FR2626121A1

FR2626121A1 - Dispositif electronique de stabilisation d'une chaine de selection en amplitude d'impulsions

Info

Publication number: FR2626121A1
Application number: FR8800612A
Authority: FR
Inventors: Dominique Chambellan
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1988-01-20
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1989-07-21
Anticipated expiration: 2008-01-20
Also published as: FR2626121B1

Abstract

Ce dispositif électronique de stabilisation permet de s'affranchir de la dérive du gain d'une chaîne de sélection en amplitude d'impulsions. Il comprend des moyens de sélection 21, 22 des impulsions E1, E2 à l'intérieur de deux fenêtres F1, F2 centrées autour de la valeur moyenne M des impulsions à examiner. La différence des deux nombres N1, N2 est utilisée pour modifier les valeurs de seuil S1, S2 délimitant les deux fenêtres F1, F2, de manière à garder ces dernières centrées autour de la valeur moyenne M des impulsions. Les valeurs de seuil S1, S2 varient proportionnellement à la valeur moyenne M grâce à un montage soustracteur-intégrateur 60, 61. Application à l'ostéodensimétrie à multidétecteurs.

Description

DISPOSITIF ELECTRONIQUE DE STABILISATION D'UNE CHAINE DE
SELECTION EN AMPLITUDE D'IMPULSIONS
DESCRIPTION
L'invention concerne un dispositif électronique de stabilisation qui permet de s'affranchir de la dérive du gain d'une channe de sélection en amplitude d'impulsions, notamment en spectrométrie. De manière générale, ce dispositif peut être utilisé à la sortie de tout instrument de mesure délivrant des impulsions susceptibles d'être analysées en amplitude, notamment en vue d'une spectrométrie. En particulier, une utilisation est prévue avec des jauges mettant en oeuvre une ou plusieurs sources radioactives et un ou plusieurs détecteurs, dont l'utilisation réclame une grande stabilité, notamment avec des multidétecteurs, dans lesquels chaque détecteur élémentaire peut être affecté d'une dérive différente.Une application particulière est prévus avec un ostéodensimètre à multidétecteurs, qui est un appareiL permettant l'exploration et la mesure du contenu minéral osseux, par mesure de l'absorption de photons gamma de deux énergies différentes.

Dans de nombreux domaines industriels très diversifiés, on utilise de tels appareils de mesure et de contrôle de grandeur physique, qui délivrent un signal électrique impulsionnel à lire ou à exploiter pour interpréter le résultat de la mesure. Un de ces types d'appareils appelé channe de détection de spectrométrie impulsionnelle, utilise un scint Filateur, un photomultiplicateur et un amplificateur. Ces trois éléments, notamment le photomultiplicateur, étant sujet à des dérives importantes et fréquentes, il est donc indispensable d'utiliser un stabilisateur, pour régler la tension de sortie correspondant à une amplitude donnée de l'impulsion physique.

Pour expliquer le phénomène de dérive du gain d'une telle chaste, on a porté sur la courbe de la figure 1, en abscisse, la tension de crête U des impulsions délivrées pendant un temps déterminé, et en ordonnée la probabilité d'obtention N d'une impulsion d'amplitude U. Dans la plupart des cas, cette courbe est formée de plusieurs courbes de forme gaussienne centrées autour d'une ou plusieurs valeurs moyennes M (courbe en trait fort). Dans l'exploitation du résultat, on désire généralement extraire les impulsions appartenant à l'une de ces courbes gaussiennes, ou pics. Il est donc nécessaire de veiller à la stabilité du gain de la channe de mesure, en particulier des photomultiplicateurs, lorsque ceux-ci dérivent.

Dans ce but, il est connu d'utiliser des stabilisateurs de spectre qui effectuent un comptage des impulsions dans deux fenêtres d'amplitude F1, F2 égales et symétriques par rapport au pic concerné, ces stabilisateurs réagissant sur le gain de la channe jusqu'à égaliser les deux comptages. On note que la valeur de tension représentative du pic ne dépend pas du taux de comptage, mais uniquement de l'énergie de la source radioactive et du gain de la channe de mesure.

Ces stabilisateurs comportent des moyens de sélection des impulsions à l'intérieur des deux fenêtres d'amplitude F1, F2 et des moyens de comptage des impulsions dans les deux fenêtres.

Lorsqu'un élément de la chaSne se met à dériver, les nombres des impulsions issues de la courbe, représentée en trait interrompu, dans les deux fenêtres F1 et F2 se déséquilibrent. La stabilisation du gain s'effectue par un asservissement agissant sur la tension appliquée au photomultiplicateur ou sur le gain d'un élément d'amplification. Ceci ne donne pas de résultat satisfaisant, car lorsque l'on a à stabiliser un grand nombre de détecteurs simultanément, la réalisation est volumineuse et coûteuse. De pluf, la présence d'un pic dans le spectre est nécessaire au fonctionnement d'un tel système.

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients, c'est-à-dire d'améliorer le fonctionnement de l'asservissement du signal de sortie en fonction du signal d'erreur issu des deux comptages, et d'ainsi améliorer la stabilité autour d'une valeur déterminée, qui ne soit pas obligatoirement un pic.

La caractéristique principale du dispositif de stabilisation selon l'invention consiste à utiliser la différence du nombre d'impulsions entre les deux fenêtres pour agir, non pas sur les moyens d'amplification, mais sur les moyens de sélection des impulsions. On agit en particulier sur les valeurs de seuil délimitant les fenêtres, de façon à garder le pic sélectionné, centré au milieu des deux fenêtres.

Une autre caractéristique importante consiste à rendre adjacentes les deux fenêtres et centrer leur valeur commune de seuil sur la valeur de tension choisie. Ceci permet de supprimer un circuit comparateur et donc, de simplifier le dispositif. On prévoit également de supprimer La valeur supérieure de seuil de la fenêtre supérieure, étendant cette dernière à l'infini. On supprime ainsi un comparateur, et de plus, on obtient une rapidité exceptionnelle de convergence du système.

Le principal objet de l'invention est un dispositif électronique de stabilisation destiné à s'affranchir de la dérive du gain d'une channe de sélection en amplitude d'impulsions issues d'une source, apte à sélectionner les impulsions centrées autour d'au moins une valeur moyenne initiale déterminée, le dispositif comprenant - des moyens de sélection des impulsions à l'intérieur de deux
fenêtres de valeur de tension desdites impulsions, délimitées
chacune par au moins une tension de seuil et délivrant le
signal de sortie, - des moyens de comptage des impulsions comprises dans chacune
des deux fenêtres et délivrant os valeurs de comptage, et - des moyens d'asservissement c- signal de sortie recevant
lesdites valeurs de comptage et délivrant un signal
d'asservissement pour égaliser les valeurs comptées dans
chacune des fenêtres.

Le dispositif se caractérise en ce que les moyens d'asservissement du signal de sortie sont reliés aux moyens de sélection pour modifier les tensions de seuil des deux fenêtres, les tensions de seuil étant proportionnelles entre elles.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux fenêtres'de'valeur de tension de crête des impulsions sont adjacentes et ont donc une valeur de seuil commune, ce qui permet de supprimer des circuits de comparaison.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la première fenêtre est délimitée par deux valeurs de seuil, et la deuxième fenêtre est délimitée inférieurement par la valeur supérieure de seuil de la première fenêtre, et n'est pas délimitée supérieurement, pour permettre une convergence automatique du dispositif sur une valeur déterminée.

Selon une autre caractéritique de l'invention, les moyens de sélection des deux fenêtres sont constitués, d'une part pour chacune des tensions de seuil, d'un comparateur de la tension des impulsions de la source avec une valeur de seuil, et d'autre part, d'un montage à double bascule, commandé par les sorties des comparateurs et dont les sorties délivrent les impulsions comprises respectivement dans les deux fenêtres.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de comptage des impulsions sont constitués, pour chaque sortie des moyens de sélection, d'un montage du type pompe à diodes.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'asservissement comprennent un montage soustracteur intégrateur des sorties des moyens de comptage, pour délivrer les valeurs de tension de seuil au moyen d'une division potentiométrique.

L'invention et ses caractéristiques apparattront miteux à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux figures suivantes, représentant respectivement :
- la figure 1, déjà décrite, est un diagramme relatif au fonctionnement d'un dispositif de stabilisation selon l'art antérieur,
- la figure 2, un diagramme relatif au fonctionnement du dispositif de stabilisation selon l'invention,
- la figure 3, un schéma de principe de fonctionnement du dispositif de stabilisation selon l'invention,
- la-figure 4, un schéma du dispositif de stabilisation selon l'invention,
- la figure 5, un schéma électrique d'une réalisation possible du dispositif de stabilisation selon l'invention.

En réference aux figures 1 et 2, le principe de fonctionnement du dispositif de stabilisation selon l'invention reprend en partie celui des dispositifs selon l'art antérieur. On utilise toujours deux fenêtres F1 et F2, centrées autour de la tension moyenne M des impulsions que l'on souhaite sélectionner.

En référence à la figure 3, l'invention utilise des moyens de sélection 2 des impulsions à l'intérieur des deux fenêtres F1 et
F2, et des moyens de comptage 4 des impulsions sélectionnées El et E2 à l'interieur des deux fenêtres. C'est à partir des deux résultats N1 et N2, délivrés par les moyens de comptage 4, que des moyens d'asservissement 6 éLaborent un signal destiné à agir sur un des éléments de la chaîne. Lorsque cette dernière ne dérive pas, le nombre d'impulsions comprises dans la première fenêtre F1 est egal au nombre d'impulsions comprises dans la deuxième fenêtre F2. Comme illustré sur la figure 1, puis sur la figure 2, lorsque la chaîne dérive, ces deux nombres varient en sens inverse, ces variations étant représentées par les zones hachurées sur ces figures.L'asservissement est donc realisé à partir de la différence de ces deux nombres, Nl-N2.

Selon l'invention, cette différence, N1-N2, est utilisée pour agir sur les valeu s de seuil délimitant les deux fenêtres F1 et F2, de manière ce que ces dernières restent centrees autour de la valeur de te ion moyenne M, et le signal délivré par les moyens d'asservissement 6 est donc appliqué aux moyens de sélection 2.

En référence à la figure 2, les deux fenêtres sont délimitées de manière suivante. La première fenêtre F1 est délimitée par une valeur inférieure S1 et une valeur supérieure
S2, cette dernière correspondant à la valeur moyenne de tension M.

La deuxième fenêtre F2 est délimitée par la valeur S2 en ce qui concerne sa limite inférieure ; aucune valeur ne délimite sa
limite supérieuré. La courbe représentée en traits interrompus symbolise une dérive de la channe, et en particulier une baisse
de la valeur de tension du pic représentant le plus grand nombre d'impulsions. Le nombre d'impulsions comprises dans
la fenêtre F1 est beaucoup plus important que le nombre d'impulsions comprises dans la fenêtre F2. Cette variation se traduit donc par une différence N1-N2 des nombres d'impulsions comprises dans les deux fenêtres.Si on désire suivre la catégorie d'impulsions représentées par le pic en fréquence, et ceci malgré une dérive en tension, cette différence N1-N2 est utilisée pour faire varier les valeurs délimitant les deux fenêtres F1 et F2 à l'entrée des moyens de sélection 2.

En référence à la figure 3, des moyens d'asservissement 6 délivrent donc un ou plusieurs signaux d'asservissement qui dépendent de la valeur moyenne instantanée de la tension des impulsions et qui sont en fait les valeurs de seuil S1 et S2. La valeur moyenne instantanée est égale à la valeur moyenne initiale
M quand la channe ne dérive pas. Ainsi, si cette tension décroît, les valeurs délimitant les fenêtres decroissent également, tout en restant proportionnelles entre elles et par rapport à la valeur moyenne instantanée, pour ne tenir compte que de la même catégorie d'impulsions. De cette manière, les dérives des appareils constituant la chaSne n'empêchent pas de suivre de manière précise les impulsions de valeur initiale M choisie, entourée par les deux fenêtres, et dont la valeur varie lors de ces dérives.

Pour simplifier les circuits du dispositif selon l'invention, on prévoit de réduire au minimum le nombre de valeurs délimitant les fenêtres. Comme représenté sur la figure 2, seules deux valeurs de seuil S1 et S2 sont utilisées. Elles délimitent entre elles la première fenêtre F1, la valeur supérieure S2 étant égale à la valeur moyenne M des impulsions à sélectionner. La deuxième fenêtre supérieure est limitée inférieurement par la valeur de seuil S2, et n'est pas limitée supérieurement. Le nombre de ces valeurs de seuil étant égal à 2, il permet de réduire considérablement le nombre de composants du circuit au strict minimum.Le fait que la fenêtre supérieure F2 ne soit pas limitée supérieurement, assure une convergence rapide du dispositif et une stabilisation sur la valeur moyenne M choisie, si le spectre ne présente pas de maximum, ou sur le pic dont la tension des impulsions est la plus élevée. On peut symboliser le fonctionnement du dispositif de stabilisation selon l'invention par le schéma fonctionnel de la figure 4. Le signal d'entrée E est appliqué à deux circuits de sélection 21 et 22 des fenêtres F1 et F2. Les sorties El et E2 de chacun de ces circuits de sélection sont reliées respectivement à des circuits de comptage 41 et 42 qui délivrent les taux de comptage N1 et N2 des impulsions comprises dans les fenêtres F1 et F2.Pour pouvoir être exploités, ces taux de comptage N1 et N2, que l'on peut assimiler à des fréquences, doivent être transformés en valeurs de tension. Deux circuits de transformation fréquence-tension 5 et 52 sont donc utilisés à cet effet. Ils délivrent respectivement des tensions U1 et U2 respectivement proportionnelles à N1 et N2. Ces deux tensions ainsi obtenues sont donc appliquées aux entrées d'un soustracteur 60 qui délivre un signal U1-u2, appliqué à l'entrée d'un intégrateur 61. Ce dernier est calibre pour délivrer à sa sortie, lorsque la différence U1-U2 est nulle, la valeur supérieure de seuil S2.

Comme on le verra plus toin en détail, un diviseur potentiométrique permet de délit er la première valeur de seuil
S1. Cette dernière est appliquée -ux circuits de sélection 21 relatifs à la fenêtre F1, la vale supérieure de seuil S2 étant appliquée aux circuits de sélection 22 relatifs à la fenêtre F2.

Le signal de sortie EI+E2 du dispositif qui sera le signal utilisé, doit comprendre les impulsions de valeur moyenne
M contenues dans les deux fenêtres. Elles représentent par exemple un rayonnement de longueur d'onde déterminé.

Dans le cas de la figure 4, où les deux fenêtres F1 et
F2 sont adjacentes, et où la fenêtre supérieure F2 est illimitée superieurement, le signal de sortie contient toutes les impulsions dont la tension est supérieure à la première valeur de seuil SI. Pour obtenir ce signal de sortie, on utilise un circuit de mise en forme du signal de dépassement du seuil bas.

Une réalisation possible du dispositif de stabilisation selon l'invention est représentée sur la figure 5. Les différents éléments de ce circuit ont été regroupés de manière à reconstituer les éléments principaux de la figure 3.

Les moyens de sélection 2 recevant le signal d'entrée
E, comprennent essentiellement deux circuits comparateurs 23 et 24 et un montage à double bascule 25 de type D. Les deux circuits comparateurs reçoivent d'une part le signal d'entrêe E, et d'autre part, et respectivement, les valeurs de seuil S1 et S2.

Une sortie positive du premier circuit comparateur 23 relatif à la valeur de seuil S1 délivre également le signal de comptage des impulsions utiles E1+E2 d'ammplitude de valeur moyenne S2. Les deux sorties positive et négative de ce circuit sont reliées au montage à double bascule 25, qui est egalement relié à la sortie négative du deuxième circuit comparateur 24. La sortie du montage à double bascule 25 délivre les impulsions comprises dans la première fenêtre F1. Une sortie négative du deuxième circuit comparateur 24 délivre les impulsions comprises dans la fenêtre supérieure F2.

Les moyens de comptage tels qu'ils sont réalisés sur cette figure 5, remplissent en fait deux fonctions differentes, qui sont le comptage, tel que représenté sur la figure 4 en 41 et 42, et la fonction de transformation frequence-courant, représentée en 51 et 52 sur cette même figure 4. Dans la réalisation de la figure 5, ces deux fonctions sont réalisées dans un même circuit 4 comprenant deux montages à pompe à diodes 43 et 44. Ces deux montages sont inversés, pour permettre, en aval, l'opération de soustraction.

Les moyens d'asservissement 6 consistent en premier lieu à soustraire les valeurs des sorties respectives I1 et I2 des deux montages à pompe à diodes 43 et 44. C'est donc la différence, I1-I2, qui est prise en considération pour effectuer l'asservissement. ètte différence est appliquée à l'entrée d'un montage integrateur 61. Celui-ci est calibré pour donner en sortie, en cas de différence nulle à l'entrée, une valeur de tension égale à la deuxième valeur supérieure de seuil S2. Une division potentiométrique 62 permet d'obtenir, de façon proportionnelle à S2, la première valeur de seuil SI. Ces deux valeurs sont donc appliquées aux circuits comparateurs 23 et 24, et realisent donc la boucle d'asservissement.

En cours de fonctionnement, les signaux de sortie S1 et
S2 varient selon les dérives qui affectent les éléments de la channe. La deuxième valeur de seuil S2 correspond alors à la valeur moyenne de l'amplitude des impulsions du signal d'entrée
E, et du signal de sortie E1+E2. Ces valeurs de seuil S1 et S2 peuvent servir de référence à d'autres seuils qui peuvent être utilisés pour définir d'autres zones éventuelles de comptage dans le spectre analysé.

Le fait d'utiliser une fenêtre supérieure F2 non délimitée supérieurement, permet d'obtenir une convergence exceptionnelle en rapidité et en fiabilité. En effet, à la mise en route du dispositif, la différence de comptage N1-N2 dans les fenêtres F1 et F2 est telle que le jeu de valeurs de seuil S1 et
S2 se déplace très rapidement pour atteindre la stabilisation.

De plus, la présence d'un pic dans le spectre n'est pas indispensable au fonctionnement ee ce dispositif. En effet, si la courbe N=f(U) est une courbe monotone décroissante, il est possible de sélectionner une catégorie d'impulsions. Il suffit alors de choisir la valeur super eure de seuil S2 égale à la valeur moyenne de ces impulsions.

Lorsque l'on veut analyser plusieurs zones spectrales dans un spectre, le dispositif selon l'invention doit être appliqué à l'une d'elles, c'est-à-dire la plus élevée en amplitude. En supposant dans ce cas, que la channe est proportionnelle, on peut suivre, en utilisant des fenêtres supplémentaires et proportionnelles aux deux fenêtres F1 et F2 du dispositif, d'autres zones d'amplitude.

L'utilisation de convertisseurs fréquence-tension du type à pompe à diodes permet de réaliser un montage très économique, particulièrement utile dans le cas de détecteurs multiples.

Le dispositif selon l'invention peut fonctionner avec deux fenêtres distinctes et non adjacentes, telles que celles representées à la figure 1, la fenêtre supérieure restant de préférence non limitée supérieurement. On utilisera dans ce cas un circuit comparateur supplémentaire pour obtenir une troisième valeur de seuil et le signal de sortie correspondra au comptage des impulsions contenues dans une autre fenêtre, par exemple centrée autour de deux intervalles compris entre les deux fenêtres servant à la stabilisation, mais qui peut aussi correspondre à un autre pic.

L'ensemble des moyens de sélection 2, représentés sur la figure 5, est un circuit sélecteur d'amplitude, commercialisé par la Firme Industrielle NOVELEC sous l'appellation NIM 82 20.

Ce circuit relativement simple permet une mise en oeuvre à très bas prix, ce qui est très avantageux dans le cas de l'utilisation dans les multidétecteurs, où il faut agir sur un grand nombre de voies au moyen de plusieurs dispositifs de stabilisation.

En effet, dans le cadre de l'application de l'invention à l'ostéodensimétrie à multidétecteurs, ces derniers peuvent être au nombre de 18, et nécessitent chacun une channe de spectrométrie impulsionnelle. La réalisation décrite à la figure 5 permet de construire un matériel fiable, et beaucoup plus simple que les dispositifs selon l'art antérieur.

Claims

REVENDICATIONS

1. Di-spositif électronique de stabilisation destiné à s'affranchir de la dérive du gain d'une channe de sélection en amplitude d'impulsions (E) issues d'une source, apte à sélectionner les impulsions centrées autour d'au moins une valeur moyenne initiale de tension déterminée (M), le dispositif comprenant - des moyens de sélection des impulsions (2) à l'intérieur de

deux fenêtres (F1, F2) de valeur de tension desdites

impulsions, délimitées chacune par au moins une tension de

seuil (S1, S2) et'délivrant le signal de sortie, - des moyens de comptage (4) des impulsions (S1, S2) comprises

dans chacune des deux fenêtres (FI, F2) et délivrant chacun une

valeur de comptage (N1, N2), et - des moyens d'asservissement (6) du signal de sortie recevant

Lesdites valeurs de comptage (N1, N2) et délivrant un signal

d'asservissement pour égaliser les valeurs comptées dans

chacune des fenêtres, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement (6) du signal de sortie sont reliés aux moyens de sélection (2) pour modifier les tensions de seuil (S1, S2) des deux fenêtres (F1, F2), les tensions de seuil (S1, S2) étant proportionnelles entre elles

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux fenêtres (F1, F2) de valeurs de tension des impulsions sont adjacentes et ont donc une valeur de seuil (S2) commune.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première enêtre (F1) est délimitée par deux valeurs de seuil (S1, S2), et en ce que la deuxième fenêtre (F2) est délimitée inférieurement par la valeur supérieure de seuil (S2) de la première fenêtre, et n'est pas délimitée superieurement.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de sélection (2) des deux fenêtres (F1, F2) sont constitués, d'une part pour chacune des tensions de seuil, d'un comparateur (23, 24) de la tension des impulsions de la source (E) avec une valeur de seuil (S1, S2), et d'autre part, d'un montage à double bascule (25), relié aux sorties des comparateurs (23, 24) et dont les deux sorties délivrent les impulsions comprises dans respectivement les deux fenêtres (F1,

F2).

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de comptage (4) des impulsions (S1, S2) sont constitués, pour chaque sortie des moyens de sélection (2), par un montage du type pompe à diodes (43, 44).

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement (6) comprennent un montage soustracteur-intégrateur (61) des sorties des moyens de comptage (4), délivrant les valeurs de tension de seuil (S1, S2) à l'entrée des moyens de sélection (23, 24) par l'intermédiaire d'une division potentiométrique (62).