DE2354787A1

DE2354787A1 - Nachweissystem fuer elektromagnetische strahlen

Info

Publication number: DE2354787A1
Application number: DE19732354787
Authority: DE
Inventors: Leslie Richard Linner
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1972-12-27
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1974-07-04
Also published as: JPS4998687A; IT1002381B; FR2212640A1; FR2212640B3; US3790800A

Description

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<^·= HONEYWELL INC₅ 2701 Fourth Avenue South, Minneapolis, Minn. , USA Nachweissystem für elektromagnetische Strahlen.

Die Erfindung betrifft ein Strahlendetektorsystem, bei dem ein aufgrund innerer Gasionisation arbeitender Strahlensensor verwendet wird,

Derartige Gasionisationsstrahlensensoi-en, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 344 '302 beschrieben sind, wurden bisher für Strahlendetektorsysteme verwendet. Die Ausgestaltung der Elektrodenanordnung in einem solchen Sensor kann verändert werden, um bestimmte.Nachweiseigenschaften vorzusehen, wie dies beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 488 492 hervorgeht. Diese Strahlensensoren haben-ein Durchbruchpotential derart, daß wenn der Spannungspegel einer" Elektrode in Bezug auf die andere oberhalb dieses Potentials liegt, auf den Strahlensensor auffallende Strahlung eine Ionisation hervorruft, wodμrch ein Strom durch den Strahlensensor* hindurchfließen kann. Nachdem dieses lonisationsereignis stattfindet, fällt die Spannung über dem Strahlensensor auf ein Aufrechterhaltungspotential ab. Dies ist die Spannung, die über dem Strahlen- ■ sensor vorhanden sein, muß, damit der Str.om weiterfließt.

Wenn die Intensität der auf den Strahlensensor einfallenden Strahlung ziemlich hoch ist, arbeitet der Sensor in einem Sättigungsbereieh,

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in dem eine Ionisation unmittelbar nachdem die angelegte Span-. nung das Durchbruchspotential des Strahlensensors übersteigt. Bei wesentlich niedrigeren !Intensitäten einfallender Strahlung findet eine Ionisation nicht notwendigerweise zu einem Zeitpunkt statt, bei dem die angelegte Spannung gerade das Durchbruchspotential des Strahlensensors übersteigt. Bei relativ wenigen Photonen, die den Bereich zwischen den Elektroden erreichen, in dem Photonen durch Bildung von Ionisationsereignissen v/irksam sein können, muß die Zeitdauer bis zur Ionisation, gemessen vom Zeitpunkt, zu dem die angelegte Spannung das Durchbruchspotential

übersteigt, nach einer Wahrscheinlichkeitsfunktion beschrieben werden. Wenn ein derartiges Ionisationsereignis stattgefunden hat, liefert der Strahlensensor keine Information über das Eintreffen weiterer Photonen in dem empfindlichen Bereich zwischen den Sensorelektroden, bis die Stromleitung gelöscht wurde. Dies wird durch Verringerung der angelegten Spannung .unter das aufrechterhaltene Potential derart erreicht, daß im Endeffekt der Strahlensensor für ein weiteres Ionisationsereignis bereitgestellt wird.

Ein derartiges Wiedereinstellen des Strahlensensors ermöglicht es, wenn dies schnell genug erfolgte, daß der Sensor die Intensität der auf ihn einfallenden Strahlung anzeigt. Dies liegt daran, daß die oben erwähnte wahrscheinliche Zeitdauer bis zur

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Ionisation mit erhöhter Strahlenintensität abnimmt. Bei einer Ionisation tritt ein plötzlicher Stroinanstieg auf, der zum Zeitpunkt der Rückstellung bzw. des Löschens beendet wird. Es entsteht so bei jedem Ionisationsereignis ein Stromimpuls» Die Frequenz der Stromimpulse ist ein Maß für die Intensität der einfallenden Strahlung:. Ein rasches Rückstellen des Sensors hält ferner den mittleren Strom durch den Strahlensensor selbst auf einem niedrigen Viert. Dieser mittlere Strom stellt -ebenfalls ein Maß für die Intensität der einfallenden Strahlung dar.

sation Strahlensensoren mit innerei"Gasioni-/haben einen Äusfallbereich (failure mode), den sogenannten Weglaufbereich (runaway mode), in dem der Strahlend ens or einen richtig arbeitenden Strahlensensor simuliert, der einfallende Strahlung bei Sättigung re- " gistriert.. in dem Weglauf bereich zeigt der Strahlensensor ein Ionisationsereignis bei das DürchbrüchspOtentiäl überschreitender angelegter Spannung an, obgleich keine Strahlung auf den Detektor auf trifft. Bei vielen ÄnweneiuHgeii ist es besonders wichtig, daß ein Strahlendetektorsystem keine falsche. A der Anwesenheit einfallender Strahlung am ße-gifta Schnitts anzeigt, für das das Detektörsy/stera; geschaltet wird. Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Detektorsystems, bei dem eiffi© falsche Anzeige einfallender Strahlang während -jedes; Zeitabschnitts, ζΐί dem d:6sf §tr:ahleiid'e-* tektör betriebsbereit ν is't ^ verhinidieiit

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Detektorkreis vorgesehen ist, bei die an den Strahlensensor angelegte Spannung von einem Kondensator geliefert wird. Der Stromfluß durch den Strahlensensor nach dam Auftreten eines Ionisationsereignisses bewirkt, daß sich der Kondensator anschließend auf einen Spannungswert entlädt, der unterhalb des aufrechterhaltenen Potentials liegt. Eina Schwellenwert-Äusgangseinrichtung leitet den den Kondensator wiederaufladenden Strom sowie e'neii Teil des Stromes durch den Strahlensensor ab, um das Maß der einfallenden Strahlung zu bestimmen und festzustellen, ob seine Größe ausreicht, um eine Ausgangsanzeige zu triggern.

Bei einer erweiterten Ausführung des Schaltkreises wird der oben erwähnte Strom durch die Schwellenwerteinrichtung derart begrenzt, daß er einen Wert nicht überschreitet, oberhalb de_ssen es ausreicht, die Schwellenwertausgangseinrichtung in einem getriggerten Zustand zu halten, wenn sie einmal getriggert wurde. Ein weiterer Kondensator muß zuvor genügend aufgeladen sein, um, durch sein nachfolgendes Entladen, ,den weiteren Strom zu liefern, der zum Triggern eines Ausganges von der Schwellenwertausgangseinrichtung notwendig ist. Dieser zweite Kondensator muß auf einen Pegel oberhalb des Durchbruehpotentials des Strahlensensors plus einer zweiten Schv/ellenwerteinrichtung sein.

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Ein Laden des zweiten Kondensators auf diesen Pegel wird verhindert, wenn der Strahlensensor sich beim Einschalten in dem Weglaufbereich befindet. . . ■

Anhand der beiliegenden Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im e.inzelnen beschrieben.

Es zeigen: ~

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer ersten Au'sführungsform der Erfindung,'und

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, .

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm des Strahlendetektorsystems, bei dem der Strahlensensor Io schnell von einem ionisierten Zustand in einen nicht-ionisierten Zustand zurückge*- stellt werden kann, um eine gute Empfindlichkeit zu erreichen. Der Strahlensensor Io ist mit einer Reflektoreinrichtung 11 dargestellt, welche einfallende Strahlung aus einem relativ großen Bereich auf den Strahlensensor Io ; reflektiert .. In Reihe mit'dem Strahlensensor Io liegt ein Widerstand 12. über -dieser Reihenanordnung von Strahlensexisor Id und Strombegrenzungswiderstand 12 liegt ein Versorgungskondensator 13. Diese Parallelschaltung liegt in Reihe mit drei weiteren Komponenten, einem Widerstand 14, einem Relais 15 und einer Diode 16. Eine Diode 17 überbrückt das Relais 15, um Schaltspitzen zu unter» drücken. 409827/0584

Anschlüsse 18 und 18' sind an eine Wechselstromspannungsquelle mit einer Spitzenspannung oberhalb des Durchbruchspotentials des Strahlensensors Io anschließbar. Die Diode 16 sorgt für eine Halbwellengleichrichtung, so daß eine pulsierende Gleichstromspannung an die übrigen Komponenten des Schaltkreises gelegt wird. Der Versorgungskondensator 13 wird dabei über den Widerstand 14 auf eine Spannung geladen, die oberhalb des Durchbruchspot'entials des Strahlensensors Io liegt.

Im Betriebszustand entlädt sich bei einfallender Strahlung 19, die ein lonisationsereignis in dem Strahlensensor Io hervorruft, wodurch die Spannung über dem Sensor auf den Wert des aufrechterhaltenen Potentials abfällt, der Versorgungskondensator 13 über den Sensor Io und den V7iderstand 12. Wenn der Spannungsversorgungszyklus an dieser Stelle so liegt, daß die momentane Spannung am Anschluß 18 diejenige an dem Kondensator 13 übersteigt, wird der Stromwert durch den Strahlensensor 3o und die Änderungsrate dieses Strompegels durch die Größe der beiden Widerstände 14 und 12 sowie die Größe des Kondensators 13 beeinflußt. Der Wert dieser Komponenten beeinflußt somit die Zeitdauer, innerhalb der die Spannung an dem Kondensator 13 unter des Aufrechterhaltungspotential des Strahlensensors Io fällt. ' ■

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Wenn andererseits der momentane "Zustand an dem Anschluß 18 zum Zeitpunkt des Ionisationseintri.tts so ist, .daß er die Spannung an dem Kondensator 13 .übersteigt, oder diese Spannung zu einem Zeitpunkt während d.er Kondensatorentladung nicht übersteigt so bleibt die Diode 16 umgekehrt vorgespannt. In diesem Fall beeinflußt lediglich die Größe des Widerstands 12 und'des Kondensators 13 die Zeitdauer, innerhalb der die Spannung an dem Kondensator 13 unter das Aufrechterhaltungspotential des Strahlensensors Io fällt« '

In der ersten oben geschilderten Situcition, bei der die momentane Spannung an dem Anschluß 18 die Spannung an dem Kondensator 13 während einer Entladung durch den Strahlensensor Io übersteigt, wird ein gewisser Strom sowohl durch den Strahlensensor Io als auch durch das Relais 15 gezogen. Wenn jedoch die Diode 16 während der Zeit der Entladung, wie in dem oben erwähnten zweiten Zustand, umgekehrt vorgespannt ist, fließt kein Strom durch das Relais 15. In beiden Fällen" wird, nachdem die Spannung an dem Kondensator 13 unter das Äufrechterhartungspotential des Strahlensensors Io fällt, zurückgestellt und die Kondensatorentladung beendet. Unmittelbar nach der Beendigung der Kondensatorentladung tritt, wenn die momentane Spannung an dem Anschluß 18 die dann.an dem Kondensator anliegende Spannung 13

übersteigt oder kurz darauf die Spannung an dem Anschluß 18 so *der Sensor

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ansteigt, ein V7iederauf laden des Kondensators 13 ein. Auch dieser- Aufladestrom fließt durch das Relais 15*

Die Widerstände 14 und 12 sind so gewählt, daß die Spannung an dem Kondensator 13 nach einem Ionisationsereignis auf einen Wert unter dem Aufrechterhaltungspotential des Strahlensensors lo_f wie erforderlich, fällt. Sie sind ferner so gewählt, daß del* mittlere Strom durch das Relais 15 für einen gewissen Pegel der einfallenden Strahlungsintensität den Anzugsstrom des Relais 15 übersteigt, der notwendig ist, um dieses zu betätigen. Ferner sollten weitere, nicht dargestellte, Schaltungselemente vorgesehen sein, um eine Betätigung des Relais mit Sicherheit beim Einsehaltstrom zu verhindern, v/enn Spannung an die Anschlüsse 18 und 18' zur Einschaltung des Detektorsystems angelegt wird*

Die Betriebsweise des Strahlensensors Io, wie sie anhand der Fig* 1 beschrieben wurde, ermöglicht das Auftreten mehrerer Strahlensensörionisationsereignisse und Rückstellungen während der Zeitdauer, während der die Spannung an dem Anschluß 18 die Spannung an dem Kondensator 13 übersteigt. Die Frequenz von Ionisationsereignissen hängt von der Frequenz der Ankunft von Photonen ab, d.h. dem Pegel der einfallenden Strahlung. Eine Entladung und Rückstellung kann während der Zeit stattfinden, in der die Spannung an dem Anschluß 18 die Spannung an dem Kondensator 13 nicht übersteigt.

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Wenn die Ver sor gungs spannung direkt an dem Sensor ohne Verwendung des Kondensators 13 angelegt wäre, wie bei üblichen Systemen,- könnten nur zwei lonisationsereignisse während eines Zyklus auftreten. Der Strom bei diesen üblichen Systemen würde nach jedem lonisationsereignis weiterfließen, bis die zugeführte Spannung niedriger als das Äufrechterhaltungspotential des Sensors wird..Somit stellt der mittlere Strom in dem Relais des Detektorsystems von Fig. 1, der aus kurzen Stromimpulsen gebildet ist, die jedem einzelnen Ionisationsereignis.zugeordnet sind, eine wesentlich bessere Anzeige des Pegels der einfallenden Strahlung für Pegel unterhalb des Sättigungspegels dar. . · ,

Nach Fig. 2 wird die Grundschaltung nach Fig. 1 ebenfalls verwendet, wobei jedoch einige zusätzliche Komponenten vorgesehen sind, um den Strahlensensor vor einem Weglaufen (runaway) beim Einschalten des Strahlendetektorbetri'ebs zu schützen. Dia" Widerstände 14 und 12 sind hier jedoch so gewählt, daß der mittlere Strom durch, das Relais 15 den Anzugsstrom zum Einschalten des Relais in Anwesenheit der zusätzlichen Komponenten nach Fig.2 niht überschreiten kann. Die Widerstände 12 und 14 sind jedoch so eingestellt, daß ein mittlerer Strom durch das RElais 15 größer ist als der Haltestrom des Relais 15, so daß dieses in dem angeregten Zustand verbleibt,, wenn es einmal durch einen Strom, der den Relaisbezugsstrom übersteigt, eingeschaltet wurde.

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- Io -

Der zusätzliche Strom, der zum Überschreiten des Relaisanzugsstromes erforderlich ist, wird von einem Kondensator 2o geliefert. Dieser zusätzliche Strom kann nur geliefert werden, wenn die Spannung an dem Kondensator 2o ausreichend groß ist, um sowohl das Durchbruchspotential der beispielsweise mit Neon gefüllten Röhre 21, die als eine Spannungs-Schwellenwerteinrichtung wirkt, und zusätzlich das Durchbruchspotential des Strahlensensors Io übersteigt.

Der Kondensator 2o wird über einen Widerstand 22 relativ langsam aufgeladen, und, anfänglrh, auch über die Neonröhre 21. Wenn der Strahlensensor Io sich in einem Weglaufzustand befindet, entlädt er den Kondensator 13, sobald das Durchbruchspotential des Sensors erreicht ist. Diese Entladung verhindert ein Aufladen des Kondensators 2o auf einen Wert, der für einen Durchbruch der Neonröhre 21 ausreicht, mit dem Ergebnis, daß kein zusätzlicher Strom durch den Strahlensensor Io nach dem Auftreten eines Sensordurchbruchs und einer entsprechenden Leitfähigkeit auftritt. Das Relais 15 wird daher nicht mit dem erforderlichen Anzugsstrom versorgt, um eine Betötigung des Relais 15 einzuleiten. Die Schaltung ist somit gegen Strahlensensoren im Weglaufbereich wirksam. Keine auftretende Strahlung kann wirksam auf den Strahlensensor Io während des anfänglichen Anlegens des Netzes an das Strahfendetektorsystem auftreffen.

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Eine Diode 23, wie sie in Fig, 2 dargestellt ist, verhindert den Einschaltstrom zu dem Kondensator 13 beim Auslösen der Betätigung des Relais 15 beim Anlegen des Netzes an die Anschlüsse 18 und 18'* Während sich der Kondensator 2o lädt, wird die Diode 23 umgekehrt vorgespannt, wodurch sie die weitere Funktionsweise des Systems nur noch wenig beeinträchtigt*

Claims

Patentansprüche

:' IJ Strahlennachweissystem, insbesondere für Ultraviolettstrahlung, mit einem aufgrund von Gasionisation arbeitenden Sensor, gekennzeichnet durch einen Strahlensensorentladekreis mit einem Versorgungskondensator (13), der eine Reihenanordnung des Strahlensensors (lo) • und einer ersten Strombegrenzungseinrichtung (12) parallelgeschaltet ist, wobei der Versorgungskonden'sator (13) mit einera ersten und einem zweiten Netzanschluß verbunden ist, wodurch der Strahlensensor (lo), nach einem durch aufgenommene Strahlung (19) ausgelösten Durchbruch, den Versorgungskondensator (13) über die erste Strombegrenzungseinrichtung (12) entlädt, wobei der Strahlensensorentladekreis mit äußeren Komponenten wahlweise mit einem der beiden Netzanschlüsse verbindbar ist, durch eine zweite Strombegrenzungseinrichtung (14), die in Reihe mit dem Strahlensensorentladekreis geschaltet ist, durch eine Stromnachweiseinrichtung (15) , die in Reihe mit dein Strahlensensorentladekreis geschaltet ist und einem ersten Stromschwellenwert aufweist, den Ströme durch die Stromnachweiseinrichtung (15) überschreiten müssen, damit ein Ausgang von dieser erzeugt wird, und, eine Verbindungseinrichtung, um den Strahlensensorentladekreis, die zweite Strombegrenzungs~

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einrichtung (14) und die Stromnachweiseinrichtung (15) mit einer Gleichstromquelle zu verbinden.
2. System nach Anspruch 1,. dadurch ge" ken nzeichnet, daß die erste .und die zweite Strombegrenzungseinrichtung (12, 14) den Strom durch die Stromnachweis-

einrichtung (15) derart begrenzen, daß der erste S trommel»
Schwellenwert nichi^reicht, jedoch ein zweiter niedrigerer Stromschwellenwert überschritten werden kann, daß die Stromnachweiseinrichtung (15) derart arbeitet, daß der Ausgang bei Strömen geliefert wird, die den zweiten.Stromschwellenwert überschreiten, daß die Stromnachweiseinrichtung . (15) unmittelbar mit einem der beiden Netzanschlüsse verbunden ist, und daß ein Schutztrigger parallel zu dem Strahlensensorentladekreis geschaltet und die Stromnachweiseinrichtung (15) wie erwähnt geschaltet ist, wobei der Schutztriggerkreis einen Triggerkondensator (2o) aufweist, der in Reihe mit einer Parallelanordnung einer dritten Strombegrenzungseinrichtung (22) und einer Spannungsschwellenwerteinrichtung (21) verbunden ist, wobei der Triggerkondensator (2o) somit an einem dritten Anschluß angeschlossen ist, und daß die Spannungsschwfellenwerteinrichtung (21) einen SpannungsSchwellenwert hat, den Spannungen an der Spannungsschv/ellenwerteinrichtung (23.) überschreiten müssen,

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bevor ein bemerkenswerter Strom hindurchgeleitet werden kann, wodurch genügend Strom der Stromnachweiseinrichtung (15) zugeführt wird, so daß der erste Stromschwellenwert überschritten wird, wenn der Triggerkondensator (2o) genügend geladen wird.
3. System nach Anspruch 2, dadurch geken n— zeichne t, daß eine Gleichrichtungseinrichtung (23) zwischen einem de,r ersten und zweiten Anschlüsse und dem dritten Anschluß verbunden ist.
4. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Reflektoreinrichtung (11) zur Erhöhung der einfallenden Strahlung, 'die den Strahlensensor' durch Reflexion einfallender Strahlung aus einem Umfangsgebiet auf den Strahlensensor erreicht.
5. System nach Anspruch 3, daß die Strombegrenzungseinrichtung Widerstände sind.
6. System nach Anspruch 3, dadurch geken nzeichnet, daß die Stromnachweiseinrichtung ein Relais ist.

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7. System nach Anspruch 3, dadurch gekenn-' zeichnet, da'j die Spannungsschwellenwerteinrichtung eine Neonröhre ist..

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