DE2225032A1 - Schaltungsanordnung zum Verringern des Anhäufens von Impulsen in Impuls-Detektoranlagen - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Verringern des Anhäufens von Impulsen in Impuls-DetektoranlagenInfo
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Description
DRESSER IITOUSTRIES,
ING.,
Dallas/Texas - USA
Schaltungsanordnung zum Verringern des Anhäufens von
Impulsen in Impuls-Detektoranlagen
Es wird auf die Patentanmeldungen mit den Bezeichnungen "Schaltungsanordnung zum Verbessern der Daten in Impulsfeststellanlagen"
und "Schaltungsanordnung zum Verringern der Impulsanhäufung in Impulsfeststelleinrichtungen
durch Umwandeln willkürlichen Impulszuges einer festen Frequenz" bezug genommen.
Die Erfindung bezieht sich auf das geophysikalische Aufspüren im allgemeinen und auf den Radioaktivitäts-Bohrlochausbau
mit dem Zählen der sich durch Feststellung der Radioaktivität ergebenden Impulse im besonderen·
In der Technik des Radioaktivitäts-Bohrlochausbaues ist es bekannt, daß die Feststellung von Gammastrahlen aus
dem unelastischen Ausblenden beständiger Neutronen im allgemeinen durch Pulsieren eines Szintillationsdetektors
durchgeführt wird, der mit einer Quelle beständiger Neutronen zusammenwirkt. Die Schwierigkeiten bei der
Messung sind zahlreich und nicht zuletzt die geringe Geschwindigkeit der Datenansammlungo
Zur Spektralmessung in Anlagen unter der Erdoberfläche werden normalerweise Jodnatrium-Detektoren verwendet,
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die den besten Kompromiß von physikalischen und elektrischen
Eigenschaften bieten. Gute Linearität und Auflösung können mit Detektorimpulsen einer Breite von 1,2
Mikrosekunden erhalten werden« Wenn jedoch die Impulse
über ein Erdlochkabel übertragen werden, wird ein Impuls, der an der Oberfläche zum Analysieren ankommt, in
einer Zeit von etwa zehn Mikrosekunden durch seine Übertragung über sechs Kilometer verbraucht, die gewöhnlich
die Oberfläche vom Unteroberflächengerät trennen0
Die schnellen Mehrkanalanalysatoren, die jetzt zur Verfügung stehen, besitzen Impulspaarzeiten von etwa 15 Mikrosekunden
für Impulse dieser Breiteo Die größte Impulsrate ist geringer als die Detektorimpulsfrequenz,
wenn gute Auflösung eingehalten wird. Dies geschieht wegen der statischen Art der Daten. Wenn die Durchschnittsdatengeschwindigkeit
der Impulsfrequenz nahe kommt, wird die Wahrscheinlichkeit eines zweiten, während des Detektorsteuerintervalls
auftretenden Impulses groß und das Impulsspektrum wird wegen der Impulshäufung auf der Leitung
gestört.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung anzugeben, die das Problem der Impulsanhäufung an der Leitung
verringert und die Impulsanhäufung an der Leitung durch Verzögerung der Verarbeitung von Impulsen verhindert,
die sonst nach einem gegebenen Impuls zu schnell folgen würde.
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, die die Kombination einer Energiediskriminations- und
Verzögerungslogik sum Eliminieren von Impulsanhäufungen durch Verzögerung der Bearbeitung von Impulsen besitzt,
die sonst einem gegebenen Impuls zu schnell folgen würden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit
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Hilfe der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In den
Zeichnungen ist:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung; . und
Figur 2 ein Blockschaltbild- eines anderen Ausführungsbeispielso
Die Schaltung nach Figur 1 kann zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer Impulsanhäufung in der Geräteanlage
benutzt werden, die zum Leiten einer.Radioaktivitätsbohrlochanlage
dient. Die hier beschriebenen Schaltungen finden auch in der Anordnung nach der angezogenen
Patentanmeldung Anwendung und die Beschreibung dieser Anwendung ist von dort übernommen.
Der Detektor 1o, der in einem Gerät eines nicht dargestellten Bohrloches verwendet werden kann, ist ein Szintillationszähler,
der zur Spektralanalyse bekannter Art für Gammastrahlen eingerichtet ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist er ein NaI (T1)-Kristall mit 5>o mm
Durchmesser und 75 hm Länge. Dieser Kristall ist mit
einer Photomultiplierröhre Modell 4518 der Radio Corporation
of America gekoppelt. Die Kristall-Multiplier-Kombination
kann eine Auflösung von 7»5 t>is 8»5 % bei
einer 66o kev-Gäsiumspitze aufweisen. Der Ausgang des
Detektors 1o ist in einen Diskriminator 11 eingekoppelt, der wiederum in einen Eingang eines Drei-Eingangs-Und-Tores
12 gekoppelt ist. Der Diskriminator 11 dient zum Entfernen von Impulsen mit einer unter einem wählbaren
Schwellwert liegenden Amplitude, die sonst ein Anhäufen auf der Übertragungsleitung bewirken könnten, die normalerweise
an der Ausgangsklemme 33 liegt0 Eine Einstellung
auf 44o kev ist im allgemeinen hierfür geeignet„
Der Auof-ang des. Diskriminator 11 wird durch das Und-Tor
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12 mit einem Spannungsimpuls einer Nennbreite von zehn
Mikrosekunden von der Taktgeber- und FoIgeschaltung 13
gesteuert. Der Ausgang des Und-Tores 12 löst einen Einschlagmultivibrator 14 aus. Der Taktgeber 12 wird mit
einer Neutronenquelle synchronisiert. Der Impuls des Taktgebers betätigt einen Hochspannungsimpulsgenerator
(nicht dargestellt), der den Ausgang der Neutronenquelle 15 "bei der Taktgeberfrequenz pulsieren läßt, wie es in
der amerikanischen Patentschrift 3»3o9»522 beschrieben ist.
Die verstärkten Impulse des Detektors 1o werden in die
Verzögerungsleitung 16 eingekoppelt, die nominell auf eine Verzögerung von o,4 Mikrosekunden eingestellt ist
und deren Ausgang in die drei Linear-Tore 17» 18 und eingekoppelt ist. Der Ausgang des Einschlagmultivibrators
14 liegt am ersten Tor eines jeden der drei Und-Tore 2ot 21 und 22, deren Ausgänge an den Linear-Toren
17, 18 und 19 liegen.
Wie bereits erwähnt, sind zwei der Eingänge des Und-Tores 12 mit dem Ausgang des Taktgebers 13 bzw. des Diskriminator
s 11 verbunden. Der dritte Eingang des Und-Tores 12 liegt am Q-Ausgang des J-K-Flip-Flops 23. Solche J-K-Flip-Flops
sind bekannt und werden in der amerikanischen Patentschrift 3,268,741 beschrieben. Die Steuerklemme K
liegt ebenfalls an der C^-Ausgangsklemme«, Der Ausgang des
Taktgebers 13 liegt an der "Lösch"-Eingangsklemme 24 des
Flip-Flops 23. Die Taktgeberimpulseingangsklemme 25 des
Flip-Flops 23 (nicht zu verwechseln mit dem Taktgeber 13) ist mit dem Ausgang eines Inverters verbunden, der vom
Dekoderausgang "3" des noch zu beschreibenden Dekoders 26 betrieben wird.
Der Ausgang des Taktgebers 13 liegt ferner an einem Rückstellgenerator
27 sum Zurückstellen der Eicheinrichtung
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28, die noch beschrieben werden wird.
Der Ausgang des Und-Tores 12 liegt an der Eichschaltung
28, Solche Schaltungen sind bekannt und können aus zwei in Kaskade geschalteten Flip-Flop-Mult!vibratoren beste·*
hen, die eine Eichung für vier Arbeitsgänge liefern kann. Die vier Ausgänge der Schaltung 28 liegen an einem 11I von
4-Dekoder" 26 zum Dekodieren der Schaltung 28. Der "0"-Ausgang
ist mit dem Dekoder 26 nicht verbunden. Der "1", "2" und "3" Ausgang des Dekoders liegen an den zweiten
Eingängen der Und-Tore 2o, 21 und 22«
Der Ausgang des Linear-Tores 17 ist mit einer Impulsformschaltung
3o und einem Widerstand 31 sowie einem Verstärker 32 und der Ausgangskiemme 33 verbunden. Die Ausgangsklemme
33 entspricht einem Punkt, der normalerweise der Verstärkung und übertragung von Impulsen zur Erdoberfläche
in einer Bohrlochanlage zugeordnet sein würde.
Der Ausgang des Linear-Tores 18 ist über eine Verzögerungsleitung 34 mit der Impulsformschaltung 35 und über
den Widerstand 36 mit dem Leitungsverstärker 32 verbunden. In ähnlicher Weise liegt der Ausgang des Linear-Tores
19 über der Verzögerungsleitung 37 und der Impulsformschaltung
und über dem Widerstand 39 am Leitungsverstärker 32.
Beim Betrieb der Schaltung nach Figur 1o berücksichtigt
die Verzögerungsleitung 16 eine Zeit, die für die Detektorimpulse zum Erreichen des Auslösepegels des Diskriminators
und die Ausbreitungszeiten in den logischen Schaltungen notwendig ist. Der Impuls des Taktgebers 13
bringt den J-K-Flip-Flop (eine End-Folge-Schaltung) in
den Zustand eines hohen Ausgangs und der erste Detektorimpuls, der über der Diskriminatorschwelle und im Torsteuerintervall
des Taktgebers liegt, erzeugt einen
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Ausgang des Und-Tores 12, der den Einschlagmultivibrator 14 auslöst und auch die Eichung des Aus Vier-Dekoders
auf die Stellung "1" vorrückte Dadurch werden das Und-Tor 2o und das Linear-Tor 17 betätigt. Der Ausgang des
Linear-Tores 17 geht durch die Impulsformschaltung 3o
zum Leitungsverstärker 32 und dient zur Verstärkung und
Übertragung zur Erdoberfläche. Der zweite Detektorimpuls, der in das Taktgeberintervall fällt, das die Diskriminatorschwelle
überschreitet, erzeugt einen Ausgang des Einschlagmult!vibrators und rückt den Dekoder auf
die Stellung "2". Das Und-Tor 21 und das Linear-Tor 18 ■ sind somit betätigt und der Detektorimpuls geht durch
das Linear-Tor 18 hindurch und wird auf der Leitung 34
verzögert, bevor er von der Impulsformschaltung 35 verformt
wird und zum Leitungsverstärker 32 gelangt ist. Der dritte Detektorimpuls, der in das Taktgeberintervall
fällt und die Diskriminatorschwelle überschreitet, löst wieder den Einschlagmultivibrator aus und rückt den Dekoder
in die Stellung "3"· Das Und-Tor 22 und das Linear-Tor 19 sind somit betätigt und der Detektorimpuls geht
hindurch und wird durch die Leitung 37 verzögert und durch die Formschaltung 38 verformt und vom Leitungsverstärker
32 verstärkt. Auch der invertierte Dekoderausgang "3"
verändert den Zustand des Flip-Flops und macht das Und-Tor 12 unwirksam. Die Schaltung 28 wird durch den Ausgang
des Rucksteilgenerators 27 auf Null zurückgestellt, was
zu enzsprechender Zeit vor dem nächsten Taktgeberimpuls erfolgt. Auch wenn weniger als drei Impulse während dem
Taktgeberintervall auftreten, wird das Und-Tor 12 durch den Null werdenden Taktgeberimpuls unwirksam gemacht.
Für alle als einzelne Impulse zu analysierenden Impulse soll die Verzögerungszeit der Leitungen 34 und 37 etwas
langer als die längste Verfallzeit der Anlage sein. Dies kann die Leitungsverfallzeit oder die Impulspaarauflöse-
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zeit des Oberflächengerätes (nicht dargestellt) sein. Die Formschaltungen dienen zum Kompensieren von Störungen,
die durch die Verzögerungsleitungen "bedingt sind. Die Anlage wird zuerst durch Zuführen eines-Standardimpulses
an den Eingang, durch Abstimmen mit dem Ausgang des Detektors 1o und durch solches Einstellen der Formkreise
eingestellt, daß der Impuls in denselben Kanal,des Oberfl
ächenanaly si er ge rät es fällt, ohne Rücksicht auf den Kanal, der durch die Unteroberflächenanlage hindurchgeht.
Verzögerungsleitungen langer Verzögerungen, von z.B.
bis 1oo Mikrosekunden sind physikalisch groß, -wenn eine
gute Impulstreue beibehalten werden soll. Deshalb wird eine andere Einrichtung zur Verzögerung in Figur 2 gezeigt.
Die Lade- und Haltekreise 4o, 41 und 42 ersetzen die Linear-Tore 17, 18 und 19 nach Figur 1. Die Lade- und Haltekreise
sind mit den Ausgängen der Und-Tore 2o, 21 und 22 verbunden» Der Ausgang .des Und-Tores 2o liegt ferner
an einer Verzögerungsschaltung 43, die eine Verzögerungsleitung
oder ein Einschlagmultivibrator sein kann, der wiederum mit einem Tor 44,beispielsweise einem Einschlagmultivibrator,
verbunden ist, der zum Steuern einer Abfrageschaltung 45 dient. Ein Kondensator 01 gehört zur
Lade- und Halteschaltung 4o zum Speichern eines in der Schaltung 4o erscheinenden Detektorimpulses-o Die Abfrageschaltung
45, ZoB. eine Linear-Torschaltung, besitzt ferner
eine an sich bekannte Einrichtung zum Entladen des Kondensators. Auch die Abfrageschaltung ist an sich bekannte
Der Ausgang der Abfrageschaltung 45 ist über einen
Widerstand 46 an den Leitungsverstärker 32 gekoppelt.
In ähnlicher W äse liegt der Ausgang des Und-Tores 21 über
einer ähnlichen Verzögerungs- und Torschaltung an der Abfrageschaltung 47. Der Ausgang des Und-Tores 22 ist
mit der Verzögerungsschaltung verbunden und ein Torkreis
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lit "in dl· Abfragt·thaitung 47 gekoppelt, deren Ausgang
über ·1η·η veränderbaren Widerstand 5o an Leitungsverstärker
52 liegt.
Die Arbeitsweise der Anordnung nach Figur 2 ist der nach
Figur 1 sehr ähnlich. Der Taktgeberiapuls aktiviert den
J-K-Flip-Flop im Zustand eines hohen Ausgangs und der
erste Detektorimpule im Taktgeberintervall und über der
Diskrlminatorschwelle erzeugt einen Auegang am Einschlagmultivibrator
14 und rückt die Dekoderschaltung 26 in die Stellung "1H. Der Lade- und Haltekreis 4o wird aktiviert
und der Kondensator 01 auf den Spitzenwert des Detektorimpulses geladen. Die Yerzögerungsschaltung 45,
z.B. ein Einschlagmultivibrator, wird ausgelöst und löst
selbst die Torschaltung 44 aus, die wiederum die Abfrageschal tung 45 aktiviert· Der sich ergebende Impuls wird
an den Leitungeverstärker 52 gekoppelt. Der zweite in das Taktgeberintervall fallende und die Diskriminatorsohwelle
überschreitende impuls erzeugt einen Ausgang am Multivibrator 14 und rückt den Dekoder in die Stellung
"2". Die Lade- und Halteschaltung 41 ist nun aktiviert und der Kondensator 02 wird auf den Spitzenwert des Detektorimpulees
geladen. Die dem Und-Tor 21 zugeordnete Verzögerungsschaltung und das zugehörige Tor werden ausgelöst,
das die Abfrageschaltung 47 aktiviert. Der sich
ergebende Ausgang wird an den Leitungsverstärker 32 hhk
gelegt. Der dritte Detektorimpuls wird von der Abfrageschaltung 48 in ähnlicher Weise verarbeitet. Der Dekoderausgang
"3" ändert-den Zustand des J-^K-FlIp-J1Iops und
macht das Tor 12 unwirksam«
Die Verzögerung der Schaltung 45 kann kurz sein, aber
die der Schaltungen der Ausgänge der Und-Tore 21 und sollen etwas langer als die längste Verfallzeit in der
Anlage sein.
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2223Q32
Wenn in jedem Kanal identisch· Schaltungen verwendet werden
und wenn die Breite der Abfrageöffnung für alle Kanäle dieselbe ist, differiert der Ausgang der Abfrageeehaltungen
nur um den Betrag der Ladung, die aus den Haltekondensatoren 01, 02. und 03 infolge von Schaltungsmängeln abfließt. Dies kann durch Einstellen des Wertes
des Leitungsverstärkereingangswiderstandes für jeden Ka^-
nal, z.B. durch Einstellen der Widerstände 49 und 5o
kompensiert werden. Die erste einstellung erfolgt durch Zuführen eines Standardimpulses an alle Kanäle und Einstellen
des Widerstandes in jedem Kanal, so daß alle Impulse
durch das Oberflächengerät aufgelöst werden. Mit sorgfältig aufgebauten Schaltungen ergeben sich lange
Verzögerungen und eine genaue Reproduktion der Detektorimpulse.
Zur besseren Darstellung zeigen die Figuren 1 und 2 die
Verarbeitung von maximal drei Detektorimpulsen. Es können aber auch mehr oder weniger Impulse durch eine andere
Zahl von Kanälen verarbeitet werden. Die Länge des Torsteuerintervalls und der Verfallzeit des Detektors bestimmt
das Maximum. Dieses Verfahren dient im ganzen zum Erhöhen der Datengeschwindigkeit, wenn schnelle Detektoren,
z.B. Festzustande- oder Schnelldetektoren verwendet werden.
Zum Verarbeiten aller Detektorimpulse kanrjßer Diskriminator
gerade oberhalb des Störpegels eingestellt werden» Eine zusätzliche Impulsselektion kann jedoch durch Einstellen
des Schwellwertes eingestellt werden, um unerwünschte Impulse niedriger Energie zu eliminieren.
ORIGINAL
-1ο-
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Claims (1)
- - 1ο -DA-71-19DRESSER INDUSTRIES, INC., Dallas/Texas - USAPatentansprücheRadioakfivitäts-Bohrlochausbauanlage mit einer pulsierten Neutronenquelle und einem Radioaktivitätsdetektor, bei der elektrische Impulse sich in der Anlage anzuhäufen versuchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster elektrischer Impuls, der eine festgestellte Strahlung, die dem Beginn Jeder Neutronenquelle folgt, selektiv gesteuert und übertragen wird und daß ein zweiter elektrischer Impuls nur nach einer bestimmten Verzögerung gesteuert und übertragen wird.2· Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Steuerung mit dem Pulsieren der Neutronenquelle (15) synchronisiert wird,3« Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Steuerung eine Einrichtung zum diskriminativen Steuern nur der Impulse mit einer bestimmten Charakteristik besitzto4o Anlage nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik funktionsmäßig auf das Energieniveau interessierender Gammastrahlen bezogen ist, die aus den das Bohrloch umgebenden Formationen stammen.5· Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Impulse, die die festgestellte Strahlung nach dem Beginn jeder Neutronenimpulsquelle anzeigen, selektiv gesteuert werden und die Verarbeitung eines elektri-SU/sehen Impulses, der sonst/schnell nach einem gegebenen209151/0731* 11-elektrischen Impuls folgen würde, verzögert wird.6. Anlage nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Impulse einem synchronisierten Ereignis zyklisch zugeordnet sind und.daß folgende Schaltelemente vorgesehen sind:ein Taktgeber (15) zum Erzeugen einer Reihe synchronisierter Torimpuls·;eine Eingangsklemme zur Aufnahme elektrischer Impulse;eine Verzögerungseinrichtung (16), die mit der Eingangsklemme verbunden ist;ein Und-Tor (12) mit drei Eingängen, von denen an einem die Eingangsklemme liegt;ein J-K-Flip-Flop (25) mit einer Steuereingangsklemme (25), einer Löscheingangsklemme (24) und einer Taktgebereingangsklemme (25)« wobei ein Ausgangssignal an der Ausgangsklemm· des Flip-Flops erscheint, die Lösoheingangsklemme am Taktgeber und am zweiten Eingang des Und-Tores liegt und die Steuereingangsklemme an der Afcsgangsklemme des Flip-Flops und am dritten Eingang des Und-Tore« liegt;mehrere zusätzliche Und-Tore (2o, 21, 22) mit je zwei Eingängen;ein Einschlagmultivibrator (14·) am Ausgang des ersten Und-Tores und von diesem betrieben, der mit seinem Ausgang am ersten Eingang Jedes zusätzlichen Tores liegt und diese Tore auslöst;ein Eich-Dekoder (28) am Ausgang des Multivibrators (14), dessen Ausgänge an den zweiten Eingängen der zusätzlichen Tore (2o, 21, 22) liegen, wobei der letzte verwendete Dekoderausgang am Taktgebereingang des J-K-Flip-Flops ' liegt;mehrere Linear-Tore (17t 18, 19)» von denen jedes am209851/0731Ausgang der Verzögerungseinrichtung (16) liegt und die von den Ausgängen der zusätzlichen Und-Tore ausgelöst
werden.7e Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückstellgenerator (27) den Eichdekoder synchron mit den Taktgeberimpulsen zurückstellt.8ο Anlage nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Verzögerungseinrichtung (34, 37) an den Ausgängen an mindestens einem der Linear-Tore (18, 19) liegt.9· Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lade- und Haltekreise (4o, 41, 42), von denen jeder am Ausgang der Verzögerungseinrichtung (16) liegt
und durch die Ausgänge der zusätzlichen Torkreise (2o, 21, 22) ausgelöst werden und die von einer Abfrageeinrichtung (45, 47, 48) abgefragt werden.1oo Anlage nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageeinrichtung eine besondere Abfrageschaltung (45, 47, 48) für jeden der Lade- und Haltekreise (4o, 41, 42) besitzt.11. Anlage nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß eine Torschaltung (44) die Abfrageschaltungen steuert, die an den Ausgängen der zusätzlichen Und-Tore liegen.12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch
zwischen der Eingangskieinme und den
Diskriminator (11) geschaltet ist»DipL-geke
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