DE2203963B2

DE2203963B2 - Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von elektrischen Signalen

Info

Publication number: DE2203963B2
Application number: DE2203963A
Authority: DE
Inventors: Graham Abingdon Berkshire White (Ver. Koenigreich)
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1971-02-05
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1980-10-23
Also published as: FR2125089A5; JPS5710390B1; NL174991B; IT949015B; NL174991C; DE2203963C3; DE2203963A1; US3792255A; NL7201372A; GB1359883A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung elektrischer Signale, die aus einer in Ansprecherwiderung auf durch einen Nuklearteilchendetektor ermittelte Nuklearteilchen erzeugten elektrischen Ladung erzeugt werden, mit einem Signalformkreis, der die Signale empfängt und sie von dem mit diesem vorhandenen Geräusch unterscheidet.

Bei Nuklearteilchendetektoren ändert sich die vom Detektor zum Sammeln der durch jedes Teilchen erzeugten elektrischen Ladung gebrauchte Zeit entsprechend der Lage der Stelle des Zusammenwirkens des Teilchens mit dem Ermittlungselement innerhalb des Detektors. Die Folge dieser Änderung ist eine Änderung der Anstiegszeiten der elektrischen Signale. Die Stärke, bis zu der jedes Signal ansteigt, ist abhängig von den Energien der ermittelten Teilchen.

Dieser Effekt ist beschrieben in einem Artikel von M. G. Strauss, R. N. Larson und L L. Stifter in »Nuclear Instruments and Methods«, Nr. 46 (1967), Seiten 45 bis 54. Auf den Seiten 53 und 54 dieses Artikels wird die Verwendung eines Impulsformnetzwerks (mit differenzierenden und integrierenden Schaltungen) zum Messen der Energie der durch einen Nuklearteilchendetektor erzeugten elektrischen Signale vorgeschlagen. Es ist dort beschrieben, wie Anstiegszeitänderungen der

ίο elektrischen Signale die Genauigkeit der durch den Formkreis durchgeführten Energiemessungen beeinträchtigen kann, und es wird vorgeschlagen, den Formkreis so auszulegen, daß die Streuung oder Ausbreitung der Amplituden infolge der Anstiegszcitänderungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Lösung für das Problem der Änderung der Anstiegszeiten der elektrischen Signale anzugeben. Insbesondere soll durch die Erfindung eine Lösung

vorgeschlagen werden, weiche nicht die Messung der Gesamtheit jedes Signals bedingt, weil die Messung der Gesamtheit jedes Signals nicht ein Ergebnis bringt, welches eine genaue Darstellung des Signals ist, und zwar infolge der Wirkung der veränderlichen Anstiegszeiten der Signale.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes 5ignal einem Signalformkreis über eine Torschaltung übermittelt wird und daß eine Steuerschaltung vorgesehen ist, die die Torschaltung offenhält (um das Signal dem Formkreis zu übermitteln), mit Ausnahme während und solange das Signal bis zu seinem Maximalwert ansteigt.

Die durch die Erfindung vorgeschlagene Lösung beseitigt daher jenen Teil jedes Signals, dessen im wesentlichen willkürliche Veränderung sonst die Messungen beeinträchtigt. Andererseits aber wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung nicht bloß das Maximum gemessen, bis zu welchem jedes elektrische Signal ansteigt; im Gegenteil, es wird die Gesamtheit

■to jedes Signals gemessen, mit Ausnahme des kleinen Teilstücks desselben, welches den veränderlichen Anstiegszeiten unterworfen ist. Die Erfindung ergibt somit die Möglichkeit, möglichst viel von der Gesamtheit jedes Signals zu verarbeiten, um das Signal/Geräusch-Verhältnis zu maximieren.

Eine elektrische Signal-Aufbereitungseinrichtung gemäß der Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung, die so geschaltet ist, daß sie den Ausgang eines Nuklearteilchendetektors; empfängt, während

Fig.2 Wellenformen veranschaulicht, die in der Schaltung der F i j{. 1 auftreten.

Die zu beschreibende Signal-Aufbereitungseinrichtung 10 ist in einer solchen Schaltung dargestellt, wie sie auf den Ausgang eines Nuklearteilchendetektors 12 anspricht, der beispielsweise vom Typ eines Halbleiterdetektors oder auch beispielsweise ein Proportionszähler sein kann. Der Detektor 12 erzeugt eine Ausgangsladung in Ansprecherwiderung auf die Ermittlung des Nuklearteilchens oder der Strahlung, und diese Aufladung wird in einer reinen Integrierschaltung 14 integriert, die einen Betriebsverstärker bzw. L.eistungs-

*>5 verstärker 16 mit einem angeschalteten Integrator-Kondensator 18 aufweist, wobei letzterem ein Widerstand 20 mit hohem Widerstandswert parallelgeschaltet ist. Der Ausgang des Verstärkers 16 wird der

Eingangsklemme 22 der Aufbereitungseinrichtung 10 zugeführt

Die Eingangskiemine 22 der Einrichtung JO ist direkt mit einer Diskriminator- oder Pegeldetektorschaltung 24 verbunden und liegt über eine Verzögerungsleitung 26 am Eingang eines Verstärkers 28. Der Ausgang des Verstärkers 28 wird über einen elektronischen Schalter 30 einer Impulsformerschaltung 32 zugeführt, die mit dem Eingang eines Verstärkers 36 verbunden ist.

Der Schalter 30 wird durch eine monostabile Schaltung 38 gesteuert, die auf den Ausgang der Diskriminatorschaltung 24 anspricht

Im Betrieb wird die durch den Detektor 12 als Folge der Ermittlung jedes Nuklearteilchens erzeugte Ladung durch den Integrator 14 integriert, der eine Reihe von Ausgangs-lmpulsformen des in Fig.2A dargestellten Typs erzeugt, wobei jede Wellenform der Ermittlung eines Nuklearteilchens entspricht Der Betrieb des Nuklearteilchendetektors 12 ist so, daß die Zeit, die er braucht um die durch die Ermittlung jedes Teilchens erzeugte Ladung zu sammeln, sich entsprechend der Lage des Wechselwirkungspunktes des Teilchens innerhalb des Detektors ändert Die Anstiegszeit der Wellenform, welche durch den Integrator 14 für jedes ermittelte Teilchen erzeugt wird, ist abhängig von der Sammlungszeit für dieses Teilchen im Detektor 12, und wie in Fig.2A dargestellt können beträchtliche Änderungen in der Anstiegszeit auftreten. Die Stärke, bis zu welcher die Ausgangswellenlormen vom Integrator 14 ansteigen, ist abhängig von den Energien der ermittelten Teilchen.

Die Wellenformen vom Integrator 14 werden wiederum der Einrichtung 10 über den Anschluß bzw. die Klemme 22 zugeführt Der Beginn jeder Wellenform wird durch die Diskriminatorschaltung 24 ermittelt, die sofort die monostabile Schaltung 30 triggert

Ist letztere gelriggert, dann öffnet sie sofort den Schalter 30 (d. h. trennt den Anschluß 29 vom Anschluß 31) und hält den Schalter für die Länge seiner Zeitdauer (T) geöffnet, wie sie in der Wellenform der Fig.2B dargestellt ist, die den Zustand des Schalters 30 andeutet.

Nach einer kurzen Zeitverzögerung i, die durch die Verzögerungsleitung 26 festgelegt ist, wird jede Eingangswellenform dem Verstärker 28 zugeführt, dessen Ausgang in F i g. 2C dargestellt ist.

Am Ende der Zeitdauer T der monostabilen Schaltung 38 wird der Schalter 30 geschlossen, und der Ausgang des Verstärkers 28 wird sofort der Formerschaltung 32 zugeführt Fig.2D zeigt die Wellenform am Anschluß 31, d. h. die der Schaltung 32 zugeführte Wellenform.

Die Formerschaltung 32 veranlaßt den Verstärker 36, eine Folge von geformten Impulsen zu erzeugen, die in Fig.2E dargestellt sind, und zwar einen für jedes ermittelte Nuklearteilchen, wobei die Amplitude jedes solchen Impulses von der Energie des Teilchens abhängig ist

Aus F i g. 2D ist ersichtlich, daß die Zeitspanne Tder monostabilen Schaltung 38 so ist daß drr Schalter 30 jedesmal für eine ausreichende Zeitdauer offengehalten wird, um sicherzustellen, daß der Ausgang des

to Verstärkers 28 seinen Spitzenpegel erreicht hat In Wirklichkeit ist die Zeitspanne T der monostabilen Schaltung 38 so vorgewählt daß sie etwas größer ist als die zu erwartende längste Sammlungszeit für irgendein Teilchen, welches durch den Detektor 12 ermittelt wird, und Qadurch wird sichergestellt daß der Ausgang des Verstärkers 28 immer nur dann der Formerschaltung 32 zugeführt wird, wenn er die maximale Amplitude erreicht hat Dadurch wird gewährleistet, daß Veränderungen in der Sammlungszeit die konsequente Änderangen der Anstiegszeit des Ausgangs vom Integrator 14 und des verstärkten Ausgangs vom Verstärker 28 erzeugen, die Ausgangsamplitude der Formerschaltung 32 nicht ernsthaft beeinträchtigen können. Wäre der Ausgang vom Verstärker 28 kontinuierlich mit der

■25 Formerschaltung 32 verbunden, dann würde sich die Ausgangsamplitude in Abhängigkeit von der Anstiegszeit der Wellenflanke verändern, und die Ausgänge vom Verstärker 36 würden insofern ungenau sein, als sie nicht nur von der Energie der ermittelten Teilchen,

JO sondern auch von der Sammlungszeit, die für jedes Teilchen applikabel wäre abhängig sein würde.

Die Verzögerungsleitung 26 ist vorgesehen, um sicherzustellen, daß der Schalter 30 durch den Diskriminator 24 und die monostabile Schaltung 38 geöffnet wird, bevor das verstärkte Signal am Anschluß 29 erscheint.

Der Schalter 30 kann einen bipolaren Transistor oder einen Feldeffekttransistor aufweisen.
Wenn auch die Signal-Aufbereitungseinrichtung 10 so dargestellt und beschrieben wurde, daß sie die Ausgänge eines Nuklearteilchendetektors aufbereitet bzw. verarbeitet, so kann sie doch auch für andere Anwendungsfälle verwendet werden, wo variable Anstiegszeiten zu erwarten sind.

Die Signalformerschaltung 32 könnte Differenzier- und Integrierschaltungen aufweisen, die durch einen Puffer bzw. eine Pufferstufe voneinander getrennt sind.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umriss^nen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von elektrischen Signalen, die aus einer in Ansprecherwiderung auf durch einen Nuklearteilchendetektor ermittelte Nuklearteilchen erzeugte elektrische Ladung erzeugt werden, mit einem Signalformkreis, der die Signale empfängt und sie vom zugehörigen Geräusch unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Signal zum Signalformkreis (32) über eine Torschaltung (30) übermittelt wird und daß eine Steuerschaltung vorgesehen ist, die die Torschaltung (30) geöffnet hält (um das Signal dem Formkreis (32) zuzuführen), mit Ausnahme während und solange das Signal bis zu seinem Maximalwert ansteigt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkreis (32) eine integrierende Schaltung umfaßt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkreis (32) eine differenzierende Schaltung aufweist, die der integrierenden Schaltung vorangeht und durch eine Pufferschaltung mit dieser verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Diskriminator (24), der jedes Eingangssignal empfängt, sowie eine Zeitschaltung (38) aufweist, die getriggert wird, wenn der Diskriminator (24) den Anfang jedes Signals ermittelt, und daß die Torschaltung (30) ein Verknüpfungsglied ist, das so geschaltet ist, daß es jedes Eingangssignal empfang; und dessen Übermittlung zum Formkreis (32) steuert und durch die Zeitschaltung (38) so gesteuert wird, daß es jedes Signal gegenüber dem Formkreis nur für eine vorbestimmte Zeitspanne sperrt, die ausreicht, um dem Signal die Möglichkeit zu geben, seinen Maximalwert zu erreichen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsschaltung (26), welche die Übermittlung jedes Eingangssignals zur Torschaltung (30) für eine Zeitdauer verzögert, die kleiner ist als die vorbestimmte Zeitdauer de^r Zeitschaltung und ausreicht, um sicherzustellen, daß jedes Eingangssignal dem Diskriminator (24) zugeführt wird, bevor es zur Torschaltung (30) übermittelt wird.