JPH04301541A - 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造を図６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とが測定装置の筺体内に設けられ、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に入力して増幅及び波形整形が
成され、マルチウィンドウコンパレータ５に供給される
。マルチウィンドウコンパレータ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、処理部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パ
ルス数を計数し、その計数値のデータを単位時間毎の周
期でＣＲＴディスプレー等に供給することによって、各
信号レベル範囲に対する各計数値を示すパルスハイト図
を表示させる等の処理を行う。

【０００４】したがって、仮に、ある単位時間τ当たり
に、検出器２で検出した信号が図７に示すような分布を
しているとすれば、マルチウィンドウコンパレータ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
囲をいくつかの範囲に分割した複数のエネルギーに対応
した信号レベル範囲で夫々の信号のエネルギーレベルを
判別し、処理部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８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６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６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、検出部２に制御電力
を供給するための可変電圧源８の出力電圧を自動調節す
る。この自動調節は、マルチウィンドウコンパレータ５
より転送されてくる計数の為のデータを処理部６が解析
して最適状態か否かを判定し、調節量を示すデータをＤ
／Ａ変換器７でアナログ信号に変換してこのアナログ信
号のレベルに応じて可変電圧源８の出力電圧を調節する
ことにより行う。

【０００６】即ち、検出器２は可変電圧源８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。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
た関係となるように自動調節するためには、例えば図８
のパルスハイト図において、放射線源１の崩壊エネルギ
ーがマルチウィンドウコンパレータ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８は最適利得におい
て測定した場合を示しているが、このような放射線測定
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９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（ウィンドウ）Ｗ１，Ｗ２
における計数値Σ１，Σ２が等しくなるように可変電圧
源８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１０に示すように高エネルギーのピークＰ
１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Σ２より計数値Σ１の方が大きくなる。処理部６
はこの大小関係を判別し可変電圧源８の出力電圧を下げ
ることによって図１０のピーク値Ｐ１の位置を静定信号
レベルＥＭの方向に移動させるように制御する。

【０００８】一方、検出器の利得が低い場合には図１１
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Σ２よ
り計数値Σ１の方が小さな値となり、処理部６がこれを
判別して可変電圧源８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１１に示すピークＰ
１の位置を静定信号レベルＥＭの方向へ移動させる。

【０００９】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。

【００１０】

【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にあっては、図１２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９〜図１１に示す計数値Σ１
とΣ２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１２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。

【００１１】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を提供
することを目的としている。

【００１２】

【課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から予め設定さ
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。

【００１３】そして、予め、検出手段の利得を制御する
ための制御電圧を、最低電圧から最大電圧にわたって順
次に変化させた時の各電圧における複数のエネルギーレ
ベル範囲に対応する複数のウィンドウ毎に弁別される信
号の計数値の大小関係を記憶させておき、検出手段に放
射線を検出させた、各ウィンドウ毎に弁別される信号の
計数値の大小関係と上記記憶させた大小関係に基づいて
、最適利得の制御電圧からの誤差を判断し、この誤差に
対応する分の利得制御を検出手段に対して行うようにし
た。

【００１４】

【作用】このような本発明の自動利得制御手段によれば
、各ウィンドウ毎に弁別される信号の計数値の大小関係
から、検出手段に印加するための最適の印加電圧からの
ズレを判定することができ、この誤差に対応する分の利
得制御を検出手段に対して直接行うことができる。この
結果、検出手段を最適利得で作動させるための安定化制
御を従来に較べて高速に行うことができる。

【００１５】

【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、
１は放射線源、２は放射線源１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、点線内の領域３が演算部である。更に、４は
検出器２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、５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に対応した信号レベルを
予め設定された単位時間毎に判別するマルチウィンドウ
コンパレータ、６は処理部であり、マルチウィンドウコ
ンパレータ５で弁別された各エネルギーに対応した信号
レベル毎の信号の数を計数して、その計数値のデータか
ら被測定試料の密度ρを所定の相関曲線に基づいて算出
する等の処理を行う。

【００１６】又、処理部６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に電力を供
給するための可変電圧源８の出力電圧を自動調節する。 この自動調節は、マルチウィンドウコンパレータ５より
転送されてくる計数の為のデータを処理部６が解析して
最適状態か否かを判定し、調節量を示すデータをＤ／Ａ
変換器７でアナログ信号に変換してこのアナログ信号の
レベルに応じて可変電圧源８の出力電圧を調節すること
により行う。

【００１７】９はＲＯＭ（読出し専用メモリ）等で構成
されるルックアップテーブルであり、処理部６が解析し
た結果に対応する調節量のデータを予め記憶しており、
処理部６が解析結果に対応する調節量のデータを読出し
てＤ／Ａ変換器７へ供給することにより、可変電圧源８
の出力電圧が該調節量のデータに応じて変化するように
なっている。

【００１８】又、マルチウィンドウコンパレータ５は例
えば図２に示す構成となっている。即ち、パルス増幅器
４で波形整形等の処理が成された信号がバッファアンプ
を介して複数の比較器ＣＷ１〜ＣＷ５の一方の入力接点
に供給され、これらの比較器ＣＷ１〜ＣＷ５の他方の入
力接点はラダー抵抗を介して夫々所定の異なる基準電位
に設定されている。そして、比較器ＣＷ１〜ＣＷ５の出
力がラッチ回路１０の入力接点に接続している。尚、パ
ルス増幅器４は検出器２からの信号が印加されるタイミ
ングに同期してリセット信号ＲＳを発生し、ラッチ回路
１０はこのリセット信号ＲＳに同期して内部データをデ
コーダ１１へ転送すると共に内部状態をリセットするの
で、検出信号が供給されるタンミングに同期して比較器
ＣＷ１〜ＣＷ５からの新たなデータを逐次ラッチして転
送を行う。

【００１９】デコーダ１１はラッチ回路１０のデータを
所定形式のデータに変換し、ＦＩＦＯメモリ等のメモリ
１２に逐一記憶させる。そして、メモリ１２のデータは
処理部６へ供給される。ここで、比較器ＣＷ１〜ＣＷ５
に印加される夫々の基準電位は、測定可能なエネルギー
に対応した信号レベル範囲を適宜に区分けするために設
定されている。例えば図９に示すパルスハイト図におい
て、比較器ＣＷ１に設定されている基準電位はウィンド
ウＷ１に該当するレベルの信号を弁別し、比較器ＣＷ２
に設定されている基準電位はウィンドウＷ２に該当する
レベルの信号を弁別し、比較器ＣＷ３に設定されている
基準電位はウィンドウＷ３に該当するレベルの信号を弁
別し、比較器ＣＷ４に設定されている基準電位はウィン
ドウＷ４に該当するレベルの信号を弁別し、比較器ＣＷ
５に設定されている基準電位はウィンドウＷ５に該当す
るレベルの信号を弁別するように設定されている。

【００２０】次に、かかる構成を有する装置の自動調節
機能を説明する。まずウィンドウ毎に弁別される信号の
計数値の大小関係と可変電圧源８の制御電圧との関係に
ついて説明する。可変電圧源８の出力電圧を最低電圧（
検出器２が測定動作可能となるための最低電圧）Ｖｍか
ら最大電圧（検出器２が測定動作可能となるための最大
電圧）ＶＭに渡って順次に変化させ、各印加電圧で検出
部２に放射線を検出させると共に、マルチウィンドウコ
ンパレータ５の各ウィンドウＷ１〜Ｗ５に該当する各信
号の数を計数すると、図３に示すような可変電圧源８の
出力電圧計数値の関係が得られる。尚、図３中の曲線Ｗ
１は比較器ＣＷ１で検出される信号の計数値の分布を示
し、同様に、曲線Ｗ２は比較器ＣＷ２で検出される信号
の計数値の分布、曲線Ｗ３は比較器ＣＷ３で検出される
信号の計数値の分布、曲線Ｗ４は比較器ＣＷ４で検出さ
れる信号の計数値の分布、曲線Ｗ５は比較器ＣＷ５で検
出される信号の計数値の分布であり、夫々の分布Ｗ１〜
Ｗ５の最大値を１として正規化したものである。

【００２１】又、図３中の電圧Ｖ０は、放射線源１の崩
壊エネルギーに対応するピークが静定信号レベルＥＭに
一致した最適状態にある場合（図９参照）の可変電圧源
８の出力電圧である。図３から明らかなように、夫々の
ウィンドウＷ１〜Ｗ５の正規化値は、可変電圧源８の出
力電圧に応じて固有の大小関係を持っている。従って、
実際の測定を行ったときに処理部６でウィンドウＷ１〜
Ｗ５毎の計数値の夫々の大小関係を比較することによっ
て、検出部２の利得が高いか否か、即ち、図１０や図１
１に示すように、放射線源１の崩壊エネルギーに対応す
るピークが静定信号レベルＥＭと一致していないか否か
の判断を行う。

【００２２】まず、図３において、ウィンドウＷ１の範
囲の正規化値をｎ１、ウィンドウＷ２の範囲の正規化値
をｎ２、ウィンドウＷ３の範囲の正規化値をｎ３、ウィ
ンドウＷ４の範囲の正規化値をｎ４、ウィンドウＷ５の
範囲の正規化値をｎ５とすれば、可変電圧源８の出力電
圧（以下、制御電圧）Ｖが、Ｖｍ≦Ｖ≦Ｖ１の範囲にあ
る場合の各ウィンドウＷ１〜Ｗ５の大小関係を判定する
と、ｎ５＞ｎ４＞ｎ３＞ｎ２＞ｎ１の関係が成立してい
る。

【００２３】同様に、Ｖ１＜Ｖ≦Ｖ２の範囲の電圧につ
いては、ｎ４＞ｎ５＞ｎ２＞ｎ１＞ｎ３の関係が成立し
ている。更に、Ｖ２＜Ｖ≦Ｖ３の範囲の電圧については
、ｎ４＞ｎ２＞ｎ５＞ｎ１＞ｎ３の関係が成立しており
、他の電圧範囲についても一義的に大小関係が成立して
いる。

【００２４】従って、これらの大小関係を使えば、最適
のダイナミックレンジを設定するための制御電圧Ｖと現
在の制御電圧が具体的に何ボルトの差があるかを決める
ことができる。即ち、ルックアップテーブル９には、例
えば図４に示すように、各大小関係に対応して、変更す
べき電圧のデータが予め格納されており、処理部６が大
小関係の判定結果に対応するデータを読出して可変電圧
源８へ供給する。

【００２５】ここで、変更すべき電圧のデータは次の方
法で決められている。即ち、大小関係で判断できる制御
電圧Ｖの範囲の中間電圧と最適電圧Ｖ０との偏差が設定
され、例えば図４に示すように、ｎ５＞ｎ４＞ｎ２＞ｎ
１＞ｎ３の関係にあるときの制御電圧Ｖは、Ｖｍ≦Ｖ≦
Ｖ１の範囲で特定されるので、上記中間電圧は、（Ｖｍ
＋Ｖ１）／２とし、変更すべき電圧はＶ０−（Ｖｍ＋Ｖ
１）／２となる。

【００２６】尚、中間電圧の値は誤差があるが、最適状
態に近い制御電圧を初期的に設定することができるので
、従来のロック不能状態からの脱出を行うには充分の制
御が達成されることとなり、この初期の段階での制御が
完了してからは従来例で説明した利得制御を行うことで
、高速の電圧調整を行うことができる。又、図３，図４
に示したようなルックアップテーブル９と各電圧毎の正
規化値は、予め一回の計測を行うことにより求めること
ができる。その後の実際の測定において外部環境の変化
の経年変化等により制御電圧の絶対値が変化しても、そ
の相対値（正規化値）はそれほど変化しないので、一度
設定しておけば、継続的に図４に示すようなルックアッ
プテーブル９のデータを利用することができる。

【００２７】次に、他の実施例の制御方法を図５と共に
説明する。尚、装置化した場合の構成は図１及び図２に
示すのと同様である。この実施例では、第１の実施例の
説明において図３に示したような各ウィンドウ毎の最大
値で正規化処理をするのではなく、各ウィンドウ毎の計
数値を所定の定数ｋで割算している。したがって、夫々
の割算結果は１を越える場合があるが、第１の実施例と
同様の大小関係の判定を行うことができる。特に、定数
ｋを放射線測定装置固有の特性に応じた値にすることに
より、例えば種類のことなる装置に適した制御を行うこ
とができる。

【００２８】又、各ウィンドウ毎の計数値の大小関係か
ら制御電圧を一義的に求めることができる場合にはｋ＝
１に設定し、上記割算処理を省略してもよい。以上に説
明したこれらの実施例にあっては、各ウィンドウ間の計
数値（正規化値）の大小関係を全てのウィンドウについ
て判定する場合を示したが、これに限らず、最大の正規
化値だけを判定してこれに基づいて変更すべき電圧を決
定してもよい。

【００２９】又、検出器としてシンチレーションカウン
タを適用する場合を説明したが、これに限定されず、他
の種類の放射線源を適用する場合にも本発明の利得制御
手段を適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、放
射線を検出するための検出手段を動作させるための制御
電圧を、最低電圧から最大電圧にわたって順次に変化さ
せた時の各電圧における複数のエネルギーレベル範囲に
対応する複数のウィンドウ毎に弁別される信号の計数値
の大小関係を記憶させておき、各電圧において検出手段
に放射線を検出させて、各ウィンドウ毎に弁別させる信
号の計数値の大小関係と上記記憶させた大小関係に基づ
いて、最適利得の制御電圧からの誤差を判断し、この誤
差に対応する分の利得制御を検出手段に対して行うよう
にしたことによって、各ウィンドウ毎に弁別される信号
の計数値の大小関係から、検出手段に印加するための最
適の印加電圧からのズレを判定することができ、この誤
差に対応する分の利得制御を検出手段に対して直接行う
ことができる。この結果、検出手段を最適利得で作動さ
せるための安定化制御を従来に較べて高速に行うことが
できる。

【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中のマルチウィンドウコンパレータの構成
を示す回路図である。

【図３】一実施例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】一実施例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】他の実施例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６】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７】図６に示す放射線検出信号を時系列に示す図で
ある。

【図８】図７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９】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１２】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】

２；検出器 ４；パルス増幅器 ５；マルチウィンドウコンパレータ ６；処理部 ７；Ｄ／Ａ変換器 ８；可変電圧源 ９；ルックアップテーブル １０；ラッチ回路 １１；デコーダ １２；メモリ ＣＷ１〜ＣＷ５；比較器

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から予め設定され
   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、予め、前記検出
   手段の利得を制御するための制御電圧を、最低電圧から
   最大電圧にわたって順次に変化させた時の各電圧におけ
   る複数のエネルギーレベル範囲に対応する複数のウィン
   ドウ毎に弁別される信号の計数値の大小関係を記憶させ
   ておき、検出手段に放射線を検出させて、各ウィンドウ
   毎に弁別される信号の計数値の大小関係と上記記憶させ
   た大小関係に基づいて、最適利得の制御電圧からの誤差
   を判断し、この誤差に対応する分の利得制御を検出手段
   に対して行う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を備え、該計数
   手段で求められた信号レベル対計数値から予め設定され
   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装置において、予め、前記検出
   手段の利得を制御するための制御電圧を、最低電圧から
   最大電圧にわたって順次に変化させた時の各電圧におけ
   る複数のエネルギーレベル範囲に対応する複数のウィン
   ドウ毎に弁別される信号の計数値の大小関係を記憶する
   記憶手段と、検出手段に放射線を検出させて、各ウィン
   ドウ毎に弁別される信号の計数値の大小関係と上記記憶
   手段の大小関係に基づいて、最適利得の制御電圧からの
   誤差を判断し、該誤差に対応する分の利得制御を検出手
   段に対して行う制御手段とを具備することを特徴とする
   放射線測定装置の自動利得制御装置。