DE2359732B2

DE2359732B2 - Verstärkungsregelschaltung für einen Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE2359732B2
Application number: DE2359732A
Authority: DE
Inventors: Bronislav Meudon Seemann (Frankreich)
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: 1979-08-23
Also published as: FR2211664B1; DE2359732A1; FR2211664A1; GB1449289A; DE2359732C3; US3922541A; CA994006A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkungsregelschaltung für einen Strahlungsdetektor mit einer Bezugsstrahlungsquellle, die im Spektrum der Ausgangsimpmlse des Detektors eine Bezugslinie hervorruft, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs t genannten Merkmalen. Eine derartige Schaltung, die insoweit mit dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung übereinstimmt, ist aus der US-PS 36 09 362 bekannt

Bei der bekannten Anordnung sind die Fotokatoden zweier Fotovervielfacher einem gemeinsamen Szintillator zugekehrt, der mit der Strahlung der Bezugsstrahlungsquelle beaufschlagt ist Die Ausgangssignale der Fotovervielfacher werden in einem Summierschaltkreis addiert Dieses Summensignal wird mit einer Bezugsspitze des Spektrums der Quelle verglichen. Wenn die Verstärkungsfaktoren der beiden Fotovervielfacher voneinander in entgegengesetzter Richtung abweichen, kann es vorkommen, daß der Summierschaltkreis diese Abweichungen gar nicht erfaßt, und in diesem Fall ist nicht erkennbar, wie die Verstärkungsregelung erfolgen könnte. Es mag jedoch unterstellt werden, daß das in den Meßschaltkreis gelangende Ist-Signal tatsächlich das Ausgangssignal von einem einzigen Fotovervielfacher ist Danach erfolgt die Verstärkungsregelung durch die statistischen Veränderungen der Zählrate. Die Zählratenveränderung wird periodisch in einem Komparator-Schaltkreis mit vorgegebenen Schwellenwerten verglichen und in einem Speicherschaltkreis gespeichert Die Verstärkung der Fotovervielfacher wird nur dann korrigiert, wenn die Zählratenveräriderung einen Schwellenwert übersteigt, der sich im Laufe der Zeit entwickelt; die gespeicherten Werte treten nur in bestimmten Zeitpunkten auf. Die Verstärkungsregelung selbst erfolgt so, daß die Zählratendifferenz mit Werten verglichen wird, die definiert werden von einer Eichkurve in Abhängigkeit von der Zählrate. Die Verstärkung wird nur korrigiert, wenn die Zählratendifs ferenz größer ist als der durch die Eichkurve gegebene Wert für die jeweils betrachtete Zählrate. Die Eichkurve wird ihrerseits nach Regeln der Wahrscheinlichkeitsrechnung hergeleitet: Sie repräsentiert die Standardabweichung der Gesamtzählrate, d.h. eine F-mktion

ίο proportional zur Quadratwurzel der Zählrate. Daraus ergibt sich, daß die Verstärkung der Fotovervielfacher nur dann korrigiert wird, wenn die Zählratenveränderung größer ist als die Standardabweichung der Zählrate, derart, daß man die Wahrscheinlichkeit der Veränderung berücksichtigt, die jeweils klein ist für hohe Zählraten und groß ist für kleine Zählraten.

Demgemäß wird durch die insoweit beschriebenen Komponenten, die als Modulatorschaltkreise bezeichnet werden sollen, ein Kriterium dafür geschaffen, daß überhaupt regelnd an den Fotovervielfachern eingegriffen werden soll oder muß. Die Regelkennlinie selbst entspricht, wie eine Analyse der in der genannten Druckschrift gegebenen Beispiele deutlich werden läßt, einer Proportionalregelung. Die Geschwindigkeit, mit der ein Fehlersignal ausgeregelt wird, spielt bei dem dort gegebenen Anwendungsfall offenbar keine Rolle.

Die Notwendigkeit, einer schnellen Aasregelung von Verstärkungsschwankungen ist jedoch für andere Anwendungsfälle von erheblicher Bedeutung, wie weiter unten noch näher erläutert wird; bei der bekannten Schaltung ist, wie oben ausgeführt, für dieses der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem eine Lösung nicht gegeben oder entnehmbar, insbesondere unter der erschwerenden Voraussetzung, daß nur eine Bezugsstrahlungsquelle niedriger Intensität verwendet werden soll. Die Gründe für die letztgenannte Bedingung wie für die Notwendigkeit eines schnellen Regeleingriffs ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung:

Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Messung der Gesteinsdichte in Bohrlöchern, und zwar mittels eines Gerätes, das eine Gammastrahlenquelle und einen Strahlungsdetektor, im allgemeinen bestehend aus einer Baugruppe mit Szintiliationskörper und Fotovervielfacher in einem Abstand von etwa 40 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 Zählrate registriert die um so niedriger ist, je höher die Anzahl von Elektronen pro Volumeneinheit in der Gesteinsformation ist Die Dichte der Formationen, die direkt im Zusammenhang mit der Anzahl der Elektronen steht kann auf diese Weise aus der Zählrate abgeleitet werden. In F i g. 1 ist für drei abnehmende Werte d\, di und dj der Dichte das Energiespektrum der auf den Detektor auftreffenden Gammastrahlen in halblogarithmischen Koordinaten aufgezeichnet, d. h. die Kurve zeigt ckn Logarithmus der Wahrscheinlichkeit N(E) des Empfangs einer Strahlung der Energie E in Funktion von dieser Energie. Man erkennt, daß unterhalb einer Schwelle E₀ (in der Größenordnung von 200keV) die Änderungen der Dichte eine Verzerrung des Spektrums hervorrufen, daß jedoch oberhalb dieser Schwelle diese Deformation nicht vorliegt; die Anzahl der Gammastrahlen mit einer Energie oberhalb ßj ist eine ansteigende Exponentialfunktion der Dichte. Unter diesen Bedingungen erfaßt

man am Ausgang des Detektors nur die Impulse mit einer Amplitude oberhalb einer Schwelle S entsprechend aufgefangener Gammastrahlung mit einer Energie oberhalb E₀. Die registrierte Zählrate gestattet demgemäß, den Wert der Dichte abzuleiten.

Dabei wird vorausgesetzt, 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 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 F i g. 2 für drei verschiedene Werte G\, Gz und G3 der Verstärkung das Spektrum der Impulsamplituden 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 G3 einer Absenkung der Schwelle entspricht und demgemäß zu einer Zählung zusätzlicher Impulse führt Umgekehrt führt eine Verringerung der Verstärkung auf den Wert Gi zu einem Anheben der Schwelle und bringt damit einen Verlust an Impulsen mit sich.

Man könnte daran denken, zur Erfassung der Änderungen in der Verstärkung des Fotovervielfachers eine Bezugsstrahlungsquelle hoher Aktivität zu wählen, die einen entsprechend niedrigen Rauschpegel ergibt Dann wurden aber die eigentlichen Messungen durch die bei einer entsprechend starken Spitze im Spektrum unvermeidlich auftretende Compton-Untergrundstrahlung gestört, was unzulässig ist, wenn die Meßzählrate nur gering ist Dies wiederum ist dadurch bedingt, daß man die Messungen in den Bohrlöchern so schnell wie möglich durchführen will, da die meßdauerabhängigen Kosten unverhältnismäßig hoch sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkungsregelschaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Art, d.h. mit einer Bezugsstrahlungsquelle geringer Aktivität, so auszubilden, daß dennoch eine sehr schnelle Ausregelung von Verstärkungsfaktoränderungen erfolgt

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Ausbildung. Demgemäß unterliegt bei der Schaltung gemäß der Erfindung das Ist-Signal, bevor es zur Korrektur der Auswanderung oder Abweichung verwendet wird, einer Verstärkung, die um so größer ist, je größer die Auswanderung ist Die Schaltung hat demgemäß die Tendenz, die Verstärkungsfaktoränderungen mit um so größerer Geschwindigkeit zu korrigieren, je erheblicher die Abweichungen sind, womit der verzögernde Effekt kompensiert wird, der auf den statistischen Fehler infolge Verwendung einer Quelle geringer Aktivität zurückzuführen ist, und dies ist um so merkbarer, je größer die zu korrigierenden Fehler sind. Unter diesen Bedingungen erhält man 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-Hyperbolicus-Funktion realisiert d. h. daß das der Regeleinrichtung zugeführte und für die Ausregelung verwendete Signal proportional dem Sinus-Hyperbolicus des Ist-Signals ist, welche die Abweichungen des Verstärkungsfaktors repräsentiert; Schaltungen zur Darstellung der Sin-Hyp-Funktion sind z.B. aus der US-PS 26 97 201 bekannt

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

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

F i g. 2 zeigt den Einfluß der Verstärkuogsfaktoränderungen im Detektor auf das Amplitudenspektrum der Impulse, die von ihm abgegeben werden,

Fig.3 zeigt schematisch eine Schaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.4 zeigt eine im Amplitudenspektrum der vom Detektor erzeugten Impulse erzeugte Impuls-Linie,

Fig.5 zeigt im einzelnen den Modulator der Schaltung nach F i g. 3, und

F i g. 6 zeigt die Ansprechkurve die? =.s Modulators.

In F i g. 3 ist ein Fotovervielfacher 10 mit rugeordnetem Szintillator 12 dargestellt wie sie üblicherweise verwendet werden, z. B. bei einem Dichtediagraphiegerät, um die Gammastrahlung aufzufangen, die von einem umgebenden Körper 14 rückgestreut wird. Der Fotovervielfacher wird von einer Hochspannungsquelle 16 gespeist deren Spannung mittels einer an einen Steuereingang 18 angelegten Steuerspannung einstellbar ist Die Ausgangsimpulse des Fotovervielfachers 10 gelangen zu einem Verstärker 20, dessen Ausgang mit einer Verarbeitungsstufe 22 verbunden ist deren Aufgabe darin besteht die Dichte des Körpers 14 aus der Zählrate der aufgefangenen Impulse zu berechnen.

Die Stabilisierung der Verstärkung des Fotovervielfachers wird sichergestellt durch

— eine Gammastrahlenquelle 24, die in den Szintillator 12 eingebaut ist und dazu dient eine Bezugs-Linie (F i g. 4) außerhalb (im hochenergetischen Abschnitt) des Spektrums der Impulse zu erzeugen, die vom Verstärker 20 geliefert werden, und durch eine

— Schaltung 26, deren Aufgabe darin besteht die Auswanderung der Linie infolge Veränderungen der Verstärkung rückgängig zu machen und zu korrigieren unter Einwirkung auf die Spannung der Hochspannungsversorgung des Fotovervielfachers.

Um die Störung der Messungen zu vermeiden, besitzt die Gammastrahlenquelle 24 eine sehr geringe Aktivität von einigen Mikrocurie und natürlich wählt man sie so, daß die entstehende Bezugs-Linie deutlich außerhalb des Spektrums liegt das für die Messung verwendet wird.

Als Deispiel sei für ein Diagraphie-Dichtemeßgerät bei dem das Spektrum kaum 450 keV übersteigt die Verwendung einer Zwei-Mikrocurie-Quelle von Cs 137 genannt dessen fotoelektrische Linie sich bei 661 keV befindet

In der Schaltung 26 werden die am Ausgang des Verstärkers anfallenden Impulse parallel drei Spannungskomparatoren 28, 30 und 32 zugeführt, die als Bezugsspannung jeweils die Werte A\, A₂ 'lnd A₃ besitzen. Fig.4 zeigt, wie diese drei Werte gewählt werden. Der Wert Aj entspricht der Spitze 5 der Bezugs-Linie für eine bestimmte Verstärkung, die konstant gehalten wtrden soll, während die Werte Ai und Aj zwei homologen Punkten Fbzw. F'an der Basis der Flanken der Linie zugeordnet sind. Die Vertikalen

dieser beiden Funkte begrenzen mit der Vertikalen durch die Spitze 5 zwei Zonen gleicher Fläche. Demgemäß ist die Zahlrate /V, der Impulse mit Amplituden zwischen A₁ und A₂ gleich der Zählrate N₂ der Impulse mit Amplituden zwischen A₁ und Aj. Beispielsweise ist mit einer Quelle von Cs 137 mit einer Aktivität von zwei Mikrocurie die Zählrate der Impulse mit Amplituden zwischen A₁ und Aj etwa 200 pro Sekunde.

Die Ausgänge der drei Komparatoren liegen an einer Antikoinzidenz-Logik-Schaltung 34, die einen Inverterschaltkreis 36, ein UND-Gatter 38, einen NICHT-ODER-Schaltkreis 40 und eine bistabilen Kippkreis 42 umfaßt. Der Ausgang des Komparators 30 ist über den Inverterschaltkreis 36 mit einem Eingang des UND- r> Gatters 38 und einem Eingang des NICHT-ODER-Schaltkreises 40 verbunden. Der Ausgang des Komparators 28 ist mit dem anderen Eingang des UND-Gatters 38 und der des Komparator* 32 ■>!!'. dem anderen Eingang des NICHT-ODER-Schaltkreises 40 verbunden. Schließlich ist der Rücksetzeingang /7 des bistabilen Kippkreises 42 mit dem Ausgang des NICHT-ODER-Schaltkreises 40 verbunden, während sein Setzeingang 5mit dem Ausgang des UND-Gatters 38 verbunden ist. Der Ausgang O des Kippkreises ist mit dem Eingang >■■, eines Tiefpaßfilters 44 verbunden. Hier handelt es sich um ein ÄC-Filter, dessen Grenzfrequenz bei 2 Hz liegt für eine Quelle, die zwischen A\ und A₃ eine Zählrate von 200 pro Sekunde liefert. Der Ausgang dieses Filters ist verbunden mit dem Eingang 46 eines nichtlinearen m Modulatorschaltkreises 48, der an seinen Ausgang 50 eine Spannung V, liefert, die etwa proportional ist dem Sinus-Hyperbolikus der Spannung V_e an seinem Eingang 46. Schließlich folgt dem Modulator eine Integrationsstufe 52, deren Ausgang mit dem Steuerein- r> gang 18 der Hochspannungsquelle 16 verbunden ist.

F i g. 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Modulators 48. Er besteht aus fünf Zweigen 54,56,58,60 und 62, die zwischen dem Eingang 46 und dem Ausgang 50 parallelgeschaltet sind und die umfassen:

— einen Widerstand 64 der Größe /?.,

— einen Widerstand 66 der Größe R₂ und eine Diode 68 in Reihe,

— einen Widerstand 70 der Größe R₂ und eine Diode 72 in Reihe,

— einen Widerstand 74 der Größe Ri und eine Diode 76 in Reihe, bzw.

— einen Widerstand 78 der Größe Ri und eine Diode 80 in Reihe;

50

die vier Diode" sind untereinander gleichartig. Der einzige Unterschied zwischen den Zweigen 56 und 58 liegt in der Tatsache, daß die Diode 68 des Zweiges 56 mit dem Ausgang 50 an ihrer Katode verbunden ist, während die Diode 72 des Zweiges 58 mit ihrer Anode am Ausgang liegt Ebenso ist der Unterschied zwischen den Zweigen 60 und 62 die Polung der Diode 76 des Zweiges 60, die am Ausgang 50 mit ihrer Katode liegt, gegenüber der Polung der Diode 80 des Zweiges 62, deren Anode am Ausgang liegt. Schließlich sind noch die Dioden 72 und 80 mit ihren Katoden jeweils über einen Widerstand 82 der Größe Ra bzw. einen Widerstand 84 der Größe Ks mit einer Spannungsquelle + V verbunden, und die Dioden 68 und 76 sind mit ihren Katoden jeweils über einen Widerstand 86 der Größe R* bzw. einen Widerstand 88 der Größe Rs mit einer Spannungsquelle — Vverbunden.

Es ist leicht die Potentiale Va es, v_A ₇₆, VjC₇₂ und vk so an

45 der Anode der Diode 80, der Anode der Diode 76 und der Katode der Diode 72 bzw. der Katode der Diode 80 zu berechnen, die in Abhängigkeit von der Spannung v, am Eingang 46 gemäß den folgenden Beziehungen ausgedrückt werden können:

Γ I TC.

ι\ ho -

	K₄	—	V R₂
	K₂	+	K₄"
«ν	K₅
	κ.		Ks
C₁.	K₄	f	I«,
	K₂	t	K₄
I'..	R-<	t	IK,

R. 4

Unter diesen Bedingungen und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das Verhältnis R₂IRa kleiner gewählt wird als das Verhältnis R₃/Rs, erkennt man, daß solange die Spannung am Eingang v_r von Null ausgehend ansteigt, die vier Dioden alle in Sperrichtung polarisiert sind, dann die Dioden 68 und 76 in Durchlaßrichtung nacheinander ausgehend von Vc= K fly£4 bzw. v_e= VR₁/Rs umgepolt werden, solange die Spannung am Eingang v_e von Null ausgehend abfällt, die vier Dioden zunächst in Sperrichtung polarisiert sind und dann die Dioden 72 und 80 in Durchlaßrichtung umgeschaltet werden, und zwar nacheinander ausgehend jeweils von v_c= — V R₂IR, und Vc= - VR₃ZRs.

Es ergibt sich demgemäß, daß bei richtiger Auswahl der Werte von Ru R₂, Rj, Ra und A₅ man ein Netzwerk 46 mit einer Ansprechkurve Z₅= ffv,.) aufbauen kann, wie sie in Fi g. 6 dargestellt ist, wobei i_s der Strom ist, der dem Eingang des Integrators 52 eingeprägt wird. Diese Kurve repräsentiert näherungsweise die Funktion Z₁=Jt- sin hyp v_a realisiert durch fünf gerade Abschnitte A, B+, C+, Β— und C-. Der Abschnitt A entspricht dem Bereich, für den die vier Dioden in Sperrichtung vorgespannt sind; die Zweige 56, 58, 60 und 62, welche die Dioden enthalten, weisen demgemäß einen hohen Widerstand auf, derart daß der Äquivalenzwiderstand des Netzwerks im wesentlichen gleich R] ist

Der Abschnitt B+ entspricht dem Bereich, für den die Diode 68, jetzt in Durchlaßrichtung betrieben, den Widerstand 66 dem Widerstand 64 derart parallelgeschaltet, daß der Ersatzwiderstand des Netzwe'':es im wesentlichen gleich

R₁ R₁I(R₁ + R₁)

wird, also unter Äi liegt

Der Abschnitt C+ entspricht dem Bereich, in dem die Dioden 68 und 76, beide in Durchlaßrichtung vorgespannt, die Widerstände 66 und 74 dem Widerstand 64 parallelschalten, derart, daß der Ersatzwiderstand des Netzwerkes im wesentlichen gleich

K₁ K₂ RiI(R₁ R₂ +

+ R₁ R₃)

wird und deshalb unter R₂ liegen wird.

Der Abschnitt 8— ist das negative Homolog zu B+ und entspricht dem Bereich in dem die Diode 72, jetzt leitend, den Widerstand 70 dem Widerstand 64

parallelschaltet, derart, daß der Ersatzwiderstand des Netzwerkes im wesentlichen gleich

R₁ R₂HR₁ + R₂)

Der Abschnitt C- schließlich ist negativ homolog zu C-Y und entspricht dem Bereich, in dem die Dioden 72 und 80, beide in Durchlaßrichtung vorgespannt, die Widerstände 70 und 78 dem Widerstand 64 parallelschalten, derart, daß der Ersatzwiderstand des Schaltkreises im wesentlichen gleich

K, R₁ R,/IR₁ R₁ t R₁ K, 4 R₁ «.,)

Ii

Wenn also die Eingangsspannung v_t ansteigt, werden entsprechend ausgewählte Widerstände dem Widerstand 64 paraiieigeschaitet und verringern demgemaü den wirksamen Widerstand des Netzwerkes, so daß sich jn eine Vergrößerung des Proportionalitätsfaktors zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal ergibt, womit die Kurve Z₁ = ZjV,) sich der Funktion i_s=k ■ sin hyp v_rannähert.

Als Anhaltspunkte können genannt werden: 2 ■>

Der Abschnitt A erstreckt sich von v_r= -4 V bis v_e= + 4 V mit einer Steigung von 0,4 μΑ/V,
der Abschnitt B+ erstreckt sich von v_c= +4 V bis Vr= +8 V mit einem Anstieg von 1,5 μΑ/V,
der Abschnitt C+ erstreckt sich im Bereich ^Jo oberhalb v_e = +8 V mit einem Anstieg von 7 μΑ/V, der Abschnitt B- erstreckt sich von v_c= -4 V bis v_e = + 8 V mit einem Anstieg von 1,5 μΑ/V, und
der Abschnitt C— erstreckt sich jenseits von v_e=— 8 V mit einer Steigung von 7 μΑ/V. Diese ^!> Daten erhält man mit R, = 1 Megohm, R₂ = 380 kn, R₁ = 70 kU R₄ = 540 kn und A₅ - 45 kii.

Man kann nun die Funktion der Schaltung nach Fig.3 erläutern. Zunächst ist festzuhalten, daß die « Amplitude am Ausgang des Verstärkers 20, wenn sie eine Amplitude unter A\ besitzen, die Komparatoren 28, 30 und 32 nicht beeinflussen; wenn sie eine Amplitude oberhalb A\, aber unterhalb A₂ besitzen, den Komparator 28 auslösen, jedoch die beiden anderen Komparato- 4 > ren unbeeinflußt lassen; wenn sie eine Amplitude oberhalb A₂, aber unterhalb A₃ besitzen, die Komparatoren 28 und 30 auslösen, jedoch den Komparator 32 unbeeinflußt lassen, und bei einer Amplitude oberhalb Az a!!e drei Komponenten auslösen.

Unter diesen Bedingungen wird ein Impuls am Ausgang des Verstärkers 2ö mit einer Amplitude unterhalb A\ oder oberhalb A3 von dem Logikschakkreis 34 nicht verarbeitet

Wenn jedoch ein Impuls mit einer Amplitude zwischen A\ und Ai erscheint, liegen beide Eingänge des UND-Gatters 38 auf L, während die Eingänge des NICHT-ODER-Schaltkreises 40 bei L bzw. Null liegen; der Ausgang des UND-Gatters liegt demgemäß bei L und derjenige des NICHT-ODER-Schaltkreises bei Null, derart, daß der bistabile Kippkreis 42 an seinem Rücksetzeingang R einen Impuls erhält, der ihn in den Schaltzustand Null kippt Im Falle eines Impulses mit einer Amplitude zwischen Ai und A3 sind demgegenüber beide Eingänge des ODER-Gatters 38 auf L bzw. Null und die beiden Eingänge des NICHT-ODER-Schaltkreises bei Null; der Ausgang des UND-Gatters liegt demgemäß bei Null und der des NICHT-ODER-Schaltkreises bei L, derart, daß der bistabile Kippkreis 42 an seinem Setzeingang 5 einen Impuls erhält, der ihn in den Schaltzustand L kippt.

Der Ausgang Odes Kippkreises 42 nimmt demgemäß den Schaltzustand Null an für einen Impuls mit einer Amplitude zwischen A] und A₂ und den Schaltzustand L for einen Impuls mit einer Amplitude zwischen A₂ und Ai, und der Pegel am Ausgang des Tiefpaßfilters 44 ist repräsentativ für die Abweichung zwischen den Zählraten /Vi und N₂ der Impulse mit Amplituden zwischen A \ und A₂ bzw. A₂ und A 3. Genauer gesagt:

Wenn die Verstärkung ihren Bezugswert behält, für den die beiden Zählraten gleich sind, ist die mittlere Spannung am Ausgang des Filters Null; 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 der Differenz zwischen den beiden Zählraten, falls die Verstärkung abnimmt und demgemäß eine Auswanderung nach links des Bezugs-Peaks hervorruft, entsprechend einer Verringerung von N₂ und einer Vergrößerung von Nu so hat die mittlere Spannung am Ausgang des Filters einen negativen Wert, proportional der Differenz zwischen den beiden Zählraten.

Diese Spannung ist die Spannung V_n die an den Eingang 46 des Modulators 48 gelangt. Dieser arbeitet wie oben erläutert und liefert demgemäß an seinen Ausgang 50 eine Spannung V₅, näherungsweise proportional dem Sinus-Hyperbolikus von V_P Der Integrator 52 wird mit dieser Spannung gespeist und legt demgemäß an den Steuereingang 18 der Hochspannungsquelle 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 Annulierung dieses Unterschiedes; falls eine Verringerung der Verstärkung festgestellt wird, ist die mittlere Spannung am Eingang des Integrators positiv mit einem Wert proportional dem Sinus-Hyperbolikus des Unterschiedes zwischen den beiden Zählraten; diese Spannung erhöht demgemäß die an den Fotovervielfacher angelegte Spannung bis zur Ännuiierung des Unterschiedes.

Auf diese Weise wird eine Veränderung des Verstärkungsfaktors des Detektorsystems mit Hilfe eines Stellsignals korrigiert das näherungsweise proportional dem Sinus-Hyperbolikus der Abweichung ist d.h. (da die Funktion Sinus-Hyperbolikus eine vom Ursprung aus in ihrem Absolutwert konstant ansteigende Ableitung besitzt) mit Hilfe eines Stellsignals proportional der Veränderung, wobei der Proportionalitätsfaktor seinerseits eine ansteigende Funktion dieser Änderung ist Anders ausgedrückt, besteht — wenn eine Verstärkungsfaktoränderung festgestellt wird — die Tendenz, sie mit einer Geschwindigkeit zu korrigieren, die um so 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 um so deutlicher ausgeprägt, wenn die zu korrigierenden Abweichungen größer sind. Die beschriebene Schaltung erlaubt es, dieses Phänomen bis in sein Gegenteil umzukehren. Auf diese Weise wird trotz Verwendung einer schwachen Quelle die Ansprächgeschwindigkeit 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 Schaltung eine Störung von 100% auf 1% in einem Zeitraum zurückgeführt wird, der sechsmal kleiner ist als bei einer Schaltung gleicher Bauweise,

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jedoch ohne Modulation des Ist-Signals.

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

Die Korrektur der Verstärkungsänderungen muß nicht an der Hochspannungsversorgungsquelle erfolgen, sondern kann auch an dem Verstärkungsfaktor des Ausgangsverstärkers für den Detektor vorgenommen werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichiuiimcn

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärkungsregelschaltung für einen Strahlungsdetektor mit einer Bezugsstrahlungsquelle geringer Aktivität, die im Spektrum der Ausgangsimpulse des Detektors eine Bezugslinie hervorruft mit Meß-Schaltkreisen zum Erfassen von Verschiebungen dieser Linie im Spektrum infolge Änderungen des Verstärkungsfaktors und zum Erzeugen eines Ist-Signals, dessen Intensität bzw. Vorzeichen repräsentativ sind für die Größe bzw. die Richtung der Verschiebungen, mit Regelschaltkreisen für die Regelung des Verstärkungsfaktors im Sinne einer Korrektur der Verschiebungen und mit Modulaitor-Schaltkreisien zwischen den MeB- und den Regelschaltkreisen zum Liefern eines Stellsignals, das: an die Regelschaltkreise angelegt wird und durch die Modulator-Schaltkreise in Abhängigkeit von der Größe de« 'st-Signals verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß-Schaltkreise (34, 44) ein der Zählrate proportionales Ist-Signal (V_c) erzeugen und daß die Modulator-Schaltkreise (48) das Stellsignal (V₅) in Abhängigkeit von der Intensität des Ist-Signals (V_e) gemäß einer ungeraden Funktion derselben liefern, deren Steigung vom Ursprungspunkt aus monoton tanimmt

2. Verstärkungsregelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulator-Schaltkreise (48) das Stellsignal (V,) etwa entsprechend dem Sinus Hyperbolicus des Ist-Signals (V„) liefern.