JP7027963B2 - Current measuring device and radiation detection device - Google Patents
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本発明は、例えば、電離箱式放射線検出装置における電離電流等の微小電流を測定する電流測定装置、及び、この電流測定装置を用いた放射線検出装置に関する。 The present invention relates to, for example, a current measuring device for measuring a minute current such as an ionization current in an ionizing box type radiation detecting device, and a radiation detecting device using this current measuring device.
図5は、電離箱式放射線検出器に適用される電流測定装置の従来技術であり、特許文献1に記載されているものである。
電流測定装置1は、入力端子2から入力される被測定電流(電離電流)Iinを積分する電荷積分回路3を備え、その出力信号(積分電圧信号)Voは低レンジ側電流測定部4及び高レンジ側電流測定部5に入力されている。これらの電流測定部4,5により算出された測定値ImL,ImHは、測定値決定部6に入力されて最終的な電流測定値Imが決定される。
電荷積分回路3の入力側には、積分コンデンサに蓄積された電荷を放電させるポンピング回路7が接続され、このポンピング回路7には高レンジ側電流測定部5からのパルス信号P1が入力されている。
FIG. 5 is a conventional technique of a current measuring device applied to an ionization chamber type radiation detector, which is described in
The
A
図6は、図5に示した電流測定装置1の詳細な構成図である。
電荷積分回路3はオペアンプ31と積分コンデンサ32とを備え、オペアンプ31から出力された積分電圧信号Voは低レンジ側電流測定部4のA/D変換回路41によりディジタル信号Vodに変換され、低レンジ側測定値演算部42a及び高レンジ側測定値演算部42bからなる演算処理回路42に入力される。
FIG. 6 is a detailed configuration diagram of the
The
また、積分電圧信号Voは、高レンジ側電流測定部5内の電圧比較回路51に入力され、基準電圧V1との比較結果に応じて比較信号Scが出力される。この比較信号Scは、単安定マルチバイブレータからなるパルス信号生成回路52に入力され、その出力であるパルス信号P1がカウンタ回路53及び前記ポンピング回路7に入力されている。
カウンタ回路53は、逐次入力されるパルス信号P1の周期、すなわち積分電圧信号Voの周期Tに相当するカウント値Nを計数し、低レンジ側電流測定部4内の高レンジ側測定値演算部42bに出力する。
なお、図7は、高レンジ側電流測定部5を構成する各部の動作を、被測定電流Iin及び積分電圧信号Voと共に示したものである。
Further, the integrated voltage signal Vo is input to the
The
Note that FIG. 7 shows the operation of each unit constituting the high range side
前述したように、パルス信号P1は、コンデンサ71,抵抗73及びダイオード72からなるポンピング回路7に入力され、ポンピング回路7の出力が電荷積分回路3内のオペアンプ31の反転入力端子に加えられている。
As described above, the pulse signal P 1 is input to the
演算処理回路42の低レンジ側測定値演算部42aは、A/D変換回路41のサンプリング周期と等しい周期(例えば1[s])でタイマ割込処理を行い、積分電圧信号Voのディジタル信号Vodの変化率に換算係数を乗算して低レンジ側電流測定値ImLを算出する。
一方、高レンジ側測定値演算部42bは、所定周期(例えば125[ms])のタイマ割込処理によってカウンタ回路53から取り込んだ周期Tに基づき積分電圧信号Voの周波数を求め、この周波数に換算係数を乗算して高レンジ側電流測定値ImHを算出する。
図8(a)は、低レンジ側測定値演算部42aにより演算される被測定電流Iin(ImL)と積分電圧信号Voの時間変化率との関係を示し、図8(b)は、高レンジ側測定値演算部42bにより演算される被測定電流Iin(ImH)と積分電圧信号Voの周波数との関係を示している。
The low range side measurement
On the other hand, the measured
FIG. 8A shows the relationship between the measured current I in ( IML ) calculated by the low range side measurement value calculation unit 42a and the time change rate of the integrated voltage signal Vo, and FIG. 8B shows the relationship. , The relationship between the measured current I in ( ImH ) calculated by the measured
図5の測定値決定部6は、高レンジ側電流測定部5により所望の出力要求タイミングに応じて高レンジ側電流測定値ImHを算出できる場合には、高レンジ側電流測定値ImHを被測定電流Iinに対する電流測定値Imとして決定する。また、高レンジ側電流測定値ImHを所望の出力要求タイミングで算出できない場合には、低レンジ側電流測定部4により算出した低レンジ側電流測定値ImLを被測定電流Iinに対する電流測定値Imとして決定する。
このように、高レンジ側電流測定値ImHを所望の出力要求タイミング内に算出できるか否かに応じてImL,ImHの何れかを選択して電流測定値Imを得ているため、レンジの切替による損失時間が発生することがなく、広いレンジの微小な被測定電流Iinを所望の出力要求タイミングに従って正確に測定することができる。
When the measured
In this way, the current measurement value Im is obtained by selecting either I mL or ImH depending on whether or not the high range side current measurement value ImH can be calculated within the desired output request timing. It is possible to accurately measure a minute measured current I in in a wide range according to a desired output request timing without causing a loss time due to range switching.
前述した従来技術では、図7に示したように、積分電圧信号Voが基準電圧V1を上回った時に出力される比較信号Scによりパルス信号P1を発生させ、このパルス信号P1をポンピング回路7に供給して電圧積分回路3の積分コンデンサ32を放電させている。具体的には、パルス信号P1の立上りでコンデンサ71の電荷が抵抗73を介して接地側に流れ、その時に抵抗73に発生する電圧降下によりダイオード72を介して電圧積分回路3側に電流が流れることにより、積分コンデンサ32に蓄積された電荷が放電(リセット)されることになる。
In the above-mentioned prior art, as shown in FIG . 7, a pulse signal P 1 is generated by a comparison signal Sc output when the integrated voltage signal Vo exceeds the reference voltage V 1 , and this pulse signal P 1 is generated. It is supplied to the
しかしながら、積分コンデンサ32を放電させた直後には、積分コンデンサ32の誘電吸収の影響により電荷が完全にゼロにはならず、これによって電流測定値に誤差が含まれるという問題があった。
However, immediately after discharging the integrating
そこで、本発明の解決課題は、積分コンデンサの放電直後の電流測定値を適切に補正することにより、電流測定値の誤差を低減させた電流測定装置を提供すると共に、この電流測定装置を用いた放射線検出装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved of the present invention is to provide a current measuring device that reduces the error of the current measured value by appropriately correcting the current measured value immediately after the discharge of the integrating capacitor, and to use this current measuring device. The purpose is to provide a radiation detector.
上記の課題を解決するために、請求項1に係る電流測定装置は、被測定電流を積分して積分電圧信号を出力する電荷積分手段と、 前記積分電圧信号の時間変化率に基づいて被測定電流を算出する電流測定手段と、前記積分電圧信号が基準電圧に達した時に前記電荷積分手段内の積分コンデンサを放電させるポンピング手段と、を備えた電流測定装置において、
値が既知である被測定電流と、この被測定電流を前記電荷積分手段に入力した時の前記電流測定手段による電流測定値と、の誤差を、前記ポンピング手段による前記積分コンデンサの放電直後から測定して前記誤差に近似した電荷リセット補償関数を生成する補償関数作成手段と、
前記電荷リセット補償関数を用いて前記電流測定値を補正することにより、前記誤差を除去した電流測定値を算出する測定値補正手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the current measuring device according to
The error between the measured current whose value is known and the current measured value by the current measuring means when the measured current is input to the charge integrating means is measured immediately after the discharge of the integrating capacitor by the pumping means. And a compensation function creating means that generates a charge reset compensation function that is close to the error.
It is characterized by comprising a measured value correction means for calculating a current measured value from which the error is removed by correcting the current measured value using the charge reset compensation function.
請求項2に係る電流測定装置は、前記補償関数作成手段が、電流初期値、減衰係数、及び、前記積分コンデンサの放電開始後の経過時間からなる補償関数を複数、合成して前記電荷リセット補償関数を作成することを特徴とする。
In the current measuring device according to
請求項3に係る電流測定装置は、請求項1または2に記載した電流測定装置において、前記被測定電流が、放射線の線量率を測定するための電離電流であることを特徴とする。
The current measuring device according to
請求項4に係る放射線検出装置は、請求項1~3の何れか1項に記載した電流測定装置を備え、前記測定値補正手段から出力される電流測定値を用いて放射線の線量率を検出することを特徴とする。
The radiation detection device according to
本発明によれば、被測定電流が流入する電圧積分回路の積分コンデンサを放電させた後の電流測定値を電荷リセット補償関数によって補正することにより、積分コンデンサの誘電吸収に起因する誤差を低減させた電流測定装置を実現することができる。また、この電流測定装置を放射線検出装置に適用すれば、放射線の線量率を正確に測定することが可能である。 According to the present invention, the current measurement value after discharging the integrating capacitor of the voltage integrating circuit into which the measured current flows is corrected by the charge reset compensation function, thereby reducing the error caused by the dielectric absorption of the integrating capacitor. It is possible to realize a current measuring device. Further, if this current measuring device is applied to a radiation detecting device, it is possible to accurately measure the dose rate of radiation.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
始めに、本発明は、被測定電流が入力されて積分動作を行う電荷積分手段と、その積分電圧信号に基づいて被測定電流を算出する電流測定手段と、電荷積分手段の積分コンデンサを所定のタイミングで放電させるポンピング手段とを備えた電流測定装置を対象とする。
このため、本発明は、例えば特許文献1に記載された電流測定装置にも適用可能であるが、前述した低レンジ側電流測定部、高レンジ側電流測定部を切り替えて測定する機能は必ずしも必要ではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the present invention defines a charge integrating means for inputting a measured current to perform an integrating operation, a current measuring means for calculating the measured current based on the integrated voltage signal, and an integrating capacitor for the charge integrating means. The target is a current measuring device equipped with a pumping means for discharging at a timing.
Therefore, the present invention can be applied to, for example, the current measuring device described in
まず、図1は、本発明の実施形態の主要部を示すブロック図である。
図1において、例えば電離箱式放射線検出装置における電離電流等の被測定電流Iinは、図6に示したようにオペアンプ及び積分コンデンサを備えた電荷積分手段11に入力されている。この電荷積分手段11から出力される積分電圧信号Voは電流測定手段12に入力され、電流測定手段12は、積分電圧信号Voと積分コンデンサの容量と測定開始からの経過時間とに基づいて周知の演算により電流測定値Im’を算出する。
First, FIG. 1 is a block diagram showing a main part of an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, for example, a measured current Iin such as an ionization current in an ionization chamber type radiation detection device is input to a charge integrating means 11 provided with an operational amplifier and an integrating capacitor as shown in FIG. The integrated voltage signal Vo output from the
また、電流測定手段12は、積分電圧信号Voが基準電圧を超えるとパルス信号Pを生成してポンピング手段13に出力する。このポンピング手段13は、例えば図6のポンピング回路7と同様に構成されており、パルス信号Pが入力されると電荷積分手段11の積分コンデンサに蓄積された電荷を放電させる機能を備えている。
Further, when the integrated voltage signal Vo exceeds the reference voltage, the current measuring means 12 generates a pulse signal P and outputs the pulse signal P to the pumping means 13. The pumping means 13 is configured in the same manner as the
前述した積分コンデンサの誘電吸収の影響により、積分電圧信号Voは、積分コンデンサが放電した直後にゼロにならず、結果として電流測定手段12から出力される測定値Im’は誤差を含んでいる。
そこで、本実施形態では、測定値Im’の誤差を測定値補正手段15により補正して正確な測定値Imを得ることとし、この補正を行うために,補償関数作成手段としての合成手段14により生成した合成補償関数SCnを用いるようにした。
Due to the influence of the dielectric absorption of the integrating capacitor described above, the integrated voltage signal Vo does not become zero immediately after the integrating capacitor is discharged, and as a result, the measured value Im'output from the current measuring means 12 includes an error. There is.
Therefore, in the present embodiment, the error of the measured value Im'is corrected by the measured value correcting means 15 to obtain an accurate measured value Im , and in order to make this correction, a synthesis means as a compensation function creating means. The synthetic compensation function SC n generated by 14 is used.
すなわち、測定に使用する電流測定装置に、値が既知である被測定電流Iinを入力し、電荷積分手段11及び電流測定手段12を介して測定値Im’が得られた場合、ポンピング手段13により積分コンデンサを放電(リセット)させた直後の被測定電流Iinと測定値Im’との誤差(測定誤差)の時間変化を測定する。この測定誤差に近似した補償関数(積分電荷リセット補償関数)を予め作成しておき、この積分電荷リセット補償関数を用いて測定値Im’を補正すれば、積分コンデンサによる誘電吸収の影響を除いた正確な測定値Imを得ることができる。
なお、積分電荷リセット補償関数を単一の関数によって実現することは困難であるため、本実施形態では、複数の補償関数を合成して得た合成補償関数SCnを用いている。
That is, when the measured current I in of which the value is known is input to the current measuring device used for the measurement and the measured value Im'is obtained via the
Since it is difficult to realize the integrated charge reset compensation function by a single function, the synthetic compensation function SC n obtained by synthesizing a plurality of compensation functions is used in this embodiment.
図2は、電流測定装置に既知の被測定電流Iinを入力して測定誤差を求め、この測定誤差に近似した合成補償関数SCnを3つの補償関数1~3(C1n~C3nとする)の加算値として求めた場合のデータ(一部)を示している。
ここでは、電流測定装置に約326[fA]の被測定電流Iinを入力し、1回目~4回目の各測定について、積分コンデンサを放電させてから1[s]ごとの経過時間における約50個の測定値(リセット補償なしのデータ)Im’と、4回分の測定値Im’の平均値と、この平均値の被測定電流Iinに対する測定誤差と、を求め、それぞれの測定誤差に近似した合成補償関数を補償関数1~3の加算値として算出している。
図2において、網掛けを施したデータNo.0~No.3は、被測定電流Iinの値を確認してから積分コンデンサを放電させた部分であり、データNo.3の時点が放電のタイミング(経過時間=0)である。
In FIG. 2, a known measured current I in is input to the current measuring device to obtain a measurement error, and the combined compensation function SC n approximated to this measurement error is referred to as three
Here, about 326 [fA] of the measured current I in is input to the current measuring device, and for each measurement from the first to the fourth, about 50 in the elapsed time for each 1 [s] after the integrating capacitor is discharged. The average value of each measured value (data without reset compensation) Im'and the four measured values Im ', and the measurement error of this average value with respect to the measured current I in are obtained, and each measurement error is obtained. The synthetic compensation function close to is calculated as the addition value of the
In FIG. 2, the shaded data No. 0-No.
以下の数式1は補償関数1~3の設定例であり、補償ピーク電流初期値a1~a3及び減衰係数τ1~τ3は、使用する電流測定装置ごとに調整可能である。
図3は、図2における測定誤差(実線)に近似させた合成補償関数(破線)、及び、補償関数1~3(一点鎖線,二点鎖線,点線)を示した波形図である。
合成補償関数SCnは前述した図1の合成手段14によって求められるため、測定値補正手段15では、この合成補償関数SCnを測定値Im’に加算または減算して積分電荷リセット補償を行うことにより、積分コンデンサの誘電吸収に起因する誤差が除去された測定値Imを得ることができる。
FIG. 3 is a waveform diagram showing a synthetic compensation function (broken line) approximated to the measurement error (solid line) in FIG. 2 and
Since the synthetic compensation function SC n is obtained by the synthetic means 14 of FIG. 1 described above, the measured value correction means 15 adds or subtracts the synthetic compensation function SC n to the measured value Im'to perform integrated charge reset compensation. Thereby, the measured value Im from which the error due to the dielectric absorption of the integrating capacitor is removed can be obtained.
図4は、図2のデータに基づき、本実施形態の積分電荷リセット補償を行った場合と行わない場合とについて、積分電荷放電後の経過時間と電流測定値との関係を示した波形図である。
図4のリセット補償なし(破線)の波形において、経過時間が0に近い方から4つのピーク値は図2におけるデータNo.5の1回目~4回目の測定値であり、各ピーク値の間の約50個の測定値が図2のリセット補償なしのデータである。
リセット補償なしの場合には、測定値が大きく変動しているが、本実施形態によるリセット補償あり(実線)の波形では測定値の変動幅が小さく、補償効果が顕著に表れているのがわかる。
FIG. 4 is a waveform diagram showing the relationship between the elapsed time after the integrated charge discharge and the current measured value in the case where the integrated charge reset compensation of the present embodiment is performed and the case where the integrated charge reset compensation is not performed, based on the data of FIG. be.
In the waveform without reset compensation (dashed line) in FIG. 4, the four peak values from the one whose elapsed time is closer to 0 are the data Nos. in FIG. It is the first to fourth measured values of No. 5, and about 50 measured values between each peak value are the data without reset compensation in FIG. 2.
When there is no reset compensation, the measured value fluctuates greatly, but in the waveform with reset compensation (solid line) according to this embodiment, the fluctuation range of the measured value is small, and it can be seen that the compensation effect is remarkable. ..
本発明は、放射線検出装置の電離電流を始めとして、微小電流を測定する各種の電流測定装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in various current measuring devices for measuring minute currents, including ionizing currents of radiation detection devices.
11:電荷積分手段
12:電流測定手段
13:ポンピング手段
14:合成手段
15:測定値補正手段
11: Charge integrating means 12: Current measuring means 13: Pumping means 14: Synthesis means 15: Measured value correction means
Claims (4)
値が既知である被測定電流と、この被測定電流を前記電荷積分手段に入力した時の前記電流測定手段による電流測定値と、の誤差を、前記ポンピング手段による前記積分コンデンサの放電直後から測定して前記誤差に近似した電荷リセット補償関数を生成する補償関数作成手段と、
前記電荷リセット補償関数を用いて前記電流測定値を補正することにより、前記誤差を除去した電流測定値を算出する測定値補正手段と、
を備えたことを特徴とする電流測定装置。 The charge integrating means that integrates the measured current and outputs the integrated voltage signal, the current measuring means that calculates the measured current based on the time change rate of the integrated voltage signal, and the integrated voltage signal have reached the reference voltage. In a current measuring device including a pumping means for discharging an integrating capacitor in the charge integrating means at times.
The error between the measured current whose value is known and the current measured value by the current measuring means when the measured current is input to the charge integrating means is measured immediately after the discharge of the integrating capacitor by the pumping means. And a compensation function creating means that generates a charge reset compensation function that is close to the error.
A measurement value correction means for calculating a current measurement value from which the error is removed by correcting the current measurement value using the charge reset compensation function, and a measurement value correction means.
A current measuring device characterized by being equipped with.
前記補償関数作成手段は、電流初期値、減衰係数、及び、前記積分コンデンサの放電開始後の経過時間からなる補償関数を複数、合成して前記電荷リセット補償関数を作成することを特徴とする電流測定装置。 In the current measuring device according to claim 1,
The current compensation function creating means is characterized in that a plurality of compensation functions including an initial current value, an attenuation coefficient, and an elapsed time after the start of discharge of the integrating capacitor are combined to create the charge reset compensation function. measuring device.
前記被測定電流が、放射線の線量率を測定するための電離電流であることを特徴とする電流測定装置。 In the current measuring device according to claim 1 or 2.
A current measuring device, characterized in that the measured current is an ionizing current for measuring a dose rate of radiation.
A radiation detection device comprising the current measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the dose rate of radiation is detected by using the current measured value output from the measured value correcting means.
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