DE2359732A1

DE2359732A1 - Anordnung zur stabilisierung der verstaerkung eines strahlungsdetektors

Info

Publication number: DE2359732A1
Application number: DE2359732A
Authority: DE
Inventors: Bronislav Seeman
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1973-11-30
Publication date: 1974-06-27
Also published as: US3922541A; FR2211664A1; GB1449289A; DE2359732B2; DE2359732C3; FR2211664B1; CA994006A

Description

zum Patentgesuch

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

betreffend:

"Anordnung zur Stabilisierung der Verstärkung eines Strahlungsdetektors"

Die Erfindung bezieht sich auf die Stabilisierung der Verstärkung 'von Strahlungsdetektoren. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Anordnung, die bestimmt ist zur Stabilisation der Verstärkung von Strahlungsdetektoren, die in der Spektrometrie verwendbar sind, d.h. solche Detektoren, die ein Signal proportional der empfangenen Energie liefern, wie Halbleiterdetektoren oder Szintillationsdetektoren. -

Insbesondere bezieht sich die Erfindung.auf die STabilisation der Verstärkung von Fotomultiplikatoren, die in Werkzeugen verwendet werden,- welche bei der Erdölsuche für die Messung der Dichte geologischer Formationen, die von einem Bohrloch durchsetzt sind, verwendet werden. - .

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Die Messung der Dichte in Bohrlöchern erfolgt bekanntlich mittels eines Gerätes, das eine Gammastrahlenquelle und einen Strahlungsdetektor, im allgemeinen Destehend aus einer Baugruppe mit Szintillationskörper und FotovervieTfacher, in einem Abstand von etwa 4o cm von der Quelle umfaßt. Die ausgesandte Strahlung der Quelle verliert ihre Energie in den Formationen im Prinzip durch. Kollision mit den Elektronen, und ein Teil der Strahlung kehrt zum DeteKtor zurück, der demgemäß eine Fenlrate registriert, die umso niedriger ist, je nöher die Anzahl von Elektonen pro Volumeneinheit in der Formation ist. Die Dichte der Formationen, die direkt in Zusammenhang mit der Anzahl der Elektronen steht, kann auf diese Weise aus der Zählrate abgeleitet werden. In Fig. 1 ist für drei abfallende Werte d , d und d der Dichte das Energiespektrum in halblogarithmischen Koordinaten der Gammastrahlen aufgezeichnet, die auf den Detektor auftreffen, d.h. die Kurve zeigt den Logarithmus der Wahrscheinlichkeit N(E) des Empfangs eines Strahls der Energie E in Funktion von dieser Energie. Man erkennt in dieser Figur, daß unterhalb einer Schwelle E (in der Größenordnung von 2oo keV) die änderungen der Dichte eine Verzerrung des Spektrums hervorrufen, daß jedoch oberhalb dieser Schwelle, diese Deformationen nicht vorliegt; die Anzahl dex· Gammastrahlen mit einer Energie oberhalb E ist eine absteigende Exponentialfunktion der Dichte. Unter diesen Bedingungen erfaßt man am Ausgang des Detektors nur die Impulse mit einer Amplitude oberhalb einer Schwelle S entsprechend aufgefangener Gantßiastrahlung mit einer Energie oberhalb E . Die registrierte Zählrate gestattet demgemäß_f den Wert der Dichte abzuleiten.

Man erkennt ohne Schv^ierigkeit, daß diese Technik, um brauchbare Ergebnisse liefern zu können, erforderlich macht, daß die Verstärkung des Detektorsystems stabil ist,

d.h. daß ein Gammastrahl gegebener Energie immer einen , Impuls gleicher Amplitude auslöst. Jede Änderung der Verstärkung hat nämlich eine Verschiebung des Spektrums zur Folge und ist äquivalent einer Verschiebung der Schwelle/ was demgemäß zu einer Verschiebung der Zählrate führt und damit die Dichtemessung verfälscht. Beispielsweise ist in Fig. 2 für. drei verschiedene Werte der Verstärkung G , G- und G_ das Spektrum der Impülsamplituden am Ausgang des Detektors aufgezeichnet, d.h. die Kurve, welche die Wahrscheinlichkeit N(A) liefert für das Erhalten eines Impulses der Amplitude A in Funktion von dieser Amplitude. Es zeigt sich, daß bei Definition der Zählschwelle S für einen Wert G₂ der Verstärkung eine Erhöhung desselben auf den Wert G_ einer Absenkung der Schwelle entspricht und demgemäß zu einer Zählung zusätzlicher Impulse führt. Umgekehrt führt eine Verringerung der Verstärkung auf den Wert G₁ zu einem Anheben der Schwelle und bringt damit einen Verlust an Impulsen mit sich.

Andererseits ist es bekannt, daß die Detektorsysteme und insbesondere die Fotovervielfacher sehr merkbare Verstärkungs fak to ränderungen aufweisen infolge Veränderungen der Temperatur und jener, die die Zählrate selbst beeinflussen. Es ist demgemäß unerläßlich, eine Korrektur dieser Verstärkungsfaktoränderungen vorzusehen.

Man hat bereits die Verstärkung von Fotovervielfachern dadurch stabilisiert, daß ihre Versorgungsspannung oder die Verstärkung des Ausgangsverstärkers auf die Position einer künstlich erzeugten Bezugsspfeitze eingeregelt wird, die außerhalb des für die Messung selbst verwendeten Spektrums liegt und erzeugt wird von einer Alpha- oder Gammastrahlenquelle, die dein Szintillationskörper zugeordnet wird, oder durch eine sehi: stabile Quelle, die direkt auf die

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Kathode des Fotovervielfacher scheint. Genauer gesagt, erzeugt man ein Signal, das repräsentativ ist für den Unterschied zwischen der registrierten Zählrate für zwei enge Energienfenster, die gewählt werden auf den beiden Flanken der Bezugsspitze. Die Veränderungen des Verstärkungsfaktors des Fotovervielfachers, die zu einer Versetzung der Spitze führen, ergibt demgemäß ein Ungleichgewicht zwischen den beiden Zählraten,das repräsentiert wird durch ein Signal, welches demgemäß auf den Wert der Hochspannung des Fotovervielfachers einwirkt oder auf den Verstärkungsfaktor des Ausgangsverstärkers, um inner die Spitze auf die gleiche Position zu verriegeln.

Diese Lösung hat bis heute nicht vollständig befriedigende Resultate erbraticht. Falls nämlich zur Erfassung jeder Versetzung der Bezugsspitze mit großer Genauigkeit und zum schnellen Aüsregeln eine Quelle hoher Intensität verwendet wird, die einen niedrigen Rauschanteil aufweist, werden die Messungen gestört durch das Vorhandensein der Compton-Hintergrundstrahlung, die einer solchen bedeutenden Spitze zugeordnet ist. Falls man umgekehrt zur Vermeidung von Falschmessungen durch die Compton-Hintergrundstrahlung eine Quelle niedriger Intensität benutzt, die einen hohen statistischen Rauschanteil aufweist, ist die Erfassung der Verstärkungsfaktoränderungen weniger genau, die Korrektur ist weniger schnell und erfordert eine Zeitdauer, die umso langer ist, je größer die Störung war.

Mit anderen Worten, eine starke Bezugsquelle bringt einen geringen statistischen Rauschanteil mit sich und erlaubt demgemäß eine schnelle Ausregelung, stört jedoch die Messungen, während eine schwache Quelle zwar die Messungen nicht stört, jedoch einen erheblichen statistischen

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Rauschanteil aufweist und deshalb nur eine langsame Ausregelung ermöglicht. Aus diesem Grunde hat man sich bisher mit einer Kompromißlösung beschieden, in dem man eine hinreichend schwache Quelle verwendete, um eine zu große Störung der Messungen zu vermeiden, jedoch eine Quelle, die immer noch stark genug war, um die Rege!geschwindigkeit nicht zu langsam werden zu lassen, insbesondere für den Fall von großen Änderungen des Verstärkungsfaktors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung .für dieses Dilemma aufzuzeigen. Es soll mithin eine Quelle schwacher Intensität verwendbar sein und trotzdem eine hohe Ansprechgeschwindigkeit auf Verstärkungsfaktoränderungen gewährleistet werden, die darüber hinaus praktisch unabhängig sein soll von der Größe der Verstärkungsfaktorvariationen.

Ausgehend von einer Anordnung zur Stabilisierung der Verstärkung eines Strahlungsdetektors mit einer Strahlungsquelle, die im Ausgangssignalspektrum des Detektors eine Bezugsfigur zu erzeugen gestattet, mit einer Erfassungseinrichtung für die Versetzung dieser Figur infolge Ver-Stärkungsfaktoränderungen zum Erzeugen eines Ist-Signals, dessen Amplitude für die Größe und dessen Vorzeichen für die Richtung der Versetzung repräsentativ ist, und mit einer Regeleinrichtung, die von dem ISt-Signal gesteuert die Verstärkung bis zum Rückgängigmachen der Versetzung beeinflußt, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Verwendung einer Strahlungsquelle schwacher Intensität zwischen die Erfassungseinrichtung und die Regeleinrichtung ein Amplitudenmodulator geschaltet ist, der die Amplitude des Ist-Signals gemäß einer Funktion dieser Amplitude moduliert, die nichtpaarig ist und eine vom Ursprung aus in ihrem Absolutwert ansteigende Ableitung aufweist, und daß das so modulierte Ist-Signal der Regeleinrichtung zugeführt ist.

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- —. .6 —

Demgemäß unterliegt in der Anordnung gemäß der Erfindung das den Ist-Zustand repräsentierende Signal, bevor es zur Korrektur der Auswanderung oder Abweichung verwendet wird, einer Verstärkung, die umso größer ist, je größer die Auswanderung ist. Die Anordnung hat demgemäß die Tendenz, die Verstärkungsfaktoränderungen mit umso größerer Geschwindigkeit zu korrigieren, je erheblicher die Abweichungen sind, womit der verzögernde Effekt kompensiert wird, der zurückzuführen ist auf den statistischen Fehler infolge Verwendung einer Quelle geringer Aktivität, und dies ist umso merkbarer, je größer die zu korrigierenden Variationen sind, unter diesen Bedingungen erhältpian eine Ansprechgeschwindigkeit, die praktisch unabhängig ist von der Größe der Verstärkungsfaktoränderungen. Das System besitzt im Gleichgewicht,wie noch nachfolgend näher zu erläutern, eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Rauschen.

Vorteilhafterweise wird die Modulation gemäß einer Sinus-Hyperbolikus-Funktion realisiert, d.h. daß das der Regeleinrichtung zugeführte und für die Ausregelung verwendete Signal proportional dem Sinus-Hyperbolikus des Ist-Signals ist, welche die Abweichunges des Verstärkungsfaktors repräsentiert. -

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen. Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung näher erläutert :

Fig. 1 zeigt für ein Gerät, das zur Dichtemessung in geologischen Formationen dient, den Einfluß der Dichteänderungen auf das Energiespektrum von erfaßter Gammastrahlung,

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Figv^vr-2 zeigt den Einf-luß.der Verstärkungsfaktoränderungen im Detektor auf das Ämplitudenspektrum der Impulse, die

ί·ώ.«;ί?ρΛ:■.■-■- ;;-_. ί;';·^von ihm abgegeben werden,

Fig» 3 -'■ zeigt schematisch eine Anordnung gemäß der Erfindung,-

Fig. 4 zeigt den im Amplitudenspektrum der vom Detektor erzeugten Impulse eiaeugten Im-. puls—Peak.,

Fig. 5 zeigt im einzelnen den Modulator der Anordnung nach Fig. 3, und

Fig. 6 zeigt die Ansprechkurve dieses Modulators

In Fig. 3 ist bei Io bzw. 12 ein Fotovervielfacher mit zugeordnetem ^Szintillator dargestellt, wie sie üblicherweise verwendet werden, z.B. für den Fall eines Dichtedi agraphiegerätes, um die Gammastrahlung aufzufangen, die von einem ümgependen Körper 14 rückgestreut wird. Der Fotovervielfacher wird von einer Hochspannungsquelle 16 gespeist, deren Pegel einstellbar ist mittels einer an einen Staiereingang 18 angelegten Steuerspannung. Die Aus gangsimpulse des Fotovervielfachers Io gelangen zu einem Verstärker 2o, dessen Ausgang mit einer Verarbeitungsstufe 22 verbunden ist, deren Aufgabe darin besteht, die Dichte des Milieus 14 zu berechnen, wobei von der Zählrate der aufgefangenen Impulse ausgegangen wird. '

Die Stabilisierung der Verstärkung des Fotovervielfachers wird sichergestellt durch

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- eine Gammastrahlenquelle 24, die in den Szintillationskörper 12 eingebaut ist und dazu dient, einen Bezugs-Peak (Fig. 4) außerhalb (im nochenergetischen Abschnitt) des Spektrums der Impulse zu erzeugen, die vom Verstärker 2o geliefert werden (Diffusionsspektrum, und durch eine

- Anordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 26 markiert ist, und deren Aufgabe darin besteht, die Auswanderungen des Peaks infolge Veränderungen der Verstärkungen rückgängig zu machen und zu korrigieren unter Einwirkung auf den Pegel der Hochspannungsversorgung des FotovervieIfachers.

Um die Störung der Messungen zu vermeiden, besitzt die Gammaquelle 24 eine Aktivität von einigen Mikrocurie, die also sehr schwach ist, und natürlich wählt man sie so, daß der Bezugs-Peak,der entsteht, deutlich außerhalb des Diffusionsspektrums liegt, das für die Messung verwendet wird.

Ais Beispiel sei für eine Diagraphie-üichtemeßgerät, bei dem das Spektrum kaum 45o keV übersteigt, die Verwendung einer. awei-Mikrocurie-Quelle. von Cs 137 genannt, dessen fotoelektrischer Peak sich bei 661 keV befindet«.

In der /anordnung 26 werden die am Ausgang des Verstärkers anfallenden Impulse parallel drei Sparmungskomparatoren 28, 3o und 32 zugeführt, die als ßezugsspanntmg jeweils die Amplituden A , K und A₃ besitzen. Fig. 4 zeigt, wie diese drei Werte gewählt v/erden. Die Amplitude A_? entspricht der Spitze S des Bezugs-Peaks für eine bestimmte Verstärkung, die konstant gehalten werden soll, während die Amplituden A^ und A^ zwei homologen Punkten F bzw. F¹ an der Basis der Flanken des Peaks zugeordnet sind. Die Vertikalen dieser beiden Punkte begrenzen mit der Vertikalen durch den Punkt S

zwei Zonen gleicher Fläche. Demgemäß ist die Zählrate N der Impulse mit Amplituden zwischen A und A„ gleich der Zählrate N~ der Impulse mit Amplituden zwischen A_ und A.. Beispielsweise ist mit einer Quelle von Gs 137 mit einer Aktivität von zwei Mikrocurie die Zählrate der impulse mit Amplituden zwischen A und A_, entwa 2oo pro Sekunde=

Die Ausgänge der drei Komparatoren werden angelegt an eine Antikoinzidenz-Logik-Schaltung 34, die einen Inverters chaltkreis 36, ein UND-Gatter 38, einen NICHT-QDER-Schaltkreis 4o und eine'bistabilen Kippkreis 42 umfaßt. Der Ausgang des !Comparators 3o ist über den rnverterschaltkreais 36 mit. einem Eingang des. UND-Gatters 38 und einem Eingang des WICHT-ODER-Schaltkreises 4.o verbunden. Der Ausgang des Komparators 28 ist mit dem anderen Eingang des UND-Gatters 38 und der des Komparators 32 mit dem anderen Eingang des NICHT-QDER-Schaltkreises 4o verbunden. Schlieplieh ist der Rücksetzeingang des bistabilen Kippkreises 42 mit dem Ausgang des KICHT-ODER-Schaltkreises verbunden, während sein Setzeingang S mit dem Ausgang des UND-Gatters verbunden ist. Der Ausgang Q des Kippkreises ist verbunden mit dem Eingang eines Tiefpaßfilters 44. Hier handelt es sich um ein RT-Filter? dessen Grenzfrequenz bei 2 Hz liegt für eine Quelle _e die zwischen A und A- eine Zählrate vpn 2oo pro Sekunde liefert. Der Ausgang dieses Filters ist verbunden mit dem Eingang 46 eines nichtlinearen Modulatorschaltkreises 48, der an ssinen Ausgang 50 eine Spannung ν liefert, die etwa proportional, ist dem Sinus-Hyperbolikus der Spannung ν an seinem Eingang 46. Schließlich folgt dem.Modulator eine Integrationsstufe 52, deren Ausgang verbunden ist mit dem Steuereingang 18 der HoehspannungsversorgungsqueHe 16..

Fig. 5 zeigt schematisqh eixie vorteilhafte Ausfüarungsform des Modulators 48. Er besteht aus, fünf Zweigen 54, 56,

-Io -

58, 6o und 62, die zwischen dem Eingang 46 und dem Ausgang 5o parallelgeschaltet sind und jeweils umfassen:

- einen Widerstand 6 4 der Größe R ,

- einen Widerstand 66 der Größe R„ und eine Diode 6Ö

in Reihe,
einen Wid<
in Reihe,
einen Wid<
in Reihe, bzw.
einen Widi
in Reihe;

- einen Widerstand 7o der Größe R„ und eine Diode

- einen Widerstand 74 der Größe R_ und eine Diode

- einen Widerstand 78 der Größe R.. und einen Diode

diese vier Dioden sind untereinander gleichartig. Der einzige Unterschied zwischen den Zweigen 56 und 5 8 liegt- in der Tatsache, daß die Diode 6 8 des Zweiges 56 mit dem Ausgang 5o an ihrer Kathode verbunden ist, während die Diode 72 des Zweiges 58 mit ihrer Anode am Ausgang liegt. Ebenso ist der Unterschied zwischen den Zweigen 6o und 62 die Polung der Diode 76 des Zweiges 6o,die am Ausgang 5o mit ihrer Kathode liegt, gegenüber der Polung der Diode 8o des Zweiges 62, deren Anode am Ausgang liegt» Schließlich sind noch die Dioden 72 und 8o mit ihren Kathoden mit einer Spannungsquelle +V verbunden, jeweils über einen Widerstand 82 der Größe R₄ bzw. einen Widerstand 84 der Größe R₅, und die Dioden 68 und 76 sind mit ihren Kathoden mit einer Spannungsquelle -V verbunden „ jjwaiis über einen Wideräand 86 der Größe R₄ bzw. einen Widerstand 88 der Größe R₅-

Es ist-leicht, die Potentiale v,,_D, v_Ä.,.,,. If_x,-,-, und

Ao ο A/d is. IZ

K80 an der Anode dar Diode 60 _r der Anode der Diode 76 und der Kathode der der Diode 72 und der Kathode der Diode zu berechnen, die in Abhängigkeit von der Spannung ν am Eingang 46 gemäß den folgenden Besiehungen ausgedrückt werden können:

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	V e	^R4	- V	^K2
^VA6 8		^R2	+ R	4
	V	R-	-V	^R3
		^R3	j_ "D	5
	V	R	+ V	R₂
	V e	^R5	+ V	R₃
^VK8o		^R3	+ R

Unter diesen Bedingungen und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das Verhältnis R₂/^R4 ^kleiner gewählt wird als das Verhältnis R₃/R_, erkennt man, daß solange die Spannung am Eingang ν von Null ausgehend ansteigt, die vier Dioden alle in Sperrichtung polarisiert sind, dann die Dioden -6 8 und 76 in Durchlaßrichtung nacheinander ausgenend von ν = V R₉/R_d bzw. ν = V R /R₁. umgepolt werden, solange die Spannung am Eingang ν von tfull ausgehend ab-

fei

fällt, die vier Dioden zunächst in Sperrichtung polarisiert sind und dann die Dioden 72 und 8o in Durchlaßricntung umgestaltet werden,und zwar nacheinander ausgehend jeweils von ^ve ⁼ "^{V R}2^/R4 ^und ^Ve ⁼ "^{V R} ₃/^R ₅°

Es ergibt sich.demgemäß, daß bei vernünftiger Auswahl der Werte von R , R₃, R₃, R. und R- man ein Netzwerk 48 aufbauen kann mit einer Ansprechkurve i = f(v ), wie in Fig. 6 dargestellt, wobei i der Strom ist, der am Ein-

gang des Integrators eingeprägt wird. Diese-Kurve repräsentiert näherungsweise die Funktion i .= k.sin hyp ν , realisiert durch fünf gerade Abschnitte A, B+, C+,. B- und C-„ Der Abschnitt A entspricht dem Bereich,' für den die'vier Dioden in Sperricntung vorgespannt sind; die Zweige 56', 58, 60 und 62, welche die Dioden enthalten, weisen ^:demge-'

maß einen hohen Widerstand auf, derart, daß der Äquivalenz widerstand des Netzwerks im wesentlichen gleich R₁ ist.

Der Anschnitt B+ entspricht dem Bereich, für den die Diode 6β, jetzt in Uurchlaßricntung betrieben, den Widerstand 66 dem Widerstand 6 4 derart parallelschaltet, daß der Ersatzwiderstand des Netzwerkes im wesentlichen gleich R R /(R + R ) wird, also unter R₁ liegt.

Der Abschnitt C+ entspricht dem Bereich, in dem die Dioden 6ö und 76,beide in Durchlaßrichtung vorgespannt, die Widerstände 66 und 74 dem Widerstand 64 parallelscnaltet, derat, daß der Ersatzwiderstand des Netzwerkes im

wesentlichen gleich R₁R R /(R₁R₃ + R₁R₃ + R₃R₃) wird und deshalb unter R„ liegen wird.

Der Abschnitt B- ist das negative Homolog zu B+ und entspricht dem Bereich in dem die Diode 72,jetzt leitend, den Widerstand 7o dem Widerstand 64 parallelschaltet, derart, daß der Ersatzwiderstand des Netzwerkes im wesentlichen gleich R R /(R + R) wird.

Der Abschnitt C- schließlich ist negativ homolog zu C+ und entspricht dem Bereich, in dem die Dioden 72 und8o, beide in Durchlaßrichtung vorgespannt, die Widerstände 7o und 7b dem Widerstand 64 parallelschalten, derart, daß der Ersatzwiderstand des Schaltkreises im wesentlichen gleich R R₃R₃/"(R R₃ + R₁R₃ + ^R ₂ ^R3) wird.

Wenn zusammengefaßt die Eingangsspannung ν ansteigt, werden entsprechend ausgewählte Widerstände dem Grundwiderstand 64 parallelgeschaltet, und verringern· demgemäß den wirksamen Widerstand des Netzwerkes, so daß sich eine Vergrößerung des Proportioanalitätsfaktors zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal ergibt, womit die

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Kurve i = f (ν ) sich der Funktion i = k. sin hyp ν se ^s *

anpaßt.

Anhaltspunkte können genannt werden:

Der Abschnitt.A erstreckt sicn von V₃ = - 4 V bis ν = + 4V mit einer Steigerung von o, 4

der Abschnitt B+ erstreckt sich von ν =■ + 4V bis

ν = + S V mit einem Anstieg von 1,5p\ A/V,

der Abschnitt C+ erstreckt sich im Bereich, oberhalb ν = + S V mit einem Anstieg- von 7 ΑλΑ/V,

der Abschnitt B- erstreckt sich von ν = -4 V bis ν = + 8 V mit einem Anstieg von 1,5 yu^A/V, und

der Abschnitt O erstreckt sich jenseits von ν = - 8 V mit einer Steigung von 7^ A/V. Diese Daten erhält man mit R - 1 Megohm, R₃ = 38o KOhm, R- = 7o KOhm, R₄ = 54o KOhm und R- = 45 KOHm.

Man kann nun die Funktion der Anordnung-nach Fig. erläutern. Zunächst ist festzuhalten, daß die Impulse am Ausgang des Verstärkers 2o, wenn sie eine Amplitude unter A, besitzen, die Komparatoren 28, 3o und 32 nicht beeinflussen; wenn sie eine-Amplitude oberhalb A₁, aber unterhalb A₂ besitzen, den Komparator 28 auslösen, jedoch die beiden anderen Komparatoren unbeeinflußt lassen; wenn sie eine Amplitude oberhalb A ,aber unterhalb A₃ besitzen/die Komparatoren 28 und 3o auslösen, jedoch den Komparator unbeeinflußt lassen, und bei einer Amplitude oberhalb A₃ alle drei Komparatoren auslösen.

unter diesen Bedingungeil wird ein Impuls am Ausgang^ des Verstärkers 2o mit einer Amplitude unterhalb A, oder oberhalb A₃ von dem Logikschaltkreis 34 nicht verarbeitet.

Wenn jedoch ein Impuls mit einerAmplitu.de zwischen A^ und A^ erscheint, liegen Deide Eingänge des üWu-Ciatters 38 auf L, während die Eingänge des NICIIT-ODER-Schaltkreises 4o bei L ' bzw. Null liegen; der Ausgang des UND-Gatters liegt demgemäß bei L und derjenige des NICHT-ODER-Schaltkreises bei WuIl, derart, daß der bistabile Kippkfeis 4 2 an seinem Rücksetzeingang R einen Impuls erhält, der inn den Schaltzustand L\iull kippt. Im Falle eines Impulses mit einer Amplitude zwischen A₂ und A^ sind demgegenüber oeide Eingänge des OüER-Gatters 38 auf L bzw. wull und die beiden Eingänge des üICHT-ODER-Schaltkreises bei Mull; der Ausgang des UND-Gatters liegt demgemäß bei Null und der des NICHT-ODER-Schaltkreises bei L, derart, daß der bistaoile Kippkreis 42 an seinem Setzeingang S einen Impuls erhält, der ihn in den Schaltzustand L kippt.

Der Ausgang Q des Kippkreises 42 nimmt demgemäß den Schaltzustand Null an für einen Impuls mit einer Amplitude zwischen A, und A_? und den Schaltzustand L für einen.Impuls mit einer Amplitude zwischen A und A , und der Pegel am Ausgang des Tiefpaßfilters 44 ist repräsentativ für die Abweichung zwischen den Zählraten N₁ und Ν- der Impulse mit Amplituden zwischen A, und A„ bzw. A₂ und A,. Genauer gesagt:

Wenn die Verstärkung ihren Bezugswert behält, für den die beiden Zählraten gleicn sind, ist die mittlere Spannung am Ausgang" des Filters NuIl; wenn die Spannung ansteigt und demgemäß eine Verschiebung nach rechts des Bezugs-Peaks hervorruft, entsprechend einer Verringerung von N, und einer Erhöhung von N₂, hat die mittlere Spannung am Ausgang des Filters einen positiven Wert, proportional dem Gleichgewicht zwischen den beiden Zählraten*, falls die Verstärkung abnimmt und demgaiäß eine Auswanderung nach links des Bezugs-Peaks hervorruft, entsprechend einer Verringerung

von Α-_? und einer Vergrößerung von N₁, so hat die mittlere Spannung am Ausgang des Filters einen negativen Wert, proportional dem Ungleichgewicht zwiscnen den beiden Zänlraten.

Diese Spannung ist die Spannung v_e# die an den Eingang 4b des Modulators 4b gelangt. Dieser arbeitet wie oben erläutert und liefert demgemäß an seinen Ausgang 5o eine Spannung v., näherungsweise proportional dem Sinus-Hyperbolikus von ν . Der Integrator 52 wird mit dieser Spannung gespeist und legt demgemäß an den Steuereingang 18 der Hochspannungsspeisequelle 16 des Fotovervielfachers eine Dauerspannung, die bestimmt ist zum Stabilisieren der Verstärkung auf den Bezugswert. Anders ausgedrückt:

Wenn keine Änderung des Verstärkungsfaktors vorliegt, ist die mittlere Spannung, die dem Integrator zugeführt wird, Null, und die Hochspannung an dem Fotovervielfacher bleibt ungeändert; wenn eine Vergrößerung der Verstärkung erfaßt wird, hat die mittlere Spannung,die dem Integrator zugeführt wird, einen negativen Wert, proportional dem Sinus-Hyperbolikus des Unterschieds zwischen den beiden Zählraten. Diese Spannung "verringert demgemäß die an den Fotovervielfacher angelegte Spannung bis zur Annullierung dieses Unterschiedes; falls eine Verringerung der Verstärkung festgestellt wird, ist die mittlere Spannung am Eingang des Integrators positiv mit einem Wert prioportxonal dem Sinus-Hyperbolikus des Unterschiedes zwischen den beiden Zählraten? diese Spannung erhöht demgemäß die an den Fotovervielfacher angelegte Spannung bis zur. Annullierung des Unterschiedes.

Auf diese Weise wird eine Veränderung des Verstärkungsfaktors des Detektorsystems mit Hilfe eines Fehlersignals korrigiert, das näherungsweise proportional dem Sinus-Hyperbolikus der Abweichung ist, d.h. (dadie Funktion Sinus-Hyperbolikus eine vom Ursprung aus in ihrem Absolutwert

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konstant ansteigende Ableitung besitzt) mit Hilfe eines Fehlersignals proportional der Veränderung, wobei der Proportionalitätsfaktor seinerseits eine ansteigende Funktion dieser Änderung ist. Anders ausgedrückt hat, wenn eine Verstärkungsfaktoränderung festgestellt wird, sie die Tendenz, mit einer Geschwindigkeit komgiert zu werden, die umso größer ist, je größer die Abweichung ist. Man weiß, daß bei Verwendung einer Bezugsquelle sehr niedriger Aktivität der statistische Fehler bezüglich der Erfassung von Verstärkungsänderungen zur Folge hat, daß die Zeit verlängert wird, die für die Korrektur erforderlich ist. Dieser Effekt ist umso deutlicher ausgeprägt, wenn die zu korrigierenden Abweichungen größer sind. Die Anordnung gemäß der Erfindung, erlaubt es, dieses Phänomen bis in sein Gegenteil umzukehren und hat die Tendenz, die Änderungen der Verstärkung umso schneller zu korrigieren, je größer sie sind. Auf diese Weise wird trotz Verwendung einer schwachen Quelle die Ansprechgeschwindigkeit auf Verstärkungsfaktoränderungen erheblich vergrößert und behält einen im wesentlichen von der Größe dieser Abweichungen unabhängigen Wert.

Als Beispiel kann angegeben werden, daß bei einer realisierten Anordnung eine Störung von loo% auf 1 .% in einem Zeitraum zurückgeführt wird, der sechsmal kleiner ist als bei einer Anordnung gleicher Bauweise, jedoch ohne Modulation des Ist-Signals.

Im übrigen ist es wichtig, festzuhalten, daß bei üichtvorhandensein der Störung das System in der Zone schwachen Anstiegs der Ansprechkurve des Modulators ar-Deitet. Der Eingang des Integrators befindet sich demgemäß auf einem Pegel nahe Null, was natürlich der Anordnung im Gleichgewichtszustand eine geringe Empfindlichkeit gegenüber

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Rauschstörungen verleiht*

Es verätEht sich von selbst, daß die Erfindung nicht

auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränket ist, sondern auch Abweichungen in Teilen oder auch insgesamt der beschriebenen Anordnung ermöglicht- innerhalb des Rahmens der Äquivalente, Wie auch bezüglich der Anwendung auf ähnliche .oder andere Anordnungen. Beispielsweise ist offensichtlich, daß die Korrektur der Verstärkungsänderungen nicht nur an der Hochspanriüngsversorgüngsquelle «folgen kann, sondern auch ah dem Verstärkungsfaktor des Ausgangsverstärkers für den Detektor. ·

(£ätentans prüche)

Claims

Patentansprüche

l.y Anordnung zur Stabilisierung des Verstärkers eines Strahlungsdetektors mit.einer Strahlungsquelle, die im Ausgangssignalspektrum des Detektors eine ßezugsfigur zu erzeugen gestattet, mit einer Erfassungseinrichtung für die Versetzung dieser Figur infolge Verstärkungsfaktoränderungen zum Erzeugen eines IST-Signals, dessen Amplitude für die Größe und dessen Vorzeichen für die Richtung der Versetzung repräsentativ ist, und mit einer Regeleinrichtung, die von dem Ist-Signal gesteuert die Verstärkung bis zum Rückgängignachen des Versetzung beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Strahlungsquelle schwacher Intensität zwischen die Erfassungseinrichtung und die Regeleinrichtung ein Amplitudenmodulator geschaltet ist, der die Amplitude des Ist-Signals gemäß einer Funktion dieser Amplitude moduliert, die nichtpaarig ist und eine vom Ursprung aus in ihrem Absolutwert ansteigende Ableitung aufweist, und daß das so modulierte Ist-Signal der Regeleinrichtung zugeführt ist,
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenmodulator gemäß einer nichtlinearen Funktion arbeitend ausgebildet ist zur Erzeugung eines Ausgangs-' signals, das näherungsweise proportional dem Sinus-Hyperbolikus des an seinem Eingang anliegenden Signals ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Modulator umfaßt:

a) Widerstände in der Anzahl 2 n+1, die in Parallelschaltung zwischen dem Modulatoreingang und dem ilodulatorausgang 1 i egen,

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b) erste Schaiterelemente, die η dieser Widerstände zugeordnet sind, zur Einschaltung jedes derselben bei einem vorgegebenen positiven Wert des Eingangssignais,

b) zweite Schalterelemente, zugeordnet η weiteren Widerständen für-das Einschalten jedes derselben, ausgehend von vorgegebenen negativen Werten des Eingangssignals..
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schalterelemente Dioden umfassen in Reihenschaltung mit Widerständen in solcner Schaltungsanordnung, daß die Dioden der ersten Scnalterelemente in Durchlaßrichtung polarisiert werden, ausgehend von den vorgegebenen positiven Eingangssignalwerten, und die der zweiten Schalterelemente in Sperrichtung polarisiert werden, ausgehend von den vorgegebenen negativen Werten des Eingangssignals
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer als Peak ausgebildeten Bezugsfigur die Brfassungseinrichtung umfaßt:

a) drei Spannungskomparatoren,. die für den Empfang von durch den Detektor erzeugten Impulsen äusge- · bildet -und angeschlossen sind, und denen als Bezugsspannung Amplituden entsprechend der Spitze des Peaks und zwei homologen Punkten auf seinen Flanken zugeführt sind,

b> eine Antikoinzidenz-Logik-Schaltung, die an die Ausgänge dieser drei Komparatoren angeschlossen ist "und ausgebildet ist zur Erzeugung eines binären Signals, dessen "zwei _:Schaltzustände Impulsen "des 'Detektors zugeordnet sind mit Amplituden Wischen der" Amplitude der Peakspitze und der einen bzw. anderen Amplitude

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entsprechend den homologen Punkten auf den Peakflanken,

c) einen Filterschaltkreis, der für den Empfang des jßinärsignals angeschlossen ist und für die Erzeugung eines Signals ausgebildet ist, dessen mittlerer Pegel und dessen Vorzeichen repräsentativ sind für die Abweichung zwischen den Zeitdauern der beiden Binärzustände und der Richtung dieses Binärzusfcandes.
6. Anordnung nacii Anspruch 5, dadurcn gekennzeicnnet, daß die Antikoirzidenz-Logik-Schaltung umfaßt:

a) ein IMD-Gatter, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Komparators mit der niedrigsten Bezugsspannung verbunden ist,

b) einen NICHT-ODER-Schaltkreis, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Komparators mit der höchsten Bezugsspannung verbunden ist,

c)einen Inverterschaltkreis, der zwischen den Ausgang des Komparators mit der Bezügsspannung entsprechend der Amplitude an der Spitze des Bezugs-Peaks und die anderen Eingänge des IMD-Gatters und des rJICHT-QDER-Schaltkreises geschaltet ist, und

d) einen bistabilen Kippkreis, dessen Setzeingang mit dem Ausgang des UND-Gatters und dessen Rücksetzteingang mit dem Ausgang des NICHT-ODER-Schaltkreises verbunden ist, derart, daß das Binärsignal an seinem Ausgang erscheint.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtungn einen Integrator unf aßt, der mit dem

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U09826/0987

aiaplitudenmodulierten. Signal be auf schlagt ist' und dessen Ausgang ein Dauersignal liefert für die Korrektur der Spannungsversorgung des Detektors oder der Verstärkung an dessen Ausgang.
8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß die. Strahlungsquelle" eine Cs 137-Quelle mit einer Aktivität voawemigen /-ν Curie ist»

4D3826/QS8?