DE2300300A1

DE2300300A1 - Verfahren und anordnung zur stabilisierung der verstaerkung eines fotovervielfachers

Info

Publication number: DE2300300A1
Application number: DE2300300A
Authority: DE
Inventors: Philippe Chevalier; Bronislav Seeman
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1972-01-24
Filing date: 1973-01-04
Publication date: 1973-08-09
Also published as: FR2168849B1; AU5120673A; AU474724B2; NL7300649A; GB1418726A; JPS5326786B2; BR7300550D0; JPS4887884A; FR2168849A1; CA1008184A; SU515475A3; US3900731A

Description

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Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma Societe de Prospection Electrique Schlumberger, 42, rue Saint-Dominique, Paris/Frankreich

betreffend:

"Verfahren und Anordnung zur Stabilisierung der Verstärkung eines Fotovervielfachers"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der Verstärkung eines Fotovervielfachers und eine zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Anordnung. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, mit dem die Verstärkung eines Fotovervielfachers konstant gehalten wird trotz plötzlicher Änderungen der Beleuchtung der Fotokathode.

Bekanntlich unterliegt die Verstärkung von Fotovervielf achern Änderungen, entweder langsamen, die insbesondere auf Änderungen der Temperatur zurückzuführen sind, jedoch gleichwohl merkbar werden, oder raschen Änderungen infolge Änderungen des Stromes, hervorgerufen durch plötzliche Änderung der Lichtenergie, welche von der Fotokathode zu verar- · beiten ist. Es versteht sich von selbst, daß diese Änderungen hinsichtlich der Qualität der erhaltenen Informationen äußerst störend sind, insbesondere wenn der Fotovervielfacher für

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spektrometrische Zwecke eingesetzt wird,oder immer dann, wenn nur diejenigen Ausgangsimpulse weiterverarbeitet werden, deren Amplitude eine vorgegeb-ene Schwelle übersteigt. Es ist demgemäß unerläßlich, daß eine Korrektur dieser Verstärkungsänderungen vorgesehen wird.

Man hat versucht, die Verstärkung von Fotovervielfachern durch Regelung der Speisespannung zu stabilisieren, wobei eine Referenzspitze erfaßt wurde, die künstlich erzeugt wurde durch eine Alpha- oder Gammastrahlenquelle, angekoppelt an einen Szintillationskörper, oder durch eine sehr stabile, auf die Fotokathode einwirkende Lichtquelle. Genauer gesagt, erzeugt man eine Signal, das proportional ist der Differenz zwischen der registrierten Zählrate für zwei Energiewerte, welche den beiden Flanken der Bezugsspitze entsprechen. Die Veränderungen der Fotovervielfacherverstärkung, die sich in einer Versetzung der Spitze ausdrücken, werden demgemäß repräsentiert durch dieses Signal, das dann auf die Hochspannung einwirkt, welche an den Fotovervielfacher anzulegen ist, um die Spitze an ihre Ausgangsposition zurückzuführen. Die Ansprechzeit dieser Verstärkungsregelschleife ist demgemäß relativ lang und kann nur verkürzt werden durch Verwendung einer Bezugswertquelle hoher Leistung, die demgemäß die Messung beeinträchtigt. Demgemäß erlaubt diese Lösung nur die Kompensation der langsamen Verstärkungsänderungen infolge Temperaturänderungen, ist jedoch ungeeignet zur Korrektur von schnellen Variationen infolge plötzlicher Zählrate-Änderungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Stabilisierung der Verstärkung eines Fotovervielfachers zu schaffen, das besonders geeignet ist für die Ausregelung von Verstärkungsänderungen, die aus plötzlichen Änderungen der Fotokathodenaus Ie uchtung resultieren. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man die Änderungen des mittleren

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Ausgangsstromes mißt und diese Änderungen durch entsprechend modifizierte Belichtung der Fotokathode kompensiert.

Demgemäß wird der mittlere Strom des Fotovervielfachers auf einen konstanten Pegel eingeregelt. Auf diese Weise werden die Folgen der Verstärkungsänderungen, von denen die Stromänderungen abhängen, eliminiert.

Gemäß der Erfindung wird auch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einer an die Fotokathode des Vervielfachers angekoppelten Lichtquelle angegeben, welche Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Intensität der Lichtquelle mittels eines Steuersignals steuerbar ist, das die Differenz zwischen dem Wert des mittleren Anodenstromes des Vervielfachers und einem Bezugswert repräsentiert, der mindestens gleich dem Maximalwert des Anodenstromes ist. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen. Eine bevorzugte Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung der Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die Ankopplung einer Licht

quelle an die Fotokathode des Vervielfachers , und

Fig. 2 zeigt als Blockbild den elektronischen

Teil der Anordnung.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Fotovervielfacher Io, dessen Fotokathode 11 durch Lichtimpulse angestrahlt wird, ausgesandt von einem Szintillationskörper 12, sobald dieser eine Korpuskularstrahlung auffängt. Die Lichtenergie, die auf die Fotokathode fällt, löst dort entsprechend Elektronen aus, die danach einer starken Vervielfachung unterworfen werden

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und an der Fotovervielfacheranode einen elektrischen Impuls auslösen, dessen Amplitude proportional der Strahlungsenergie ist, welche von dem Szintillationskörper aufgefangen wurde.

Bekanntlich rufen plötzliche Änderungen der Ausleuchtung der Fotokathode 11 durch den Szintillationskörper 12 Änderungen der FotovervielfacherverStärkung hervor, das heißt Modifikationen des Verhältnisses zwischen dem von der Foto-,kathode gelieferten Strom und dem an der Anode aufgefangenen Strom. Diese Modifikationen beruhen im wesentlichen auf schnellen Änderungen des Stromes, der im Fotovervielfacher fließt. Damit die Verstärkung des Fotovervielfachers trctz plötzlicher Änderungen der Fotokathodenausleuchtung konstant gehalten wird, ist gemäß der Erfindung eine Stabilisation, des mittleren Stromes mit Hilfe einer Hilfslichtquelle 13 vorgesehen, deren Aufgabe darin besteht, die Modifikationen des Stromes durch entgegenwirkende Modifikationen der Fotokathodenausleuchtung zu kompensieren. Die Hilfslichtquelle hat einen Emissionsbereich, der natürlich sehr nahe oder besser noch innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs der Fotokathode liegt. Diese Hilfslichtquelle wird vorteilhafterweise von einer fotoemittierenden Diode gebildet.

Damit die Fotokathode 11 gleichzeitig \on dem Szintillationskörper 12 und der Hilfslichtquelle 13 beleuchtet werden kann, koppelt man die letztere mit einem Lichtleiter 14, der zwischen der Fotokathode un dem Szintillationskörper angeordnet ist. Dieser Lichtleiter wird vorteilhafterweise von einem Scheibchen aus

des Epoxydharz gebildet, dessen Refraktionsindex zwischen dem Szintillationskörpers und dem der Fotokathode liegt. Dieses Scheibchen hat einen Durchmesser, der etwas größer als der Fotokathodendurchmesser ist, und die Fotodiode ist demgemäß eingesenkt in das Harz am Rande des Scheibchens.

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Figur 2 zeigt schematisch den verwendeten Schaltkreis, mittels dem veranlaßt wird, daß die Fotodiode 13, die hier durch das übliche elektrische Symbol dargestellt ist, den mittleren Anodenstrom des Fotovervielfachers Io auf einem konstanten Wert hält. Wie man der Figur entnimmt, werden die an der Anode des Fotovervielfachers abgenommenen Impulse dem Verarbeitungsschaltkreis über einen Kondensator 2o zugeführt, dessen Rolle nachstehend noch erläutert wird. Die Anode des Fotovervielfachers ist außerdem über einen Widerstand 21 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 22 verbunden, der infolge Vorhandenseins einer Kapazität 23 und eines Parallelwiderstandes 24 zwischen Ausgang und invertierendem Eingang als Integrator arbeitet. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 22 liegt an Masse. Sein Ausgang ist über einen Widerstand 25 mit dem invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 26 verbunden, der als Komparator arbeitet und dessen nicht-invertierender Eingang über einen Widerstand 27 mit einer einstellbaren Bezugswertquelle 28 verbunden ist, die dem Komparator einen Strom zuführt, dessen Höhe mindestens gleich dem Maximalwert gewählt wird, der von dem mittleren Anodenstrom des Fotovervielfachers unter den gegebenen Meßbedingungen erreicht werden kann. Der Ausgang des Komparators ist über einen Widerstand 29 mit der Anode der fotoemittierendnen Diode 13 verbunden, deren Kathode an Masse liegt.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergibt sich ohne weiteres. Der Integrierverstärker 22 erseugt einen Strom, welcher den mittleren Anodenstrom des Fotovervielfachers Io repräsentiert. Der Verstärker 26 speist demgemäß die Diode 13 mit einem Strom proportional der Differenz zwischen dem Bezugsstrom aus der Quelle 28 und dem mittleren gemessenen Strom, der höchstens gleich dem Bezugsstrom sein kann. Demgemäß belichtet die Fotodiode die Fotokathode umso

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mehr, je größer der Unterschied zwischen dem mittleren Meßstrom und dem Vergleichsstrom ist, was im Ergebnis zu einer unmittelbaren Kompensation dieser Abweichung führt. Genauer gesagt, führt jede Erhöhung des mittleren Anodenstroms des Fotovervielfachers zu einer Verringerung des Speisestroms der Diode 13, welche diese Vergrößerung durch eine Verringerung der Ausleuchtung durch die Fotokathode kompensiert. Umgekehrt führt eine Verringerung des mittleren Anodenstromes am Fotovervielfacher zu einer Erhöung des Stroms in die Diode 13, was automatisch zu einer Kompensation dieser Verringerung durch eine verstärkte Beleuchtung der Fotokathode führt.

Auf diese Weise wird der mittlere Strom des Fotovervielfachers auf einem konstanten Pegel gehalten, und die Verstärkungsänderungen infolge Stromänderungen bei plötzlichen Belichtungsänderungen der Fotokathode über den Szintillationskörper werden automatisch eliminiert.

Natürlich ist es wichtig, daß diese Art von vorgegebenem Grundpegel mit variabler Höhe für die Impulse am Ausgang des Fotovervielfachers nicht die Qualität der Spektralanalyse beeinflussen dürfen. Dieser variable Grun,dpegel wird in einfachster Weise dadurch eliminiert, daß der Fotovervielfacher mit dem Verarbeitungsschaltkreis für die Impulse über die Kapazität 2o gekoppelt ist.

(Patentansprüche)

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Stabilisierung der Verstärkung eines Fotovervielfachers, dadurch gekennzeichnet, daß man die Änderungen des mittleren Ausgangsstromes mißt und diese Änderungen durch entsprechend modifizierte Belichtung der Fotokathode kompensiert.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer an die Fotokathode des Vervielfachers angekoppelten Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Lichtquelle mittels eines Steuersignals steuerbar ist, das die Differenz zwischen dem Wert des mittleren Anodenstromes des Vervielfachers und einem Bezugswert repräsentiert, der mindestens gleich dem Maximalwert des Anodenstromes ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine fotoemittierende Diode vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Steuersignals ein an die Vervielfacheranode angeschlossener Integrierverstärker vorgesehen ist, dessen Ausgang an einen Eingang eines Komparators gelegt ist, an dessen anderen Eingang eine Bezugswertquelle und an dessen Ausgang die Fotodiode angeschlossen sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodiode in einen mit der Fotokathode gekoppelten Träger aus lichtleitendem Material eingesenkt ist.

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