DE3438334A1 - Totzeit-kompensationsschaltung fuer einen strahlungsdetektor - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Totzeit-Kompensationsschaltung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 3· Sie befaßt sich mit Mitteln zum Korrigieren der Totzeit-Verluste in einer Zufallsereignis-Zählschaltung, die eine Totzeitcharakteristik hat. Im einzelnen befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einer auf einem Geiger-Müller Zählrohr basierenden analogen Impulsfrequenz-Meßschaltung (rate meter circuit) vom Ladungspumptyp mit Korrekturmitteln zum Kompensieren der bei einem Geiger-Müller Zählrohr bzw. Geigerzähler hauptsächlich bei hohen Zählgeschwindigkeiten auftretenden Totzeit-Verluste.

Es ist festzustellen, daß heute erhältliche Geigerzähler nicht hundertprozentig wirksam sind. Auch wenn angenommen wird, daß ein solches Zählrohr ohne eine Totzeit-Charakteristik ist, kann es nicht für jedes auftreffende erfaßbare Atom-Partikel einen Ausgangsimpuls erzeugen. Für die nachfolgende Erörterung wird jedoch angenommen, daß ein Geigerzähler oder ein anderer Zufallsereignisse erfassender Wandler hundertprozentig wirksam ist, bis auf irgendwelche Totzeit-Verluste. Somit sind die folgenden Erörterungen unabhängig von dem Wandler-Wirkungsgrad, und der Zufallsereignisse erfassende Wandler und/oder seine zugeordnete Schaltungsanordnung weisen eine Totzeit-Charakteristik der erörterten Art auf.

Im Idealfall sollte ein Geigerzähler oder ein anderer Wandler zum Erfassen von Zufallsereignissen für jede Atompartikel-Emission (ionisierende Strahlung) oder ein anderes erfaßbares Zufallsereignis, der bzw. dem der Geigerzähler ausgesetzt ist, ein Ausgangssignal, wie einen Impuls, erzeugen. In einem solchen Idealfall steht die Anzahl der Ausgangssignale, beispielsweise Impulse, von dem Wandler in einem 1 : 1 Verhältnis (das heißt in einer linearen, direkt proportionalen Weise) zu der Anzahl der erfaßten Atompartikel oder anderen erfaßbaren Zufallsereignisse ., die auf den Wandler auftreffen.

Es ist dem Fachmann klar, daß ein solcher idealisierter Fall in

der Praxis nicht auftreten kann, da' die Wiederherstellungs- bzw. Erholungszeit des Wandlers (beispielsweise eines Geigerzählers) einen begrenzenden Einfluß auf seine Fähigkeit hat, auf jedes erfaßbare Zufallsereignis anzusprechen, dem der Wandler ausgesetzt ist, ohne Rücksicht auf die Kürze der Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Zufallsereignissen. Beispielsweise im Fall eines Geigerzählers kann die Erholungszeit (oder die unempfindliche 'Totzeit') des Zählrohres sowie der zugeordneten Detektor-Schaltungsanordnung größer als die Zeitperiode sein, während derer zwei oder mehr erfaßbare (das heißt ionisierende) Atompartikel (beispielsweise Gamma, Alpha oder Beta Partikel) auf das Zählrohr auftreffen. In einem solchen Fall erzeugt das Zählrohr ein fehlerhaftes Ausgangssignal (beispielsweise einen einzigen Impuls), das für eine einzige Partikelerfassung bezeichnend ist, wenn tatsächlich das Zählrohr zwei oder mehreren erfaßbaren Atompartikeln ausgesetzt war. Dem Fachmann ist es ferner ersichtlich, daß das Auftreten solcher fehlerhafter Ausgangssignale (Totzeit-Verluste) ansteigt, wenn die Frequenz der auf den Geigerzähler zufällig.auftreffenden ionisierenden Atompartikel ansteigt. Somit sprechen der Geigerzähler und die zugeordnete Detektor-Schaltungsanordnung in einer nichtlinearen Weise auf die ansteigende Frequenz von erfaßbaren Atompartikel-Emissionen an, denen der Geigerzähler ausgesetzt ist. Deshalb führt die von der Detektor-Schaltungsanordnung gemessene Zählgeschwindigkeit nicht zu einer genauen Anzeige der tatsächlichen Zählgeschwindigkeit der Zufallsereignisse, wenn nicht eine gewisse Korrektur zum Kompensieren der Totzeit-Verluste vorgesehen wird. Ein Beispiel für einen auf einem Geiger-Müller Zählrohr basierenden Strahlungsdetektor, der kein Mittel zur Totzeit-Kompensation aufweist, ist ein Strahlungsdetektor vom Modell E-520, hergestellt und vertrieben von Eberline Instrument Corporation, einer Gruppe der Thermo Electron Corporation, Santa Fe, New Mexico. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, solche bekannte Detektoren zu verbessern.

Eine detailliertere Erläuterung und Analyse von auf Totzeit-Verlusten basierendenProblemen bei Strahlungsdetektoren ergibt sich aus der Veröffentlichung 'Radiation Detection and Measure-

ment¹, Seiten 95 bis 102, herausgegeben von Glenn F. Knoll und veröffentlicht von John Wiley & Sons. Auf diese Veröffentlichung wird hiermit Bezug genommen.

In dem US-Patent 4 311 909 wird eine Technik zur Kompensation von Totzeit-Verlusten in einer auf einem Geigerzähler basierenden analogen Impulsfrequenz-Meßschaltung (rate meter circuit) vom'Ladungspumptyp vorgeschlagen. Demnach steuert ein die Totzeit kompensierender Analogschalter, der in Abhängigkeit von jedem Ereigniszählsignal von einer zugeordneten Geigerzähler-Bandschaltung sanordnung öffnet und schließt, das Entladen eines integrierenden Kondensators, der einem Operationsverstärker zugeordnet ist. Der Ausgang des letzteren treibt ein analoges Meßgerät, das die tatsächliche Rate bzw. Geschwindigkeit der auftretenden Ereignisse genau anzeigen soll, das heißt die Anzahl der pro Zeiteinheit auf den zugeordneten Geigerzähler auftreffenden erfaßbaren Atom-Partikel. Wenn die in diesem Patent aufgeführten Erfordernisse der Schaltung zur Korrektur der Totzeit-Verluste erfüllt werden, wird gemäß der Veröffentlichung davon ausgegangen, daß das analoge Meßgerät eine genaue Anzeige bezüglich der wahren Ereigniszählgeschwindigkeit liefert. In der Veröffentlichung wird unterstellt, daß die Anzeige des Meßgerätes genau in einer linearen Weise einem Ansteigen und Abfallen der tatsächlichen Ereigniszählgeschwindigkeit entspricht, da ein solches Ergebnis das erwartete Ziel der Kompensation der Totzeit-Verluste ist. Es wurde jedoch festgestellt, daß ein Strahlungsdetektor vom Modell 400, hergestellt und vertrieben von Victoreen Incorporated, einer Gruppe der Sheller-Globe Inc., Toledo, Ohio, und angeblich entsprechend der Lehre des US-Patents 4 311 909 hergestellt, in einer nichtlinearen Weise auf ein Ansteigen und Abfallen der tatsächlichen Ereigniszählgeschwindigkeit anspricht. Somit ist ein nichtlinearer Meßgeräte-Maßstab auf dem Anzeigeteil des Meßgerätes erforderlich, das offensichtlich empirisch geeicht werden muß, das heißt durch Experiment, um genaue Resultate zu erzielen. Für den Fachmann dürfte es unannehmbar sein, daß er die nichtlineare Meßgeräte-Skala empirisch eichen muß. Auch wenn ein derartiger empirischer Eichvorgang annehmbar sein sollte, kann die resultierende nichtlineare Meßgeräte-Skala zu unbeabsichtigten

Fehlablesungen durch einen Endbenutzer führen, der gewohnt ist, lineare Skalen abzulesen.

Es ist ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Technik zur Kompensation der Totzeit-Verluste vorzusehen, bei der die Ausgangsgröße eines Zufallsereignis-Zählers, der, diese Technik zur Kompensation der Totzeit-Verluste aufweist, in einer linearen oder nahezu linearen Weise auf ein Ansteigen und Abfallen der Frequenz der tatsächlichen Zufallsereignisse anspricht, die als Funktion der Zeit gezählt werden. Es ist ein spezifisches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung zur Kompensation der Totzeit-Verluste einer auf einem Geigerzähler basierenden analogen Impulsfrequenz-Meßschaltung (rate meter circuit) vom Ladungspumptyp zu schaffen, wobei die Ausgangsgröße der Geschwindigkeitsbzw. Impulsfrequenz-Meßschaltung in einer linearen oder nahezu linearen Weise auf ein Ansteigen und Abfallen der pro Zeiteinheit tatsächlich auf den Geigerzähler auftreffenden Anzahl von Atompartikeln anspricht.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine Totzeit-Kompensationsschaltung erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 bzw. 3 aufgeführten Merkmale aus. Weitere Merkmale ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Die Erfindung beinhaltet demnach eine Totzeit-Kompensationsschaltung für eine Zufallsereignis-Zählschaltung mit einer Totzeit-Charakteristik, wobei zwei oder mehrere während einer vorbestimmten Zeitperiode aufeinanderfolgende Zufallsereignisse in fehlerhafter Weise ein Signal erzeugen, das nur eine einzige Zählung wiedergibt. Das Auftreten solcher fehlerhafter Einzelzählsignale steigt, wenn die Frequenz der Zufallsereignisse ansteigt. Die Zufallsereignis-Zählschaltung enthält ein aktives Schaltungselement, beispielsweise einen Operationsverstärker, mit einem Eingang, der auf Ereigniszählsignale anspricht, die als Anteil die fehlerhaften Einzelzählsignale enthalten. Das aktive Schaltungselement enthält ferner einen Ausgang, an dem ein Signal gebildet wird, dessen Wert die tatsächliche Rate bzw. Geschwindigkeit der Zufallsereignisse anzeigen soll.

— O —

Die Totzeit-Kompensationsschaltung weist Mittel zum Erfassen der Frequenz der Ereigniszählsignale und solche Mittel auf, die auf die Erfassungsmittel ansprechen, um eine übertragungsfunktion des aktiven Schaltungselements zu modifizieren, beispielsweise den Spannungsverstärkungsfaktor der geschlossenen Schleife des obigen Operationsverstärkers, und zwar als Funktion der Frequenz der Ereigniszählsignale. Der Wert des Ausgangssignals von dem aktiven Schaltungselement steigt und fällt allgemein linear mit der tatsächlichen Anzahl von Zufallsereignissen pro Zeiteinheit, und zwar unabhängig von dem Ereigniszählsignal-Anteil, der von den auf den Totzeit-Verlusten basierenden fehlerhaften Einzelzählsignalen gebildet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel naher erläutert. Die einzige Zeichnung 2eigt in schematischer Weise eine auf einem Geigerzähler basierende analoge Geschwindigkeits- bzw. Impulsfrequenz-Meßschaltung mit einer bevorzugten Ausführungsform einer Totzeit-Kompensationsschaltung nach der vorliegenden Erfindung.

Die Zeichnung zeigt eine Zufallsereignis-Zählschaltung, die als Teil ein Totzeit-Kompensationsmittel nach der vorliegenden Erfindung enthält. Aus den nachfolgenden Ausführungen ist ersichtlich, daß die dargestellte Zählschaltung eine Totzeit-Charakteristik hat, gemäß derer zwei oder mehrere während einer vorbestimmten Zeitperiode aufeinanderfolgende Zufallsereignisse in fehlerhafter Weise ein Signal erzeugen, das für nur eine einzige Ereigniszählung bezeichnend ist. Wie es zuvor ausgeführt wurde, ist es dem Fachmann klar, daß das Auftreten solcher fehlerhafter Einzelzählsignale ansteigt, wenn die Frequenz der Zufallsereignisse ansteigt; demnach steigt der Anteil der als Teil aller Ereigniszählsignale enthaltenen fehlerhaften Einzelzählsignale, wenn die Frequenz der erfaßten Zufallsereignisse ansteigt. Demnach haben die nachfolgend zu erörternden Totzeit-Kompensationsmittel den Zweck, das Ansprechen der Ereigniszählschaltung so zu korrigieren, daß fehlerhafte Einzelzählsignale kompensiert werden, die hauptsächlichbei großen Zählraten bzw. -geschwindigkeiten auftreten.

Die dargestellte Zeichnung enthält einen Zufallsereignisse erfassenden Wandler in Form eines Geiger-Müller Zählrohrs bzw. Geigerzählers 10 vom selbstlöschenden Typ. Ein bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend benutzter Geigerzähler wird von der TGM Detectors, Inc., Waltham, Massachusetts, hergestellt und als Modell Nr. N117 bezeichnet. Dieser Zählrohrtyp'ist besonders für Gamma-Strahlung empfindlich, wobei jedoch darauf hinzuweisen ist, daß auch andere Arten von Geigerzählern benutzt werden können, die hauptsächlich beispielsweise für ionisierende Beta- und Alpha-Partikel empfindlich sind, was von der jeweils erwünschten Anwendung des Zählers für Zufallereignisse abhängt. Der Geigerzähler 10 enthält einen Kathodenabschnitt 12, der gemäß Darstellung mit dem neutralen oder Erdungspunkt der Schaltung elektrisch verbunden ist. Das Zählrohr 10 enthält auch einen Anodenabschnitt 14, der gemäß Darstellung einen Abstand von dem Kathodenabschnitt 12 hat, wobei der Raum zwischen dem Anodenabschnitt 14 und dem Kathodenabschnitt 12 mit einem durch eine Strahlung ionisierbaren Gas gefüllt ist. Der Anodenabschnitt 14 ist 'mit einem Ende eines löschunterstützenden (quench-assisting) Widerstandes 16 (ein Erfordernis für das spezielle Modell N117) verbunden, wobei das andere Ende dieses Widerstandes mit einem Ende eines Lastwiderstandes 18 verbunden ist, dessen anderes Ende an eine geeignete Hochspannungsquelle angeschlossen ist. Gemäß der Darstellung wird eine Gleichspannung squelle mit einer Spannung von +600 Volt für den oben angegebenen Geigerzähler 10 benutzt.

Ein Koppelkondensator 20 ist mit seinem einen Ende an einen Verbindungs- bzw. Verzweigungspunkt 21 des löschunterstützenden Widerstandes 16 und des Lastwiderstandes 18 angeschlossen. Das andere Ende des Koppelkondensators 20 ist mit dem nicht invertierenden Eingang 22 eines Spannungskomparators 24 verbunden. Ein leistungsarmer Spannungskomparator vom bipolaren Typ 3302, der von der Motorola Semiconductor Products, Inc., Austin, Texas, hergestellt wird, wurde in zufriedenstellender Weise bei der praktischen-Durchführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt. Der invertierende Eingang 26 des Spannungskomparators 24 ist elektrisch mit dem neutralen oder Erdungspunkt der Schaltung

verbunden.

Ein erstes Spannungsteilernetzwerk: 30 weist einen ersten schwellwertbestimmenden Widerstand 32 in Reihe mit einem zweiten schwellwertbestimmenden Widerstand 34 auf. Ein Ende des Netzwerks 30 ist mit einer geeigneten Niederspannungsquelle verbunden, wie gemäß der Darstellung mit einer Gleichspannungsquelle mit einer Spannung von +5 Volt. Das andere Ende des Netzwerks 30 ist wie auch der invertierende Eingang 26 des Spannungskomparators 24 mit dem elektrisch neutralen oder Erdungspunkt der Schaltung verbunden. Der Verzweigungspunkt 33 des Netzwerks 30 ist an den nicht invertierenden Eingang 22 des Komparators 24 über eine einen Schwellwert zuführende Leitung 36 angeschlossen. Der Ausgang 28 des Spannungskomparators 24 ist mit einem Ende eines Hochzieh-Widerstandes 29 verbunden, dessen anderes Ende mit der +5 Volt Gleichspannungsquelle verbunden ist. Dem Fachmann ist es geläufig, daß der Hochzieh-Widerstand 29. in Abhängigkeit von dem jeweils benutzten Typ des Komparators 24 für einen zufriedenstellenden Betrieb desselben erforderlich oder überflüssig ist. Im vorliegenden Fall macht der benutzte Spannungskomparator vom Typ 3302 einen geeigneten Hochzieh-Widerstand erforderlich.

Die dargestellte Schaltung enthält ferner einen von der Motorola Semiconductor Products, Inc., Austin, Texas, hergestellten monostabilen Multivibrator 40 vom Typ 14 538. Zum Multivibrator 40 gehört ein Tor 40a mit einem positiven Triggereingang 41 und einem negativen Triggereingang 42, wobei der letztere gemäß Darstellung mit dem Ausgang 28 des Spannungskomparators 24 verbunden ist. Wie es in der Technik bekannt ist, schaltet der monostabile Multivibrator 4 0 nach einem Triggervorgang von einem Ruhezustand in einen Triggerzustand, um in diesem während einer festen Zeitperiode zu verbleiben und dann in den Ruhezustand zurückzukehren. Diese feste Zeitperiode wird von einem zeitbestimmenden Widerstand 44 und einem zeitbestimmenden Kondensator 45 festgelegt (das heißt die Zeitdauer des getriggerten Zustands des Multivibrators 40 entspricht dem Produkt der Werte des Widerstandes 44 und des Kondensators 45). Ein Ende des Widerstandes 44 ist mit der +5 Volt Gleichspannungsquelle verbunden, während das andere

Ende an einen geeigneten Anschluß des Multivibrators 40 und ein · Ende des Kondensators 45 angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit dem geeigneten Anschlußstift des Multivibrators 40 verbunden ist. Dieser enthält einen Q-Ausgang mit einer Q-Ausgangsleitung 46 und einen komplementären bzw. ^-Ausgang mit einer Q-Ausgangsleitung 48. Dem Fachmann ist es klar, daß dann, wenn die Q-Ausgangsleitung 46 einen niedrigen oder logischen Null-Zustand einnimmt, die Q-Ausgangsleitung 48 einen hohen oder logischen Eins-Pegel aufweist, und umgekehrt. Eine ein erneutes Triggern unterdrückende Leitung 43 verbindet die Q-Ausgangsleitung 46 mit dem positiven Triggereingang 41 des Tors 40a, und zwar für noch zu erläuternde Zwecke.

Die Q-Ausgangsleitung 46 liefert ein Eingangssignal an eine herkömmliche Ladungspumpmeßschaltung (charge pump rate meter circuit) 50, die einen Ladekondensator 52, eine Ladediode 54, eine Entladediode 53 und einen Operationsverstärker 56 enthält. Ein von der RCA Inc., Solid State Division, Somerville, New Jersey, hergestellter Operationsverstärker vom Typ 3160 hat sich bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung als zufriedenstellend erwiesen. Im einzelnen ist die Q-Ausgangsleitung 46 mit einem Ende des Ladekondensators 52 verbunden, dessen anderes Ende an die Anode der Ladediode 54 und die Kathode der Entladediode 53 angeschlossen ist, wobei die Kathode der Ladediode gemäß Darstellung mit dem neutralen oder Erdungspunkt der Schaltung verbunden ist. Die Anode der Entladediode 53 ist an den invertierenden Eingang 55 des Operationsverstärkers 56 angeschlossen, der ein aktives Schaltungselement bildet, während der nicht invertierende Eingang 57 mit dem neutralen oder Erdungspunkt der Schaltung verbunden ist. Ein geeigneter Offsetnullungs-Widerstand (offset nulling resistor) 59 vom Potentiometertyp ist gemäß der Darstellung mit geeigneten Anschlüssen des Operationsverstärkers 56 und mit dem neutralen oder Erdungspunkt der Schaltung verbunden.

Wie es dem Fachmann geläufig ist, bestimmt die Frequenz der Impulse auf der zu der Meßschaltung 50 führenden Q-Ausgangsleitung 46 den Wert einer Gleichspannung an der Ausgangsleitung 58 des

Operationsverstärkers 56. Die Regelschleifen-Spannungsverstärkung (eine übertragungsfunktion) des Operationsverstärkers 56 wird von einem zweiten Spannungsteiler-Netzwerk 61 bestimmt, das zwischen die Ausgangsleitung 58 und den neutralen oder Erdungspunkt der Schaltung geschaltet ist. Ein filternder oder integrierender Kondensator 60 vom herkömmlichen Rückkopplungstyp ist zwischen einen Eingang 55 und den Ausgang 58 des Operationsverstärkers geschaltet. Bei der bevorzugten Ausführungsform enthält das zweite Spannungsteiler-Netzwerk 61 einen ersten Widerstand 62, dessen eines Ende mit der Ausgangsleitung 58 und dessen anderes Ende gemäß Darstellung mit einem Ende eines zweiten Widerstandes 63 vom Potentiometertyp verbunden ist. Das andere Potentiometer-Ende ist mit einem Ende eines dritten Widerstandes 64 verbunden, dessen anderes Ende an den neutralen oder Erdungspunkt der Schaltung angeschlossen ist. Die an dem widerstandsvariablen Abgriff 63a des Potentiometers 53 erhaltene Spannung gelangt über eine Leitung 65 zu einem herkömmlichen Netzwerk 70 zum Bestimmen des augenblicklichen Verstärkungsfaktors bzw. Meßbereiches. Dieses Maßstabs-Netzwerk 70 enthält beispielsweise erste, zweite und dritte Multiplikator-Widerstandsabschnitte 71, 72, 73 und einen drei Positionen aufweisenden einpoligen Schalter 75 mit einem gemeinsamen Schalter-Pol 76, der das Netzwerk 70 mit dem invertierenden Eingang 55 des Operationsverstärkers 56 verbindet. Es ist festzustellen und für den Fachmann klar ersichtlich, daß das Maßstabs-Netzwerk 70 ein herkömmliches Mittel zum Änderen des Bereiches der analogen Impulsfrequenzmeßschaltung 50 darstellt. Das Netzwerk 70 könnte durch einen einzigen Widerstand ersetzt worden, wenn an einem Meßgerät 90 nur ein einziger Meßbereich erwünscht ist. In einem solchen Fall würde die Leitung 65 über diesen einzigen Widerstand mit dem invertierenden Eingang 55 des Operationsverstärkers 56 verbunden sein.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung fungiert ein die Spanhungsverstärkung der Regelschleife variierender Widerstand 84 als ein Totzeitkompensation-Schaltungselement, indem die Spannungsverstärkuncj* des Operationsverstärkers 56 als Funktion der Frequenz und Dauer (das heißt Lastzyklus) der Impulse an der Q-Ausgangsleitung 48 verändert wird. Ein Ende des Widerstandes 84 ist

mit der Ausgangsleitung 58 des Operationsverstärkers 56 verbunden, während das andere Ende des Widerstandes 84 an den Eingang eines Analogschalters 80 angeschlossen ist/ dessen Ausgang über eine Leitung 86 mit dem Verzweigungspunkt 66 der Widerstände 62 und 63 verbunden ist. Das Ein- und Ausschalten des Analogschalters wird durch den Logikzustand an einer Analogschalter-Steuereingangsleitung 82 bestimmt, die gemäß Darstellung mit der Q-Ausgangsleitung 48 verbunden ist. Wenn diese einen 'hohen' Pegel hat, ist der Schalter 80 geschlossen. Wenn die Q-Ausgangsleitung 48 umgekehrt einen 'niedrigen' Pegel hat, wird der Schalter 80 geöffnet, so daß die Operationsverstärkerschaltung einen größeren Spannungsverstärkungsfaktor hat.

Wenn sich der Analogschalter 80 in einem geschlossenen Zustand befindet, sind die Widerstände 84 und 62 gemäß der Darstellung parallelgeschaltet, so daß der wirksame Widerstand zwischen dem Verzweigungspunkt 66 und der Ausgangsleitung 58 vermindert wird. Für den Fachmann ist es klar, daß der Lastzyklus bzw. die Zeitperiode, während derer der Schalter 80 geschlossen ist, den Spannungsverstärkungsfaktor der Regelschleife der Operationsverstärker-Schaltung bestimmt.

Es erfolgt nunmehr eine detailliertere Erörterung der Betriebsweise der dargestellten Schaltung. Im Fall der dargestellten bevorzugten Ausführungsform begründet ein Gamma-Photon eine Ionisation des Gases zwischen der Anode 14 und der Kathode 12 des Geigerzählers 10, wobei ein von dem Lastwiderstand 18 erzeugtes negatives Impulssignal über den Koppelkondensator 20 zu dem nicht invertierenden Eingang 22 des Komparators 24 übertragen wird. Das dem Spannungskomparator 24 zugeordnete Netzwerk 30 setzt eine Schwellwertspannung, die die über den Kondensator 20 zum Eingang 22 geleiteten Impulse übersteigen müssen, um einen entsprechenden Logikpegel-Impuls an der Ausgangsleitung 28 des Komparators" 24 zu erzeugen. Tatsächlich arbeitet das Netzwerk 30 in Verbindung mit dem Komparator 24 als ein Störfilter, um an der Ausgangsleitung 28 das Erzeugen falscher Impulse zu vermeiden, die nicht für ein von dem Geigerzähler 10 erfaßtes Auftreten eines ionisierenden Zufallsereignisses bezeichnend oder hierdurch begründet sind. Es

ist in der Technik auch bekannt, daß der Geigerzähler 10, nach-, dem er über den Koppelkondensator 20 einen ein Gamma-Photon bezeichnenden Impuls geschickt hat, eine vorbestimmte Zeitperiode zum Regenerieren benötigt, bis er wieder zum Erzeugen eines anderen Impulses in der Lage ist, wenn ein weiteres Gamma-Photon das Zählrohr 10 beaufschlagt oder auf dieses auftrifft. Diese Regenerierungszeit plus der Zeit der Impulssignalerzeugung durch das'Zählrohr stellt die Totzeit des Geigerzählers 10 dar. Die Totzeit des spezifizierten Zählrohrs beträgt etwa 50 Mikrosekunden. Da das Erzeugen von Gamma-Photonen und anderer Atompartikel echte Zufallsereignisse darstellt, kann eine Situation auftreten, bei der zwei oder mehrere Gamma-Photonen in schneller Folge während einer Zeitperiode erzeugt werden, die kleiner als die Totzeitperiode des Zählrohrs 10 ist. Unter solchen Bedingungen kann ein über den Koppelkondensator 20 zum Spannungskomparator 24 gelangendes einziges Impulssignal tatsächlich für zwei oder mehrere Gamma-Photonen bezeichnend sein, die auf den Geigerzähler 10 auftreffen. Dieses fehlerhafte einzelne Zählsignal, das heißt das einzelne über den Koppelkondensator 20 gelangende Impulssignal, das tatsächlich von zwei oder mehreren, schnell aufeinanderfolgenden, auf das Zählrohr 10 auftreffenden Gamma-Photonen erzeugt Wird, stellt einen größeren Teil der gesamten über den Kondensator 20 gelangenden Signale dar, wenn die Frequenz der auf das Zählrohr 10 auftreffenden Gamma-Photonen ansteigt. Somit enthalten die Logikpegel-Impulse am Ausgang 28 des Spannungskomparators 24 einen Anteil fehlerhafter einzelner Zählsignale oder -impulse, wobei dieser Anteil von der Frequenz der auf das Zählrohr auftreffenden ionisierenden Partikel, das heißt der Gamma-Photonen, abhängt. Bei relativ kleinen Zählgeschwindigkeiten ist die Anzahl der fehlerhaften einzelnen Zählsignale am Ausgang 28 relativ klein, während bei einer großen Zählgeschwindigkeit die Anzahl der am Ausgang an der Leitung 28 erzeugten fehlerhaften einzelnen Zählimpulse groß ist. Alle Impulse, einschließlich der fehlerhaften einzelnen Zählimpulse am Komparator-Ausgang 28, werden dem monostabilen Multivibrator 40 eingegeben. Die ein erneutes Triggern unterbindende Leitung 43 stellt in herkömmlicher Weise sicher, daß der monostabile Multivibrator 4 0 nicht durch einen Impuls an der Leitung 28 getriggert werden kann, der dem negativen

Triggereingang 42 zugeführt wird, wenn sich das Flip-Flop 40 in seinem getriggerten Zustand befindet. Bei der dargestellten Schaltung ist die feste Zeitperiode, während derer sich der monostabile Multivibrator in seinem getriggerten Zustand befindet, kleiner als die Totzeit des Geiger-Müller Zählrohrs 10. Dieses ist jedoch nicht notwendigerweise ein Erfordernis zum praktischen Durchführen der vorliegenden Erfindung, da diese auch dann funktioniert, wenn durch die Zeitperiode des Multivibrators begründete zusätzliche Totzeit-Verluste größer als die Totzeit des Geigerzählers sind.

Wenn der monostabile Multivibrator 40 beim Auftreten eines Eingangsimpulses an der Leitung 28 von seinem Ruhezustand in seinen getriggerten Zustand umschaltet, ändern sich die logischen Zustände an der Q-Ausgangsleitung 46 und der Q-Ausgangsleitung 48. Diese veränderten Zustände bleiben erhalten, bis der monostabile Multivibrator 40 in seinen Ruhezustand zurückkehrt. Die feste Zeitperiode des getriggerten Zustands wird in der zuvor erläuterten Weise von dem Widerstand 44 und dem Kondensator 45 bestimmt.

Im getriggerten Zustand des monostabilen Multivibrators 40 hält die Q-Ausgangsleitung 48 den Analogschalter 80 gemäß der Darstellung in einem offenen Zustand, während die Q-Ausgangsleitung 46 ein volles Aufladen des Kondensators 52 über die Diode 54 begründet. Wenn der monostabile Multivibrator 40 in seinen Ruhezustand zurückkehrt, schließt der Analogschalter 80, so daß der Widerstand 84 parallel zum Widerstand 62 geschaltet wird, wodurch der Regelschleifen-Spannungsverstärkungsfaktor des das Meßgerät 90 antreibenden Operationsverstärkers 56 bewirkt bzw.. beeinflußt wird. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn die Schaltfrequenz des monostabilen Multivibrators ansteigt, der auf dem Entladen des Kondensators 52 über die Diode 53 beruhende Strom ansteigt, so daß die Gleichspannung an der Leitung 58 zu dem Operationsverstärker 56 steigt, wobei das Meßgerät 90 eine Vergrößerung der Zählgeschwindigkeit anzeigt. Es ist auch ersichtlich, daß der Lastzyklus bzw... der Anteil der Zeit, während derer der Analogschalter 80 offen ist, ansteigt, wenn die Impulszufuhr zur Meßschaltung ansteigt. Somit wird der Schleifenverstärkungsfaktor des Verstär-

kers 56 nicht linear, das heißt die Spannungsverstärkung des Verstärkers 56 ist bei größeren Zählgeschwindigkeiten größer als bei kleinen Zählgeschwindigkeiten, um so die Totzeit-Verluste des Geigerzählers 10 zu kompensieren. Der Widerstand 84 und der Analpgschalter 80 fungieren tatsächlich als ein auf die Zählimpulsgeschwindigkeit der Zufallsereignisse ansprechendes Mittel zum Modifizieren der übertragungsfunktion, das heißt des Verstärkungsfaktors, des aktiven Schaltungselements, das heißt des Operationsverstärkers 56, als Funktion der Frequenz des Zufallsereignis-Zählsignals- Somit steigt und fällt die dem Meßgerät 90 zugeführte Gleichspannung am Ausgang 58 des Operationsverstärkers 56 allgemein linear in Abhängigkeit von der tatsächlichen Anzahl der am Geigerzähler pro Zeiteinheit auftretenden Zufallsereignisse, und zwar unabhängig von dem Anteil der Ereigniszählsignale, die von fehlerhaften Signalzählsignalen gebildet werden, welche als Anteil enthalten sind.

Indem die Operationsverstärker-Schaltung so ausgebildet wird, daß sie in einer nichtlinearen Weise (bestimmt durch die ausgewählten Werte der Komponenten 44, 45, 62, 63, 64 und 84) als Funktion der Frequenz der über die Leitung 46 zugeführten Impulse arbeitet, kann das Meßgerät 90 die tatsächliche Frequenz der am Geigerzähler 10 auftretenden Ereignisse anzeigen, und zwar im Gegensatz zu der Frequenz der Impulse an der Leitung 46. Dabei wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 56 so eingestellt, daß der Notwendigkeit für eine vergrößerte Totzeitkompensation infolge der vergrößerten Verluste bei Hochfrequenzzählungen entsprochen ist.

Es ist festzustellen, daß die Position des Schalters 75 den Maßstab bzw. Meßbereich des Meßgerätes 90 bestimmt. Wenn sich der Schalter in der dargestellten Position befindet, ergibt sich für das Meßgerät beispielsweise eine 1 : 1 Korrespondenz zwischen der angezeigten Zählgeschwindigkeit und der Zählgeschwindigkeit der tatsächlich auf den Geigerzähler 10 auftreffenden Ereignisse. Wenn der Schalter 75 in die Mittenposition bewegt wird, würde die Anzeige'am Meßgerät 90 beispielsweise mit 10 multipliziert, während beim Bewegen des Schalters 75 in die unterste Position die Anzeige am Meßgerät ein Multiplizieren mit 100 erforderlich

machen würde.

Das Meßgerät 90 könnte durch ein Digital-Voltmeter ersetzt werden. Der ein aktives Schaltungselement bildende Operationsverstärker 56 könnte mit anderen Komponenten durch ein System vom Mikroprozessortyp ersetzt werden, das als ein aktives Schaltungselement entsprechend der Erfindung anspricht. Das heißt, daß sich die Übertragungsfunktion der Schaltungsanordnung zwischen dem Meßgerät 90 und dem Geigerzähler 10 ändert und daß somit die Schaltungsanordnung in einer nichtlinearen Weise als Funktion der Frequenz von Ereigniszählungen anspricht, um so irgendwelche Totzeit-Verluste in der Schaltungsanordnung zu kompensieren.

Während die Erfindung im Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform dargestellt und beschrieben ist, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Variationen und Modifikationen vorgenommen werden..

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   /1 .' Totzeit-Kompensationsschaltung für einen Strahlungsdetektor bzw. eine Zufallsereignis-Zählschaltungsanordnung vom Impulsfrequenz-Meßtyp mit einer Totzeitcharakteristik, wobei zwei oder mehrere aufeinanderfolgende Zufallsereignisse während einer vorbestimmten Zeitperiode in fehlerhafter Weise ein Ereigniszählsignal erzeugen, das für nur eine Einzelzählung bezeichnend ist, wobei ferner das Auftreten solcher fehlerhafter Einzelzählsignale mit dem Ansteigen der Frequenz der Zufallsereignisse ansteigt und wobei die Zufallsereignis-Zählschaltungsanordnung aktive Schaltelementmittel enthält, die einen Eingang haben, der auf die Ereigniszählsignale anspricht, welche als Anteil die fehlerhaften Einzelzählsignale enthalten, und die an ihrem Ausgang ein Signal erzeugen, dessen Wert den tatsächlichen Betrag der Zufallsereignisse angeben soll, gekennzeichnet durch Mittel zum Erfassen der Frequenz der Ereigniszählsignale und durch auf die Erfassungsmittel ansprechende Mittel, die eine übertragungsfunktion der aktiven Schaltelementmittel als Funktion der Frequenz der Ereigniszählsignale so modifizieren, daß der Wert der Ausgangssignale von den Schaltelementmitteln mit der tatsächlichen Anzahl der Zufallsereignisse pro Zeiteinheit allgemein linear ansteigt und abfällt, und zwar ohne Rücksicht auf den Anteil der von den fehlerhaften Einzelzählsignalen gebildeten Ereigniszählsignalen .
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelementmittel einen Verstärker (56) darstellen, der auf die Ereigniszählsignale in einer nichtlinearen Weise anspricht, wenn die Frequenz der Ereigniszählsignale ansteigt, wobei der

   ■ · a-

   Verstärkungsfaktor des Verstärkers bei höheren Ereigniszählfrequenzen größer als bei kleineren Ereigniszählfrequenzen ist.
3. 3. Totzeit-Kompensationsschaltung für einen Strahlungsdetektor bzw. eine Zufallsereignis-Zühlschaltungsanordnung vom Impulsfrequenz-Meßtyp mit einer Totzeitcharakteristik, wobei zwei oder mehrere aufeinanderfolgende Zufallsereignisse während einer vorbestimmten Zeitperiode in fehlerhafter Weise ein Ereigniszählsignal erzeugen, das für nur eine Einzelzählung bezeichnend ist, wobei ferner das Auftreten solcher fehlerhafter Einzelzählsignale mit dem Ansteigen der Frequenz der Zufallsereignisse ansteigt und wobei die Zufallsereignis-Zählschaltungsanordnung Operationsverstärker-Schaltungsmittel enthält, die einen Eingang haben, der auf die Ereigniszählsignale anspricht, welche als Anteil die fehlerhaften Einzelzählsignale enthalten, und die an ihrem Ausgang ein Signal erzeugen, dessen Wert den tatsächlichen Betrag der Zufallsereignisse angeben soll, gekennzeichnet durch Mittel zum Erfassen der Frequenz der Ereigniszählsignale und durch auf die Erfassungsmittel ansprechende Mittel zum Verändern des Spannungsverstärkungsfaktors der geschlossenen Schleife des Operationsverstärkers als Funktion der Frequenz der Ereigniszählsignale in der Weise, daß der Wert des Ausgangssignals von dem Operationsverstärker entsprechend der tatsächlichen Anzahl der Zufallsereignisse pro Zeiteinheit allgemein linear ansteigt und abfällt, und zwar ohne Rücksicht auf den Anteil der von den fehlerhaften Einzelzählsignalen gebildeten Ereigniszählsignale.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen der Frequenz der Ereigniszählsignale einen normalerweise leitenden Analogschalter (80) enthalten, der bei jedem die Ereigniszählsignale bildenden Signal während einer festen Zeitperiode in einen nichtleitenden Zustand geschaltet wird, daß die Kompensationsschaltung ferner ein Kompensationsschaltungselement (84) für die Spannungsverstärkung der geschlossenen Schleife enthält, wobei dieses Element über den Analogschalter an einen die Spannungsverstärkung bestimmenden

   Abschnitt (70) der Operationsverstärker-Schaltungsmittel nur dann angeschlossen ist, wenn sich der Analogschalter in dem leitenden Zustand befindet, wobei die Verstärkung der Operationsverstärker-Schaltungsmittel von dem Last- bzw. Arbeitszyklus des Analogschalters abhängt.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Spannungsverstärkung bestimmende Abschnitt der Operationsverstärker-Schaltungsmittel von einem mit dem Operationsverstärker (56) verbundenen Widerstandsnetzwerk (70) gebildet ist, dessen wirksamer Widerstand von dem Last- bzw. Arbeitszyklus des Analogschalters (80) bestimmt ist.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement für die Verstärkungskompensation ein Widerstand (84) ist, der nur dann parallel zu einem die Verstärkung bestimmenden Widerstand (62) der Operationsverstärker-Schaltungsmittel geschaltet ist, wenn sich der Analogschalter (80) in einem leitenden Zustand befindet.
7. 7. Schaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen monostabilen Multivibrator (40) , wobei die feste Zeitperiode, während derer der Analogschalter (80) nicht leitet, von dem monostabilen Multivibrator bestimmt ist, der durch jedes der Ereigniszählsignale getriggert wird.
8. 8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Zeitperiode kleiner als die vorbestimmte Periode der Totzeit ist.