur eines Verstärkungsauswandcrns zu jeder beliebigen Zeit wieder.

Wenn sich die Verstärkung nicht bei ihrem genauen Standardwert befindet, werden die erwähnten Schwankungen um den Nullpunkt einer Netlozählungsaufspeicherung in der einen oder anderen Richtung überlagert, wobei diese mit der Zeit zunimmt, und zwar wieder in

statistischer Weise um eine miniere Nettoralc herum. Demgemäß kann ein Abweichen der Verstärkung von einer Standardbindung durch Nachweis des Erscheinens eines übermäßigen absoluten Wertes der Differenzen-Zählung nachgewiesen werden, d. h. durch Nachweis einer Abweichung vom Nullpunkt, die ausreicht, um genügend sicherzustellen, daß es sich nicht nur um eine vorübergehende Abweichung von einer minieren Nullzählung handelt. Durch Vorwahl einer hinreichenden langen Zählperiodc kann das Vcrstärkungsauswandern mit jeder gewünschten niedrigen l'ehlerwahrscheinlichkeit dadurch festgestellt werden, daß innerhalb dieser Zeit eine Anhäufung außerhalb eines vorbestimmten absoluten Wertes der Zählungsdiffercnz. in den beiden Kanälen oder Fenstern nachgewiesen wird.

Prinzipiell ist es demgemäß möglich, die Verstärkung nur um einen festgelegten geringen Betrag auf ein solches Überschreiten eines einzelnen vorbestimmten Wertes hin einzurcgulieren, wobei die Richtung der Einregulierung durch die Richtung der Differenzzählung bestimmt wird, und eine solche Langzeitzählung so lange zu wiederholen, bis ein Verstärkungszustand erreicht ist, bei dem die Grenze in dem gesamten langen Intervall nicht überschritten wird. Es ist bekannt, daß ein solches einfaches System eine unerwünscht lange mittlere Zeit der Unterbrechung der Probenzählung bei jeder Verstärkungsstandardisierung erfordert, wenn nicht noch die weiteren Verbesserungen vorgesehen sind.

Deshalb wird der Nachweis und die Korrektur der Verstärkungsverschiebung in einer solchen Weise ausgeführt, die einer gleichhohen Genauigkeit fähig ist, aber eine viel kürzere mittlere Länge der Unterbrechung der normalen Zählvorgänge aufweist. Im wesentlichen benutzt das System die Wahrscheinlichkeitstheorie, um genaue und hinreichend zuverlässige Einregulierungen in einem Minimum an Zeit auszuführen. Die einfachste Form der Theorie oder des Konzepts, welches in veränderter Form in der Vorrichtung von Fig. 4 ausgeführt wird, ist sehr schematisch in Fig. 3 mit Hilfe von Kurven gezeigt, welche nicht quantitativ, sondern nur skizziert sind, um den allgemeinen Verlauf der Veränderung zu zeigen.

In Fig. 3 stellt die Ordinate die zugelassene Differenzzählung (den absoluten Wert) und die Abszisse die gesamte Impulszahl dar. Wie in F i g. 3 gezeigt ist, ist der absolute Wert der Abweichung von der Null-Linie, d. h. die numerische Differenz 37 (bevor der Verstärkungsfehler betrachtet wird, der entsprechend dem Nachweis einer Korrektur bedraf), nich konstant, sondern nimmt mit dem Fortgang der Zählung zu, und zwar in einem geringeren Maß als proportional zur gesamten aufsummierten Zählung (oder verstrichenen Zeit), so daß die zugelassene Differenz als Prozentsatz der gesamten integrierten Zählung, d. h. die prozentuale Differenz 38, mit dem Fortgang des Intervalls abnimmt Wenn die Differenz, die zu jeder Zeit in dem Zähler registriert wird, die zugelassene Differenz dann tatsächlich überschreitet, wird die Verstärkung in entsprechender Richtung einreguliert und der gesamte Zählvorgang von neuem begonnen, wobei der Differenzenzähler oder -speicher auf Null zurückgestellt wird Die Grenze kann entweder zu einem frühen oder zu einem spaten Zeitpunkt der Zählung überschritten werden. Die zugelassene prozentuale Differenz wird im ersten Teil der Zählung relativ hoch gemacht, um jede übermäßig hohe Wahrscheinlichkeit ungewollter Fehleranzeige zu vermeiden. Ils ist jedoch nicht wünschenswert, daß die prozentuale Differenzgrenze im ersten Teil der Zählung zu hoch gelegt wird, so daß dadurch ein früher Nachweis relativ großer Verstärkungsfchler unangemessen unwahrscheinlich wird. Dies würde zu einer wesentlichen Zunahme der gesamten Zeit führen, die zur Erreichung der richtigen Verstärkung durch aufeinanderfolgende Einstellungen erforderlich ist.
Die optimale Grenze der zugelassenen Zählung wird

κι zu jeder Zeit durch Anwendung der Wahrscheinlichkeitstheorie mit dem Ziel geregelt, den besten Ausgleich zwischen Empfindlichkeil für einen Verstärkungsfehler und ungewollte Anzeige eines Verstärkungsfehlers zu erreichen, so daß im Mittel gleichzeitig die kürzest mögliche Gesamtkorrekturzeit erreicht wird. Zur genauen Gleichheit der Wahrscheinlichkeit einer falschen Fehleranzeige zu allen Zeitpunkten würde die zugelassene Grenze, ausgedrückt in Nettozählungen, genau das gleiche Vielfache der Standardabweichung sein; da letztere proportional zur Quadratwurzel der Gesamtimpulszahl in den Fenstern ist, nimmt die Grenze angenähert proportional zur Quadratwurzel aus der verstrichenen Zeit zu. Aber völlige Konstanz des begrenzenden absoluten Wertes der Differenzzählung, ausgedrückt als Vielfaches der Slandardabweichung eines mittleren Nullwertes, ist im allgemeinen kein Optimum, was man aus der Tatsache sehen kann, daß ein ungewolltes Fehlersignal zu einem sehr frühen Zeitpunkt relativ wenig zur gesamten Meßzeit beiträgt.

Weiterhin ist die Wahrscheinlichkeit eines irrtümlichen Fehlersignals zu jeder Zeit, d. h. bei jeder gegebenen Gesamtimpulszahl, nicht genau aus der augenblicklichen Standardabweichung alleine berechenbar, da eine solche Berechnung nicht die Wirkung des Fehlers der Differenzzählung zur Überschreitung der Grenzen zu früheren Zeitpunkten wiedergibt.

Eine typische Grenze für den letzten Teil des Zählintervalls könnte 2,3 ο sein, wobei ο die Standardabweichung von der mittleren Nullzählung ist. Mit dieser

■to Grenze hat ein genau richtiger Verstärkungswert eine Wahrscheinlichkeit von 2,14%, ein unrichtiges Fehlersignal in diesem Teil der Zählung zu erzeugen, wobei die Wahrscheinlichkeit der positiven Annahme 97,86% beträgt. Die Wahrscheinlichkeit der Annahme einer Verstärkung, die ungenau ist, ist natürlich geringer, und zwar um einen Betrag, der von der Größe des Verstärkungsfehlers abhängt. Die Wahrscheinlichkeit einer annehmbaren Abweichung einer Verstärkung eines gegebenen Nichtstandardwerles wird mit der Verlängerung der Zählzeit verringert. Das volle Zählintervall wird entsprechend ausgewählt, um irgendeinen gewünschten Grad von statistischer Sicherheit zu erreichen, der durch ein Fehlen des Verslärkungsfehlersignals anzeigt, daß die Verstärkung innerhalb besonders angegebener Grenzen der Abweichung von ihrem Standardwert liegt.

Eine genaue Berechnung der optimalen Grenzen zu allen Zeiten während des gesamten Intervalls kann nicht auf irgendeine einfache Weise gemacht werden und verändert sich stark mit den Faktoren der Anordnung, wie z. B. dem Bereich des anfänglichen Verstärkungsfehlers, der normalerweise zu erwarten ist. Man wird beobachten, daß, wenn die Grenzen immer auf 2,3 ο gelegt werden, die Wahrscheinlichkeit, ein falsches Fehlersignal zu irgendeiner Zeit in dem gesamten Intervall zu erhalten, auch wenn die Verstärkung genau richtig wäre, viel höher ist als die 2,14%-Wahrscheinlichkeit, die bei alleiniger Betrachtung des Endes der

Zählung vorliegen würde. Andererseits verringert sich der gegenteilige Effekt eines falschen Fehlersignals während des gesamten Zeitablaufs mit dem Zeitpunkt, /u welchem das falsche Signal gegeben wird. Die Theorie der optimalen Ausführung ist komplex und wurde bisher noch nicht voll entwickelt, aber es ist offensichtlich, daß ein kontinuierliches Zusammenlaufen der Grenze als Prozentsatz der Gesamtimpulszahl mit dem Zeitverlauf so erfolgt, daß eine Wahrscheinlichkeit der Annahme eines richtigen Signals hervorgerufen ι« wird, die zu allen Zeiten relativ hoch ist, jedoch nicht zu hoch, damit sie zum Nachweis der tatsächlichen Verstärkiingsfehlcr zu einem möglichst frühen Zeitpunkt brauchbar ist. Im allgemeinen haben Grenzen von etwa J,0(i für den genauen Standardverstärkungszii- ^i; stand sehr geringe Wirkung auf die steigende Wahrscheinlichkeit eines falschen Fehlersignals, aber weisen dennoch Verstiirkungsfehler zu einem wesentlich früheren Zeitpunkt nach, als mit einer gleichmäßigen vorher eingestellten Zählgrenze erreicht werden -><· kann.

Die so beschriebene Vorrichtung kann so benutzt werden, daß sie die Verstärkung um einen vorbestimmten Detrag verändert, wenn die Grenze erreicht wird, daraufhin die Differenzzählung auf Null zurückgestellt -"> und eine neue Zählung begonnen wird, und daß dies so lange fortgesetzt wird, bis die Verstärkung einen Punkt erreicht hat. wo die Grenze während des gesamten Zählintervalls nicht erreicht wird. Bei einem solchen Aufbau ist das Verstärkungsinkrement (oder -dekrc- «' ment) notwendigerweise kleiner als die Verstärkungsfehler, welche eine hohe Wahrscheinlichkeit haben. Fehlersignale am Ende des Zählintervalls zu erzeugen. Beim Auftreten eines größeren Verstärkungsfehlers benötigt eine solche Anordnung eine beträchtliche Zahl >> von Verstärkungseinstellungcn, normalerweise nach langer Zählung in jedem Durchgang, bevor ein annehmbarer Verstärkungszustand erreicht ist. Es wird die Wahrscheiniichkeitseigenschaften eines solchen Systems wie beschrieben benutzt, um die mittlere ^4I) Gesamtkorreklurzeil zu verkürzen. Es wurde bereits die Talsache erwähnt, daß die Gestalt der Grenzkurve als Funktion der Zeit einen frühen Nachweis eines Verstärkungsfehlers in dem Maß zulassen sollte, das mit einer niedrigen Wahrscheinlichkeit eines falschen ^4l Fehlernachweises verträglich ist, wenn tatsächlich kein Fehler vorliegt. Der wahrscheinlichste Verstärkungsfehler, der durch Überschreitung der Grenzen zu irgendeiner Zeit nach dem Zählbeginn signalisiert wird, ist wahrscheinlich der Verstärkungsfehler, der eine "■" mittlere Differen77iihlrsil.e hervorruft, die die Grenzzählung in der verst) >chenen Zeit ansammelt. Der Zeitpunkt des Auftretens eines Signals ist somit interpretierbar als wahrscheinliche Größe des Verstärkungsfehlers. Durch geeignete Verknüpfung des Betrages jeder Verstärkungskorrektur mit der vor dem Grenzsignal verstrichenen Zeit, das die Korrektur erzeugt, wird eine beträchtliche Wahrscheinlichkeit erreicht, die Verstärkung unmittelbar auf einen annehmbaren Wert einzustellen. In jedem Fall einer Verringerung der Zahl ^M von erforderlichen Einstellungen wird die Verstärkung auf einen annehmbaren Wert eingestellt.

Die Grundlagen, die oben im Zusammenhang mit kontinuierlicher Veränderung der Differenzzählungsgrenze diskutiert wurden, können in verschiedenen Formen angewendet werden, von denen jede für sich vorteilhaft ist. Im Fall der kontinuierlichen Messung der Differenzzählung können Vergleiche mit den Grenzen diskontinuierlich während der Messung ausgeführt werden. Eine solche Betriebsweise beinhaltet eine offensichtliche Verzögerung der mittleren Nachweisgeschwindigkeit der Verstärkungsfehler. Sie kann jedoch die ansteigende Wahrscheinlichkeit eines falschen Fehiersignals im Vergleich mit einem System stark reduzieren, bei dem die Grenzmessung kontinuierlich mit ähnlichen Grenzen ausgeführt wird; somit können die Vergleichsgrenzen, die in Vergleichen bei Intervallinessungcn /u geeignet ausgewählten Zeiten benutzt werden, etwas enger bei dem gleichen Grad von Sicherheit gegen falsche Fehlersignale gefaßt werden, wenn die Verstärkung richtig ist, indem die Empfindlichkeit für einen Verstärkungsfehler zu jedem Zeitpunkt erhöht wird, wenn der Vergleich vorgenommen wird.

Da Differenzzählungen in bezug auf einen Verstärkungsfehler prinzipiell ansteigend und nicht oszillierend sind, reduzieren Vergleiche bei Intervall-Probenmessung die ansteigende Wahrscheinlichkeit von falschen Verstärkungsfehlersignalen, ohne den Nachweis richtiger Verstärkungsfehlersignale zu verzögern. Wenn Intervall-Probenniessung durchgeführt wird, sollten die Zeiten der Probenmessung genügend weit auseinanderliegen, um die Wahrscheinlichkeit des Nachweises grußer Abweiehungsmaxima von einer mittleren NuIl-/ähliing merklich zu verringern. Die Zcitunterbrechungen sollten ausreichen, daß die Tatsache einer Annahme des augenblicklichen Zählwertes als innerhalb der Grenzen zu einer Vergleichs/eil die Wahrscheinlichkeit nicht stark beeinflußt, daß die Zählung die größeren Grenzen überschreitet, die in dein nächsten Vergleiehs-/eitraiim vorliegen. Das bedeutet, daß. wenn die Sland.ird.ilnveiehung /um Zeitpunkt einer Probenmessiiug im Vergleich zur Anzahl dor Zählungen, die vor der nächsten Probenmessung zu addieren oder zu subtrahieren sind, klein ist. die Komplexität der früher angeführten Rechnung im Falle einer kontinuierlichen Messung und Grenzveränderung weitgehend ausgeschaltet werden kann; Ausführungseigenschaften können mit vernünftiger Genauigkeit durch Berechnung der Wahrscheinlichkeit, die Grenzen zu jeder Vorgleichs/eit unter verschiedenen Bedingungen der Verstärkung zu überschreiten, in derselben Weise angenähert werden, als es der Fail wäre, wenn die früheren Vergleiche nicht gemacht wurden, d. h., alleine aus der Normalverteilungskurve, die unter Berechnung der Standardabweichung für jede vorliegende Bedingung aufgenommen wurde. Ansteigende Wahrscheinlichkeiten können dann, wenn erforderlich, durch bloße Multiplikation berechnet werden Eine komplexe Integration ist nicht notwendig.

Eine weitere Möglichkeit, die in ei lern gewissen Maß von bestimmten Vorteilen eines kontinuierlichen Vergleichs und in einem gewissen Maße von bestimmten Voneilen eines Intervallvergleichs Gebrauch macht und bestimmte eigene Vorteile in Einfachheit des Aufbaues mit bekannten Schaltungen besitzt, verwendet einen kontinuierlichen Vergleich mit den Differenzzählungsgrenzen, aber vergrößert diese schrittweise. Dabei ist jede gegenwärtige Grenze des absoluten Zählwertes beträchtlich höher als die vorhergehende, so daß eine verschwindende Wahrscheinlichkeit eines falschen Fehlersignals in einem Null-Durchschnittsratenzustand so lange vorliegt, bis kurz zuvor c=ie Grenze wieder geändert wird (oder kurz vor dem Ende des gesamten Intervalls in dem Fall der letzten Grenze). Was falsche Fehlersignale mit genauer richtiger Verstärkung anbetrifft, so ist die Wirkungsweise ähnlich der des

Intervallvergleichs am KmIe eines jeden IJnicrintervalls. Aber Verstärkungsfehler, die zu gering zum Nachweis in dem vorhergehenden Unterintervall sind (oder wegen einer unwahrscheinlichen statistischen Abweichung nicht nachgewiesen wurden), können trotzdem lange vor der Wiedereinstufung der vorgewählten Grenze (oder der Beendigung des Intervalls) nachgewiesen werden, indem jedes folgende Unterinlervall ein größeres Vielfaches der Zusammenfassung der früheren Unterintervalle als das Verhältnis seiner Zählgrenze zu der nächst früheren Zählgrenze ist. so daß Verstärkungsfehler/ählungen, die im allgemeinen linear mit der Zeit aufsummiert werden, das Grenzsignal lange vor der Ankunft des lindes des Unterintervalls auslösen können. (Diese Zeitersparnis ist in dem letzten Feil des Gesamtintervalls von besonderer Bedeutung.)

Aus Fig.4 ersieht man, daß eine Vielzahl von einzelnen Schaltungen und Vorrichtungen vorhanden sind zum Vergleich der augenblicklichen Zählung auf der Anzeigeleitung 72 mit entsprechend der Beschreibung variierten Grenzen und zur Einstellung der Verstärkung in Übereinstimmung mit den oben diskutierten Grundlagen. Ein oder zwei deutliche Beispiele können zur Erläuterung kurz erwähnt werden. Die Differenzzählung auf der Anzeigeleitung 72 kann /. B. in eine Analogspannung umgewandelt werden, die mit der Spannung verglichen wird, die gleichzeitig von einem motorgetriebenen I unktionspotentiomctcr, das eine Grenzspannung erzeugt, geliefert wird. Der gleiche Motor kann durch seine Lage zu dem Zeitpunkt des Fehlcrsignals eine Spannung festlegen, die daraufhin vor der Rückstellung und der Neilauslösung der Zählung der Multiplier-Spannungsversorgunj; addiert wird. Als weiteres Beispiel kann die digitale Differenzzahlung mit einer anderen digitalen Differenzzählung verglichen werden, die von einem geeignet gesteuerten Taktgebersystem zugeführt wird, um die gewünschten Begrenzungsänderungen zu erzeugen, und die Multiplier-Verstärkungsänderung kann durch eine Digitalzählung, die durch Steuerung derselben Taktgeberimpulse verringert wird, bestimmt werden. Das besondere System nach Fig.4 stellt eine Annäherung an die Arbeitsweise solcher relativ komplexer Vorrichtungen dar, welches denselben allgemeinen Zweck in sehr vereinfachter Weise verfolgt.

Die Differenzzählung auf der Anzeigeleitung 72 wird kontinuierlich durch die Vergleichsstufe 76 mit einem vorgewählten Zählungspegel verglichen, der durch Steuerschaltungen 78 festgelegt wird. Ein Zeitgeber 80 wählt über eine Leitung 82 an den Steuerschaltungen 78 eine von vier aufeinanderfolgend höheren Vorwahlzählungen zum Vergleich durch die Vergleichsstufe 76 aus. wenn das Zählintervall fortschreitet. Die numerischen Werte 192, 384, 1024, und 2048. die hier als Vorwählzählungswerte verwendet werden, sind in Binärschreibweise ganze Potenzen, die zur Bequemlichkeit für den Zählvergleich ausgewählt wurden. Die Vergleichsstufe 76 erzeugt bei dem Nachweis der Gleichheit der Differenzzählung der Anzeigeleitung 72 mit einer vorgewählten Zählung an den Steuerschaltungen 78 ein Zählungsbeendigungs- und Rückstellsignal auf einer Ausgangsleitung 88 und gleichfalls einen Impuls auf einer von vier Signalleitungen 84,85,86 oder 87 entsprechend der vorgewählten Zählung, die auf diese Weise erreicht wurde (was schematisch durch gepunktete Linien durch das Vergleichsgerät 76 angedeutet wird, die die Übereinstimmung zeigen). Diese Signalleitungen sind mit den getrennten Eingän

gen von vier Stufen eines Reihenbinärspeichers 90 verbunden. Die aufeinanderfolgenden Flip-Flop-Stufen, von denen FFI bis FF4 gezeigt sind, werden jeweils in ihrem Zustand entweder durch einen Impuls von den Signalleitungen 84, 85, 86 oder 87 oder (ausgenommen bei der Eingangsstufe FFl) vn einem »Übertrag« von der vorhergehenden Stufe umgekehrt. Hierbei gehen sie von dem »1 «-Zustand in den »0«-Zustand über. Der Ausgang 74 von dem Differenzzähler 70, der die Information über die Richtung der Differenzzählung trägt, ist mit den Stibtraktionseingängcn /u den vier Binärregisterstufen verbunden. Durch interne Schaltung, die fürt diese Zwecke wohlbekannt ist, addiert oder subtrahiert ein Impuls auf einem der Signalleitungen 84 bis 87 dementsprechend zu oder von der Vier-Bit-Zahl in dem Speicher eine Zahl, entsprechend der Stufe, zu der der Impuls geführt wurde.

Die Stufen des Reihenbinärspeichers 90 werden durch entsprechende Ausgangsleitungen 91 bis 94 ausgelesen und erzeugen eine Analogspannung in einem Digilal-Analog-Konverter 96, welcher über eine Leitung 97 die Hochspannungsversorgung 36 steuert. Bei einer Ausführung ist der Verstärkungszuwachs, der durch den »I «Zustand jeder Stufe des Reihenbinärspeichers 90 erzeugt wird, proportional zu der Reihenfolge der Stufe, durch welche sie gesteuert wird. Mit dieser Ausführung ist die Verstärkungsänderung, die durch Umkehr des Zustandes von FF4 bewirkt wird, achtmal so groß wie die von FFl erzeugte und die Gesamtspannung, die durch den gesteuerten Teil der Hochspannungsversorgung zugeführt wird, erzeugt eine Verstärkungsveränderung, die proportional zu der Zahl ist, die in binärer Weise in dem Reihenbinärspeicher 90 gespeichert wird.

Der gesamte Arbeitsablauf läßt sich einfach an dem Zeitdiagramm von F i g. 5 erkennen. (Es sollte bemerkt werden, daß die Zeitskala in dieser Figur nicht linear ist und außerdem daß die Zeitwerte, die in Minuten oben angegeben sind, nicht integrale oder gesamte Zeitabläufe vom Beginn des Arbeitsablaufes auf der linken Seite darstellen; die Zeitskala beginnt mit jeder Neueinstellung von vorne, wenn die Grenzzählung überschritten wurde.)

Beim Beginn des Arbeitsablaufes ist die Differenzzählung auf der Anzeigeleitung 72 von F i g. 4 natürlich Null. Alle vorgewählten Zählungswerte der Steuerschaltungen 78 von F i g. 4 sind angesteuert. Der Zeitgeber 80 stellt die vorgewählte Zählung 192 nach 0.01 Minuten vom Beginn aus ab, die vorgewählte Zählung 384 nach 0.04 Minuten und die vorgewählte Zählung 1024 nach 0,20 Minuten. Für die höchste auswählbare eingestellte Grenze 2048, welche die wirksame vorgewählte Zählung in dem letzten Teil des Zählintervalles, welches sich bis 1,00 Minuten erstreckt, ist, ist keine Abschaltung erforderlich.

Zum Zeitpunkt des Beginns der Standardisierung befinden sich die Flip-Flop-Stufen FFl bis FF4 in dem Zustand, den sie bei der letzten vorhergehenden Standardisierung eingenommen haben. Die Richtung des Verstärkungsänderungssignals am Ausgang 74 wird durch den ersten auftretenden Impuls umgekehrt, wenn sie zuvor in der entgegengesetzten Richtung verblieben ist.

In Fig. 5 wird die Weise gezeigt, auf die diese Bedingungen bei einer beispielsweisen Verstärkungsstandardisierung geändert sind. Der obere Teil der Figur zeigt die Veränderung der neuen Zählung und die Grenzen über der Zeit. (Es soll bemerkt werden, daß

sowohl die horizontale Zeitskaiu als auch die vertikale Impulsskala »Koordinaten^ nur in schemaiischem Sinne darstellen.) Der untere Teil zeigt die entsprechenden Arbeitsvorgänge der angezeigten Teile der Schaltung. In dem einfachen ausgewählten Beispiel beginnt sofort auf den Anfang der Verstärkungskorrektur oder Standardisierung die Differenzzählung (mit den normalen statistischen Schwankungen) sich in Richtung überschießender Zählungen in dem Kanal aufzubauen, der als positiv in bezug auf die Null-Linie gezeigt ist, was auf eine zu hohe Verstärkung hindeutet. Bei einer positiven Differenzzählung verursacht die Richtung des Verstärkungsveränderungssignals eine Verringerung der Verstärkung, wenn und sobald die Differenzzählung den zugelassenen Grenzwert überschreitet, der bei 192 Zählungen in dem ersten Teil des Zählzyklus liegt. Die Plip-Flop-Stufen FFl bis FF4 sind hier im »1111«-Zustand angedeutet. Dies bedeutet, daß der Zustand das untere Ende des Bereichs der interen Verstärkungsverschiebung des Überiragungssystems, verursacht durch Temperatur usw, wiedergibt, der zum Zeitpunkt der letzten vorhergehenden Standardisierung vorlag.

Zum Zeitpunkt A, vor dem Ablauf von 0,01 Minuten, erreicht die Differenzzählung 192, das Zählungsbeendigungs- und Riickstcll-Signal 88 wird an den Auf-Ab-Zähler und den Zeitgeber gegeben, und ein Impuls geht zu der Flip-Flop-Stufe FF4, der die Multiplicr-Verstärkung um einen bestimmten Betrag zurückstellt. Mit der so eingestellten Verstärkung wird die Zählung am Ende des Zählungsbeendigungs- und Rückstell-Signals auf der Ausgangsleitung 88 wieder gestartet, welches in der Größenordnung von 1 Sekunde Dauer ist. um das Gleichgewicht der neuen Verstärkung sicherzustellen (diese Zeitverzögerung wurde zur Vereinfachung aus der Zeichnung weggelassen). Die Differenzzählung beginnt nun in der Richtung zu wachsen, die eine übermäßige Zählung in dem unteren Fenster zeigt, und das Vcrstärkungsvcränderungs-Richtungssignal am Ausgang 74 ist dementsprechend sofort umgekehrt. Nach 0,01 Minuten wird die vorbeslimmte Zählung 192 abgestellt, und die zugelassene Grenze nimmt auf einen absoluten Wert von 384 zu. Diese Grenze wird zum Zeitpunkt 0 in Fig. 5 durch die Zählung erreicht. Zusätzlich zu dem Zählungsbeendigungs- und Rückstellsignal auf der Ausgangsleitung 88 wird nun ein Impuls zu der Flip-Flop-Stufe FF3 gesendet, der diese in den »0«-Zustand zurückstellt; dieses kehrt jedoch den Zustand der Flip-Flop-Stufe FF4 um, so daß die Verstärkung nun eine Nettozunahme von der Hälfte des Betrages erhält, um den sie bei A vermindert wurde. Die Zählung beginnt von neuem, wobei die 192-Grenze wieder hergestellt ist. Die Richtung des Verstärkungsverändcrungssignals am Ausgang 74 unterliegt Schwankungen entsprechend den statistischen Veränderungen der Differenzzählung um die 0-Achsc, sie wird jedoch stabil in dem Zustand, der eine negative Veränderung der Verstärkung hervorruft, wenn die ansteigende Differenzzählung, die einen Überschuß in dem oberen Kanal zeigt, schrittweise mit gewöhnlichen überlagerten statistischen Schwankungen ansteigt. Die vorgewählte 192-Grenze wird erneut am Ende des 0,01-Minuten-Anfangsintervalls abgeschaltet, und die 384-Grenze wird nach einer Laufzeit eines 0,03-Minuten-Unterintervalls auf gleiche Weise abgeschaltet, das die gesamte verstrichene Zeit auf 0,04 Minuten bringt. Somit wird der zugelassene absolute Differenzwert 1024. Dieser wird bei C überschritten. Die Abschaltung der unteren vorgewählten Zählwerle wird wieder rückgängig gemacht zusammen mit der Ruckstellung der Zählung und des Zeitgebers, und an die Flip-Flop-Stufe FF2 wire ein Eingangsimpuls gegeben. Da das Richtungssignal 7A eine Subtraktion hervorruft, geht die Flip-Flop-Stufe FF2 von dem 1 - zu dem 0-Zustand ohne einen Übertraf auf die folgende Stufe und die Verstärkung wird jetzi um die Hälfte des letzten vorhergehenden Zuwachse; verringert, oder um ein Viertel der ursprünglicher Abnahme. Der Beginn der gesamten Zählung bei C isi

ίο im allgemeinen der gleiche wie zuvor beschrieben. Die Zurückführung der Spannung war nicht genügend groß um die Ansammlung von Nettoüberschußzählungen ir dem höheren Kanal zu beseitigen: das Anwachsen dei Differenzzählung ist jedoch jetzt zu gering, um die vorgewählten Grenzen zu erreichen, die in irgendeinen der vier Unteriniervalle des Gesamtzänlintervall· vorherrschen, an dessen Ende die Verstärkungskorrek tür beendet ist. Das Gerät beginnt die Zählungs- um Empfindfichkeits-M essung der gewöhnlichen Prober

2n von vorne, und wird wieder zur Verstärkungsstandardi sierung unterbrochen, wenn es für die Genauigkeit dei durchgeführten Messungen crfoderlich ist.

Man bemerkt, daß die gesamte Zeit für alle aufeinanderfolge nden Zählungen und Rückstellungen ir

2Ί dem gezeigten Beispie) nur um einen Bruchteil größei ist als die Zeit, die von der vollen I-Minutcn-Zählunf eingenommen wird, wodurch die Verstärkung, wie zuletzt erreicht, bestimmt wurde, um in den vorderer Grenzen zu liegen. Wenn natürlich die Grenze ein odei mehrere Male nahe am Ende der gesamten Zählperiodi überschritten wird, so wird der gesamte Zeitvcrbraucl größer; Nachweis eines Verstärkungsfaden» in den letzten Teil des Zählzyklus (nicht gezeigt) ist natürlicl von einer geringeren Korrekturveränderung gefolgt

■J5 die durch ein Signal an die Flip-Flop-Stufe FFl hervorgerufen wird.

Der mittlere Diskriminator 60 wird auf oder nahe ai das Maximum des Peaks des Alpha-Impulsspektrums it dem Standardvcrstärkungszusiand eingestellt. Die obe

·"· ren und unteren Diskriminatoren liegen vorzugsweisi bei Werten, die weit vom Peak entfernt liegen, indem si( zwischen sich einen Betrag von angenähert 80% de gesamten Impulse (40% in jedem Fenster) in den Detektorausgang einschließen und nur die Impulsi extrem hoher oder niedriger Amplitude ausschließen Diese Einstellung bewirkt, daß die Genauigkeit de Systems im wesentlichen unabhängig von möglichei Verschiebungen in den oberen und unteren Diskrimina torlagen ist, wobei die Stabilität des Verstärkungsstan dardisierungssystems im wesentlichen vollständig durcl die Stabilität der Diskriminatorlage des mittlerei Diskriminators bei dem Spektrumpeak bestimmt wire Zu diesem Zwecke ist es wünschenswert, mehr als dii Hälfte oder vorzugsweise mehr als drei Viertel de Alpha-Strahlenspektrums zu überspannen.

Mit einer Quelle, die 400 000 Impulse pro Minute ii jedem Fenster erzeugt, ist die Standardabweichung de Differenzzählung unter Bedingungen einer mittlerei Null-Differenzzählung (genau eingestellte Verstärkung 894 Impulse am Ende eines vollen 1-Minuten-Intervalls Der letzte Begrenzungswert von 2048 entspricht 2,3 ο Er gibt eine 97,86%-Wahrscheinlichkeit, daß eine genai eingestellte Verstärkung nicht die Grenze am Endi dieses letzten Unterintervalls überschreitet, wobei dii Wahrscheinlichkeit, daß die Grenze zu irgendeiner Zei während des Unterintervalls überschritten wird, nu sehr wenig geringer ist. Die vorgewählten Zählgrenzei 192. 384 und 1024, die in den vorhergehendei

Unterintervallen benutzt werden, geben Wahrscheinlichkeiten eines Auftretens der Standardversiärkungsbedingungen wieder, weiche vor. derselben allgemeinen Größenordnung sind (2,15 σ am Ende von 0,01 Minuten, 2,14 σ am Ende von 0,04 Minuten und 2,56 σ am Ende von 0,20 Minuten entsprechend den Wahrscheinlichkeiten des Auftretens von 96,83%, 96,79% und 98,92%). Die resultierende Gesamtwahrscheinlichkeit des Auftretens im Falle einer genau richtigen Verstärkung ist angenähert 90%. Der Hauptanteil irgendwelcher falschen Fehlersignale wird nach relativ kurzer Zählzeit auftreten, und die Verstärkungseinstellung, die so irrtümlich vorgenommen wurde, wird normalerweise mit gleicher Schnelligkeit rückgängig gemacht. (Das zufällige Einstellen und folgende Rückgängigmachen vor irrtümlichen Verstärkungskorrekturen ist in F i g. 5 nicht gezeigt.)

Aus einer bekannten Form eines Standard-AIpha-Strahlenspektrums und der gesamten Zählrale kann der wahrscheinliche Verstärkungsfehler, der durch das Überschreiten irgendeiner gegebenen Grenze am Ende eines vorgegebenen Unterintervalls wiedergegeben wird, d. h, der Fehler, der eine mittlere Differenzzählungsrate erzeugt, der die Grenze zu dieser Zeit erreicht, durch Berechnung bestimmt werden und ebenso die Verstärkungseinstellung, die hierzu gleichlaufend vorgenommen wird, als eine grobe Näherung an eine optimale Einstellung in dieser einfachen Anwendungsform der Erfindung. Diese Einstellung ist etwas geringer als der wahrscheinliche Verstärkungsfehler, der durch das Überschreiten der Grenze zu einer unbekannten Zeit in dem Intervall wiedergegeben wird. Im Gegensatz zur Berechnung kann die angenäherte Verstärkungseinstellung experimentell durch Daten von wiederholten Zählläufen unter bekannten Verstärkungsbedingungen bestimmt und die Verstärkungskorrekturschaltung dann entsprechend gestaltet werden. In einer Ausführung mit Parametern der Intervall-Länge, wie oben erläutert, erzeugt das Überschreiten der Grenze in dem letzten Unterintervall eine Verstärkungsänderung von angenähert 0,025%; bei einer Verstärkung, welche kein Fehlersignal hervorruft, wird mit angenähert 98% Sicherheit angenommen, daß der maximale Fehler in der Verstärkung 0,05% beträgt.

Wo eine optimale im Gegensatz zu einer nur hinreichenden Ausführung erforderlich ist, wird der optimale Verstärkungseinstellungswert für jedes Unterintervall am besten experimentell gefunden, indem die mittlere zur Erzeugung eines Verstärkungswertes erforderliche Zeit, die von dem Korrektursystem bei verschiedenen Einstellungswerten in der Nähe des wie erwähnt angenähert ausgewählten unter tatsächlichen Arbeitsbedingungen des Gesamtgerätes durchgelassen wird, gemessen wird, da ein genaues Optimum der beteiligten komplexen statistischen Faktoren unmöglich berechnet werden kann. Dieses schwankt auch etwas mit der statistischen Verteilung der Größe der Verstärkungsfehler, die beim Beginn jeder Standardisierung vorliegt. Dasselbe trifft mehr oder weniger für die anderen Ausführungsparameter zu, die aufgrund statistischer Überlegungen ausgewählt werden, wie z. B. die genauen Grenzen (oder Zeiten), die in den frühen Unterintervallen verwendet werden.

Die genaue Zeit, die zur Durchführung einer Standardisierung mit einem gegebenen Grad eines anfänglichen Verstärkungsfehlers oder -Verlaufs notwendig ist, schwankt selbst aufgrund der Statistik. Die Gesamtzeit zur Korrektur eines größeren Verstärkungsfehlers ist bei einer vorgegebenen Auswahl von Parametern im Mittel etwas langer als die Zeit zur Korrektur eines geringeren Verstärkungsfehlers, aber die Differenz ist relativ gering. Es soll bemerkt werden, daß für Messungen, die eine Standardisierung mit etwas weniger strengen Toleranzen als die hier erzeugte hohe Präzision erfordern, das letzte Unterintervall und die damit verbundene Grenze entfallen können (z. B. durch Vorsehen eines Kontrollschalters), wodurch die Zeit zur

ίο Standardisierung stark reduziert wird. Für diesen Fall ist der maximale Fehler in der Verstärkung (mit der gleichen hohen Sicherheit) etwas größer als 0,1 %.

Eine Ausführung wie die gezeigte und gerade beschriebene sorgt, von einem statistischen Standpunkt

is aus gesehen, für einen kontinuierlichen Vergleich der Differenzzählung mit einem Vielfachen der Standardabweichung einer mittleren Nullzählung, wobei das Vielfache in jedem Unterintervall schrittweise auf einen minimalen Wert zwischen 2,0 und 3,0 zurückgeführt wird, der am Ende des Unterintervalls erreicht und daraufhin sprunghaft hochgestellt und wieder schrittweise im Verlauf des nächsten Unterintervalls reduziert wird. Zur Vereinfachung der Schaltung sind stufenförmige Zunahmegrenzen um einen Faktor von wenigstens 1,5 vorteilhaft. Im Gegensatz zu der Benutzung einer konstanten vorgewählten numerischen Grenze über das gesamte Intervall erzeugen ähnliche minimale Vielfache der Standardabweichung, die am Ende jedes Unterintervalls erreicht werden, allgemein gleiche Wahrscheinlichkeiten falscher Fehlersignale in allen Teilen des Gesamtintervalls, wobei solche Teile hier aufeinanderfolgend längere diskrete Unterintervalle sind.

Die Anpassungsfähigkeit vieler Gesichtspunkte dieser Erfindung zu anderen Zwecken als dem der Flüssigkeitsszintillationszählung und zur Steuerung anderer Variabler als der der Detektorverstärkung und tatsächlich auch für Messungen zu anderen Zwecken als dem der Steuerung ist offensichtlich. Das Vergleichssystem, welches hier zum schnellen Nachweis der Ungleichheit zweier Teile des Alpha-Strahlenspektrums zu Kontrollzwecken verwendet wurde (wobei es besonders vorteilhaft ist), kann benutzt werden, um zwei radioaktive Quellen oder eine Radioaktivitätsquelle (oder eine ähnliche Quelle mit zufällig auftretenden Ereignissen) mit einer Standardquelle, wie z. B. der von periodischen Impulsen, zu vergleichen. Wo dem Gebrauch eine Einstellung und Wiederholung der Messung nicht folgt, ist die Vermeidung falscher Signale ausschlaggebend, und Grenzen, die wesentlich kleiner

so als 3,0 α sind, sollten an keiner Stelle benutzt werden. Auf der anderen Seite können Grenzen bis herunter zu 1,5 ο beim Vergleich verwendet werden, der im frühen Stadium der Probenmessung vorgenommen wird. Dies kann bei bestimmten Ausführungen zu einer Einsparung der mittleren Gesamtzeit führen, wo ein solches Vergleichsgerät für aufeinanderfolgend gleiche Einstellungen einer Variablen benutzt wird, um angenommene Gleichheit zu erzeugen.
Man sieht außerdem, daß die Funktion, die von dem Zeitgeber in der erläuterten Ausführungsform zur Festlegung des Gesamtintervalls und der Punkte der schrittweisen Einstellung der Grenzen übernommen wurde, von einem Zähler ausgeführt werden kann, der das gesamte Intervall und die Unterintervalle direkt in Form zusammengesetzter Zahlen von Zählungen in beiden Fenstern festgelegt. Wo keine mittlere Ereignisrate vorliegt, um sich auf den Zeitgeber verlassen zu können, sollten das Intervall und die Unterintervalle

direkt als zusammengesetzte Zählung festgelegt werden, z. B. von einem getrennten Zähler, der beide Kanäle zählt, wobei die vorbestimmten Grenzen der Differenzzählung beim Erreichen der vorbestimmten zusammengesetzten Zählungen, die von dem Zähler wiedergegeben werden, geändert werden. Eine solche Ausführungsform ist vorteilhaft, z. B. beim Vergleich einer unbekannten Radioaktivitätsquelle mit einer Quelle, die als Standard verwendet wird, aber von unbekannter Intensität ist. Die Benutzung einer Standardquelle von großer Halbwertzeit läßt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Benutzung eines Zeilgebers zu, der ohnedies allgemein bei üblichen Flüssigkeitsszintillationszählern vorhanden ist.

F i g. 6 zeigt eine Modifikation des Probenmeßteiles von F i g. 4, um ein direktes Ausdrucken der Probenmes

sungen in der Form »Zerfälle pro Minute« zu ermöglichen. Über Leitungen 102 und 104 werden die Probenmeßzählung und die Außenstandardzählung, statt ausgedruckt zu werden, als Eingänge zu Computerschaltungen 106 geführt, die Daten der Außenstandardprobenempfindlichkeitskalibrierung enthalten und über eine Leitung 108 mit dem Ausdrucker 50' verbunden ist. Mit der beschriebenen Verstärkungssiandardisierung kann eine Außenstandardmessung in einen direkten

Ό Korrekturmultiplikationsfaktor umgewandelt werden, der zuverlässig bei der Berechnung der tatsächlichen Zerfälle pro Minute verwendet werden kann, die in der Probe mit annehmbarer Genauigkeit stattrinden. Die Außenstandardkalibrierung kann dauernd ohne die

•5 Notwendigkeit neuer Kalibrierungen gespeichert werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Stabilisierungseinrichtung für die Amplitudenverstärkung der Meßsignale des Strahlungsdetektors eines Flüssigkeitsszintillationszählers mit einer Standardstrahlenquelle, einem Zweikanal-Impulshöhendiskriminator, einem diesem nachgeschalteten digitalen Differenzzähler, einer an den Differenzausgang des Differenzzählers angeschlossenen Vergleichsschaltung, die beim Überschreiten einer Differenzgrenze ein Verstärkungsregelungssignal, dessen Vorzeichen vom Differenzzähler bestimmt ist, erzeugt und einem Regelglied zuführt und die außerdem bei Überschreiben der Differenzgrenze den Differenzzähler auf Null zurückstelii, dadjrch gekennzeichnet, daß Mittel zum wahlweisen Zuordnen der Standardstrahlenquelle (34, 34',- 35) zum Sirahlungsdetektor (i8a, iSb) und ein Schalter (42) zum wahlweisen Anschalten der Stabilisierungseinrichtung an den Strahlungsdetektor vorgesehen sind, daß mit einem Zeitgeber (80) verbundene Steuerschaltungen (78) zur Festlegung zeitlich ansteigender Differenzgrenzwerte bei NichtÜberschreiten einer ersten Differenzgrenze bis zum Erreichen eines maximalen Differenzgrenzwertes an die Vergleichsschaltung (76,90) angeschlossen sind, wobei der Zeitgeber (80) gleichzeitig mit dem Differenzzähler (70) auf Null zurückgestellt wird, und daß je einer Differenzgrenze zugeordnete Signalleitungen (84 bis 87) innerhalb der Vergleichsschaltung (76, 90) und entsprechende Ausgangsleitungen (91 bis 94) zwischen der Vergleichsschaltung (76, 90) und dem Regelglied (96) vorgesehen sind, wobei das Verstärkungsrcgelungssignal jeweils >^r> umgekehrt proportional zu der ihm zugeordneten Differenzgrenze ist.

2. Stabilisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung einen Reihenbinärspeicher (90) mit aufeinan- «o derfolgenden Flip-Flop-Stufen (FFl bis FF4) aufweist, die an die Signalleitungen (84 bis 87) so angeschlossen sind, daß der von jeder Stufe (FF 1 bis FF4) abgegebene Verstärkungsnachstellbetrag umgekehrt proportional zu der jeweils zugeordneten Differenzgrenze ist.

3. Siabilisierungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang (74) des Differenzzählers (70), welcher die Information über die Richtung der Differenzzählung liefert, mit Substraktionseingängen der Flip-Flop-Stufen (FFI bis FF4) verbunden ist.

4. Stabilisierungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsnachstellbetrag jeder Flip-Flop-Stufe (FFl bis FF4) größer ist als derjenige der ihr vorausgeschalteten Stufe.

5. Stabilisierungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsnachstellbetrag jeder Flip-Flop-Stufe (FFl bis FF4) angenähert doppelt so groß ist wie derjenige der ihr vorausgeschalteten Stufe.