JPH0219748Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案はデイジタル計数率計の改良に関する。 放射線検出器から出力されるパルス信号は次の
ような特性を持つている。即ち、検出器出力信号
における信号計数率の平均値は、その被測定物の
物理量と比例関係にあり、かつ当該平均値を中心
に統計的変動を行なつている。そこで、デイジタ
ル計数率計は、以上のようなパルス信号の計数率
を人間の視覚で認識しやすい電圧、或いはデイジ
タル的数値に変換し、かつ統計変動による誤差
（統計誤差）の少ない出力として求めている。 ところで、従来の計数率計は、構成の簡単な電
子式アナログ計数率計が主流を占めている。しか
し、この電子式アナログ計数率計にあつては、構
成部品自体に定数のバラツキや経時変化等がある
ため、計数率計の出力に誤差が生じ、高精度の測
定ができない。そこで、このような欠点を補うこ
とおよび最近のデイジタルICの発達に伴なつて
アナログ計数率計からデイジタル計数率計に移行
する傾向にある。 而して、従来のデイジタル計数率計は、ある時
間Ｔ内での計数値Ｎを得た後、この計数値Ｎをあ
る時間Ｔで割算して計数率を求めている。このた
め、かかるデイジタル計数率計か、統計誤差を所
定値以下に抑えるためには長い計数時間を必要で
あるが、計数時間を長く取ると結果を得る間隔が
長くなるため計数時間内で急激な放射線の変化が
生じた場合は速やかに検知できないばかりでな
く、計数時間内における膨大な計数量の中に変化
分が埋没してしまい計数率計から得られた結果か
らは異常を検知できない可能性もあるなどの問題
がある。また、この問題を解決するために計数時
間を短くすると、計数率の表示が短時間で目まぐ
るしく変化し、人間にとつて認識しにくいだけで
なく、統計誤差が大きくなる欠点があつた。 このような欠点を補うべく、短い計数時間で計
数し、計数毎のデータを所定回数だけ順次記憶
し、各計数終了毎に今回および記憶されている過
去の計数データをもとに演算を行なえば、適切な
応答速度および統計誤差の小さい計数率を求める
ことができる。しかし、以上のようにして計数率
を求める場合、高精度に計数率を求めるために短
い計数時間で得た過去の計数値を多数記憶する必
要があり、多くのメモリを必要とする欠点があ
る。 このように計数率の表示に関して、デイジタル
計数率計は、認識しにくかつたりメモリを多数必
要とする等の欠点を有するのに対し、アナログ計
数率計は、指針による表示であり、その特性とし
て計数値の大なる場合には応答速度は遅く、逆に
計数値の小なる場合には応答速度は速くなるよう
に構成されていた。このため、アナログ計数率計
の指針は、計数値の変化量は同じでも、計数値自
体が小さい条件のもとでは動きが緩慢であつて人
間が認識するには都合が良く、逆に計数値自体が
大きい条件のもとで動きが敏感であつてもこの場
合はもともと計数値が大きいため読み取りにくい
ことはないという特徴を持つている。 本願は、上記課題を解決し、デイジタル計数率
計にしてアナログ計数率計の応答速度の特性を備
えて認識し易く、かつメモリを少量しか必要とし
ないデイジタル計数率計を供給することを目的と
する。 本考案は上記実情にかんがみてなされたもので
あつて、短時間で計数を行なうとともに、この計
数値を用いて演算を行なうに際し、演算に使用す
る関数の演算定数を可変して所定の統計誤差のも
とで、適切な応答特性を有する計数率を求めるよ
うにするデイジタル計数率計を提供するものであ
る。 次に本考案の演算において用いられる関数につ
いて説明する。 関数の決定にあたつては、指数関数の性質に着
目した。指数関数の基本式はe^-t（ｔ：時間）であ
るが、これは時間ｔ＝０においてその解はe^-o＝
１を示し時間経過にともない限りなく０に近づい
ていく。このe^-tに係数（ｘ＋α）を付け、（ｘ＋
α）e^-tとした場合、時間ｔ＝０から所定時間経
過後の（ｘ＋α）e^-tの解は、指数であるｔの値
によりｘ以上あるいはｘ以下とすることが可能で
ある。本考案では、（ｘ＋α）e^-tにおけるｘを前
回演算計数率とし、αは定数とすることによつ
て、（Ｘ＋α）e^-tにより求められる今回演算計数
率が前回演算計数率以上にも以下にもなり得る可
能性を、使用する関数に持たせたのである。次に
使用する関数においてｔで定まる減衰具合を決定
するのであるが、この減衰具合は、計数率を反影
し、計数率大の場合は演算の結果得られる計数率
の変化量は大きくてよいためｔの値も大きくてよ
く、逆に計数率小の場合は演算の結果得られる計
数率の変化量は小さくてよいためｔの値も小さく
てよい。このようなｔを決定することによりアナ
ログ計数率計と同様の特性を持たせることができ
るのである。よつて前式（ｘ＋α）e^-tにおける
指数ｔは、前回演算計数率ｘの大小に比例して変
化させることが望ましい。そこで、本考案は広く
知られている下記(2)式に着目した。(2)式は、減衰
時定数τと計数率V_o-1から統計誤差σを求める
ものであるが、この統計誤差σを一定にした場
合、計数率V_o-1の大小に反比例してτは定まる。
そこで、本考案では前式（ｘ＋α）e^-tにおける
指数ｔを減衰時定数τの逆数による関数１／τと
することにより、前記指定数ｔが計数率の大小に
比例して変化するようにした。また、本考案は、
１回の計数に要する計数時間Ｔと、この計数時間
Ｔ内に検出されたパルスの計数値Ｎとから平均パ
ルス間隔Ｔ／Ｎを求め、この平均パルス間隔毎に
演算を行い、順次計数率を算出し、最終的に計数
時間Ｔ経過時の計数率を求めるものであつて、今
回演算計数率にV_o、前回演算計数率にV_o-1、定
数にＥ、前記平均パルス間隔Ｔ／Ｎを新たにｔと
したものが次の(1)式である。 V_o：今回演算計数率 V_o-1：前回演算計数率 Ｅ：定数 ｔ：平均パルス間隔 τ：減衰時定数 本(1)式が実際に用いられる関数であるが、減衰
時定数τは、 この(2)式から、予め希待する統計誤差σと前回
演算計数率V_o-1から逆算により求められる数値
であつて、(1)式の演算に先立ち求めておくもので
ある。 なお、(2)式は、一般に統計計算に用いられ、よ
く知られた式であるが、(1)式は、本願におけるデ
イジタル計数率計を完成させるにあたり、実験と
試行錯誤をくり返し、経験から得られたものであ
つて、計数率を求めるための原理的な事柄とは羽
ら関係のないものである。 以下、本考案の一実施例について第１図ないし
第３図を参照して説明する。第１図は本考案のデ
イジタル計数率計の概略ブロツク図であつて、放
射線検出器１１より出力されたパルス信号を計数
回路１２にて計数し、この計数値を用いて演算回
路１３で指数関数による演算を行ない、その演算
結果を記憶回路１４にて記憶し、表示部１５で表
示する構成としている。なお、１２〜１４は計数
率計を構成する要素である。 而して、本考案のデイジタル計数率計は、計数
回路１２で計数した今回計数値と記憶回路１４に
記憶されている前回演算計数率とを用いて第２図
のフローチヤートで示すような演算を実施するこ
とにある。先ず、ステツプ１では、所定の計数時
間Ｔ内に放射線検出器１１より出力されたパルス
を積算計数し計数値Ｎを求める。ステツプ２で
は、計数値Ｎ及び計数時間Ｔを用いてｔ＝Ｔ／Ｎの 演算を行ない、各パルス間の平均パルス間隔時間
ｔを求め、次ステツプから始まるループ演算のた
めの初期化を行う。次に、ステツプ３では、前回
計数率及び統計誤差から減衰時定数τを求める。
ステツプ４は、第１図における演算結果記憶回路
１３に格納されている前回演算計数率V_o-1に該
演算出力値V_o-1の大きさで定まる定数Ｅを加え、
これをステツプ２で求めた今回計数結果の平均パ
ルス間隔時間と、ステツプ３で設定した減衰時
定数τを用いて、平均パルス間隔時間経過ごとに
(1)式の指数関数演算を実施し、これを今回演算計
数率V_oとして記憶回路１４へ格納する。 ステツプ５は、ステツプ２で初期値１を設定し
たカウンタ をインクリメントする。ステツプ６
は、カウンタ をチエツクし、ステツプ３及びス
テツプ４の演算が計数値Ｎ回繰り返し「実施した
かどうかつまりＴ時間経過したか「否か」を判定
し、経過していない場合には引き続き繰り返し演
算を行なうか、又は新しく計数した計数値を使用
するかを判断し次の演算に移行する。 以上のように演算回路１３で平均パルス間隔時
間経過するごとに演算を実施することにより、放
射線検出器１１の出力パルスの計数値に比例した
計数率を求めることができる。また、(1)式におけ
る減衰時定数τは、予め定められる統計誤差及び
前回演算計数率を用いて、(2)式で求めることがで
きる。 第３図は、計数率と応答の関係を分り易くする
ために、計数回路１２へ入力されるパルス信号２
１に対する(1)式の演算出力値２２（計数率）を時
間との関係で示した図である。具体的には、積算
計数時間T₁，T₂，…毎にパルス信号２１を計数
し、その各々の計数値N₁〜N₄がN₁＝２，N₂＝
３，N₃＝２，N₄＝１である例を示している。例
えば計数時間T₂内における計数値３が計数時間
T₁における計数値より多い時、その演算出力値
２２は計数時間T₂内において上昇特性を示し、
またT₄のように計数値N4が前回の計数値である
N₃＝２よりも少ない時、演算出力値２２は下降
特性を示す。 なお、第３図は、積算計数時間T₁，T₂，…が
一定の場合について示したが、逆に計数値Ｎを一
定値とし、その計数値Ｎが得られるまでの積算計
数時間Ｔを求める方式、或いはその両方を可変と
する方式の何れでも適用できる。要は、計数時間
Ｔおよび計数値Ｎの何れか一方が可変にしろ、或
いは両方が可変であるにせよ、これらの計数時間
Ｔと計数値Ｎとから平均計数時間を求めた後、
第２図のフローチヤートに従つて演算を行なつて
計数率を求めるものであれば、本考案デイジタル
計数率計と本質的に同じものである。 更に、本考案は要旨を逸脱しない範囲で種々変
形実施が可能である。第４図はその１つの演算例
であり、その演算結果の演算出力値を第５図に表
わしている。即ち、この演算動作は、第２図と基
本的に同じであるが、特に異なるところは、平均
パルス間隔毎に演算し計数率を求めるのではな
く、一足飛びに計数時間Ｔ経過時の計数率を求め
るものである。以下、具体的に述べると、第４図
においてステツプ１では、放射線検出器１１より
出力されるパルスを積算計数し、積算計数時間Ｔ
内での計数値Ｎを求める。ステツプ２では、計数
結果に基づいて各パルス間の平均時間（＝Ｔ／Ｎ） を求める。 次に、ステツプ３では、前回の演算出力値
V_o-1が記憶回路１４に格納されているので、こ
の前回演算出力値V_o-1を用いて計数時間Ｔ経過
時の計数率を下記演算式及び(2)式に基づいて演算
を行なう。 そして、この演算式に基づいて得られた演算出
力値を新たな演算出力値V_oとして記憶回路１４
に格納し、次の計数時間Ｔ内の計数値Ｎにおける
演算式に使用する。第５図はパルス信号２１の計
数値に対する演算出力値の特性を示している。 今、(3)式について数式をもつて具体的に説明す
ると、 より(3)式は導かれる。この第５図から明らかなよ
うに、(3)式の演算式では、破線部分で演算せず
に、点部分ごとに演算を行なつて演算出力値を求
めるものである。 従つて、この演算動作にあたつては、各計数時
間の計数値ごとに一度演算を実施すればよく、電
子計算機のように演算処理に比較的長い時間を要
するものでは、時間管理が容易である。 なお、上記(4)式を下記(5)式のような近似式で演
算を行なつてもよい。 また、(4)式、(5)式において１−e^t/rの代りに以
下のような近似式を用いて演算することも可能で
ある。つまり、ｔ＜τの時、 とすることができる。 さらに、本考案のデイジタル計数率計は次のよ
うに変形することもできる。つまり、第２図のス
テツプ４の演算において、前回演算計数率V_o-1
にV_o-1の大きさで定まる定数Ｅを加算する前に、
先ず、計数時間Ｔと、計数値Ｎを用いて求まる各
平均パルス間隔時間及び(2)式により求まる減衰
時定数τとで指数演算

【式】を行なつた 後、前回演算計数率V_o-1の大きさで定まる定数
Ｅを加算するようにしてもよい。この場合、演算
手順が違うだけであり、計数率を求める基本式は
何ら変らない。 次に、第６図は同じく本考案の他の実施例であ
る。即ち、この実施例は、計数回路１２で入力パ
ルス信号を計数後、この計数値Ｎから判定部３１
で平均パルス間隔時間Ｎ／Ｔを算出し、指数演算に 使要する演算定数例えば時定数τおよび定数Ｅを
決定し、これを演算回路１３に入力して指数演算
を実施するものである。これにより、適切な応答
速度と統計誤差を持つ計数率を求めることができ
る。 次に、第７図は同じく本考案の他の実施例であ
る。これは、入力計数率に対して対数的な出力を
得るものであつて、具体的には、計数回路１２で
計数された計数値Ｎを用いて定数の異なる複数の
演算要素を持つた演算回路４１でそれぞれ演算を
実施し、後続の記憶回路４２ａ〜４２ｃに記憶
し、この各記憶値を加算器４３に加算演算した
後、表示部１５で表示する構成である。 第８図は第７図の演算動作を示すフローチヤー
ト図である。先ず、記憶回路４１の複数演算要素
はそれぞれ異なつた定数を持つ。例えば第１の演
算要素では定数Ｅ，τa，Ca、第２の演算要素で
は定数Ｅ，τb，Cb、第３の演算要素では定数Ｅ，
τc，Ccを使用する。なお、Ｅは演算出力値の大
きさで定まる定数、τa〜τcは減衰定数、Ca〜Cc
は重みを示す定数である。 而して、ステツプ１、ステツプ２では、ある計
数時間Ｔにおける計数値Ｎを求めた後、各平均パ
ルス間隔時間を求めることは前述と同じであ
る。その後、ステツプ３では、平均パルス間隔時
間、減衰時定数τa〜τcと演算結果記憶回路４
２ａ〜４２ｃに格納されている前回演算された最
終演算計数率Vοa〜Vοcとを用いて演算回路４１
の各演算要素で平均パルス間隔時間経過ごとに指
数演算を行なう。ステツプ４では、定数Ｅよりス
テツプ３での演算結果を差引き、この減算値にそ
れぞれ重み定数Ca〜Ccを掛け合せた後、これに
ステツプ３の演算結果を加算し新しい演算計数率
Vοa〜Vοcとし、後続の該当する記憶回路４２ａ
〜４２ｃへ格納する。ステツプ５では、記憶回路
４２ａ〜４２ｃに記憶されている演算出力値Vοa
〜Vοcを加算器４３で加算し表示部１５で表示す
る。ステツプ６では、指数演算の繰り返し回数を
Ｎ回実施したかどうかを判定し、引き続き繰り返
し演算を行なうか、又は新しく計数して得る値を
使用するか判断する。 従つて、以上のように複数の演算要素でそれぞ
れ演算を実施し、その結果を加算器４３で加算出
力するようにすれば、入力計数率に対して対数的
な出力計数率を得ることができる。 次に、第９図は第８図における入力計数率に対
する各演算要素の演算出力値が対数であることを
示す図である。同図において４４ａ，４４ｂ，４
４ｃは各演算出力値、４５は各演算出力値４４
ａ，４４ｂ，４４ｃを加算した値である。なお、
このような演算を行なうものにあつては、各定数
の比（Ca／τa＝Cb／τb＝Cc／τc）を一定とすれば、
計数 率の高低に拘らず統計的な誤差を一定とすること
ができ、常に一定の精度で測定することができ
る。勿論、第４図および第５図のようにＮ回計数
を繰り返して得られた結果を一括して数式により
演算を行なつてもよいものである。 第１０図は一括して数式により演算させる場合
のフローチヤート図であつて、第８図に示す演算
結果をＮ回繰り返した場合と同じである。 その他、本考案は種々の変形実施が可能であ
る。例えば第８図は指数演算を行なつた後に重み
を付けた定数を加算するようにしたが、逆に重み
定数を加算後に指数演算を行なつてもよい。ま
た、第７図〜第１０図は演算要素が３個の例を示
したが、３個以上でもよい。また、計数後の計数
率を判定し有効な段のみの演算を実施し計数率を
求める簡略化形式のものでもよいことは言うまで
もない。 以上詳記したように本考案によれば、短い時間
ごとにパルス信号を計数しその計数値と計数時間
とから各平均パルス間隔時間を求め、この平均時
間と前回計数率および定数等とを用いて演算を行
なつて今回計数率を得るようにしたので、演算に
使用する定数を可変するのみで適切な応答性と統
計誤差を持つた高精度の計数率を求めることがで
きる。しかも、短時間計数の場合でも従来のよう
に多数のメモリを必要とすることなく速い計数率
変化をとらえることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るデイジタル計数率計の一
実施例を示すブロツク図、第２図は第１図の演算
動作を説明するフローチヤートを示す図、第３図
は第２図における入力パルス信号に対する演算結
果を示す特性図、第４図は本考案の他の演算動作
を説明するフローチヤートを示す図、第５図は第
４図における入力パルス信号に対する演算結果を
示す特性図、第６図および第７図はそれぞれ本考
案の他の構成例を示すブロツク図、第８図ないし
第１０図は第７図の演算動作および演算結果のフ
ローチヤートおよび特性を示す図である。 １１……放射線検出器、１２……計数回路、１
３……演算回路、１４……記憶回路、１５……表
示部、３１……判定部、４１……演算回路、４２
ａ〜４２ｃ……記憶回路、４３……加算器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 入力パルスを計数する計数回路と、この計数回
   路によつて計数された所定時間Ｔ内の入力パルス
   計数値Ｎで前記所定時間Ｔを割算して平均パルス
   間隔ｔを求め、 σ：統計誤差 τ：減衰時定数 V_o-1：前回演算計数率 なる演算において予め期待する統計誤差σ及び前
   回演算計数率V_o-1とから減衰時定数τを求め、 V_o：今回演算計数率 Ｅ：定数 なる演算を前記入力パルス計数値Ｎと同回数実行
   し最終演算計数率を前記所定時間Ｔ径過時の計数
   率として算出する演算回路と、この演算回路で求
   めた今回演算計数率を前回演算計数率V_o-1とし
   て記憶する記憶回路とを備えたことを特徴とする
   デイジタル計数率計。