DE3718649A1 - Strahlungsmessgeraet zur messung einer ionisierenden strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlungsmeßgerat der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Die einzelnen Strahlungsdetektoren eines Strahlungsdetektortypes erzeugen im Feld einer ionisierenden Strahlung bei der Einwirkung der gleichen Strahlungsintensität unterschiedliche Impulsraten, die beträchtlich voneinander abweichen können. Um diese Streuung der Kennlinien der einzelnen Strahlungsdetektoren auszugleichen, enthalten Strahlungsmeßgeräte zur Messung einer ionisierenden Strahlung Schaltungsanordnungen, die eine einstellbare Anzahl von Impulsen der von den Strahlungsdetektoren erzeugten Impulsraten unterdrücken. Diese Schaltungsanordnungen sind so eingestellt, daß sie am Ausgang eine Impulsrate erzeugen, die von der Kennlinie des verwendeten Strahlungsdetektors weitgehend unabhängig ist und im wesentlichen nur noch von der Intensität der ionisierenden Strahlung abhängt.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bei einem aus der DE-PS 26 34 231 bekannten Strahlungsmeßgerät eine im Signalweg angeordnete Torschaltung, die von einem Impulsgenerator gesteuert ist. Die Torzeit für die von dem Strahlungsdetektor erzeugte Impulsrate wird mit der Impulsbreite der von dem Impulsgenerator erzeugten Impulse eingestellt und bestimmt die durchschnittliche Anzahl der unterdrückten Zählimpulse der Impulsrate.

Da die Zählimpulse einer Impulsrate statistisch verteilt sind, wird im Strahlungsmeßgerät aus der Zählrate ein Mittelwert für den Meßwert gebildet. Diese Mittelwertbildung benötigt eine bestimmte Integrationszeit. Mit abnehmender Intensität der ionisierenden Strahlung wird die Häufigkeit der Zählimpulse der Zählrate geringer. Damit wird auch die Integrationszeit für die Mittelwertbildung größer. Bei kleinen zu messenden Intensitäten kann die Integrationszeit für die Bildung eines hinreichend genauen Mittelwertes so lange werden, daß die Messung eines Intensitätsverlaufes einer ionisierenden Strahlung nahezu unmöglich wird. In diesem Fall wirkt sich die Unterdrückung von Zählimpulsen besonders nachteilig aus, da sie die untere Grenze einer noch hinreichend genau meßbaren Intensität einer ionisierenden Strahlung erheblich anhebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahlungsmeßgerät der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art so auszubilden, daß auch der Verlauf kleiner Intensitäten eines ionisierenden Strahlungsfeldes hinreichend genau gemessen werden kann. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Maßnahmen nach der Erfindung werden bei der Umwandlung der Kennlinie des verwendeten Strahlungsdetektors in eine gerätebezogene Kennlinie keine Zählimpulse unterdrückt, sodaß alle Zählimpulse der von dem Strahlungsdetektor erzeugten Impulsrate zur Mittelwertbildung beitragen und damit die Integrationszeit verkürzen. Darüber hinaus tragen auch die vom Impulsgenerator erzeugten Impulse zur Mittelwertbildung bei, sodaß dadurch die Integrationszeit für die Mittelwertbildung noch weiter verkürzt wird. Dadurch wird es möglich, mit einem Strahlungsmeßgerät nach der Erfindung Intensitätswerte einer ionisierenden Strahlung bis hinab in den Intensitätsbereich der natürlichen ionisierenden Umweltstrahlung hinreichend genau zu messen.

Im allgemeinen hängt die Bildung des Meßwertes wesentlich von der Form der Zählimpulse ab. Deshalb wird der Schaltungsanordnung zur Bildung des Meßwertes im allgemeinen ein Impulsformer vorgeschaltet, der aus den Zählimpulsen einen definierten Impuls für die Meßwertbildung erzeugt. Diese Impulsformer erfordern jedoch einen hohen Aufwand zur Temperaturstabilisierung, damit der Meßwert weitgehend temperaturstabil wird. Wird nach einem der Unteransprüche der Signalweg der vom Impulsgenerator erzeugten Impulse im wesentlichen in der gleichen Weise ausgebildet wie der Signalweg für die Zählimpulse des Strahlungsdetektors ausgebildet, entsteht dadurch in einfacher Weise eine Temperaturkompensation, die den Meßwert in hohem Grade und in weitem Temperaturbereich temperaturunabhängig und auch von anderen Umgebungseinflüssen unabhängig macht.

Die Impulsfrequenz des Impulsgenerators wird in vorteilhafter Weise so bemessen, daß die gemessenen Intensitätswerte der ionisierenden Strahlung auf der Anzeigeanordnung unmittelbar und ohne besondere zusätzliche Mittel in den Einheiten der zugehörigen Intensitätsgröße angezeigt werden.

Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere bezüglich der Bemessung der Impulsfrequenz des Impulsgenerators und der Ausbildung der Verhältniswertschaltung. Bei einer in den Unteransprüchen angegebenen Verhältniswertschaltung ist die Höhe des Ausgangswertes der Verhältniswertschaltung für den Verhältniswert "Eins" unabhängig von der Ladespannung der Ladekondensatoren der den Integrationskondensator speisenden Stromquellen. Mit der Höhe dieser Ladespannung kann jedoch die Neigung der Gerätekennlinie des Strahlungsmeßgerätes verändert werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verhältniswertschaltung wird es somit möglich, die Kennlinie des Meßgerätes auf zwei bestimmte Punkte des Anzeigebereiches des Meßgerätes festzulegen, ohne daß dazu mehrmals auf die beiden Anzeigepunkte abgeglichen werden muß, wie dies sonst bei einem Zweipunktabgleich notwendig ist. Dieser Zweipunktabgleich bringt gegenüber dem sonst beim Stand der Technik üblichen Einpunktabgleich eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig 1 ein Blockschaltbild eines Strahlungsmeßgerates

Fig 2 Ausgangskennlinien einer Verhältniswertschaltung eines in Fig. 1 dargestellten Strahlungsmeßgerätes.

Das in Fig. 1 dargestellte Strahlungsmeßgerät zur Messung der Intensität einer ionisierenden Strahlung 1 enthält einen Strahlungsdetektor 2, der unter der Einwirkung dieser ionisierenden Strahlung Zählimpulse 3 erzeugt. Die Impulsrate dieser Zählimpulse 3 entspricht der Intensität der gemessenen ionisierenden Strahlung 1. Die Zählimpulse 3 werden in einem Impulsverstärker 4 verstärkt und gelangen über einen elektronischen Schalter 5 in einen Impulsformer 6, der aus den Zählimpulsen 3 Impulse 8 einer bestimmten Impulsfläche bildet und über einen weiteren elektronischen Schalter 9 dem ersten Signaleingang 10 einer Verhältniswertschaltung 11 zuführt.

Außerdem enthält das in Fig. 1 dargestellte Strahlungsmeßgerät einen Impulsgenerator 12, der über einen einstellbaren Frequenzteiler 13 und einen dem Impulsformer 6 im Meßsignalweg 14 entsprechenden Impulsformer 15, sowie über zwei elektronische Schalter 16 und 17 an einen zweiten Signaleingang 18 der Verhältniswertschaltung 11 angeschlossen ist. Der Impulsgenerator 12 enthält im dargestellten Ausführungsbeispiel einen weiteren Frequenzteiler 19, an dessen Ausgänge 20 und 21 die Eingänge der Impulsformer 6 und 15 oder die Signaleingänge 10 und 18 der Verhältniswertschaltung 11 anschließbar sind.

Die Verhältniswertschaltung 11 enthält zwei elektronische Schalter 22 und 23, die von den Ausgangsimpulsen 8 und 24 während der Impulszeit der Impulse 8 und 24 durchlässig geschaltet sind. Die beiden elektronischen Schalter 23 und 24 verbinden zwei Stromquellen 25 und 26, die je aus einem Ladekondensator 27 und 28 und einem vorgeschalteten hochohmigen Widerstand 29 und 30 gebildet sind, mit einem Integrationskondensator 31 der Verhältniswertschaltung 11. Die Ladekondensatoren 27 und 28 sind an Anzapfanschlüsse 32 und 33 eines Spannungsteilers 34 angeschlossen, der aus den Widerständen 35 bis 38 gebildet ist. Am Integrationskondensator 31 entsteht der Verhältniswert U _V , der als Meßwert U _M für das Strahlungsmeßgerät verwendet wird.

Der spannungsseitige Anschluß des Integrationskondensators 31 bildet den Signalausgang 39 der Verhältniswertschaltung 11. An diesen Signalausgang 39 ist eine Anzeigeanordnung 40 des Strahlungsmeßgerätes angeschlossen. Sie enthält im dargestellten Ausführungsbeispiel in ihrem Signalweg 41 einen Meßverstärker 42, einen Einstellwiderstand 43 und eine Meßwertanzeige 44. Der Signalweg 41 der Anzeigeanordnung 40 endet in einem Anzapfanschluß 45 eines Spannungsteilers 46, der als Kompensationsspannungsquelle dient. Der Spannungsteiler 34 der Verhältniswertschaltung 11 und der Spannungsteiler 46 der Anzeigeanordnung 40 sind an eine gemeinsame Versorgungspannung U _B angeschlossen.

Die von den Zählimpulsen 3 im Impulsformer 6 erzeugten Ausgangsimpulse 8 schalten den elektronischen Schalter 22 während ihrer Impulsdauer in den leitenden Zustand. Der Impulsgenerator 12 erzeugt eine Impulsfolge 47 einer bestimmten Impulsfrequenz, die entsprechend der Einstellung eines Bereichswahlschalters 48 im Frequenzteiler 13 um eine oder mehrere Zehnerpotenzen geteilt werden kann. Die von den Ausgangsimpulsen 49 des Frequenzteilers 13 im Impulsformer 15 ausgelösten Ausgangsimpulse 24 schalten während ihrer Impulsdauer den elektronischen Schalter 23 der Verhältniswertschaltung 11 in den leitenden Zustand. Der von den Zählimpulsen 3 gesteuerte elektronische Schalter 22 verbindet den Integrationskondensator 31 der Verhältniswertschaltung 11 mit der Ladestromquelle 25. Der von der Impulsfolge 47 des Impulsgenerators 12 gesteuerte elektronische Schalter 23 verbindet den Integrationskondensator 31 mit der Entladestromquelle 26. Die Schaltungsanordnung der Verhältniswertschaltung 11 ist bezüglich des Spannungsanschlusses des Integrationskondensators 31 und damit bezüglich des Signalausganges 39 der Verhältniswertschaltung elektrisch symmetrisch ausgebildet. Dadurch baut sich an dem Integrationskondensator 11 eine Spannung U _V auf, die gleich dem arithmetischen Mittelwert der Spannungen U _II und U _I an den beiden Ladekondensatoren 27 und 28 der Stromquellen 25 und 26 ist, wenn beide Stromquellen im gleichen Maße an den Integrationskondensator angeschlossen werden. Dieser Fall wird eingestellt, wenn die beiden Signaleingänge 10 und 18 der Verhältniswertschaltung 11 über die elektronischen Schalter 9 und 17 gemeinsam an den Ausgang 20 des mit dem Impulsgenerator 12 verbundenen Frequenzteilers 19 verbunden werden. In diesem Fall liegt an beiden Signaleingängen 10 und 18 die gleiche Impulsfolge, sodaß die sich am Integrationskondensator 31 einstellende Integrationsspannung U _{V 1} dem Verhältniswert "Eins" entspricht. Dieser Spannungswert U _{V 1} muß auch dann erhalten bleiben, wenn die Signaleingänge 10 und 18 der Verhältniswertschaltung 11 über die Impulsformer 6 und 15 und die elektronischen Schalter 5 und 16 an den Ausgang 20 des Frequenzteilers 19 angeschlossen werden. Bei einer Abweichung von dieser Spannung wird im dargestellten Ausführungsbeispiel die Impulsbreite der Ausgangsimpulse 8 des Impulsformers 6 mittels eines verstellbaren zeitkonstanten Gliedes 50 so verändert, daß die Abweichung verschwindet. Mit der so vorgenommenen Einstellung erzeugt die Verhältniswertschaltung 11 eine Ausgangsspannung U _V , deren Spannungswert dem Verhältnis V der Impulsraten an den Signaleingängen 10 und 18 der Verhältniswertschaltung 11 entspricht. Der Verlauf des Spannungswertes dieser Ausgangsspannung U _V in Abhängigkeit vom eingangsseitigen Verhältniswert der Impulsraten ist schematisch in einer punktierten Kennlinie 51 im Diagramm der Fig. 2 dargestellt.

In das Diagramm der Fig. 2 sind außer der Kennlinie 51 noch die Kennlinien 52, 53 und 54 sowie die Linie 55 für die Ausgangsspannung U _{V 1} für das Impulsratenverhältnis V=1 eingezeichnet. Außerdem enthält das Diagramm eine schematische Darstellung einer Skala 56 der Meßwertanzeige 44 der Anzeigeanordnung 40. Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Skala 56 Markierungen bei den Intensitätseinheiten IE 0,5, 1,0, 4,0 und 10. Die Intensitätseinheit 1,0 entspricht im dargestellten Ausführungsbeispiel dem Impulsratenverhältnis V=1 mit der zugehörigen Integrationsspannung U _{V 1}, so daß die Markierung IE=1,0 auf der Spannungslinie 55 für den Spannungswert U _{V 1} liegt. Zeigt die Meßwertanzeige 44 diesen Wert 1,0 IE nicht an, wenn die Signaleingänge 10 und 18 der Verhältniswertschaltung 11 mit dem Ausgang 20 des Frequenzteilers 19 verbunden sind, dann wird mittels des Einstellwiderstandes 43 die Kennlinie 51 in Richtung des Pfeiles 57 so lange verschoben, bis sie im Diagramm der Fig. 2 durch den Einstellpunkt 58 geht. Damit die Kennlinie jedoch der Skala 56 entspricht, muß sie durch einen zweiten Einstellpunkt 59 verlaufen, wie dies für die Kennlinie 52 dargestellt ist.

Durch die elektrisch-symmetrische Ausbildung der Schaltungsanordnung der Verhältniswertschaltung 11 bezüglich des Integrationskondensators 31 und durch die Speisung der Stromquellen 25 und 26 über den Spannungsteiler 34 wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Kennlinie 52 des Verhältniswertsignals U _V um den Einstellpunkt 58 für das Eingangssignalverhältnis V=1 durch Verstellen des Stellwiderstandes 36 des Spannungsteilers 34 im Bereich der Kennlinien 53 und 54 gedreht werden kann, bis sie den Einstellpunkt 59 durchläuft, ohne daß sich dadurch der Dreh- oder Einstellpunkt 58 verändert. Die Drehung der Kennlinien erfolgt durch die Verschiebung der Ladespannung U _II des Ladekondensators 27 in den Grenzen U _IIa und U_IIi und durch die symmetrisch dazu verlaufende Verschiebung der Ladespannung U _I des Ladekondensators 28 der Stromquelle 26 in den Grenzen U _Ia und U_Ii in Folge der Veränderung des Spannungsteilerverhältnisses des Spannungsteilers 34.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der zweite Einstellpunkt 59 bei der Markierung für die Intensitätseinheit 4,0 auf der Skala 56 für ein eingangsseitiges Impulsratenverhältnis von V=4. Dieser Verhältniswert wird dadurch hergestellt, daß der erste Signaleingang 10 der Verhältniswertschaltung 11 über den elektronischen Schalter 9 und einen elektronischen Schalter 60 mit einem Eingang 21 des Frequenzteilers 19 verbunden wird, der gegenüber dem Ausgang 20 des Frequenzteilers 19 eine Impulsfolge mit der vierfachen Impulsfrequenz ausgibt, während der zweite Signaleingang 18 der Verhältniswertschaltung 11 über dem elektronischen Schalter 17 mit dem Ausgang 20 des Frequenzteilers 19 verbunden wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Strahlungsmeßgerätes können mittels des Bereichswahlschalters 48 mehrere Meßbereiche des Meßgerätes eingestellt werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel eines Strahlungsmeßgerätes wird zur Einstellung einzelner Meßbereiche des Strahlungsmeßgerätes nicht das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 13, sondern die Impulsbreite der Ausgangsimpulse 24 im Impulsformer 15 verstellt. Die letztere Möglichkeit ist in Fig. 1 mit dem umschaltbaren Widerstand 61 des zeitkonstanten Gliedes 62 andeutungsweise dargestellt.

Der Impulsgenerator kann zur Erhöhung der Meßgenauigkeit des Strahlungsmeßgerätes quarzgesteuert sein. Der Frequenzteiler 13, der dem Impulsgenerator 12 nachgeschaltet ist, kann in einer besonderen Ausbildung so eingestellt sein, daß er die vom Impulsgenerator erzeugte Impulsfolge 47 auf eine Impulsfolge herunterteilt, die der durchschnittlichen der Intensität Io der natürlichen ionisierenden Umweltstrahlung eines bestimmten geographischen Gebietes entspricht. Da alle im Strahlungsdetektor 2 erzeugten Zählimpulse 3 und alle Ausgangsimpulse 49 des Frequenzteilers 13 des Impulsgenerators 12 gleichwertig für die Steuerung der Verhältniswertschaltung 11 an deren Signaleingängen 10 und 18 verwendet werden, wird selbst bei derart kleinen Impulsraten eine noch vertretbare Integrationszeit zur Bildung der den Verhältniswert U _V darstellenden Integrationsspannung am Integrationskondensator 31 erreicht. In diesem Fall kann die gemessene Intensität einer Strahlung als Umweltfaktor in Vielfachen der Intensität Io der natürlichen ionisierenden Umweltstrahlung eines bestimmten geographischen Gebietes von der Meßwertanzeige 44 abgelesen werden.

Claims (9)

1. Strahlungsmeßgerät

• - mit wenigstens einem Strahlungsdetektor, der unter der Einwirkung einer ionisierenden Strahlung eine der Strahlungsintensität entsprechende Impulsrate erzeugt, und
• - mit einem Impulsratenwandler, der unter dem Einfluß der Impulsfolge eines Impulsgenerators konstanter Impulsfrequenz einen der Impulsrate entsprechenden Meßwert erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert (U _M ) das Verhältniswertsignal (I _V ) ist, den eine Verhältniswertschaltung (11) des Impulsratenwandlers aus der Impulsrate (7) des Strahlungsdetektors (2) und der Impulsfolge (47) des Impulsgenerators (12) bildet.

2. Strahlungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz der Impulsfolge (47) des Impulsgenerators (12) dem Wert einer Meßeinheit (JE) oder einer Zehnerpotenz dieser Meßeinheit entspricht, in der die Strahlungsintensität vom Meßgerät angezeigt wird.

3. Strahlungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz der Impulsfolge (47) des Impulsgenerators (12) dem durchschnittlichen Wert der Intensität (Jo) der natürlichen ionisierenden Umweltstrahlung eines bestimmten geographischen Gebietes entspricht.

4. Strahlungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Signaleingängen (10, 18) der Verhältniswertschaltung (11) je ein Impulsformer (6, 15) der gleichen Ausbildung vorgeschaltet ist.

5. Strahlungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz des Impulsgenerators (12) umschaltbar ist.

6. Strahlungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Verhältniswertschaltung (11) einen Integrationskondensator (31) enthält, der über zwei steuerbare Schalter (22, 23) an zwei gleiche, bezüglich des Integrationskondensators entgegengesetzt gepolte Stromquellen (25, 26) angeschlossen ist, und
• - daß der Steuereingang des einen steuerbaren Schalters (22) von den Impulsen der Impulsrate (7) des Strahlungsdetektors (2) gesteuert wird und der eine Signaleingang (10) der Verhältniswertschaltung ist und der Steuereingang des anderen steuerbaren Schalters (23) von den Impulsen der Impulsfolge (47) des Impulsgenerators (12) gesteuert wird und der andere Signaleingang (18) der Verhältniswertschaltung ist.

7. Strahlungsmeßgerat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die beiden Stromquellen (25, 26) je einen Ladekondensator (27, 28) enthalten, der an einen ihm zugeordneten Anzapfanschluß (32, 33) eines Spannungsteilers (34) angeschlossen und von diesem Anzapfanschluß über einen hochohmigen Widerstand (29, 30) mit dem zugehörigen steuerbaren Schalter (22, 23) verbunden ist,
• - daß der Widerstand (36, 37) zwischen den beiden Anzapfanschlüssen (32, 33) des Spannungsteilers (34) einstellbar ist und
• - daß die Schaltungsanordnung der Verhältniswertschaltung (11) bezüglich des Anschlusses des Integrationskondensators (31) elektrisch symmetrisch ausgebildet ist.

8. Strahlungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Signaleingänge (10, 18) der Verhältniswertschaltung (11) gemeinsam an den Ausgang (20) eines Impulsgenerators (12, 19) umschaltbar (Umschalter 9, 17) sind.