JPH04301540A - 放射線測定装置の自動利得制御方法及び自動利得制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定試料の密度等を
計測する場合に使用される放射線測定装置に関し、特に
最適のダイナミックレンジでの測定を行うように検出利
得（ゲイン）を自動制御する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被測定試料の密度等を計測する放
射線測定装置としてγ線密度測定装置が知られている。 従来のγ線密度測定装置の構成を図５と共に説明すると
、この装置は例えば道路の舗装工事において舗装用アス
ファルトを敷設した後に、舗装用アスファルトの密度を
測定することにより、工事状況を検査する場合等に使用
される。そして、舗装用アスファルト等の被測定試料に
γ線パルスを放射する放射線源１と、被測定試料中を通
過して来たγ線パルスを検出するシンチレーションカウ
ンタ等の検出器２とが測定装置の筐体内に設けられ、更
に、検出器２で検出されたパルス列を演算処理すること
により被測定試料の密度ρを算出する演算部３を具備し
ている。

【０００３】検出器２で検出された検出信号は、まず演
算部３のパルス増幅器４に入力し、増幅及び波形整形が
成されて波高弁別器５に供給される。波高弁別器５は複
数のレベル検出回路を内蔵しており、波形整形された各
信号が何れの信号レベルに属するかを弁別する。そして
、計数器６が予め決められた単位時間当たりの各信号レ
ベル範囲毎の信号の数を計数し、各計数値のデータを記
憶部７に記憶させる。

【０００４】処理部８は、記憶部７に記憶された計数値
のデータを単位時間毎に読出し、各エネルギー範囲に対
する各計数値を示すパルスハイト図をＣＲＴディスプレ
イに表示したり、プロッタに印刷させる等の処理を行う
。したがって、仮に、ある単位時間ｔ当たりに、検出器
２で検出した信号が図６に示すような分布をしていると
すれば、波高弁別器５は、計測可能な最大のエネルギー
に対応した信号レベル範囲を例えば２５６段階の範囲に
分割した複数のエネルギー範囲で夫々の信号のエネルギ
ーに対応した信号レベルを判別し、計数器６が各エネル
ギー範囲内に属する信号の数を計数するので、図７に示
すようなエネルギー対計数値のパルスハイト図が形成さ
れる。そして、処理部８に予め設定された計数値対試料
密度の相関曲線データから試料の密度ρを算出する。

【０００５】又、処理部８は、検出器２を最適のダイナ
ミックレンジで作動させるために、検出器２にコントロ
ール電力を供給するための可変電圧源９の出力電圧を自
動調節する。即ち、検出器２は可変電圧源９から供給さ
れる電圧が変化すると利得が変化する特性を有している
。例えば、該電圧が低くなると利得が低下し、逆に電圧
が高くなると利得が高くなる。

【０００６】検出器２の利得を常に入力信号レベルと散
乱γ線エネルギーとの関係が定められた関係になるよう
に自動調節するためには、例えば図７のパルスハイト図
において、放射線源１の放射エネルギーが波高弁別器５
に設定されている信号レベル（最適のダイナミックレン
ジに相当する。以下、静定信号レベルという）ＥＭに一
致するように制御することにより実現している。図７は
最適利得において測定した場合を示しているが、このよ
うな放射線計測器で計測を行うと、検出器２には放射線
源１の崩壊エネルギーに相当する高エネルギーのピーク
Ｐ１と、被測定試料中を散乱することにより現れる散乱
γ線パルスの低域のエネルギー分布Ｐ２が現れるので、
ピークＰ１が上記の静定信号レベルＥＭと一致するよう
に、検出器２への制御電圧を自動調節することで、最適
のダイナミックレンジを設定している。

【０００７】更に、ピークＰ１と静定信号レベルＥＭと
が一致しているか否かを判断して、最適処理を行うため
の従来の動作原理を具体的に説明する。図８は最適な計
測状態に設定されたときの信号レベル対計数値のパルス
ハイト図であるが、この状態に自動調整するためには、
静定信号レベルＥＭを中心としてその両側の予め設定さ
れた所定の信号レベル範囲における計数値Σ１、Σ３が
等しくなるように可変電圧源９の出力電圧を制御する。 仮に、検出器２の利得が高い場合には図９に示すように
高エネルギーのピークＰ１が静定信号レベルＥＭより高
い位置に移動するので、計数値Σ１より計数値Σ３の方
が大きくなる。処理部８はこの大小関係を判別し可変電
圧源９の出力電圧を下げることによって図９のピーク値
Ｐ１の位置をエネルギーＥＭの方向に移動させるように
制御する。一方、検出器の利得が低い場合には図１０に
示すように高エネルギーの計数値Ｐ１の位置は静定信号
レベルＥＭよりも低い位置になるので計数値Σ１より計
数値Σ３の方が小さな値となり、処理部８がこれを判別
して可変電圧源９の出力電圧を上昇させ、検出器２の利
得を上昇させることによって図１０に示すピークＰ１の
位置を静定信号レベルＥＭの方向へ移動させる。

【０００８】このように従来の放射線測定装置において
は、検出器で検出される放射線源の崩壊エネルギーに対
応するピークＰ１が予め決められた静定信号レベルＥＭ
と一致するように検出器への制御電圧を自動的にフィー
ドバック制御することにより最適のダイナミックレンジ
を得ていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の自動利得制御方法及び装置にあっては、図１１
に示すように高エネルギー側のピークＰ１が静定信号レ
ベルＥＭの位置よりも大きく外れた場合には、ロック可
能状態から外れてしまい、自動制御が困難となる場合が
あった。即ち、従来の方法では、図８〜図１０に示す計
数値Σ１とΣ３の差から最適状態の有無を判断している
が、この差を零とするようにフィードバック制御を掛け
るだけであり、ピークＰ１が静定信号レベルＥＭよりど
のくらいずれているかの判断は行なわれず、直接的に検
出器２のゲインを調整することは行なわれていなかった
。従って、最適のダイナミックレンジに安定化させるの
に長時間を必要とし、又、図１１に示すように、ロック
可能状態から外れると自動調節は極めて困難であり、手
動操作を行わなければならないため操作が煩雑であった
。

【００１０】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、最適ダイナミックレンジの設定が
高速で行なわれ且つ精度の高い自動利得制御方法及び自
動利得制御装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【問題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、被測定試料に対して放射線を放出す
る放射線源と、該被測定試料中を通過してきた放射線を
検出する検出手段と、該検出手段から出力された検出信
号について複数段階の各エネルギーに対応した信号レベ
ル毎に検出信号の数を計数する計数手段とを備え、該計
数手段で求められた信号レベル対計数値のパルスハイト
図に対応する計数値の特性曲線から上記放射線源の崩壊
エネルギーに対応する信号レベルを判断して、予め設定
されている崩壊エネルギーの静定信号レベルと入射して
くる放射線源の崩壊エネルギーに対応する信号レベルを
一致させるように上記検出手段の利得を自動制御する放
射線測定装置の自動利得制御方法及び自動利得制御装置
を対象とする。

【００１２】そして、上記計数手段で求められた信号レ
ベル対計数値のパルスハイト図に対応する計数値の特性
曲線について２回微分し、その２回微分の最小値に対応
する信号レベルを前記放射線源の崩壊エネルギーに対応
する信号レベルと判断して、前記崩壊エネルギーの静定
信号レベルとの差が零と成るように前記検出手段の利得
を自動制御することとした。

【００１３】

【作用】このような本発明の自動利得制御手段によれば
、パルスハイト図に対応する信号レベル対計数値の特性
曲線について２回微分すると、必ず放射線源の崩壊エネ
ルギーに対応するピークのエネルギーを高精度で検出す
ることができるので、静定信号レベルとの差を直接求め
ることができる。そして、その差から直接に検出器の利
得を最適化制御する事ができる。したがって、従来に較
べて、最適状態に安定化させるまでの時間が大幅に短く
なる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面と共に説明す
る。まず、本発明の方法を適用したγ線密度測定装置の
一実施例の構成を図１と共に説明する。同図において、
１０は放射線源（図示せず）から放射されて被測定試料
中を通ってきたγ線パルスを検出するシンチレーション
検出器、１１は検出器１０から出力された信号を増幅し
且つパルス幅整形を行なうパルス増幅器、１２はパルス
増幅器４から出力された各パルス信号のエネルギーレベ
ルを予め設定された単位時間毎に判別する波高弁別器、
１３は波高弁別器１２で判別された各エネルギーレベル
毎の信号の数を計数する計数器、１４は各エネルギーレ
ベル毎の計数値のデータを記憶する記憶部である。尚、
波高弁別器１２は、内部の８ビットＡ／Ｄ変換器（図示
せず）によって各信号を２５６段階のデジタルデータに
変換し、２５６段階のエネルギーレベルで判別を行うよ
うになっている。

【００１５】１５は処理部であり、記憶部１４に記憶さ
れた計数値のデータを単位時間毎に読出し、各エネルギ
ーに対応した信号レベルに対する各計数値を示すパルス
ハイト図をＣＲＴディスプレイに表示したり、プロッタ
に印刷させる等の処理を行う。そして、処理部８に予め
設定された計数値対試料密度の相関曲線データから試料
の密度ρを算出する。

【００１６】１６は検出器１０へ電力を供給する可変電
圧源であり、処理部８が更に検出器１０を最適のダイナ
ミックレンジで作動させるために、可変電圧源９の出力
電圧を自動調節する。次に、処理部１５における上記自
動調節機能を説明する。処理部１５は、マイクロコンピ
ュータによるデジタル信号処理を行う機能を有しており
、記憶部１４に格納されている信号レベル対計数値のデ
ータについて２回微分演算を行う。即ち、記憶部１４に
はパルスハイト図に相当する信号レベル対計数値のデー
タが格納されているので、処理部１５は例えば、図３の
実線Ａで示すようなパルスハイト図の特性曲線をエネル
ギー（ε）について２回微分することによって、同図中
の点線Ｂに示すような２回微分のデータを発生する。 そして、２回微分のデータが最小値（ピークＰで示す）
となる位置が放射線源の崩壊エネルギーに対応する位置
であると判断する。

【００１７】図２はこのような一連の自動制御の動作を
示すフローチャートである。ステップ１００において、
処理部１５が記憶部１４からパルスハイト図に相当する
計数データを読み込むと、ステップ１１０においてデジ
タル信号処理によってこれらのデータについて平滑化処
理を行う。次に、ステップ１２０においてデジタル信号
処理によってこれらの平滑化データを１回微分し、更に
ステップ１３０においてデジタル信号処理によって再度
１回微分することにより、上記２回微分演算を行う。そ
して、ステップ１４０において最小値のピークＰを検出
し、その時のエネルギーレベルＰｅを判定する。

【００１８】ステップ１５０では、装置に予め設定され
ている静定信号レベルＥＭとピークＰの信号レベルＰｅ
を比較し、その差（ＥＭ−Ｐｅ）が零又は予め設定され
ている許容範囲内であれば、ステップ１６０において可
変電圧源１６の出力電圧を固定する。即ち、検出器１０
の印可電圧且つ感度が最適であると判断する。例えば図
３は最適感度に設定されている状態でのパルスハイト図
である。

【００１９】一方、図４の実線Ａに示すように、検出器
１０の利得が低いために、記憶部１４に記憶されている
パルスハイト図に対応するデータの信号レベルが低く、
そして、ステップ１００〜１５０の処理を行うことによ
って２回微分のデータ（図４の点線Ｂで示す）の最小値
のピークＰが静定信号レベルＥＭより離れていることを
判定すると、その差（ＥＭ−Ｐｅ）を演算してステップ
１７０へ処理が移行する。

【００２０】ステップ１７０では、ＥＭ−Ｐｅに対応す
る電圧変化量を示す制御データを可変電圧源１６へ供給
することによって、ＥＭ−Ｐｅ＝０に設定させるために
電圧を検出器１０へ供給させる。図４に示す場合は、検
出器１０の利得が低いために２回微分の最小値における
信号レベルＰｅが、ＥＭ−Ｐｅ＞０の関係にあるので、
調整開始前の可変電圧源１６の電圧を、ＥＭ−Ｐｅに比
例する電圧分だけ上昇させることとなる。逆に、検出器
１０の利得が高いために２回微分の最小値における信号
レベルＰｅが、ＥＭ−Ｐｅ＜０の関係にある場合には、
調整開始前の可変電圧源１６の電圧を、ＥＭ−Ｐｅに比
例する電圧分だけ低下させることとなる。

【００２１】尚、図２のフローチャートに示す処理は、
上記の予め設定された単位時間の周期で割り込み処理を
行うことによって定期的に行われ、放射線源の放射エネ
ルギーのピークと測定装置の静定信号レベルＥＭを一致
させることによって、常に最適のダイナミックレンジで
測定を行うことができる。又、パルスハイト図に対応す
る信号レベル対計数値のデータを２回微分すると、必ず
放射線源の崩壊エネルギーに対応するピークの信号レベ
ルＰｅを高精度で検出することができるので、静定信号
レベルＥＭとの差（ＥＭ−Ｐｅ）を直接求めることがで
きる。そして、その差（ＥＭ−Ｐｅ）から直接に可変電
圧源１６の出力電圧を調整することができるので、従来
のように最適状態に安定化させるまでの時間が大幅に短
くなる。

【００２２】尚、この実施例ではデジタル信号処理によ
って２回微分演算を行うが、アナログの２次微分回路で
信号処理してもよいし、マイクロコンピュータによるソ
フトウェア処理を行うのではなく、ハードウェアだけの
回路構成で実現してもよい。又、放射線源としてγ線パ
ルスを適用する場合について説明したが、他の放射線源
を使用する場合にも本発明の自動利得制御手段を適用す
ることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ルスハイト図に対応するエネルギー対計数値の特性曲線
について２回微分すると、必ず放射線源の崩壊エネルギ
ーに対応するピークの信号レベルを高精度で検出するこ
とができるので、静定信号レベルとの差を直接求めるこ
とができる。そして、その差から直接に検出器の利得を
最適化制御する事ができる。したがって、従来に較べて
、最適状態に安定化させるまでの時間が大幅に短く成り
、又、利得制御の処理精度を向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した放射線測定装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。

【図２】図１の装置の動作を説明するためのフローチャ
ートである。

【図３】図１の利得制御の作用効果を説明するための説
明図である。

【図４】図１の利得制御の作用効果を説明するための他
の説明図である。

【図５】従来の放射線測定装置の構成を示すブロック図
である。

【図６】図５に示す放射線検出信号を時系列に示す図で
ある。

【図７】図６の検出結果に対応するパルスハイト図を示
す図である。

【図８】従来の利得制御の原理をパルスハイト図で説明
するための説明図である。

【図９】従来の利得制御の原理を更にパルスハイト図で
説明するための説明図である。

【図１０】従来の利得制御の原理を更にパルスハイト図
で説明するための説明図である。

【図１１】従来の利得制御の問題点をパルスハイト図で
説明するための説明図である。

【符号の説明】

１０；検出器 １１；パルス増幅器 １２；波高弁別器 １３；計数器 １４；記憶部 １５；処理部 １６；可変電圧部 Ａ；パルスハイト図の特性曲線 Ｂ；２回微分により得られる特性曲線 Ｐ；放射線源の放射エネルギーに対応するピークＥＭ；
静定エネルギー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測定試料に対して放射線を放出する
   放射線源と、該被測定試料中を通過してきた放射線を検
   出する検出手段と、該検出手段から出力された検出信号
   について複数段階の各エネルギーに対応した信号レベル
   毎に検出信号の数を計数する計数手段とを備え、該計数
   手段で求められた信号レベル対計数値のパルスハイト図
   に対応する計数値の特性曲線から上記放射線源の崩壊エ
   ネルギーに対応する信号レベルを判断して、予め設定さ
   れている崩壊エネルギーの静定信号レベルと入射してく
   る放射線源の崩壊エネルギーに対応する信号レベルを一
   致させるように上記検出手段の利得を自動制御する放射
   線測定装置の自動利得制御方法において、前記計数手段
   で求められた信号レベル対計数値のパルスハイト図に対
   応する計数値の特性曲線について２回微分し、その２回
   微分の最小値に対応する信号レベルを前記放射線源の崩
   壊エネルギーに対応する信号レベルと判断して、前記崩
   壊エネルギーの静定信号レベルとの差が零と成るように
   前記検出手段の利得を自動制御することを特徴とする放
   射線測定装置の自動利得制御方法。
2. 【請求項２】　　被測定試料に対して放射線を放出する
   放射線源と、該被測定試料中を通過してきた放射線を検
   出する検出手段と、該検出手段から出力された検出信号
   について複数段階の各エネルギーに対応した信号レベル
   毎に検出信号の数を計数する計数手段と、該計数手段で
   求められた信号レベル対計数値のパルスハイト図に対応
   する計数値の特性曲線から上記放射線源の崩壊エネルギ
   ーに対応する信号レべルを判断して、予め設定されてい
   る崩壊エネルギーの静定信号レベルと入射してくる放射
   線源の崩壊エネルギーに対応する信号レベルを一致させ
   るように上記検出手段の利得を自動制御する放射線測定
   装置の自動利得制御回路において、前記計数手段で求め
   られた信号レベル対計数値のパルスハイト図に対応する
   計数値の特性曲線について２回微分し、その２回微分の
   最小値に対応する信号レベルを前記放射線源の崩壊エネ
   ルギーに対応する信号レベルと判断して、前記崩壊エネ
   ルギーの静定信号レベルとの差が零と成るように前記検
   出手段の利得を自動制御する自動制御手段を具備したこ
   とを特徴とする放射線測定装置の自動利得制御装置。