JPS5821149A - Ｘ線分析装置用波高値安定化回路 - 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】 本発明は、Ｘ線分析装置用波高値安定化回路に関するも
のである。

従来、放射線源を用いて試料厚みの測定或いは試料に含
まれる元素等を分析する場合、放射線源から発せらする
放射線を試料に照射し、その放射線が試料を通して観測
される透過放射線、又は放射線源から発せら詐た放射線
を試料に照射することによ多試料から発せらｆる螢光Ｘ
線等を放射線検出器にて測定し上記分析を行なうように
したＸ綜分析装置が用いら扛ている。

第１図には、この種の在米装置の一例が示されている。

この装置は、試料ＩＫ照射放射線２′ｆ：照射し、その
結果試料１より発せらｎる螢光Ｘ線等の反射放射線３２
ｉｉ−高電圧が印加さ牡ている比例計数管又はシンチレ
ーション検出器の如きＸ線検出器４に入力させるように
なっている。Ｘ線検出器４からの検出出力信号は、第２
図に示さ牡るように、通常パルス波形をした信号でちっ
て時間軸で離散的に発生し、反射放射線の持つエネルギ
ーは、パルス波高電圧に変換されて観測される。そして
、検出出力信号は前置増幅器５にて増幅さｎて取出さ−
ｎｔ後、パルス増幅器６にて増幅さし１波高分析器７に
入力さｎる。ここで信号パルスの全てについて単位時間
測定を行ない、そのパルス波高電圧毎に分類、集計し、
第３図に例示的に示さｎる如き結果がヒストグラムの形
態で得らｎる。第３図中においてピークとなって現わ牡
るパルス群が試料中の構成元素から発せらｎる元素特有
の放射線を示し、その放射線の強度即ちパルス群の面積
が元素濃度に対応するので、この事実を基に試料に含ま
ｎる元素を分析することができる。以上は透過放射線の
測定についても同様でちる。分析結果は表示装置８にお
いて表示さする。波高分析器７においては、測定の対象
である特定放射線パルス群Ｇ、となるパルス（第３図参
照）だけを発生順に個別に取シ出す時、第３図中の特定
パルス群Ｇ１を含みそれ以外のパルス群を除＜７’ｃメ
、第２図に示す様に、■ａ、Ｖｔ、０２つの電圧レベル
を設定し、その電圧範囲に入っているパルスだけを計測
すｔば第３図中の斜線で示す特定放射線強度だけを測定
することができる。

ところが、通常の放射線測定装置ｔ−構成する放射線検
出器、放射線検出器用高電圧発生器、前置増幅器、パル
ス増幅器等は周囲温度変化によ多出力変動を起し易く、
又あるものは自己の発熱によシ自己の出力が変動する場
合も起シ得る。また、放射線検出器として比例計数検出
器を用いる場合、ガスの圧力変化によ多出力変動を生ぜ
しめることに外る。検出器を除き、その回路構成に高級
で複雑な安定化回路方式を試みれば充分とはいえ表いま
でもおる程度の出力変動の低減化は達せらｎるが、検出
器の出力変動を低減させるには、検出器周囲の恒温窒化
及びガス圧力安定化機器の採用を必要とするので、製造
コストを高くし又検出器が大型化し、その配置等に制約
を与えるという問題点を有している。

測定系に以上の様な変動が起ると、前記の設定５− 電圧レベルから測定の対象となるパルス群Ｇ、が外れる
ことになシ、測定が正しく行われず分析結果に悪影響を
及ぼす結果となる。そのため、従来よシ、パルス波高の
安定化或いは設定電圧レベルの自動調整法等のための各
種の方式が提案さｔている。

次に、この提案されている各種の方式について述べると
、先ず、パルス波高電圧の変動検出は、波高分析により
得られたヒストグラム上のパルス群を表わす特定ビータ
に着目し、第４図の機外２組の電圧レベル帯Ｂ１＊Ｂ！
を設定し、この２ｍの電圧レベル帯”１＊Ｂ＊によシ分
析さする各々のパルス数を計測し、パルス波高電圧の変
動をとｎら２組のパルス計数値の変化として検出する。

そして、この変化に応じて高圧電源９から検出器４に印
加されているバイアス用高電圧を変化させることによシ
出力パルス波高値の安定化を図る事が可能でちる。また
、他の方法として、前述のパルス計数値の変化に応じて
増幅器等に利得制御信号を与え、こｎによシ出力パルス
波高値の安定化６一 を図る事も可能である。すなわち、前記の変動検出方法
で得らｎた波高値変動に関する情報を測定系を構成する
各要素に対する制御量として使用して負帰還制御を行た
い、これによシ波高値の安定化を図ることができる。

ところで、ヒストグラム上のパルス群を表わす特定ピー
クが理想的なガウス型波形を示している場合の強度測定
において、一定強度放射線の繰シ返し測定の計測値には
次の様々統計的変動誤差が存在する。即ち測定値の平均
値を；とすると統計量１σで表現さ牡る変動誤差は、 ム １　σ＝　Ｘ で示さ扛、σ／三　の値は測定値（ｌ　ｆ、大きくすれ
ば減少する。したがって、第４図の様表従米技術の変動
検出方法ではピークの両側の微小面積を測定するため測
定値（２）ガ小さく、かつ測定領域の形状が理想的なガ
ウス型形状から外するため、その測定値に含ま牡る誤差
は増大する。この誤差は安定化の制御量に影響し、系の
安定度を失わせる方向に寄与するので、その対策として
回路上次の２方式に類別さする計測回路の採用が一般的
である。

その１つはアナログ積分方式による計測回路であシ、抵
抗とコンデンサーで構成さする積分回路で計測を行ない
、時間軸上を離散的に入力する放射線パルスを直流電圧
に変換して取シ出す方法である。上記の統計変動誤差は
直流電圧上のリップル電圧になシ、積分時定数を増大す
ることによシリツブルミ圧は圧縮を受けるが、閉回路制
御系の応答速度は低速化するという欠点を有している。

また、この方式では、メルフ１個尚シの信号量が電荷と
して積分回路のコンデンサに貯えられるため、積分回路
前段のパルス整形回路或いは周波数−電圧変換回路等に
非常に高精度な回路が要求されるほか、入カバルスの平
均周期に対する広い範囲をカバーするためには、応答速
度全犠牲にして時定数を大き（取る必要があシ、他方安
定化制御系に発振現象を起させないための帰還利得調整
の困難さがある等の問題点を有している。

もう一つはディジタル積分方式による計測回路であシ、
ディジタル計数回路をタイマー回路で制御しパルス数計
測を行ない、計測終了後にディジタル計数回路よシ計測
値を取シ出すものである。

上記の統計変動誤差は、タイマー回路による計測時間を
長く設定し計測値を大きな値にすることによシ除去する
ことができる。この方式においては、統計変動誤差はデ
ィジタル計数回路で圧縮された信号を用いるため前者の
様な欠点は無いが、タイマー回路及び計測データを制御
量に演算処理する回路が必要なため、複雑、高価な回路
を必要とし、さらに収束するという構造上の欠陥を有し
ている。

以上の次第で、放射線測定の安定化法が古くから提唱さ
しているにもかかわらず、広く実用化さするに到ってい
ない。

本発明の目的は、従って、波高値のレベル安定化の連続
制御が可能で、制御方式が簡易であシ、且つ統計変動を
ディジタル処理によシ安定に処理することができるＸ線
分析装置用波高値安定化回路を提供することにある。

９− 以下、図示の実施例によυ本発明の詳細な説明する。

第５図には、本発明による波高値安定化回路を設けた波
高分析器の一実施例が示さしている。この波高分析器１
０は、第１図に示すＸ線分析装置の従来の波高分析器７
の代シに用いらｎるものであシ、その入力端子１１には
パルス増幅器６から第２図に示す如きパルス信号Ｓが入
力さ詐、波高分析さ扛た結果の出力が出力端子１２から
取出さ牡、図示しない演算回路においてデータ処理さ詐
る。また、制御信号出力端子１３からは、後で詳しく述
べるようにして、波高値安定化のための制御信号が取出
され、ＡＧＯ信号として高圧電源９（第１図参照〕に印
加さｎｌこれによシ、測定系内において生ずるパルス波
高値の変動成分が除去さ牡るようその出力高電圧の値が
制御される。

既に述べたように、パルス増幅器６から出力されるパル
スは、第２図に示す如く、入力螢光Ｘ線の波長に従って
高さの異なるパルスから成るパルス列であシ、このパル
ス列に含まれるパルスのう−１０ア ち、層目した元素に因って生ずるパルスを波高弁別する
ため、波高分析器１０は、３つの電圧比較器１４　、１
５　、１６を有しており、各電圧比較器１４　、　Ｉ５
゜１６の十入力端子は入力端子１１に接続さｎ１各−入
力端子には比較レベル発生器１７からの基準電圧ＶＨ，
ＶＭ、ＶＬが夫々印加さｎている。こ肚らの電圧’ＶＨ
、ＶＭ　、ＶＬのレベルは、第２図及び第３図に示さｎ
る電圧レベルＶ’Ｈ，ｖＭ、ＶＬに夫々対応してシシ、
電圧源＋■１に接続さｔている可変抵抗器１８　、１９
を夫々調整することによシ設定される。従って、入力端
子１１から入力さｎるパルスの波高値のレベルＬがＶＨ
＞Ｌ＞’ＶＭの場合にのみ電圧比較器１４の出力は低レ
ベルで電圧比較器１５の出力は高レベルとなる。これら
の電圧比較器１４　、１５の出力は上半クリ逆同時計数
回路加に入力されておｐ、Ｖ　Ｈ）Ｌ’）　Ｖ　Ｍの条
件のパルスが入力されたときにこの計数回路２０はこの
パルスを出力側にとシ出す。一方、入力端子１１から入
力さ牡るパルスの波高値のレベルＬがＶ　ｒ、　（Ｌ　
（Ｖ　Ｗの場合にのみ電圧比較器１５の出力は低レベル
で電圧比較器１６の出力は高レベルとなる。これらの電
圧比較器１５　、１６の出力は下手側逆開時計数回路２
１に入力さｎてお１）、Ｖ　Ｌ＜Ｌ＜Ｖ　Ｍの条件のパ
ルスが入力されたときに計数回路２１はこのパルスを出
力側にとり出す。即ち、上半側逆同時計数回路加は第３
図に示さｎる領域Ｘに属するパルスの入力に応答してパ
ルスを発生し、一方、下半側逆回時計数回路２１は第３
図に示される領域ＹＫ属するパルスの入力に応答してパ
ルスを発生する。尚、この場合、両計数回路加、２１は
、電圧比較器１５を共有しているので、ある１つの入カ
バルスに対し両方の計数回路が同時に応答してパルスを
出力することは皆無であシ、従って、両計数回路加、２
１の出力をオア回路２２を介して出力端子１２から取り
出すことによ）、第３図に示す領域Ｘ、Ｙに属するパル
スの合計発生数を容易に知ることが可能である各計数回
路加、２１からの出力パルスは、夫々、上側周波数平滑
益田及び下側周波数平滑器夙に入力されている。これら
の周波数平滑益田、２４は、除数信号Ｒによって定めら
牡る分周比の分局器として働く回路であシ、例えば、プ
ログラマブルカウンタを用いて構成することができる。

従って、これらの周波数平滑益田、２４は、対応する計
数回路２０　）　２１からパルスがＲ個人力さｆる毎に
出力パルスが１つ発生し、加減算カウンタ％の加・貫入
力端子Ｕ又は減算入力端子りに入力さｎる。このように
、周波数平滑器２３．２４を設けたことによシ、第３図
に示した様な個々のパルス間隔のバラツキに比し、平滑
器ｎ、２４の出力パルスの発生間隔は周期性を帯びて来
る。この動作は統計変動誤差の圧縮動作に他ならないも
のである。加減算カウンタ冗の出力値は１個の那算パル
スの入力で出力値が１だけ増大し、又１個の減算パルス
の入力で出力値が１だけ減少する。又、両チャンネルの
弁別器が同時に動作することは無いので、加減算カウン
タ加の２つの入力端子に同時に信号が入ることも無い。

加減算カウンタ％は以上の様な動作をするために、２つ
の入力端子に印加するパルス数に差異がちｎはその出力
は変化し、差異が減少して１３− 来るに従って出力の変化も減少し、２つの入力端子に印
加するパルス数に差がなくｌｘｎば自動的に出力変化が
停止する。そして加減算カウンタ２６の計数出力の大き
さは、各平滑器％、２４から単位時間ａＢ発生するパル
スの個数の差に応じて定まる。第３図に示すように、あ
る層目したピークにおいては、その広がシの形状はガウ
ス分布に従うものと考えられるので、測定系内での変動
がなければ、レベルＶＭがピークの中心に一致し１．Ｖ
　Ｌ　。

ＶＭがレベル−ｖＭよシ同一の所定の値だけずれるよう
に設定されてい肚ば、統計的に、加減算カウンタ２６の
出力はほぼ零となっている。又、除数信号Ｒ金、各々Ｒ
’ｚ　、　ＲＹとに独立設定をし、Ｒπ＝Ｒｙの時はガ
ウス分布に対応するが、Ｒτ＼ＲＹと設定す牡ばガウス
分布が崩１ｆ”したピークにも対応で鳶る。

一加減算カウンタ２６から出力さする計数データはｖ／
ムコンバータｎによシ出力値に応じたレベルのア・ナロ
グ電圧信号を発生する。この電圧信号は帰還制御利得を
調整する抵抗減衰器２８を経て演算１４− 増＠器２９の一入力端子に印加さ几る。演算増幅器２９
の十入力端子には、電圧源＋Ｖ、に接続さｎている可変
抵抗器３０によシ股定さした基準電圧が印加さ牡ておシ
、両入力電圧の和に従ったレベルの電圧が制御電圧信号
Ｖ　ｅとして工しシタフォロア回路３１ヲ介して制御出
力端子１３に表わｎる。この制御電圧信号ｖｅは、上記
実施例では、高圧電源９にバイアス電圧として印加さｔ
ｌこ扛によシ負帰還回路か構成さ詐、加減算カウンタあ
の出力内容が零となるように測定系の利得が制御される
。

従って、上記説明からすぐ判るように、制御電圧信号Ｖ
、を、高圧電源９に帰還させる代シに、高電圧電源９ｉ
一定のバイアス電圧を与え、Ｄ／Ａコンバータ２７の出
力を例えばパルス増幅器６の利得調整信号としてパルス
増幅器６に印加することによシ測定系の利得を制するよ
うにしてもよい。

尚、第５図の回路においては、装置の起動時に、検出器
４に高電圧が印加さｎず検出器出力が発生していなくて
も、演算回路２９から可変抵抗器間の調節によシ定まる
所定の電圧が出力され、中心実施例においては、中心バ
イアス電圧とＤ　／　Ａコンバータ２７の出力との加算
は、上側チャンネルのパルス数が多く加減算カウンタ２
６の出力が増大する時に、最終出力が減する様に演算回
路２９による力ロ算器で制御量の極性を整合している。

この最終出力が高電圧電源を経て検出器にフィードバッ
クするため、本安定化回路は最終的には、周波数平滑器
によシ圧縮され、抵抗減衰器で縮少された統計変動によ
るリップル相当分を除いて自動的に停止する。

尚、符号３２で示さｎているのは状態表示回路でアシ、
加減算カウンタ２６がオーバーフロー等ヲ起した際、カ
ウンタ出力が反転する前にＤ／Ａコンバータ２７の出力
電圧をホールドし、オーバーフロー等の状態を取扱者に
示すと共に、周波数平滑器の演算途中の信号域いは、出
力信号を表示し、或いは合成パルスを分周し表示灯点滅
等の手段により目測型の簡易計数率計の機能を与えるも
のである。

第５図に示した波高分析器１０による制御特性を実測し
た一例が第６図（ロ）に示さ牡ている。この測定データ
は、１５００パルス／秒のＸ線を比例計数管に入力し、
−２０係の波高値変動を人為的に発生させ、最適値に復
帰する様子を検出器のバイアス電圧ΔＶＨの変化として
捉えたものである。この図から判るように、波高分析器
１０は連続的制御を行なうので、スイッチＯＮ後Ｘ線検
出器用のバイアス電圧ΔＩ（Ｖは直ちに上昇し、所定の
中央バイアス値にまで達すると、帰還ループが作動しは
じめ、極めて良好な応管速度でバイアス電圧△■■の制
御動作を行なう。この場合、除数設定器部の設定値Ｒを
１６，１２８，２５６と設定した場合を比較してみると
、Ｒの値が大きくなるにつ牡て平滑器１３　、２４の平
滑動作が良好に行なわｎるように奄シ、滑らかな制御が
行なわれる。こ扛に対し、第６図ω）には、第６図ω）
の測定状況゛と同一の状況で抗折とコンデンサとから成
る積分回路を用いた従来のアナログ方式の場合の実測例
が示さｎている。この場合には、時定数７を相当大きく
しな１７− いと円滑な制御を行左うことができないが、時定数を大
きくすると立上シ特性に悪影響を与えるという欠点を有
している。又、第６図（Ｃ）にはディジタル方式の場合
の実測データが示されている。この場合には、約加秒間
の不感帯を有すると共に間欠制御であるから整定するま
での時間が他の方式に比して著しく長いという欠点を有
している。

このように、本発明による装置の場合には、従来の２方
式に比べていずれも制御特性が優牡ており、連続制御に
よシ、極めて短い時間で測定等を最適制御状態とするこ
とができる。

第７図には、本発明による波高値安定化回路を設けた波
高分析器の他の実施例が示されている。

この波高分竺器４０は、パルス増幅器６（第１図参照）
から入力端子４１を介して供給さ扛るパルスの波高分析
を行なうため、上側チャンネルパルス波高分析器４２と
下側チャンネルパルス波高析器４３とを有している。こ
れらのパルス波高分析器４２．４３の構成は、第５図に
示した電圧比較器１４　、１５　、１６及び逆同時計数
回路加、２１とを含ん１８− で成る回路と同一であシ、各パルス波高分析器４２，４
３の出力０ＩｓＯ！は、夫々第５図の逆同時計数回路加
、２１の出力に相応する。第７図に示す実施例では、こ
牡らの出力Ｏｆ　　、０！は、夫々加減算カウンタ４４
の加算入力端子Ｕ及び減算入力端子りに直接人力さｎて
いる。加減算カウンタ４４は、比較的大きな容量のカウ
ンタでアシ、プリセット値設定回路４５からのプリセッ
ト信号ＰＳによシ予め定めら牡た所足の値にセットされ
、以後、出力０、としてパルスが入力される毎に計数内
容を１増加させ、一方、出力Ｏ３としてノ；ルスが入力
さ牡る毎に計数内容を１減少せしめるように動作する。

このように大容量のカウンタを用いると、計数内容がオ
ーバーフローする虞ｎが極めて少なく々シ、波高分析器
からの出力を分局器を介することなく直接加減算カウン
タ４４に入力することり；できる。加減算カライタ４４
からの出力Ｄ０は、高分解能のＤ／Ａコンバータ４６に
入力さｔｌここでアナログ出力Ａ。に変授さｎｌこのア
ナログ出力Ａ。は制御量を示す信号として所要の被制御
回路、例えば高圧電源９、に印加することができる。上
記説明から判るように、この波高分析器４０は、大きな
容量の加減算カウンタを用いて周波数平滑器を除去した
こと以外は、第５図に示した波高析器と同じであシ、こ
の波高分析器４０もまた第５図の波高分析器１０と同じ
効果を奏するものである。

第８図には、本発明による波高値安定化回路を設けた波
高分析器の更に他の実施例が示されている。この波高分
析器５０は、加減算カウンタ４４の各出カニ〜Ｎ’（（
シフトするピットシフト回路５１４有し、ビットシフト
回路５１から出力されるＭビット（Ｍ＜Ｎ）の出力デー
タ−ｉＤ／Ａコンバータ５２においてアナログ信号に変
換するように構成し、加減算カウンタ４４の計数内容が
大きい場合には上位Ｍビットー４Ｄ／Ａコンバータ５２
でＤ　／　Ａ変換し、一方、加減算カウンタ４４の計数
内容か小さい場合には下位Ｍビット’ｉ　Ｄ　／　Ａコ
ンバータ５２でＤ／Ａ変換し精密なデータを出力するこ
とによ多桁数の多い高分解能Ｄ／Ａコンバータを用いる
ことなく、小規模のＤ／Ａコンバータで高精度の制御上
行なうようＫした点で第７図の実施例と異なる。

本発明によｎば、上述の如く、大規模３回路を用いるこ
となく、波高値のレベル安定化を連続的に、且つ速い応
答速度で制御することができるので、種々の原因による
波高レベルの変動を良好に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来用いらｎているＸ線分析装置の概略ブロッ
ク図、第２図は第１図に示さ牡るＸｆｆ１Ｊ検出器から
の出力信号の波形図、第３図、＆Ｉ４図はパルスの波高
レベルＬと発生頻度との関係を示すグラフ、第５図は本
発明による波高値安定化回路の一実施を示す回路図、第
６図砂）は第５図に示した回路によシバルス波高値の安
定化制御を行なった場合の制御特性の一実測例を示す特
性図、第６図ψ）、第６図（Ｃ）は従来の安定化回路に
よシバルス波高値の安定化制御を行なった場合の制御特
性の２１− 一実測例を示す特性図、第７図、第８図は本発明の他の
実施例のブロック図である。 １゜。試料 ２、。照射放射線 ３００反射放射線 ４０．Ｘ線検出器 ５゜、前置増幅器 ６６．パルス増幅器 ７゜。波高分析器 ８゜。表示装置 ９、。高圧電源 １０　、。波高分析器 １４　、１．５　、１６゜。電圧比較器１７゜。比較レ
ベル発生器 旬。。上半制逆同時計数回路 ２１゜。下半側逆回時計数回路 ｎ。。上側周波数平滑器 冴０．下側周波数平滑器 ２６゜。加減算カウンタ ２７、。Ｄ／Ａコンバータ ４０．５０゜。波高分析器 ４２０．上側チャンネルパルス波高分析器４３゜。下側
チャンネルパルス波高分析器４４、．７ＪＯ減算カウン
タ ４５、。プリセット値設定回路 ４６、、Ｄ／Ａコンバータ ５１０．ビットシフト回路 ５２、。Ｄ　／　Ａコンバータ 以上 出願人　株式会社第二精工舎 代理人　弁理士最上　　務 −２３＝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料に放射線を照射した際に該試料から得らｎる
   Ｘ　ｉＪのエネルギーに応じた波高値のパルスを発生せ
   しめ該パルスの波高値データを統計処理することによ多
   試料の分析を行なうようにしたＸ線分析装置用の波高値
   安定化回路において、層目したパルス群の上側チャンネ
   ルのパルス波高弁別を行々う第１波高弁別器と、前記層
   目したパルス群の下側チャンネルのパルス波高弁別を行
   なう第２、波高弁別器と、前記第１．第２波高弁別器か
   らの出力パルスによシ加減算を行なう加減算カウンタと
   を備え、前記加減算カウンタからの出力内容に従って前
   記Ｘ線分析装置の測定等の利得を制御し前記パルスの波
   高値制御を、行なうことを特徴とするＸ線分析装置用波
   高値安定化回路。！（２）試料に放射線を照射した際に
   該試料がら得られるｘ腺のエネルギーに応じた波高値の
   パルスを発生せしめ該パルスの波高値データを統計処理
   することによ多試料の分析を行なうようにしたＸ線分析
   装置用の波高値安定化回路において、着目したパルス群
   の上側チャンネルのパルス波高弁別を行笈う第１波高弁
   別器と、前記着目したパルス群の下側チャンネルのパル
   ス波高弁別を行なう第２波高弁別器と、前記第１及び第
   ２波高弁別器からの出力パルスの周波数平滑を夫々行な
   う第１゜第２周波数平滑手段と、前記第１．第２周波数
   平滑手段からの出力パルスによシ加減算を行なう加減算
   カウンタとを備え、前記力ロ減算カウンタからの出力内
   容に従って前記Ｘ線分析装置の測定等の利得を制御し前
   記パルスの波高値制御を行々うことを特徴とすｉＸ線分
   析装置用波高値安定化回路（３）前記第１．第２周波数
   平滑手段が、夫々前記第１．第２波高弁別器からパルス
   が夫々所定個数入力さ牡たことに応答してパルスを出力
   する分周回路であることを特徴とする特許請求の範囲第
   （２）項記載のＸ線分析装置用波高値安定化回路。