JPH08122442A - スペクトルデータ収集装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号スペクトルの収集効率を減少させること
なくノイズ・スペクトルの収集を同時に行えるようにす
る。 【構成】 検出信号に直流オフセットを加えてＡＤ変換
するＡＤ変換器を備え、直流オフセットが加えられた信
号が所定レベルを超えたとき、あるいはＡＤ変換要求信
号の発生があったときＡＤ変換を行い、信号スペクトル
収集の合間にノイズ・スペクトルを収集するようにした
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線分析装置の放射線検
出器等に適用可能なデータ収集装置に係り、特に信号ス
ペクトル収集の合間にノイズ・スペクトルを収集できる
ようにしたスペクトルデータ収集装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】放射線計測を行う場合、一般的に先ず計
測系（リニアアンプやＡＤコンバータ等）のキャリブレ
ーション（ゼロ点調整、ゲイン調整）を行う必要があ
る。現在このキャリブレーションはコンピュータ等によ
り自動化されているが、そうたびたび実施するようには
考えられてはいない。一般的には計測系を構成する検出
器やリニアアンプ等の交換が生じたときなどにキャリブ
レーションがやり直されるのが普通である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、計測系は経時
変化や温度変化によりゼロ点やゲイン変動が生じること
が考えられる。このため計測毎にキャリブレーションが
できればより正確な測定が可能となる。ところで、ノイ
ズ・スペクトルはゼロ点を中心にしたガウス分布を示す
ので、放射線計測におけるノイズ・スペクトル測定はゼ
ロ点変動を修正するのに役立つほか、接続されている検
出器の性能を知ることができるなど利点が多い。このノ
イズ・スペクトルの測定は、信号スペクトルの測定とは
別に実施するのではなく同時に行うことに意味がある。
それは、ノイズ・スペクトルは検出器に依存するほか、
計測系を構成するリニアアンプ、ＡＤ変換器等が経時変
化や温度変化に影響されることが考えられるからであ
る。

【０００４】したがって、信号スペクトルの収集中に常
にノイズ・スペクトルも収集すれば、これら経時変化や
温度変化によるゼロ点変動を実時間で修正することが可
能となり、より正確な測定結果が得られると考えられ、
また、検出器の性能も収集されたノイズ・スペクトル分
布から知ることができる。しかし、従来のＸ線分析装置
等では、ノイズ・スペクトルの収集を同時に行うとする
と、その収集に時間がとられてしまい、本来のスペクト
ルを収集するのに長い時間を要してしまうためノイズ・
スペクトルの収集は行っていないのが実情である。

【０００５】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、信号スペクトルの収集効率を減少させることなくノ
イズ・スペクトルの収集を同時に行えるようにしたスペ
クトルデータ収集装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のスペクトルデー
タ収集装置は、信号検出期間中ゲート制御信号を発生す
るゲート制御信号発生回路と、演算増幅器の入出力間に
接続され、ゲート制御信号ＯＦＦ期間のみ演算増幅器の
入力に対して反転した出力レベル信号を加えるベースラ
イン安定化回路と、ゲート制御信号の立ち下がりエッジ
でトリガーされ、所定インターバルでＡＤ変換要求信号
を出力するノイズ・スペクトル測定タイミング発生回路
と、演算増幅器出力信号に直流オフセットを加える直流
オフセット発生回路と、信号発生から所定時間内に再度
信号発生があったとき、あるいはＡＤ変換要求信号発生
から所定時間内に信号発生があったときパイルアップリ
ジェクト信号を発生するパイルアップリジェクション回
路と、直流オフセットが加えられた信号をＡＤ変換する
ＡＤ変換器とを備え、前記ＡＤ変換器は、直流オフセッ
トが加えられた信号が所定レベルを超えたとき、あるい
はＡＤ変換要求信号の発生があったときＡＤ変換を行
い、信号スペクトル収集の合間にノイズ・スペクトルを
収集するようにしたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明は、信号スペクトル収集の合間にノイズ
・スペクトルを収集するようにしたので、信号スペクト
ルの収集効率を減少させることなくノイズ・スペクトル
が同時に得られ、実時間でのキャリブレーションを可能
にして正確な測定が可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。１はリニアアンプで機能（構成）の一部だけを示し
たものであり、１１は演算増幅器、１２は演算増幅器出
力のベースライン変動を抑えるように働くベースライン
安定化回路である。この安定化回路は波形整形された検
出信号が入力された時にはゲートを閉じてこの信号がベ
ースライン補正に含まれるのを防止し、無信号時にはゲ
ートを開いて無信号領域のみがベースライン補正に反映
するようにゲートを制御することから、一般的にゲーテ
ッド・ベース・ライン・レストラー（以後、ゲーテッド
ＢＬＲ）と呼ばれる。ゲーテッドＢＬＲ１２は、例え
ば、積分回路とスイッチの直列回路から構成され、信号
時にはスイッチが開いて働かず、無信号時にスイッチが
閉じて演算増幅器１１の入力に対して符号の反転した積
分した信号を加算してベースラインを０レベルに維持し
ている。１３はゲート制御信号を発生するＢＬＲゲート
制御信号発生回路で、信号がある場合にゲート制御信号
（Ｂ）をゲーテッドＢＬＲ１２に出力して、信号がベー
スライン補正として使用されないようにしている。

【０００９】１４はＢＬＲゲート制御信号発生回路１３
の発生するゲート制御信号に同期させてＡ／Ｄ変換器
（以後ＡＤＣ）２への変換要求信号（Ｃ）を作り出すノ
イズ・スペクトル測定タイミング発生回路である。その
内部構成の一例は図２に示すようなものである。図２に
おいて、Ｔ１はノイズ・スペクトルの収集タイミングを
決めるタイマーで、一定間隔（例えば１０ｍ秒）でパル
スを発生する。ＦＦ１はフリップ・フロップ、Ｔ２は単
安定マルチバイブレータ（ＭＭ）である。ＦＦ１がＴ１
のパルスによりセットされると、Ｔ２はパルスの発生が
イネーブルされてトリガー信号待となる。そしてＢＬＲ
ゲート制御信号発生回路１３でゲート制御信号（Ｂ）が
発生すると信号Ｂの立ち下がりエッヂに同期してＴ２は
トリガーされ、ＡＤ変換要求信号（Ｃ）が出力される。

【００１０】１５は信号のパイルアップ（重なり）を検
出してリジェクトする回路で、信号の発生を検出するイ
ベント認識回路（詳細は後述）からの信号（ＦＡＳＴ）
によりトリガーされ、信号同士のパイルアップ及びノイ
ズ・スペクトル収集中に信号が発生することで生じるパ
イルアップを検出させるためのものであり、信号のパイ
ルアップを検出する回路の内部構成の一例は図３
（ａ）、図３（ｂ）に示すようなものである。図３
（ａ）において、Ｔ３は通常の信号のパイルアップを検
出するためのインスペクション・タイムを決める再トリ
ガー可能な単安定マルチバイブレータ（ＲＴＭＭ）で、
信号の発生を検出するイベント認識回路からのイベント
信号（ＦＡＳＴ）によりトリガーされ、単安定マルチバ
イブレータＴ３のＯＮ期間（インスペクション・タイ
ム）内に再度ＦＡＳＴがあれば再トリガー可能な単安定
マルチバイブレータ（ＲＴＭＭ）Ｔ４がトリガーされて
パイルアップリジェクト信号（Ｉ）が出力される。Ｔ５
はノイズ・スペクトル収集中に発生した信号のパイルア
ップを検出するためのインスペクション・タイムを決め
る再トリガー可能な単安定マルチバイブレータ（ＲＴＭ
Ｍ）であり、ＡＤ変換要求信号（Ｃ）にトリガーされた
単安定マルチバイブレータＴ５のＯＮ期間（インスペク
ション・タイム）内にＦＡＳＴがあればＴ４がトリガさ
れてパイルアップリジェクト信号（Ｉ）が出力される。
なお、図３（ａ）におけるＴ５を省略して図３（ｂ）の
様にイベント認識回路からの信号（ＦＡＳＴ）とノイズ
・スペクトルのＡＤ変換要求信号（Ｃ）の論理和出力で
Ｔ３をトリガーし、Ｔ３のＯＮ期間（インスペクション
・タイム）内にＦＡＳＴまたはＡＤ変換要求信号（Ｃ）
があればＴ４をトリガーするようにしてもよいが、ノイ
ズは本来の信号に比べて信号幅が狭いため、図３（ａ）
のようにした方がノイズ・スペクトル収集時のインスペ
クション・タイムは短くすることができ、これによりノ
イズ・スペクトル収集中に信号が発生することで生じる
パイルアップ頻度を減少させることができる。

【００１１】イベント認識回路を含む信号検出回路は、
例えば図４に示すような構成となっている。信号検出回
路は半導体検出器４、プリアンプ５、パルスプロセッサ
６からなり、半導体検出器４で検出された信号はプリア
ンプ５で増幅されてパルスプロセッサ６で処理される。
パルスプロセッサ６は波形整形回路６１、Ｘ線の発生を
検出するイベント認識回路６２からなっており、低域フ
ィルタで構成される波形整形回路６１からは入力Ｘ線の
エネルギに比例した振幅の整形波信号（ＳＬＯＷ）が出
力される。一方、イベント認識回路６２からはＸ線の検
出に同期してイベント信号（ＦＡＳＴ）が出力される。

【００１２】図５はパイルアップリジェクションを説明
する図である。図５（ａ）は信号の重なりによる一般的
なパイルアップ・タイミングを示しており、信号の検出
に同期してイベント信号Ｆ１が生じ、図３において、Ｆ
１によりＴ３がトリガーされ、そのインスペクション・
タイム中にイベント信号が発生しなければＴ４はトリガ
ーされずパイルアップリジェクト信号（Ｉ）は発生しな
い。一方、イベント信号Ｆ２により生じたインスペクシ
ョン・タイムＴ３内にＦ３が発生するとＴ４がトリガー
され、パイルアップリジェクト信号（Ｉ）が発生する。
図５（ｂ）はノイズ・スペクトル収集中に信号が発生し
たことによるパイルアップ・タイミングを示しており、
信号Ｓ１により生じたＦＡＳＴによりＴ３がトリガーさ
れるが、そのインスペクション・タイム中にＦＡＳＴが
生じないので信号Ｓ１はリジェクトされず有効となる。
一方、ＡＤ変換要求信号（Ｃ）の発生でＴ５がトリガー
され（図３（ａ）参照）、このインスペクション・タイ
ムＴ５内に信号Ｓ２に伴うＦＡＳＴが発生したためにＴ
４がトリガーされ、パイルアップリジェクト信号（Ｉ）
が発生する。その結果、信号Ｓ２はリジェクトされ無効
となる。

【００１３】図１に戻って、１６は直流オフセットを与
えるオフセット発生回路で、ベースラインをゼロレベル
から最大ノイズ振幅（ピークｔｏピーク）の１／２以上
に引き上げることを行う。演算増幅器１１の出力のゼロ
レベル、すなわちベースラインはゲーテッドＢＬＲ１２
によりノイズを平均したレベルに設定されるためノイズ
レベルはこのゼロレベルを中心に正負に変化することに
なる。一方、ＡＤ変換器２は正ピークをＡＤ変換するよ
うに動作するため、オフセット発生回路１６がないと負
のピークは検出されず、その結果ノイズ・スペクトルは
図６（ｂ）に示すように正方向だけの半形で現れてしま
うことになり、図６（ａ）のように完全な形でのガウス
分布のノイズ・スペクトルとはならない。これではノイ
ズ・スペクトルのピーク点（中心位置）を検出できない
ため、ゼロ点補正等に利用することができなくなってし
まうことになる。そこで、オフセット発生回路１６で最
大ノイズ振幅（ピークｔｏピーク）の１／２以上を加え
ることにより、負成分が生じないようにしている。

【００１４】ＡＤ変換器２は一般的な従来からある放射
線用ＡＤ変換器である。一般的に放射線用ＡＤ変換器は
ピークのストレッチをまず実行し、その後ＡＤ変換が実
行されるように動作させられる。そのため、ここではピ
ーク・ストレッチを有効とする信号とタイミングを説明
するに必要な最小限の、ピーク・ストレッチャー＆ピー
ク検出部とコントロール部、それにディスクリ部、ＡＤ
変換部のみを示したものである。オフセットを加えられ
た信号は、バッファ２１を介してピーク・ストレッチャ
ー＆ピーク検出部２２、ディスクリ部２３に加えられ
る。ディスクリ部２３では信号がディスクリレベルを超
えていることを示す弁別信号（Ｈ）を出力する。コント
ロール部２５は、弁別信号（Ｈ）が検出されるか、ＡＤ
変換要求信号（Ｃ）が検出されるとピーク・ストレッチ
ャー＆ピーク検出部２２に対してピークストレッチ有効
信号（Ｄ）を出力し、ピーク検出信号（Ｅ）があるとＡ
Ｄ変換指令信号（Ｆ）を送出する。また、コントロール
部２５は、パイルアップリジェクト信号（Ｉ）がなく、
ＡＤ変換時間を示す信号（Ｇ）を受け取ると、ＡＤ変換
完了信号（Ｊ）、ＡＤ変換されたデータがノイズ・スペ
クトルか信号かを識別するための識別信号（Ｋ）をデー
タメモリ３に送り、データメモリ３ではＡＤ変換データ
をノイズ・スペクトルか信号スペクトルかに分けて蓄積
する。

【００１５】次いで、図７の波形図を参照して図１の装
置の動作を説明する。演算増幅器１１の出力に信号
（Ａ）が現れると、ＢＬＲゲート制御信号発生回路１３
はこれを検出して信号（Ａ）の信号幅に相当するゲート
制御信号（Ｂ）を発生する。信号（Ｂ）はゲーテッドＢ
ＬＲ１２に送られ、信号（Ａ）はオフセット発生回路１
６により正のオフセットが加算されてＡＤＣ２に入力さ
れる。ＡＤＣ２ではディスクリ部２３により信号が弁別
されて弁別信号（Ｈ）が出力されると、コントロール部
２５はピーク・ストレッチを有効にする信号（Ｄ）を活
性化し、ピーク検出によりピーク検出信号（Ｅ）が出力
されるとＡＤ変換部２４に変換の開始を指示する信号
（Ｆ）を出力する。ＡＤ変換時間（Ｇ）は一般的に信号
幅に相当するゲート制御信号（Ｂ）の活性化期間内に終
了し、この時点でコントロール部２５からはデータメモ
リ３に対してＡＤ変換完了信号（Ｊ）が出力される。ま
た、信号（Ｂ）はノイズ・スペクトル測定タイミング発
生回路１４に送られてノイズ・スペクトル収集のための
ＡＤ変換要求信号（Ｃ）を発生するためのトリガー信号
となる。ノイズ・スペクトル測定タイミング発生回路１
４（図２参照）においてＦＦ１が収集タイミングを決め
るタイマＴ１によりすでにセットされていれば、信号
（Ｂ）の立ち下がりエッヂにより単安定マルチバイブレ
ータＴ２はトリガーされ、ＡＤ変換要求信号（Ｃ）を出
力する。

【００１６】信号（Ｃ）はＡＤＣ２の内部でディスクリ
部２３からの弁別信号（Ｈ）と論理和がとられているた
め、あたかも信号が弁別された様にふるまうことにな
り、ピーク・ストレッチを有効にする信号（Ｄ）を活性
化する。この時ＡＤＣ２の入力は信号を外れたノイズ部
分にあるため、ピーク・ストレッチが有効にされた後、
最初に生じたノイズ・ピークがＡＤ変換されることにな
る。以上が標準的なノイズ・スペクトル収集タイミング
である。

【００１７】なお、信号（Ｋ）はＡＤ変換結果の識別信
号で、図８に示すようにゲート制御信号（Ｂ）とパイル
アップリジェクト信号（Ｉ）の反転信号をＡＮＤ（論理
積）した信号であり、パイルアップリジェクトがないこ
とを条件に、ゲート制御信号があると‘Ｈ’レベルとな
って信号スペクトルを、ゲート制御信号がないと‘Ｌ’
レベルとなってノイズ・スペクトルを表すことになる。
外部のデータ・メモリ３はＡＤ変換完了信号（Ｊ）と同
期して識別信号（Ｋ）を参照することで、ノイズ・スペ
クトルと信号スペクトルの振り分けをしてデータを蓄積
することが可能となる。

【００１８】次に信号が近接して発生した場合について
説明する。図９において、信号Ｓ１が検出されたときの
リニアアンプ１、ＡＤＣ２の動作は前述した通りであ
る。そしてゲート制御信号（Ｂ）の立ち下がりエッヂに
よりノイズ・スペクトル収集のためのＡＤ変換要求信号
（Ｃ）が発生した場合、ＡＤＣ２はピーク・ストレッチ
を有効にする信号（Ｄ）を活性化してノイズ・ピークを
ＡＤ変換しようとする。この時、図９（ａ）に示すよう
に、ノイズ・ピークが現れずに信号Ｓ２が生じるとＡＤ
変換はＳ２のピークで実行されることになり、ノイズ・
スペクトルの収集は自動的にキャンセルされた様に動作
し、識別信号（Ｋ）は信号スペクトルである‘Ｈ’レベ
ルを示す。但し、図９（ｂ）に示すように、この時ノイ
ズ・ピークが現れた後に信号Ｓ２が生じた場合は、ＡＤ
変換は先行するノイズ・ピークに対して実行され、信号
Ｓ２はパイルアップとして処理され、パイルアップリジ
ェクト信号の発生によりリジェクトされる。この時識別
信号（Ｋ）はノイズ・スペクトルである‘Ｌ’レベルを
示す。

【００１９】以上のような動作により、データ・メモリ
ーには図１０に示すようにノイズ・スペクトル（図１０
（ａ））、信号スペクトル（図１０（ｂ））とが別々に
蓄積されることになる。

【００２０】なお、図１において、ＢＬＲゲート制御信
号発生回路１３は検出された信号でゲート制御信号
（Ｂ）を発生しているので、イベント認識回路からの信
号（ＦＡＳＴ）によっても同様に発生することができ
る。したがって、図１１に示すように、ＦＡＳＴを入力
として信号（Ｂ）を発生させ、ゲーテッドＢＬＲ１２、
ノイズ・スペクトル測定タイミング発生回路１４をトリ
ガーするように変形することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば以下のよう
な効果が達成される。 ゲーテッドＢＬＲの制御信号に同期して所定インター
バルでノイズ・スペクトルの収集を行うようにしたこと
で、信号スペクトルの収集中にノイズ・スペクトルの収
集がかち合うことがないため、信号スペクトルの収集効
率を減少させることなくノイズ・スペクトルを収集する
ことができる。 信号スペクトル収集中にノイズ・スペクトルも収集で
きるようにしたことで、ノイズ・スペクトルを利用して
ゼロ点（オフセット）補正、ゲイン補正がリアルタイム
に実行できる。 ノイズ・スペクトル（分布）が得られることから相対
的な検出器の性能を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】 ノイズ・スペクトル測定タイミング発生回路
の内部構成の一例を示す図である。

【図３】 信号のパイルアップを検出する回路の内部構
成の一例を示す図である。

【図４】 信号検出回路を示す図である。

【図５】 パイルアップリジェクションを説明する図で
ある。

【図６】 ノイズスペクトルを説明する図である。

【図７】 動作説明をするための波形図である。

【図８】 ＡＤ変換結果の識別信号生成回路を示す図で
ある。

【図９】 信号が近接して検出された場合を説明する波
形図である。

【図１０】 メモリ内に取り込まれたノイズスペクトル
と信号スペクトルを示す図である。

【図１１】 本発明の他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…リニアアンプ、１１…演算増幅器、１２…ゲーテッ
ドＢＬＲ、１３…ＢＬＲゲート制御信号発生回路、１４
…ノイズ・スペクトル測定タイミング発生回路、１５…
パイルアップリジェクション回路、１６…オフセット発
生回路、２…ＡＤＣ、２１…バッファ、２２…ピーク・
ストレッチャー＆ピーク検出部、２３…ディスクリ部、
２４…ＡＤ変換部、２５…コントロール部、３…データ
メモリ、４…半導体検出器、５…プリアンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号検出期間中ゲート制御信号を発生す
   るゲート制御信号発生回路と、演算増幅器の入出力間に
   接続され、ゲート制御信号ＯＦＦ期間のみ演算増幅器の
   入力に対して反転した出力レベル信号を加えるベースラ
   イン安定化回路と、ゲート制御信号の立ち下がりエッジ
   でトリガーされ、所定インターバルでＡＤ変換要求信号
   を出力するノイズ・スペクトル測定タイミング発生回路
   と、演算増幅器出力信号に直流オフセットを加える直流
   オフセット発生回路と、信号発生から所定時間内に再度
   信号発生があったとき、あるいはＡＤ変換要求信号発生
   から所定時間内に信号発生があったときパイルアップリ
   ジェクト信号を発生するパイルアップリジェクション回
   路と、直流オフセットが加えられた信号をＡＤ変換する
   ＡＤ変換器とを備え、 前記ＡＤ変換器は、直流オフセットが加えられた信号が
   所定レベルを超えたとき、あるいはＡＤ変換要求信号の
   発生があったときＡＤ変換を行い、信号スペクトル収集
   の合間にノイズ・スペクトルを収集するようにしたこと
   を特徴とするスペクトルデータ収集装置。