DK158168B - Kobling til behandling af signaler fra en nuklear detektor - Google Patents

Description

DK 158168 B

Opfindelsen angår en kobling til behandling af impulsformede signaler, der stammer fra en nuklear detektor og optræder med tilfældigt varierende tidsintervaller, og til hvis behandling der medgår et ikke for-5 svindende tidsrum, hvilken kobling indeholder en signalvej, hvori der indgår et impulsformningskredsløb, et forsinkelsesled, og et signalbehandlingskredsløb, og som over en del af strækningen er opdelt i parallelle delsignalveje, der hver indeholder en elektronisk kobler 10 og signalomdannende kredsløb, hvorhos der til signalvejen forud for forsinkelsesleddet er sluttet en dis-kriminator til afføling af et signal i signalvejen samt et af diskriminatoren styret styrekredsløb til ændring af ledetiIstanden for de elektroniske koblere.

15 En kobling af denne art kendes fra US patent skrift nr. 3.747.001. Denne kendte kobling indeholder to delsignalveje, nemlig en langsom og en hurtig, hvoraf den hurtige giver en dårligere opløsning end den langsommere. Hvis det ved hjælp af diskriminatoren kon-20 stateres, at to impulser følger hurtigt efter hinanden, føres signalet fra den. hurtige kanal ved hjælp af den tilhørende kobler til signalbehandlingskredsløbet, der i dette tilfælde udgøres af en impulshøjdeanalysator. Koblingen giver altså et dårligere resultat, når im-25 pulserne følger hurtigt efter hinanden.

Fra US patentskrift nr. 3 792 255 kendes der endvidere en kobling, der indeholder en enkelt elektronisk kobler, der ved hjælp af en diskriminator styres af det ikke forsinkede signal på en sådan måde, at 30 kobleren bliver aktiveret, før det forsinkede signal optræder på koblerens indgang. I denne kendte kobling, der har til formål at behandle impulsformede signaler, der frembringes i en nuklear detektor og hidrører fra kernehenfald, er dét ønskeligt at måle den i detektoren 35 afsatte strålingsenergi, der er proportional med amplituden af de impulsformede signaler. Hældningen af forflanken af disse signaler varierer imidlertid med lad- 2

DK 1S S16 8 B

ningsopsamlingstiden, og forflankerne kan derfor medføre fejl i måleresultaterne. Dette undgås med den elektroniske kobler, der ved starten af hvert impulsformet signal gøres ikke-ledende i et tidsrum, der med 5 sikkerhed omfatter signalets forflanke. Hvis der i denne kendte kobling optræder et nyt signal under behandlingen af det foregående signal, vil der uværgerligt fremkomme fejlbehæftede måleresultater.

I en anden fra US patentskrift nr. 3 148 353 10 kendt kobling er der indeholdt en indgangsport, der, efter at et impulsformet signal er passeret, spærres under behandlingstiden for den passerede impuls. Hvis der inden for behandlingstiden optræder yderligere impulser, får disse ingen indflydelse på måleresultatet, 15 der altså ikke i dette tilfælde bliver forfalsket, hvorimod de i behandlingstiden ankomne impulser går tabt.

Med den foreliggende opfindelse tilsigtes tilvejebragt en kobling af den indledningsvis angivne art, hvor kvaliteten af det enkelte måleresultat - modsat den i US patentskrift nr. 3.747.001 20 beskrevne kobling - ikke afhænger af, hvor hurtigt impulserne følger efter hinanden, og hvor faren for fejl i måleresultaterne er væsentligt reduceret og antallet af gennemledte, uforstyrrede impulser forøget.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved,-at de 25 parallelkoblede delsignalveje er ens, og at den elektroniske kobler i hver delsignalvej er indskudt før de signalomdannende kredsløb, samt at styrekoblingen er således indrettet, at den, når diskriminatoren konstaterer tilstedeværelsen af et signal i signalvejen, gør 30 den elektroniske kobler i en af del-signalvejene ledende i et tidsrum, der er mindst lige så langt som den af diskriminatoren detekterede varighed af signalet. Som følge af, at del-signalvejene er ens,kan et impulsformet signal, der optræder, inden behandlingstiden for 35 det forudgående er afsluttet, behandles i en af de andre signalveje, uden at måleresultatet bliver ringere. Dette forudsætter imidlertid, at de elektroniske koblere i

DK 158168 B

3 del-signalvejene er indkoblet før de signalomdannende kredsløb og ikke, som i koblingen ifølge US patentskrift nr. 3 747 001 i udgangen fra del-signalerne.

Hertil kommer, at faren for de i de fra US patentskrif-5 terne nr. 3 148 353 og 3 792 255 kendte koblinger optrædende fejlagtige måleresultater, der optræder ved hurtigt efter hinanden følgende signaler, er væsentligt reduceret.

Den måde, som koblingen ifølge opfindelsen fun-10 gerer på, kan minde noget om virkemåden for en demulti-plekser, men det må her erindres, at de signaler, der i et multiplekssystem optræder i den fælles overføringsvej , er karakteriserede på en eller anden måde. Ved frekvensmultipleks har hvert signal sin egen frekvens 15 eller sit eget frekvensområde, og ved tidsmultipleks er hvert signal karakteriseret ved sin tidsmæssige beliggenhed inden for en tidscyklus. Noget sådant forekommer ikke i koblingen ifølge opfindelsen, hvor signalerne netop optræder til uforudseelige tidspunkter, idet de-20 res forekomst kan beskrives ved en Poisson-fordeling.

Den ved tids-demultipleksning optrædende fordeling af signaler fra en fælles signalvej på flere delsignalveje ved hjælp af koblere, der i cyklisk rækkefølge åbnes for signalerne i forudbestemte tidsrum in-25 den for en tidscyklus, kan derfor ikke anvendes ved den her omhandlede behandling af signaler med tilfældigt varierende tidsintervaller.

De elektroniske koblere i del-signalvejene kan ifølge opfindelsen gøres ledende i cyklisk rækkefølge.

30 Dette er en nem måde at styre koblerne på, og den giver et godt resultat, når koblingen ifølge opfindelsen benyttes til behandling af impulsformede signaler, hvis behandlingstid, der er nogenlunde konstant, er væsentlig større end impulsernes varighed.

DK 158168B

4

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 viser et blokdiagram over en kobling ifølge opfindelsen, og 5 fig. 2 forskellige signaler, der optræder i den i fig. 1 viste kobling.

Indgangssignalet til den i fig. 1 viste kobling frembringes ved hjælp af en detektor 1, der omdanner stråling fra kernehenfald til elektriske signaler. Det 10 vil typisk være energien af elektromagnetisk stråling (gammastråling), der ønskes målt. I detektorens krystal omdannes den elektromagnetiske stråling til frie ladningsbærere, og disses ladning, der er proportional med den i krystallet afsatte strålingsenergi, kan omdannes 15 til en strømimpuls, når der lægges en spænding over krystallet. Denne strømimpuls tilføres en forforstærker 2, hvori strømimpulserne omsættes til spændingsspring, hvis størrelse ligeledes er proportional med den i krystallet afsatte strålingsenergi.

20 Forforstærkeren 2 indeholder et forstærkertrin 3 med en integrationskondensator 4, der er parallelkoblet med en elektronisk kobler 5, der styres af et s tyre trin 6„ som tilføres udgangssignalet fra et forstærkertrin 7. Dette forstærkertrin virker som en sam-25 menligningskreds og tilføres dels udgangssignalet fra forstærkertrinnet 3, dels en referencespænding REF.

Dette medfører et udgangssignal fra forstærkertrinnet 7, når udgangssignalet fra forstærkertrinnet 3 når op på værdien REF. Efter et tidsrum, der er bestemt af be-30 handlingstiden for den begivenhed, der bragte udgangssignalet fra forstærkertrinnet 3 op på værdien REF, bevirker styretrinnet 6, at den elektroniske kobler 5 bliver ledende, hvorved udgangssignalet fra forstærkertrinnet 3 og dermed fra forforstærkeren 2 bliver 0.

35 Herved opnås et udgangssignal fra forforstærkeren 2, der f.eks. kan se ud som vist ved A i fig. 2.

Udgangssignalet fra forforstærkeren 2 tilføres et impulsformningskredsløb 8, der indeholder en diffe-

DK 158168 B

5 rentiator 9 efterfulgt af en integrator 10. Udgangssignalet fra impulsformningskredsløbet 8 tilføres et forsinkelsesled 11. De i fig. 2A viste spændingsspring er herved blevet omdannet til de i fig. 2B viste impuls-5 formede signaler. Efter forsinkelsesleddet 11 opdeles signalvejen fra forforstærkeren 2 på fire parallelle del-signalveje, der hver indeholder en bufferforstærker 12-15, en styret elektronisk kobler 16-19, en spændings integrator 20-23 og en analog/digital-omsætter 10 24-27.

Udgangssignalet fra impulsformningskredsløbet 8, der, bortset fra forsinkelsen, svarer til det i fig. 2B viste signal, tilføres en diskriminator 28, der de-tekterer tilstedeværelsen af et signal på udgangen fra 15 impulsformningskredsløbet, og hvis udgangssignal tilføres en styrekreds 29, der styrer de elektroniske koblere 16-19. Da diskriminatoren kun kan konstatere signaler, der har en vis amplitude, er styrekredsløbet indrettet til at gøre de elektroniske koblere ledende i 20 tidsrum, der er noget længere end den af diskriminatoren detekterede varighed af signalerne. De elektroniske koblere 16-19 kan derfor være ledende som f.eks. vist i fig. 2C. Forsinkelsesleddet 11 har til formål at sikre, at de elektroniske koblere er gjort ledende, 25 inden de impulsformede signaler optræder på koblernes indgange. Ved disse foranstaltninger opnås, at hvert af de i fig. 2B viste impulsformede signaler i fuldt omfang overføres gennem en af de elektroniske koblere.

De gennem bufferforstærkerne 12-15 og de elek-30 troniske koblere 16-19 passerede signaler integreres i spændingsintegratorerne 20-23, hvorved der fremkommer de i fig. 2D-2G viste signaler. Ved anvendelse af spændingsintegrationsteknikken, hvor impulsens areal bruges som udtryk for den i detektoren afsatte energi, elimine-35 res indflydelsen på måleresultaterne af de variationer i ladningsopsamlingstiden i detektoren, der er illustreret

DK 158168 B

6 ved de forskellige hældninger af spændingsspringene i fig. 2A. udgangssignalerne fra spændingsintegratorerne tilføres A/D-omsætterne 24-27, hvori de tilførte analoge signaler omdannes til digitale signaler. Varighe-5 derne af de i fig. 2D-2G viste signaler er bestemt på en sådan måde, at analog/digital-omsætterne kan nå at foretage omsætningen. Der er fortrinsvis tale om et fast tidsrum, efter at den tilhørende elektroniske kobler er blevet ikke-ledende.

10 Udgangssignalerne fra omsætterne 24-27 tilføres et behandlingskredsløb 30, hvori den videre behandling af de af de impulsformede signaler afledte digitale signaler udføres. Det kan f.eks. dreje sig om en vurdering og efterfølgende gruppering af de tilførte signaler på 15 grundlag af deres størrelse efterfulgt af en tælling af impulserne inden for hver gruppe og registrering af resultatet .

Signalbehandlingstiden (konversionstiden) i analog/digital-omsætterne, fig. 2D-2G, er væsentlig større 20 end varigheden af de impulsformede signaler, fig. 2B. Behandlingstiden kan f.eks. være af størrelsesordenen 20 psek, medens signalvarigheden kan være af størrelsesordenen 2 ysek.

i kendte koblinger til behandling af impulsforme-25 de signaler af den omhandlede type, hvori der ikke er udført en opdeling af en del af signalvejen i flere parallelle del-signalveje, vil et impulsformet signal kun kunne behandles korrekt, hvis det optræder efter udløbet af behandlingstiden for det foregående impulsformede 30 signal. Hvis afstanden mellem de impulsformede signaler ikke mindst svarer til behandlingstiden, sker der i de kendte koblinger enten det, at det sidst optrædende impulsformede signal forstyrrer behandlingen af det foregående signal, således at måleresultatet bliver forkert, 35 eller det, at det sidst optrædende signal udelukkes fra at nå frem til behandlingskredsløbet, hvorved det helt går tabt for målingen.

DK 158163 B

7

Som det fremgår af fig. 2D-2G, er det altså med koblingen ifølge opfindelsen muligt at udnytte langt flere af de optrædende impulsformede signaler til frembringelse af korrekte måleresultater.

5 I det ovenfor antydede tilfælde, hvor signalernes behandlingstider er nogenlunde lige store og væsentligt længere end signalernes varigheder, opnås der en effektiv funktion af koblingen ved at styre de elektroniske koblere 16-19 i cyklisk rækkefølge, således som anty-10 det i fig. 2C. Hvis imidlertid behandlingstiderne for de impulsformede signaler varierer stærkt, kan det forekomme, at en ledig del-signalvej ikke er den cyklisk efterfølgende, og i et sådant tilfælde kan det være hensigtsmæssigt at indrette behandlingskredsløbet 30 på en 15 sådan måde, at det melder tilbage til styrekredsløbet 29,. når en del-signalvej bliver ledig, hvilket i fig. l er antydet med den punkteret viste forbindelse 31.

Impulsformningskredsløbet 8 behøver ikke at være anbragt på det i fig. 1 viste sted af signalvejen.

20 Det kan f.eks. erstattes af et impulsformningskredsløb i hver af del-signalvejene. I dette tilfælde kræves imidlertid, at forforstærkeren er af den i det ovenfor nævnte US patentskrift nr. 3 792 255 viste type, hvor udgangsspændingen går på 0 efter hver impuls.

25 Opfindelsen er ovenfor beskrevet ved sin anven delse på impulsformede signaler, der er frembragt ved detektering af nuklear stråling, men den kan også anvendes på andre impulsformede signaler, der har en ikke forsvindende behandlingstid, og hvor impulser kan optræ-30 de inden for behandlingstiden for en forudgående impuls.

Claims (2)

1. Kobling til behandling af impulsformede signaler, der stammer fra en nuklear detektor og optræder med tilfældigt varierende tidsintervaller, og til hvis behandling der medgår et ikke forsvindende tidsrum, 5 hvilken kobling indeholder en signalvej, hvori der indgår et impulsformningskredsløb (8), et forsinkelsesled (11), og et signalbehandlingskredsløb (30), og som over en del af strækningen er opdelt i parallelle delsignalveje, der hver indeholder en elektronisk kobler (16-19) 10 og signalomdannende kredsløb (20-27), hvorhos der til signalvejen forud for forsinkelsesleddet er sluttet en diskriminator (28) til afføling af et signal i signalvejen samt et af diskriminatoren styret styrekredsløb (29) til ændring af ledetilstanden for de elektroniske 15 koblere, kendetegnet ved, at de parallelkoblede delsignalveje er ens, og at den elektroniske kobler (16-19) i hver delsignalvej er indskudt før de signalomdannende kredsløb (20-27), samt at styrekoblingen (29) er således indrettet, at den, når diskriminatoren 20 (28) konstaterer tilstedeværelsen af et signal i signal vejen, gør den elektroniske kobler i en af del-signalvejene ledende i et tidsrum, der er mindst lige så langt som den af diskriminatoren (28) detekterede varighed af signalet. 25

2. Kobling ifølge krav 1,kendetegnet ved, at de elektriske koblere (16-19) i del-signalvejene gøres ledende i cyklisk rækkefølge.