DE2152115A1

DE2152115A1 - Verfahren zur stabilisierung der ausgangssignale von hochverstaerkenden photodetektoren

Info

Publication number: DE2152115A1
Application number: DE19712152115
Authority: DE
Inventors: Juergen Hardieck; Alexander Prof Dr Phil Na Kaul
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-10-16
Filing date: 1971-10-16
Publication date: 1973-04-19

Description

Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangssignale von hochverstärkenden Photodetektoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangssignale von hochverstärkenden Photodetektoren.
Als Anwendungsbeispiel für ein solches Verfahren sei die Stabilisierung des Impulshöhenspektrums von Photodetektoren mit Szintillationskristallen, kurz Szintillationsdetektoren genannt, in der Nuklearmedizin erwähnt.
Bisher versuchte man bei diesen eine Stabilisierung dadurch zu erreichen, daß man in die NaJ (UL) - Kristalle des Szintillationsdetektors eine radioaktive Strahlungsquelle mit für den Zeitraum der Messung konstanter Strahlungsintensität einbaute.
Dadurch wurden jedoch Messungen im Bereich der Emissionslinie der Strahlungsquelle unmöglich. Weiter wirkte sich störend aus der Einfluß des Compton-Kontinuums der Strahlungsquelle auf die Emissionslinien von MeßprsDaraten im Energiebereich unterhalb der Emissionslinie der Strahlungsquelle. Auch die Totzeit der BSeSanordnung erhöhte sich in störender Weise.
Bei einem anderen Verfahren versuchte man eine Stabilisierung des Impulshöhenspektrums der Ausgangssignale durch eine analoge Impulshöhendiskriminierung. Dies erfordert die einordnung einer externen Gammastrahlungsquelle in konstanter Geometrie zum Szintillationsdetektor. Dabei können nun Fehler in Abhangigkeit von der Zeitkonstanten des analogen Diskriminators auftreten.
Auch eine digitale Stabilisierung von Impulshöhenspektren wurdde schon versucht, die ebenfalls eine externe Gamiriastrahlenquelle in konstanter Geometrie zum Szintillationsdetektor erfordert. Hierbei ist jedoch ein außerordentlich großer elektronischer Aufwand erforderlich.
Der Erfindung Liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Ausgangssignale eines hochverstarkenden Photodetektors unter Vermeidung der genannten Nachteile zu stabilisieren. Diese'Aufgabe wird mit dem Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangssignale eines hochverstärkenden Shotodetektors, bei dem dem Photodetektor ein Normeingangssignal bekannter Größe von einer zustzlichen Strahlungsquelle konstanter spektraler Emissionsversteilung zugeführt und die Spannung am Photodetektor oder an seinem Ausgangsverstärker so gesteuert wird, daß das Normeingangssignal stets ein Sleichbleibendes Ausgangssignal am Photodetektor liefert nach der ~Erfindung dadurch gelöst, daß als zusitzliche Strahlungsquelle eine Lichtquelle dient, die mittels elektrischer Impulse zur Ausstranlung einer vorgebbaren Anzahl von Lichtquanten pro Im-puls angeregt wird und sowohl der Impulsgeber für die Lichtquelle als auch die Ausgangssignale des Photodetektors oder seines Ausgangsverstärkers ein Vergleichsglied beaufschlagen, in dem ein Maß für die Abweichung des Istwertes der Ausgangssignale von ihrem Sollwert gewonnen wird, das einen Stellgrößengeber für die Stabilisierung der Ausgangssignale steuert. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß As Lichtquelle eine Lumineszenz-Diode dient, die über einen lichtleiter an die lichtempfindliche Fläche des Photodetektors angekoppelt ist. Zweckmäßig ist es, wenn dabei die Lumineszenz--Diode seitlich in den Lichtleiter zwischen einem Szintillationskristall und dem Photodetektor einstrahlt.
Als Vergleichsglied kann dabei ein Differentialdiskriminator dienen, der so beschaltet ist, daß er nur af koinzidierende Signale des Impulsgebers für die Lichtquelle und des Photodetektors oder seines Ausgangsverstärkers anspricht. Dabei kann man die Schaltung so auslegen, daß die Pulsfrequenz und/oder die Impulsbreite und Impulshöhe der Impulse des Impulsgebers derart einstellbar sind, daß sich die Grb?e der durch die Lumineszenzdiode ausgelösten Ausgangssignale erheblich von der Größe der Ausgangssignale unterscheidet, die die zu messende Strahlung erwarten läßt.
mit dem Verfahren nach der erfindung läßt sich dann erreichen, daß die Größe der von den Normeingangssignalen hervorgerufenen Ausgangssignale auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird über ein tellglied für die Spannung am Photodetektor oder den Verstärkungsgrad seines Ausgangsverstärkers. Dieses Verfahren erlaubt aber auch eine Weiterbildung in der eie, daß bei zu messenden Strahlungen, die Ausgangssignale gleichbleibender Größe liefern minuten, Mittel zur Bildung des Quotienten aus den von der zu messenden Strahlung ausgelösten ausgangssignalen irnd den von den Normeingangssignalen hervorgerufenen Ausgangssignalen vorhanden sind und dieser Quotient auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird über ein Stellglied für die Spannung am Photodetektor oder den Verstärkungsgrad seines Ausgangsverstärkers. Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, da bei zu messenden Strahlungen, die Ausgangssignale gleichbleibender Größe liefern müßten, Mittel zur Bildung der Differenz zwischen den von der zu messenden Strahlung ausgelösten Ausgangssignalen und den von den Normeingangssignalen hervorgerufenen Ausgangssignalen vorhanden sind und die Differenz al3f einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird über ein Stellglied für die Spannung am Photodetektor oder don Verstärkungsgrad seines Ausgangsverstärkers.
Vorteilhaft ist es, wenn der Differentialdiskriminator in Abhängigkeit von dem Sollwert eine obere und eine untere frei einstellbare Diskriminatorschwelle hat und unterschiedliche Ausgangssignale liefert je nachdem, ob der Istwert der Regelgröße ber der oberen oder unter der unteren Diskriminatorschwelle liegt oder zwischen beiden. Dabei können die unterschiedlichen Ausgangssignale des Differentialdiskriminators einen Programmgenerator steuern, der einen digitalen inert für die Stellgröße in einen Digital Analog-Wandler gibt, der die Stellgröße auf die Stellglieder am Hochspannungsgerät oder Ausgangsverstärker schaltet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt.
Auf den Szintillationskristall 1 auftreffende radioaktive strahlung ruft in ihm Lichtblitze hervor, die über einen Lichtleiter 2 auf den Photodetektor 3 geleitet werden, der sie in elektrische Spannungsimpulse umsetzt. Der Photodetektor erhält seine Betriebsspannung von einem Hochspannungsgerät 4. Die am Ausgang des Photodetektors auftretenden Spannungsimpulse werden über einen Verstärker 5 zur Auswertung einem Impulshöhenanalysator 6 zugeführt. Nach der Erfindung strahlt eine Luniineszenz-Diode 7 seitlich in den Lichtleiter 2 IJichtimpulse ein. Diese Bumineszenz-Diode wird über einen Impulsgeber 8 betrieben, der Spannungsbw. Stromimpulse definierter Bereite und Höhe liefert. Das Tastverhaltnis und die Strom- bzw. Spannungshöhe sind variabel einstellbar. Diese Jpannungs- bzw. Stromimpulse, die die Lumineszenz-Diode erregen und durch deren Lichtquanten in der Photokathode des Photodetektors Elektronen auslösen, lassen am Photodetektor Ausgangssignale entstehen, deren Impulshöhe abhängig ist vom Tastverhültnis und der Höhe der Spannungs- bzw. Stromimpulse des Impulsgebers.
Diese Ausgangssignale werden über den Verstärker 5 auf einen speziellen Differentialdiskriminator 9 geschaltet. Die untere und obere Diskriminatorschwelle sind frei einstellbar und werden einmal auf die Höhe des durch die Lumineszenz-Diode 7 am Photodetektor 3 erzeugten und am Ausgang des Verstärkers 5 entstehenden Sollausgangssignals eingestellt.
Um die durch die Lumineszenz-Diode erzeugten Ausgangs signale von den signalen unterscheiden zu können, die die auf den Szintillationskristall auftreffende Strahlung hervorruft, wird der spezielle Differentialdiskriminator 9 gleichzeitig mit einem Signal unmittelbar vom Impulsgeber 8 beaufschlagt.
Die schaltung ist dabei so getroffen, daß der Differentialdiskriminator 9 nur anspricht, wenn die vom Ausgangsverstärker 5 und vom Impulsgeber 8 eintreffenden Signale in Koinzidenz sind. Wahlt man darüber hinaus noch die Intensität der Lichtquanten der Lumineszenzdiode so, daß sie am Ausgang des Verstärker 5 Ausgangssignale geben, deren Größe erheblich kleiner oder größer ist als die Größe der Ausgangs signale der zu messenden Strahlung, so kann man durch einen Filter im Differentialdiskriminator erreichen, daß dieser eindeutig nur auf die Ausgangssignale anspricht, die durch die Lumineszenz-Diode hervorgerufen werden.
In dem Differentialdiskriminator 5 werden drei logische Signale erzeugt, die von der Lage der Ausgangssignale im vorgewählten Fenster des Differentialdiskriminators 5 abhängen: 1. Ausgangssignale kleiner als untere Schwelle des Differentialdiskriminators 5; 2. Ausgangssignale zwischen der unteren und der oberen Diskriminatorschwelle innerhalb des Fensters des Differentialdiskriminators 5; 3. Ausgangssignale größer als obere Schwelle des Differentialdiskriminators 5.
Diese drei logischen Signale steuern einen Programmgenerator 6, der Je nach Lage der Ausgangs signale zu den Schwellen des Differentialdiskrimators 5 eine digitale Information in einen Digital-Mialog-Wandler 7 eingibt. Das analoge Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 7 ist dann die Stellgröße zur minderung des sferstarkungsfaktors des Ausgangsverstärkers 4 und/oder der Spannung des Hochspannungsgerätes 4 für den Photodetektor 3.
Die digitale Infrrmation aus dem Programmgenerator 6 sird solange geändert, bis durch Verstärkungsgrad- und/oder Spannungsänderung die IIöhe der Ausgangssignale im Fenster des Differentialdiskriminators 5 liegt. Ist dieses der Fall, so sind damit nicht nur die den Normeingangssignalen entsprechenden Ausgangssignale auf ibren Sollwert geregelt, sondern gleichzeitig auch die der zu messenden Strahlung entsprechenden Ausgangssignale stabilisiert.
6 gelten Beschreibung 10 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung

Claims

P a t e n t a n s p r ii c h e 1. Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangssignale eines hochverstärkenden Photodetektors, bei dem dem Photodetektor ein Normeingangssignal bekannter Größe von einer zusätzlichen Strahlungsquelle konstanter spektraler Emissionsverteilung zugeführt und die Spannung am Photodetektor oder an seinem Ausgangsverstärker so gesteuert wird, daß das Normeingangssignal stets ein gleichbleibendes Ausgangs signal am Photodetektor liefert, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Strahlungsquelle eine Lichtquelle dient, die mittels elektrischer Impulse zur Ausstrahlung einer vorgebbaren Anzahl von Lichtquanten pro Impuls angeregt wird und sowohl der Impulsgeber für die Lichtquelle als auch die Auogangssignale des J'hotodetektors oder seines Ausgangsverstärkers ein Vergleichsglied beaufschlagen, in dem ein Maß für die Abweichung des Istwertes der Ausgangssignale von ihrem Sollwert gewonnen wird, das einen Stellgrößengeber für die Stabilisierung der Ausgangssignale steuert.
2.Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aIc Lichtquelle eine Lumineszenz-Diode (7) dient, die über einen Lichtleiter (2) an die lichtempfindliche Fläche des Photodetektors (3) angekoppelt ist.
3.Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lumineszenz-Diode (7) seitlich in den Lichtleiter (2) zwischen einem Szintillationskristall (1) und dem Photodetektor (3) einstr£hlt.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daX als Vergleichsglied ein Differentialdiskriminator (9) dient, der so geschaltet ist, darin er nur auf koinzidiererde Signale des Impulsgebers (8) für die Lichtquelle und des Photodetektors (3) oder seines Ausgangsverstärkers (5) ansl)richt.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsfrequenz und/oder die Impulsbreite und Impulshöhe der Impulse des Impulsgebers (8) derart einstellbar sind, daß sich die Größe der durch die Lumineszenz-Diode (7) ausgelösten Ausgangssignale erheblich von der Größe der Ausgangssignale unterscheidet, die die zu messende Strahlung erwarten läßt.
6. Verfahren nach Fatentansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der von den Normeingangssignalen hervorgerufenen Ausgangs signale auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird über ein Stellglied für die Spannung am Photodetektor (3) oder den Verstärkungsgrad seines Ausgangsverstärkers (4).
7. Verfahren nach Patentansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu messenden Strahlungen, die Ausgangssignale gleichbleibender Größe liefern müßten, Mittel zur Bildung des Quotienten aus den von der zu messenden Strahlung ausgelösten Ausgangssignalen und den von den Normeingangssignalen hervorgerufenen Ausgangssignalen vorhanden sind und dieser Quotient auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird über ein Stellglied für die Spannung am Photodetektor oder den Verstärkungsgrad seines Ausgangsverstärkers.
8. Verfahren nach ljatentanspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu messenden Strahlungen, die Ausgangs-Signale gleichbleibender Größe liefern müßten, IIit-tel zur Bildung der Differenz zwischen den von der zu messenden Strahlung ausgelösten Ausgangssignalen und den von den Normeingangssignalen hervorgerufenen Ausgangssignalen vorhanden sind und diese Differenz auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird aber ein Stellglied für die Spannung am T-:hotodetektor oder den Verstarkungsgrad seines susgangsverstarkers.
9. Verfahren nach Patentansprüchen 1, 415 und einem der tolgenden, dadurch gekennzeichnet, da3 der Diffretialdiskriminator (9) in Abhnngigkeit von dem Sollwert eine obere und eine untere frei einstellbare Diskriminatorschelle hat und unterschiedliche Ausgangssignale liefert je nachdem, ob der Istwert der Regelgröße über der oberen oder unter der unteren Diskriminatorschwelle liegt oder zwischen beiden.
10. Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Ausgangssignale des Differentialdiskriminators (9) einen Programmgenerator (10) steuern, der einen digitalen Wert für die Stellgröße in einen Digital-Analog-Wandler (11) gibt, der die Stellgröße auf die Stellglieder am Hochspannungsgerät (4) oder Ausgangsverstärker (5) schaltet.

L e e r s e i t e