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Diese Erfindung betrifft einen dynamischen Eichmonitor und einen
Rückkopplungsregler zur Überwachung und Regulierung der an ein
Szintillationszählrohr als Strahlungsdetektor angelegten Hochspannung.
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Szintillationsrohre als Strahlungsdetektoren werden typischerweise
mit Hilfe einer ungeregelten Hochspannungs-Stromquelle mit Energie
versorgt. Jedoch kann sich die aus einer ungeregelten Stromquelle
austretende Ausgangsspannung sehr stark ändern, wenn sich die Belastung ändert. Das
Zählrohr und die Stromquelle bilden ein gekoppeltes System, in dem
physikalische Veränderungen in dem Zählrohr in vielen Fällen zu Änderungen der
Belastung bei der Stromversorgung mit einer entsprechenden Änderung der
Ausgangsspannung führen. Beispiele für solche physikalischen
Veränderungen sind Molekularlecks in der Zählrohrhülle, Schäden durch Staub oder
Vibration (einschließlich des Rauschens) und allgemeine Kontaktschäden.
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Die Empfindlichkeit eines Szintillationsrohrs als
Strahlungsdetektor hängt direkt zusammen mit seiner Speisespannung. Deshalb wirken sich
physikalische Veränderungen in dem Zählrohr und die diesen
entsprechenden Belastungs- und Spannungsänderungen direkt auf die Empfindlichkeit
des Detektors aus. Bei vielen Einsatzgebieten müssen Änderungen der
Empfindlichkeit des Detektors minimiert werden, so daß eine Form der
Spannungseichung und -überwachung notwendig ist. Des weiteren ist ein
begrenztes Maß an Rückkopplungsregelung erwünscht, damit automatisch
kleine Schwanktingen der Speisespannung ausgeglichen werden können. Somit ist
eine Vorrichtung zur überwachung der Eichungsveränderungen während der
Betriebsdauer des Zählrohrs und zur Regulierung der Spannung bei
Änderungen der Belastung erforderlich.
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In EF 203 325 werden Szintillationskamerageräte offenbart, bei denen
die Impulsspitzenhöhen der Strahlungsenergiesignale von den
Photovervielfachern mit Referenzspitzenwerten verglichen werden, um
Abweichungssignale zu gewinnen. Diese Abweichungssignale dienen dazu, die Spannungs-
Versorgung für die Photovervielfacher zu regulieren.
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In einem Artikel in "Nuclear Instruments & Methods in Physics
research", Bd. 242, Nr.2, Januar 1986, Amsterdam, Niederlande, Seiten 306 -
314, von M.S. Zucker mit dem Titel "An improved method for the
stabilisation of NaI-photomultiplier gamma detectors against thermal and other
drift" wird eine Rückkopplungsstabilisatorschaltung für einen
Photovervielfacher offenbart, bei der eine Alphateilchenquelle in die Röhre des
Photovervielfachers eingebettet ist. Die Temperatur und die elektrischen
Ansprecheigenschaften der Alphateilchenquelle dienen dazu, ein
Rückkopplungssignal zum Einstellen der Hochspannungsversorgung für den
Photovervielfacher abzusetzen.
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wit der Erfindung wird eine Regulierungsvorrichtung für ein
Szintillationszählrohr zur Regulierung der Ausgangsspannung von einer
Stromquelle zu einem Szintillationszählrohr geschaffen, gekennzeichnet durch
Einrichtungen zur Umwandlung der Impulsbreite eines erkannten Signalimpulses
in ein lineares Signal, wobei das lineare Signal eine Mindestspannung
besitzt, die einer Rückflanke des erkannten Impulses entspricht, eine
Einrichtung zur Erkennung der Spitzenspannung des linearen Signals und zur
Umwandlung der erkannten Spitzenspannung in ein Analogsignal, sowie eine
auf das Analogsignal reagierende Einrichtung zur Regulierung des
Spannungsausgangs von der Stromquelle.
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Bei einer alternativen Ausführungsform des Eichmonitors und des
Rückkopplungsreglers, in denen eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verkörpert ist, ist der Ausgang von der Hochspannungs-Stromquelle
eine Funktion des erkannten Signals von den Detektorröhren. Das erkannte
Signal wird in ein Analogsignal umgewandelt. Die Impulsbreite des
erkannten Signals bestimrnt die Spannung des Analogsignals. Das Analogsignal
wird in einen Steuerungskreis für die Hochspannungs-Stromquelle
eingegeben, um die zu den Detektorröhren laufende Hochspannung zu regulieren und
die Schleife für das rückgekoppelte System zu schließen.
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wird das Eichungssystem angewandt, das die Erfindung verkörpert, ist
die Hochspannungsversorgung eine Funktion des erkannten Signals, und das
System funktioniert auf Echtzeitbasis. Das System wird automatisch
geeicht und bedarf keiner manuellen Regelung auf der Basis einer abgestuften
Ausgangsspannung.
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Um die Drift einer Detektorröhre anzuzeigen, kann ein Eichmonitor mit
Balkendiagrammanzeige eingesetzt werden. Da die Versorgung mit
Hochspannungsstrom eine Funktion des erkannten Signals ist, werden Fehler
beseitigt, die durch Regulierung der Stromquelle mit einer willkürlichen Span
nung oder durch eine ungeregelte Spannungsquelle eingebracht werden
könnten. An dem Balkendiagramm angezeigte Schwankungen widerspiegeln
lediglich die Leistungsminderung der Detektorröhre.
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Nunmehr werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft und
unter Verweis auf die beiliegenden zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild eines dynamischen Eichmonitors und einer
Rückkopplungsregelvorrichtung ist, für die kein Patentschutz beantragt
wird;
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Fig. 2 ein ausführlicher Stromlaufplan des dynamischen Eichmonitors
von Fig. 1 ist;
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Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform eines
Eichkreises mit Rückkopplung gemäß der Erfindung ist; und
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Fig. 4 ein ausführlicher Stromlaufplan der automatischen
Eichungsschaltung von Fig. 3 ist.
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Ein veranschaulichender dynamischer Eichmonitor und einer
Rückkopplungsregelvorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Die zentralen Elemente
der Vorrichtung 10 sind die spannungserhöhende Stromquelle 20, der Regler
22 für +14,75 V, der Regler 24 für -5 V, der Stromfreigaberegler 26, die
Puffer 28 mit Verstärkungsfaktor 1, der Regelabweichungsverstärker 30,
der Integrator 32 mit Verstärkungsfaktor 1, das Anzeigeansteuerelement
34, die Balkendiagramm-Anzeige 36 mit Leuchtdioden (LED), der optische
Koppler 38 und der Leistungstransistor 40.
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Nunmehr werden die äußeren Anschlüsse der Vorrichtung 10 betrachtet,
bei PL-1 beginnend und nach rechts gehend, wobei PL-1 den +12 V -
Stromversorgungsanschluß darstellt. PL-2 ist die Stromquelle allgemein
(typischerweise von 0 Volt), und PL-3 ist der -12 V - Stromversorgungsanschluß.
Die Verdrahtung zu diesen drei Anschlüssen erfolgt durch einen Standard-
Anschlußklemmenblock.
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Der nächste Anschlußkontaktist die regulierbare Stromfreigabe für
für die Hochspannungsversorgung (PL-4). Das ist das Signal, das die
Hochspannungs-Stromquelle ansteuert und typischerweise im Bereich von +10,7 V
bis +11,5 V liegt.
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Der nächste Anschlußkontakt soll eine zukünftige Einrichtung zur
veränderung der Eichung sein, während die Vorrichtung 10 in Betrieb ist
(PL-6). Dieser Anschlußkontakt wird zur Zeit nicht genutzt.
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Der nächste Anschlußkontakt ist für das
Hochspannungs-Rückkopplungssignal (PL-5). Sie ist eine abgestufte Version der Ausgangsspannung aus
der äußeren Hochspannungs-Stromquelle, die das Szintillationszählrohr
ansteuert. Das Hochspannungs-Rückkopplungssignal wird dynamisch
überwacht und dient dazu, die Stromfreigabe an PL-4 einzustellen.
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Die nächsten beiden Anschlußkontakte sind für das schaltergesteuerte
Ausgangssignal (PL-7, PL-8) zum Ansteuern eines äußeren Relais oder einer
anderen Alarrnvorrichtung. Der Schalter ist ein Transistor, der sich
einschaltet, wenn die gegenwartige Ausgangsspannung um einen bestimmten Wert
(typischerweise um +2 %) von dem ursprünglichen Sollwert der Eichung
abweicht.
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Nunmehr werden die zentralen Elemente der Vorrichtung 10 betrachtet,
wobei die spannungserhöhende Strommuelle 20 dazu dient, eine
Eingangsspannung für den Stromfreigaberegler 26 zu erzeugen. Die Strommuelle 20
liefert auch die Eingangsspannung von +14,75 V für den auf einer
Leiterplatte befindlichen Regler 22. Der Regler 22 liefert eine geregelte
Referenzspannung von +14,75 V (± 0,03 V) für die operationsverstärker,
umfassend den Regelabweichungsverstärker 30, die Puffer 28 mit
Verstärkungsfaktor 1 und den Integrator 32. Des weiteren liefert der Regler 22
eine Referenzspannung für die Grobeichungsabstimmschaltung und die
Anzeigeeichungsabstimmungsschaltung.
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Der Regler 24 für -5 V liefert eine lokalisierte Referenzspannung für
die oben erwähnten Operationsverstärker Der Stromfreigaberegler 26 setzt
das Ausgangssignal ab, um die äußere Hochspannungs-Stromquelle
anzusteuern. Das Hochspannungs-Rückkopplungssignal wird von den Puffern 28 mit
Verstärkungsfaktor 1 zwischengespeichert und dann zu dem
Regelabweichungsverstärker 30 und zu dem Testbelastungswiderstand 184 geführt.
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Der Regelabweichungsverstärker 30 steuert den
Spannungseinstellungskontakt des Stromfreigabereglers 26 an und regelt dadurch das
Ausgangssignal je nach der Größenordnung und der Polarität der Abweichung.
Der Regelabweichungsverstärker 30 steuert auch den Integrator 32 mit
Verstärkungsfaktor 1 an, der das Ausgangssignal des
Regelabweichungsverstärkers 30 glättet und abstuft und dadurch die Empfindlichkeit der
Anzeigevorrichtung gegen zufälliges Rauschen vermindert. Die
Leuchtdiodenanzeige 36 sorgt für eine visuelle Anzeige des gegenwärtigen Eichungszustandes
relativ zu dem ursprünglichen Sollwert der Eichung.
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Der optische Koppler 38 stellt eine elektrische Isolierung für die
Vorrichtung 10 her, so daß die Rauschempfindlichkeit vermindert wird. Der
Leistungstransistor 40 steuert ein äußeres Relais oder eine
Alarmvorrichtung an.
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Wie oben erwähnt, ist FIG. 2 ein ausführlicherer Stromlaufplan der
Vorrichtung 10. Betrachtet man die Bauelemente des Stromlaufplans von
links nach rechts, so stellen die Dioden 100 und 102 zusarnmen mit den
Kondensatoren 104, 106, 108 und 110 eine Eingangspolarität und einen
Rauschschutz dar. Ist die Verdrahtung zu der Vorrichtung (Anschlußkontakte P1,
P2 und P3) richtig, werden die Dioden 100 und 102 in Durchlaßrichtung
vorgespannt, und die Leuchtdioden 224 und 226 leuchten auf. Des weiteren
werden die Kondensatoren 104, 106, 108 und 110 auf etwa ± 11,3V aufgeladen
und dienen dazu, etwaiges in dem Eingangs strom vorhandenes
hochfrequentes Rauschen auszufiltern.
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Ist die Verdrahtung zu der Vorrichtung nicht richtig, werden die
Dioden 100 und 102 in Sperrichtung vorgespannt, und die Leuchtdioden 224 und
226 leuchten nicht auf. In diesem Zustand wird verhindert, daß der
Eingangsstrom zu dem Rest der Vorrichtung 10 gelangt.
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Die spannungserhöhende Stromquelle 20 beruht auf einem
Gegentakt-Ladungspumpschaltkreis, der um die integrierten Schaltkreise (IC's) 122 und
124 herum konstruiert ist. Der IC 122 ist ein bipolarer
Standard-Digitalzeitschaltkreis (kein CMOS-Schaltkreis) (wie zum Beispiel SE556N, zu
beziehen von Texas Instruments, Dallas, Texas), der als stabiler
Schwingkreis mit 50 % relativer Einschaltdauer und einer Schwingungsfrequenz von
etwa 18 KHz konfiguriert ist. Diese spezielle Frequenz wird durch die
Werte der Widerstände 116 und 118 und des Kondensators 120 bestimmt, die eine
Parallelschaltung eines Kondensators und eines Widerstands (RC) bilden,
die die Einschaltzeit des IC 122 steuert. Das Ausgangssignal des IC 122
ist ein Rechteckwellensignal, dessen Impulsbreite durch das
Verhältnis der Werte der Widerstände 116 und 118 bestimmt wird. Bei der
bevorzugten Ausführungsform weist der Widerstand 116 einen Wert von 1 000
Ohm auf, und der Widerstand 118 weist einen Wert von 10 000 Ohm auf.
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Die rechteckige Ausgangswelle des IC 122 wird mit dem Eingang des
IC 124 verbunden, wobei der letztere ein weiterer digitaler
Zeitschaltkreis (wiederum ein SE556N) ist, der hier als invertierender Strompuffer
konfiguriert ist. Der IC 124 invertiert das von dem IC 122 abgesetzte
rechteckwellenförmige Eingangssignal, wobei die Impulsbreite von
dem IC 122 bestimmt wird.
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Die Ausgangsspannungen aus den IC's 122 und 124 werden durch die
Kondensatoren 134 und 136 zu dem Vollweggleichrichter 138 geführt. Diese
Kombination bildet zusammen mit dem Kondensator 146 den oben erwähnten
Gegentakt-Ladungspumpschaltkreis, der als eine
Vollwellen-Spannungsverdopplerschaltung
fungiert. Ist die Ausgangs spannung aus dem IC 122 niedrig
(typischerweise 0 V), wird die positive Seite des Kondensators von der
+11,3 V - Sammelschiene über die Gleichrichterbrücke 138 (zum Beispiel
VM108, im Handel zu beziehen von der Varo corporation) geladen, wohingegen
die negative Seite des Kondensators 136 niedrig gehalten wird.
Gleichzeitig ist die Ausgangsspannung des IC 124 hoch (typischerweise 11,3 V).
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Steigt die Ausgangsspannung des IC 122 an, wird die Ausgangsspannung
mit der auf der positiven Seite des Kondensators 136 gespeicherten
Spannung summiert. Mit dieser verstärkten Spannung wird die positive Seite des
Kondensators 146 über den Gleichrichter 138 geladen. Gleichzeitig ist die
Ausgangsspannung des IC 124 niedrig.
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Der obige Vorgang wiederholt sich jedesmal dann, wenn die
Ausgangsspannungen der IC's 122 und 124 in den Zyklus eintreten, was dazu führt,
daß eine relativ konstante Gleichspannung (DC-Spannung) an dem
Kondensator 146 aufrechterhalten wird. Typische Werte für diese Gleichspannung
sind 21 V (Nullbelastung) und 17 V (Vollbelastung). Die
Ausgangs-Oberwellenspannung aus diesem Stromkreis beträgt etwa 100 Millivolt, und der
Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung beträgt etwa 70 %.
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Der -5 V - Regler 24 basiert auf einem Standard-Spannungsregler IC
130 (wie zum Beispiel LM7905, im Handel zu beziehen von National
Semiconductor). Die Eingangsspannung des IC 130 wird zu dem Stromeingang von
-12 V geleitet und auf Erde bezogen. Die Kondensatoren 126 und 128
erzeugen eine Filterwirkung an dem IC 130, und die Ausgangsspannung des IC 130
bildet eine lokalisierte -5 V - Referenzspannung zum Ansteuern der
Operationsverstärker 166, 172, 182 und 202.
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Der +14,5 V - Regler 22 basiert ebenfalls auf einem
Standard-Spannungsregler IC 144 (wie zum Beispiel LM317T, ebenfalls zu beziehen von
National Semiconductor). Die Eingangsspannung des IC 144 wird zu
demausgang des Gleichrichters 138 und zu der positiven Seite des Kondensators
146 geleitet. Der Spannungsregelungskontakt des IC 144 wird mit der
Referenzeinstellungsschaltung verbunden, die aus den Widerständen 148 und 150
und dem Stellwiderstand 152 besteht. Der Stellwiderstand 152 dient dazu,
die Ansgangsspannung des IC 144 auf +14,75V (± 0,03 V) einzustellen. Die
Ausgangsspannung des IC 144 liefert eine lokalisierte Referenzspannung
für die Operationsverstärker 166, 172, 182 und 202 ab (typischerweise
ein TL084BC Quad OP-AMF, im Handel zu beziehen von Texas Instruments). Der
IC 144 erzeugt des weiteren eine Referenzspannung zum Ansteuern der
Grobeichungsabstimmschaltung, bestehend aus den Widerständen 164, 176 und 178
und dem Stellwiderstand 162, und der
Anzeigeeichungsabstimmungsschaltung, bestehend aus den Widerständen 186, 190, 196 und 204 und dem
Stellwiderstand 188. Die Grobeichungsabstimmschaltung dient dazu, den
Eichreferenzwert des Operationsverstärkers 166 einzustellen, wohingegen die
Anzeigeeichungsabstimmungsschaltung den Ausgangswert des Operationsver
stärkers 202 auf den Bereich des Steuerelementes 210 der
Punkt-/Balkendiagrammanzeige abstuft.
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Der Stromfreigaberegler 26 basiert ebenfalls auf einem Standard-
Spannungsregler IC 142 (einem weiteren LM317T). Die Eingangsspannung des
IC 142 wird zu dem Ausgang des Gleichrichters 138 und zu der positiven
Seite des Kondensators 146 geleitet. Die Dioden 140 bilden einen Schutz gegen
eine Sperrvorspannung. Der Spannungseinstellkontakt des 10 142 wird an
den Ausgang des Operationsverstärkers 166 angeschlossen. Die
Ausgangsspannung des IC 142 bildet den Leistungseingang in die äußere
Hochspannungs-Stromquelle (typischerweise von 10,7 bis 11,5 V) über den
Anschlußkontakt P4.
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Das Rückkopplungssignal wird von der äußeren
Hochspannungs-Stromquelle durch ein abgeschirmtes Kabel zu dem Anschlußkontakt PS geleitet.
Das Rückkopplungssignal wird durch einen 2 : 1 - Teiler geleitet,
bestehend aus den Widerständen 192 und 1941 und wird zu dem nichtinvertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 182 geleitet, der einen ersten
nichtinvertierenden Puffer 28 mit Verstärkungsfaktor 1 bildet. Das
Ausgangssignal des Verstärkers 182 wird zu dem Strombegrenzungswiderstand 170
geleitet und dann zu dem Operationsverstärker 172 (TL084BC) geleitet, der
einen zweiten nichtinvertierenden Puffer 28 mit Verstärkungsfaktor 1
bildet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 172 wird zu dem Widerstand 184
geleitet. Die Spannung in dem Widerstand 184 beträgt etwa 1/400 des zu dem
Szintillationszählrohr gelieferten Hochspannungsausgangswertes. Das
Ausgangssignal des Widerstandes 170 wird des weiteren zu dem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 166 geleitet, der in Verbindung mit dem
Widerstand 168 den Regelabweichungsverstärker 30 bildet, der einen
Schleifenverstärkungsfaktor von etwa 100 aufweist. Der
nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 166 wird mit der Grobeichungsabstimmschaltung
verbunden. Die Ausgangsspannung (Fehlerspannung) des
Operationsverstärkers
166 wird zu dem Spannungseinstellkontakt des IC 142 geleitet. Die
Fehlerspannung (VERR) ist die Differenz zwischen der Grobeichungsspannung
(VREF) und dem Hochspannungs-Rückkopplungssignal (VHVF). Wird das
Hochspannungs-Rückkoppelungssignal stärker (negativer), steigt die
Fehlerspannung an, und der IC 142 erhöht die zu der Hochspannungs-Stromquelle
geführte Spannung. Wird das Hochspannungs-Rückkoppelungssignal schwächer
(positiver), dann sinkt die Fehlerspannung ab, und der IC 142 vermindert
die zu der Hochspannungs-Stromquelle geführte Spannung.
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Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 166 wird auch durch
den Widerstand 174 zu dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers 202 (TL084BC) geleitet, der in Verbindung mit dem Kondensator 198 und
demwiderstand 200 den Integrator 32 mit Verstärkungsfaktor 1 bildet, der
eine gleichbleibende Zeitkonstante von 100 Millisekunden aufweist. Der
nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 202 wird mit der
Anzeigeeichungsabstimmschaltung verbunden. Das integrierte Ausgangssignal des
Verstärkers 202 wird zu dem Eingang des Anzeigesteuerelementes 210
geleitet (eines LM3914N, im Handel zu beziehen von National Semiconductor) und
vermindert die Empfindlichkeit der Anzeige gegen zufälliges Rauschen.
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Das Anzeigesteuerelement 210 ist in der "punktanzeigenden
Betriebsart" programmiert, und der Widerstand 208 legt den Ausgangsstrom zu den
Leuchtdioden fest. Werden die Anschlußkontakte 6 und 7 des
Anzeigesteuerelementes 210 zusammengeschaltet, wird die Empfindlichkeit auf 0, 125 V
pro Leuchtdiode eingestellt. Die Anzeige wird geeicht durch Regulierung
des Stellwiderstands 188, bis die mittleren beiden Leuchtdioden mit
gleicher Helligkeit aufleuchten. Wenn sich die Fehlerspannung ändert,
verändem sich auch die Leuchtdioden und zeigen die dynamische Belastung der
Hochspannungs-Stromversorgung an. Die Veränderung einer vollen Leucht
diodenhelligkeit entspricht einer Belastungsänderung von etwa 0,4 %.
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Der optische Koppler 38 (zum Beispiel TIL1ll, ebenfalls zu beziehen
von Texas Instruments) dient dazu, den Rest des Stromkreises gegen seine
rauschende Umgebung zu isolieren und den Leistungstransistor 40 (Modell
TIP42B, ebenfalls zu beziehen von Texas Instruments) einzuschalten. Der
Transistor 40 kann eine äußere Alarmvorrichtung oder eine andere
induktive Belastung anzusteuern, wobei die Diode 222 zur Unterdrückung eines
Uberschlags dient.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der
Rückkopplungsregelvorrichtung
in den Figuren 1 und 2 wird ein automatisches Eichgerät
(dargestellt in den Figuren 3 und 4) eingesetzt, um den Szintillationsdetektor
zu eichen. Die zu den Detektorröhren laufende Hochspannung ist eine
Funktion des tatsächlichen erkannten Strahlungssignals. Das erkannte Signal
dient dazu, die Rückkopplungsspannung zu erzeugen und dadurch die
automatische Korrektur der Drift und der Alterung der Detektorröhre zu
ermöglichen. Auch kann ein solches "automatisches Eichgerät" bei einem plötz
lichen Versagen des Detektorkreises oder des Szintillationsrohres
typischerweise einen sofortigen Alarmzustand herstellen.
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In FIG. 3 trifft Strahlung aus einer Quelle 224 auf eine Vakuumröhre
226 auf. Von der Röhre 226 wird ein Ausgangssignal zu einem
Hochspannungsteilerschaltung 228 und dann zu einem Detektorkreis 230 geleitet. Das
Ausgangssignal des Detektors 230 wird zu dem elektronischen
Dichteüberwachungssystem und zu der Eichungsrückkoppelungsschleife 234 geführt. Das
Ausgangssignal der Eichungsrückkopplungsschleife 234 wird zurückgeleitet
in die Hochspannungsschaltung 228, wodurch die zu den Detektorröhren
laufende Hochspannung zu einer Funktion des tatsächlichen erkannten
Strahlungssignals wird. Das aus der Rückkopplungsschleife 234 kommende
Rückkopplungssignal ist das Ausgangssignal der Hochspannungs-Stromquelle
246. Bei dieser Ausführungsform ist die Ausgangsspannung aus der
Stromquelle eine Funktion der Impulabreite des erkannten Strahlungssignals.
Die Impulabreite des erkannten Signals entspricht direkt der erkannten
Spannung. Das in seiner Impulsbreite regulierte Ausgangssignal bei dieser
Ausführungsform ersetzt das abgestufte Hochspannungssignal bei der
Ausführungsform des in FIG. 1 und FIG. 2 dargestellten Systems zum Schließen
der Schleife an dem Eichmonitor.
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Die Eichungsrückkopplungsschleife 234 umfaßt die auromatische
Eichgeräteschaltung 236 (im einzelnen in FIG. 4 dargestellt), einen
Summierverstärker 238 (jeweils einen für jeden Kanal), eine Regelschaltung 240
für die impulsbreitenmodulierte Stromversorgung, die
Ausgangsansteuerungstransistoren 242, einen Hochspannungsimpulstransformator 244 und
eine Hochspannungs-Stromquelle 246. Die Rückkopplungsschleife 234 kann
typischerweise ein Anzeigerät enthalten, wie zum Beispiel einen
Eichmonitor 248 mit Balkendiagrammanzeige (z.B. eine Leuchtdiodenanzeige) und
eine Abweichungsregelschaltung 250 (z.B. einen Integrator mit
Abweichungsverschiebung und einen Stellwiderstand). Die Rückkopplungsschleife
234 kann auch eine Überstromregulierungsschaltung 252 aufweisen, um den
Stromausgang aus der Stromquelle 246 zu beschränken, sowie eine Anordnung
von Schaltern und Widerständen 254, um eine vom Nut zer programmierbare
Impulsbreite herzustellen.
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Die erkannten Signale laufen durch die automatische
Eichgerätschaltung 236 in eine Eichungsrückkopplungsschleife 234 ein. Die Impulsfolge
ist zufällig und weist eine Nennfreguenz von etwa 150 kHz auf. Das
Ausgangssignal aus der Schaltung 236 wird in dem Summierverstärker 238 mit
dem Überspannungsrückkopplungssignal aus der Stromquelle 246 verstärkt
und dann in die Schaltung 240 zur Regulierung der Stromversorgung
eingegeben. Die Schaltung 240 zur Regulierung der Stromversorgung ist ein im
Handel erhältlicher integrierter Stromkreis (zumbeispiel das Modell TL494,
zu beziehen von Texas Instruments, Inc.). Weitere Eingangssignale in die
Regulierungsschaltung 240 sind das Ausgangssignal aus der
Überstromregulierungsschaltung 252 und die Schaltung 254 für die vom Nutzer
programmierbare Impulsbreite. Die Regulierungsschaltung 240 gibt Steuerimpulse
(wobei Steuerimpulse für zwei getrennte Kanäle dargestellt sind,
bezeichnet mit den Bezugsziffern 256 und 258) an die Ansteuerungstransistoren 242
(die typischerweise in dem gleichen integrierten Stromkreis enthalten
sind wie die Regulierungsschaltung 240). Die Transistoren 242 regulieren
die Spannung in der Primärwicklung des Impulstransformators 244, der
wiederum die Spannung in der Sekundärwicklung des Transformators und den
Ausgang der Stromquelle 246 reguliert. Das impulsbreitenregulierte
Ausgangssignal der Stromquelle 246 wird zu dem Hochspannungsteilernetz 228
zurückgeführt, um die Detektorröhre anzusteuern.
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In FIG. 4 ist ein automatischer Eichungskreis mit zwei Kanälen
dargestellt. Die Schaltung für jeden Kanal ist unabhängig von der anderen.
Jeder Kanal entspricht einer anderen Röhre Da die beiden Kanäle in
identischer Weise funktionieren, wird der Kreis nur unter Verweis auf einen
einzigen Kanal beschrieben.
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Das (von dem Detektor 230 kommende) Signal für die erkannte Strahlung
wird in einen Hochgeschwindigkeitsintegrator (mit Rückstellung) 260
eingegeben. Der Integrator 260, gespeist von einer Konstantstromquelle 262,
wandelt das Eingangssignal in ein dreieckiges Ausgangssignal um. Das
Ausgangssignal des Integrators wird in einen Spitzenstromdetektor 264
eingegeben, der die dreieckige Welle in ein Analogsignal umwandelt, das (über
den Summierverstärker 238) in die impulsbreitenmodulierte Regulierungs-
Schaltung 240 für die Stromversorgung eingegeben wird. Die
Widerstandsund die Kondensatorwerte der Bauelemente von FIG. 4 sind frequenzabhänig
und müssen deshalb auf die verwendete Detektorschaltung zugeschnitten
werden.
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Der Integrator 260 kann typischerweise einpaar npn-Transistoren 266
aufweisen, die das erkannte Signal zwischenspeichern. Die Transistoren
laden einen Kondensator 268 auf. Die Stromquelle 262 bewirkt, daß sich der
Kondensator linear auflädt und eine Sägezahnwelle bildet, die am Ende des
Signalimpulses für die erkannte Strahlung einen Spitzenwert erreicht.
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Die Stromquelle 262 weist einen im Handel erhältlichen
Spannungsregler 263 auf. Die aus dem Regler 263 austretende Spannung wird durch einen
vorbestimmten Widerstand zu dem Kondensator 268 und zu dem
Spannungsregulierungsanschluß des Reglers geleitet. Es kann ein Steliwiderstand
benutzt werden, um den optimalen Ausgangswert des Reglers 263 zu bestimmen.
Als Alternative kann ein einzelner Festwiderstand eingesetzt werden.
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Der Spitzenwertdetektorkreis 264 weist typischerweise einen
Operationsverstärker 270 auf. Ein Kondensator 272 hält eine relativ konstante
Spannung an dem negativen Eingangsanschluß des Verstärkers 270 aufrecht
und hält auch die Spannung am Ausgang des Verstärkers aufrecht. Das aus
dem Stromkreis 236 austretende Rückkopplungssignal ist ein Analogsignal
mit einer relativ konstanten Spannung, selbst wenn die Spannung an dem
positiven Eingangsanschluß des Verstärkers 270 als Sägezahnwelle erscheint.
Parallel zu dem Kondensator 272 ist ein Widerstand mit einem hohen
Widerstandswert angeordnet, um dem Kondensator langsam zu entladen, wodurch
die Spannung des Kondensators allmählich abfallen kann.
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Nunmehr wird die Funktionsweise der Rückkoppelungsschleife 234
beschrieben. Der Spitzenwertdetektor 264 wandelt die Impulsbreite eines
Impulses einer erkannten Strahlung in Jedem Falle um in ein
Analogsteuersignal, das in die Stromversorgungsregulierschaltung 240 eingegeben wird, um
die zu den Detektorröhren gelieferte Spannung zu regulieren.
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Wenn die Impulsbreite des Impulses der erkannten Strahlung größer
wird, lädt sich der Kondensator 268 auf eine höhere Spannung auf, und das
sägezahnförmige Ausgangssignal von dem Integrator 260 erreicht eine
höhere Spitzenspannung. Auf Grund der höheren Spitzenspannung lädt sich der
Kondensator 272 auf eine höhere Spannung auf, was bewirkt, daß das analoge
Eingangssignal in den Summierverstärker 238 und die Regulierungsschaltung
240 auf eine höhere Spannung kommen. Die Spannungsregulierungsschaltung
240 spricht an, indem sie die Hochspannungs-Stromquelle 246 so pulsieren
läßt, daß die an das Hochspannungsnetz 228 geführte Spannung abnimmt.
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Wenn die Impulsbreite des Impulses der erkannten Strahlung kleiner
wird, lädt sich der Kondensator 268 weniger auf, und das
dreieckwellenförmige Ausgangssignal des Integrators 260 erreicht eine niedrigere Spitzen-
Spannung. Der Kondensator 272, der sich langsam über den Widerstand 274
entlädt, lädt sich auf eine niedrigere Spannung auf. Die niedrigere
Spannung an dem Kondensator 272 und die niedrigere Spannung an dem positiven
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 270 bewirken, daß das analoge
Eingangssignal in den Summierverstärker 238 und die
Regulierungsschaltung 240 auf eine niedrigere Spannung kommen. Die
Spannungsregulierungsschaltung 240 spricht an, indem sie die Hochspannungs-Stromquelle 246 so
pulsieren läßt, so daß die an das Hochspannungsnetz 228 geführte Spannung
zunimmt.
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Es versteht sich, daß die Fachleute verschiedene Modifikationen an
der oben beschriebenen Anlage vornehmen können, ohne vom Umfang der
Erfindung abzuweichen, der durch die hieran angefügten Ansprüche definiert
ist.