JPS61128184A - デジタル計数率計 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、放射線モニタリングシステムに係り、特にパ
ルス信号を計数する計数率計に好適な高精度で応答速度
の速い計数率算出処理手法（計数率算出処理アルゴリズ
ム）に関する。

〔発明の背景〕

従来のデジタル計数率計シごついては、論文（Ｎｕｅｌ
−Ｉｎ５ｔｒ、　ａｎｄ　Ｍｓｔｈ、　１８８　（１９
８１）　３１９−３２５゜ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　Ｎ
ｕｃｌ、　Ｓｃｉ、　Ｎ５−１４　（１９６７）　２３
３）のものがある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、放射線モニタリングシステムに於いて
、統計誤差が小さく高精度な計数率を出力し、出力の応
答時定数の短いデジタル計数率計を提供することにある
。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は１通常計数率範囲では時定数を長く、他
の計数率範囲では時定数を短く設定すること、又は、常
時１時定数の畏い場合と短い場合の数種類の計数率を算
出して、入力計数値と数種類の前回算出計数率及び数種
類の今回算出計数率を用いて自動的に判定して最適な時
定数を有する計数率を出力すること、及び、数種類の時
定数による算出計数率をＳＷにて切り換えることにより
、統計誤差を小さく、応答時定数を短くすることができ
ることである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第９図を用いて説明
する。まず１本発明のデジタル計数率計３のハード構成
を図１に示す。即ち、タイマ４により制御されるカウン
タ５．プロセッサ７、プログラムとデータを格納する主
記憶メモリ９．コントロールワード及びデータをやりと
りするコントロール・データバス８．算出計数率に対応
した電圧１３を出力するアナログ出力部１０．プロセッ
サの異常及び算出計数率の“高“等の判定を行った警報
接点信号１４を出力するデジタル出力部１１、外部計算
機とデータ等１５を入出力する外部インターフェース部
１２．及び算出計数率を表示する表示部６より構成され
る。

次に、第１図を用いてデジタル計数率計３の動作につい
て説明する。デジタル計数率計３は、Ｇ−Ｍ管等のパル
ス信号を発生する放射線検出器１とそのパルス信号を増
幅及び弁別するプリアンプ２と接続することで放射線測
定に使用される。デジタル計数率計３にては、プリアン
プ２より入力したパルス信号をタイマ４により制御され
たカウンタ５にて一定時間計数する０次に、この計数値
Ｘ、を用いて主記憶メモリ９に格納された計数率算出ア
ルゴリズムにより計数率Ｒ７を算出する。

この算出計数率は、外部インターフェース１２を介して
外部機器にデータとして伝送されると共に。

その対数値に比例した電圧１３をアナログ出力装置１０
により記録計等に出力する。また算出計数率は、数字表
示器等の表示器６に表示すると共に、あらかじめプログ
ラムの中に設定された値と比較することにより異常を判
定する。たとえば、ある計数率を設定しておき、それ以
上の計数率となった場合に放射線量が“高”と判定する
。この異常となった時には、デジタル出力部１１より警
報接点信号１４を外部に出力し、操作員に異常を知らせ
る。

以上のハードウェアにより構成されるデジタル計数率計
に格納する計数率算出アルゴリズムを以下に説明する。

第２＠に計数率算出アルゴリズムの処理ブロック図を示
す。本アルゴリズムは一次遅れの特性となっており、図
中の（１−に、）の項は、入力の計数値に掛ける係数で
あり、Ｋ１は前回算出計数率Ｒ，の減衰率であり、（２
）式で表わされる。

この演算を数式で表わすと、（１）式となる。

ここで、 Ｒ１・・・ｉ番目の算出計数率（ｃｐｓ）Ｋ、・・・Ｒ
８の減衰率 Ｘ、・・・ｉ番目のカウンタの計数値（Ｃｏｕｎｔｓ）
ＴＢ・・・入力パルスを計数するカウンタの動作周期（
ｓｅａ） （１）式中の減衰率に、は、算出計数率Ｒ，の変化率を
意味する時定数τ、の関数となっている。

これを（２）式に示す。

Ｋｌ　＝ａｘｐ　（−Ｔ　Ｂ　／　ｃ　ｉ）　　　　　
　　　（２）この時定数τ、は従来のアナログ型計数率
計にて使用しているものと同一の概念であり、計数率計
のデータとして従来と全く同様に使用できる。

（２）式は、以下の考え方に基づき導入した。

即ち、この減衰率に、というのは、計数率が一定時間（
カウンタ動作時間）ＴＢの間に減衰する割合であるから
、この変化の時定数をτ、とすることで容易に（２）式
を導くことができる。さらに（１）式中の（１−Ｋｌの
項の意味は、入力計数値Ｘ、／ＴＢが算出計数率におよ
ぼす割合のことである。

さらに、従来のアナログ計数率計は、入力計数率により
時定数が変化する。これに対応して、本デジタル計数率
計に於いても、時定数で、を算出計数率Ｒ工の関数とし
ている。これを（３）に示す。

τ、＝ｆ　（Ｒ１）　　　　　　　　　　　（３）但し
、ｆは任意の関数 従来のアナログ計数率計ではポンプ回路を多段に重ねる
回路構成である為、（３）式の関数ｆを精度よく任意に
設定することができない、さらに、アナログ計数率計で
は１回路構成により使用される計数率範囲が限定されて
いたが本発明の算出アルゴリズムに於いては計数率の範
囲は全く限定されない０以上のアルゴリズムを処理の流
れ図で書くと第３図となる。

次に、相対統計誤差について説明する。一般に、放射線
計測器では、放射線自体がもっているランダムな特性に
より統計的変動が発生する。従来のアナログ計数率計に
於いては、本統計変動による相対統計誤差σＲ−／　Ｒ
１は（４）式で与えら九る。

ここで Ｒ３：入力平均計数率（ｃｐｓ） τ、：回路により、決まる時定数（ｓｅａ）一方、本発
明のデジタル計数率計に使用する計数率算出アルゴリズ
ムに於いては、統計論の公式を用いて、相対流計誤差の
算出式を導く、即ち、Ｕ±ｕ　（Ｘ、７．Ｚ、・・・）
の式では、任意の量Ｕに対する標準偏差σ、は次式で与
えられる。

そこで、この公式に（１）式を適用すると。

ａ　Ｒｔ＊ｔ”＝Ｋｉ”　”　ｔｙ　Ｒｉ”＋　（１−
Ｋｉ）　”　”　ａ　Ｘｉ／ＴＢとなる。相対統計誤差
は、計数率の平衡時の量であるから、σＲ，，１＝σＲ
１である。ゆえに１十によ となる。

放射線による単位時間の入力パルス数Ｘ、／ＴＢはポア
ッソン分布となるから（５）式より、相対統計誤差は（
６）式により与えられる。

（６）式により相対統計誤差を設定することで、減衰係
数に、及び時定数τ、を決定することができる。即ち１
本発明のデジタル計数率計の計数率算呂アルゴリズムで
は相対統計誤差を精度よく任意に設定することができる
。

以上の計数率算出アルゴリズムを試験した結果を以下に
示す６試験は従来のアナログ計数率計の典型的な一台と
特性比較をすることで行った。第４図にその試験構成図
を示す、放射線計測器１よりのパルス信号はプリアンプ
（前置増幅器）２に入力され、パルス信号は増幅される
。この増幅されたパルス信号はアナログ計数率計１８と
ディスクリ（波高弁別器）付きのデジタル計数率計３に
入力した。この特性比較試験に於いてはデジタル計数率
計３は、入力カウンタとパーソナルコンピュータにて構
成した。さらに、アナログ計数率計の出力電圧（計数率
の対数値）はレコーダ１９と電圧計２０に入力される。

このアナログ計数率計の出力電圧測定値とデジタル計数
率計の出力計数率は、ＧＰ−ＩＢを介してパーソナルコ
ンピュータ２１に入力され、アナログ計数率計とデジタ
ル計数率計中の計数率算出アルゴリズムを１時定数。

相対統計誤差の点で性能比較を行う。

性能比較を行う際には両者の時定数を一致させて、相対
統計誤差を比較する方法とした。最初に、アナログ計数
率計の時定数の測定を行った１時定数の測定は、パルス
発生器を用いて第５図に示す様にＪＩＳ規格の時定数、
上昇時時定数、下降待時定数の３種の方法によることと
した。このうち、ＪＩＳの時定数測定方法は、入力を一
定の計数率ｒ’　ａ　　（ｃｐｓ）から急激にＯ（ｃｐ
ｓ）にした場合に出力計数率が０．３７　ｒ、　　（ｃ
ｐｓ）になるまでの時間を計数率ｒｌｌの時定数として
測定する方法である。

上昇時時定数は、入力を一定の計数率０．１・ｒｏ（ｃ
ｐｓ）から急激に１デカード上の１”６　　（ｃｐｓ）
に下げた場合に、出力計数率の対数値が、その変化分の
６３．２　％変化する迄の時間をｒ　ａ　（ｃｐｓ）上
昇時定数とする。さらに下降待時定数は、入力を一定の
計数率１０・ｒ　ａ　（ｃｐｓ）から急激に１デカード
下のｆ’　ａ　（ｃｐｓ）に上げた場合に、出力計数率
の対数値がその変化分の６３．２　％変化する迄の時間
をｒ　ａ　（ｃｐｓ）の下降待時定数とする。上昇時時
定数、下降待時定数は、アナログ計数率計が対数型（出
力計数率の対数に比例した電圧を出力するもの）である
為の測定方法である。

以上３種の時定数測定方法による時定数測定方法による
測定値を第６図に示す、第６図より従来のアナログ計数
率計と同じ時定数を持つ計数率算出アルゴリズムとする
為に図中の実線の様に（３）式の設定式を決める。即ち
、（７）式となる。

τ、＝５０−Ｒ″＊　３　　　　　　　　　　（７）以
上の様に、アナログ計数率計と計数率算出アルゴリズム
の時定数を一致させた条件にて相対統計誤差を比較する
。相対統計誤差は、放射線特有の入力計数率の分布によ
り発生する出力計数率の分布の標準偏差σＲ４を中心計
数率Ｒ，で割った値のことである。今回、相対統計誤差
を比較する上で、実際にパーソナルコンピュータを用い
て出力分布を求め、統対統計誤差σＲ１／　Ｒｉ　を測
定した。第７図に、入力計数率分布とアナログ計数率計
の出力計数率分布及び計数率算出アルゴリズムによる出
力計数率分布を示す０図中のＦｉｇ、１には、入力計数
率分布とそれに対応したガウス分布を示す、入力計数率
分布がなめらかでないのは、データの収集回数が１５０
０回と有限であるための偏りであるが、はぼ一般に知ら
れている様にガウス分布に近づいている。さらに図中の
Ｆｉｇ。２とＦｉｇ。３にはそれぞれ計数率算出アルゴ
リズムにより出力計数率分布とアナログ計数率計の出力
計数率分布を示す。ここでアナログ計数率計と計数率算
出アルゴリズムの分布の中心値が多少差があるのは、ア
ナログ計数率計の出力電圧を計数率値に変換する際に精
度よく変換できなかった為であるが計数率分布の標準偏
差は精度よく求められている。

この測定方法により測定した相対統計誤差を第８図にプ
ロットする０図中のアナログ計数率計の相対統計誤差に
は１部品の精度と各ポンプ回路を重ねることによる誤差
を誤差棒にて示しである。

さらに、時定数設定式（（７）式）と相対統計誤差算出
式（（６）式）より算出した相対統計誤差の理論値を図
中の実線にて示す、この図よりアナログ計数率計とデジ
タル計数率計の計数率算出アルゴリズムは、同程度の相
対統計誤差となることがわかる。

第９図に、アナログ計数率計と計数率算出アルゴリズム
を用いたデジタル計数率計の、実際のコバルト−６０ｓ
準線源照射による計数率出力の応答を示す６本データに
て、出力計数率の応答を比較するとアナログ計数率計の
出力計数率の方変動が激しいが応答としては一致してい
ます。

以上の試験かられかることは、アナログ計数率計では、
使用回路素子及び回路構成時に時定数。

統計誤差に数％の誤差が生じますが、計数率算出アルゴ
リズムを用いたデジタル計数率計では時定数統計誤差を
任意に精度よく設定すること、及び、本デジタル計数率
計に於いては出力計数率の変動をアナログ計数率計より
小さくし、計数率の出力遅れをカウンタの動作時間とソ
フトウェア処理時間の和（実際には０．２秒以下）とで
きることであります。

さらに、以上のアナログ計数率計と同等以上の性能を有
する計数率算出アルゴリズムに於いては。

時定数の設定を第１０図の様に各種に設定することがで
きます、たとえば、応答時定数を入力計数率によらず、
１秒、１０秒と一定とする設定２５゜２４と、相対統計
誤差を７％、２．２　％と一定とする設定等が考えられ
る。

この計数率算出アルゴリズムを用いて、第１０図の様な
設定を各種プログラムを格納する主記憶装置９内にあら
かじめ入れておき外部よりの信号により切り換えること
で、最適な時定数、統計誤差にて測定することができる
。

また、第１０図の時定数の設定（即ち、（３）式）を第
１１図に示す様に行うと、高精度高応答性デジタル計数
率計とすることができる。即ち。

通常使用する計数率範囲に於いては、時定数を長くし相
対統計誤差を小さくすることで精度が高くなる設定２６
を行い、放射能レベルが異常に高くなり早急に異常であ
ることを判定しなければいけない計数率範囲に於いては
、時定数が短くなる設定２８を行う０以上の設定により
１通常の測定では精度よく計数率を算出でき、放射線レ
ベルが高くなった場合には、高い応答性（速い速度）に
て異常を判定することができる高精度・高プ答性デジタ
ル計数率を構成できる。

次に数種類の時定数により同時に算出したそれぞれの計
数率を入力計数値と今回及び前回の算出計数率により計
数率の変化分を判定し最適な時定数を持った計数率を自
動的に選択する高精度・高応答性デジタル計数率計を述
べる。適用例として。

時定数を長く設定した場合と５時定数を短く設定した場
合の２種類の計数率を算出し、判定する高精度・高応答
性デジタル計数率計に説明する。その処理の構成を第１
２図に示す、カウンタにより入力パルスを計数した計数
値２９は５時定数を長く設定した計数率算出処理３０と
時定数を短く設定した計数率算出処理３１に入力される
。この２つの計数率算出処理により算出された今回計数
率は、計数率選択処理３２に出力される。計数率選択処
理３２にて計数率を選択する方法等は第１３図〜第１４
図を用いて説明する。まず放射線レベルが変化しない場
合、即ち、入力計数率が安定している場合は１時定数が
長（統計誤差の小さい計数率算出処理３０にて算出した
計数率が選択され。

出力計数率３３となる。入力計数率が第１３図に示す様
に急激に上昇する場合は、時定数の短い計数率算出処理
３１の算出計数率３６は第１５図に示す様に短い時間で
応答する。また時定数の長い計数率算出処理３０の算出
計数率３５の時間変化は、第１４＠の様になる。ここで
図中の算出計数率の急激な変化３７は、計数率選択処理
３２にて時定数の短い計数率算出処理３１による出力計
数率３６の変化が安定したと判定された際、その出力計
数率３６を前回の計数率の計数率として使用する為に、
時定数の長い計数率算出処理３０に渡される。（３４）
さらに、計数率選択処理３２による出力計数率３３は、
第１６１！ｌの様になる。［中では計数率の切換えを２
回（３８，３９）行っている。即ち、（ａ）入力計数率
が急激に変化したと判定し５時定数の長い計数率から時
定数の短い計数率への切換えを行うこと３８と、（ｂ）
出力計数率が安定したことを判定し１時定数の短い計数
率から時定数の長い計数率への切り換えを行うこと３９
を行っている。計数率選択処理３２では、上記（ａ）、
（ｂ）の判定と、３４の指令を出すことにより第１６図
の様な計数率出力の時間変化となる。これは計数率が急
激に小さくなった場合も同様となる。

（ａ）、（ｂ）の判定方法の一例を、以下にて説明する
。まず時定数の長い計数率算出処理３０にての算出式を
（８）式に示す。

ここで、Ｒ６・・・ｉ番目の算出計数率に１・・・ｉ番
目の減衰係数 また、同時に演算を行っている時定数の短い計数率算出
処理３１にての算出式を（９）式に示す。

ここで、Ｐｉ・・・ｉ番目の算出計数率Ｍｔ・・・ｉ番
目の減衰係数 （ａ）入力計数率が急激に変化したことの判定（８）式
と（９）式算出計数率Ｒ２゜、とＰ、、１を用いて、（
１０）　、　　（１１）式が成立した場合に急激に変化
したと判定し、出力計数率をＲｔ４１　からＰ１□に変
える。

Ｒ２゜、−６口、−＞　ｐ　ｒ−０（１ｏ）Ｒ４゜、＋
ｌへｌ　ｉ−ｚ　＜　Ｐ　ｔ−１（１１）（１０）式は
急激に減小した場合、（１）式は急激に増加した場合の
判定方法をしめすａ　Ｒ１＋１は精度よい（時定数の長
い）出力計数率であり、ｆｉＲ丁は出力計数率がガウス
分布であるとした場合の標、準偏差である。但し、実際
の出力計数率の分布は、ガウス分布より狭い分布（小さ
い標準偏差）となる為９９％以上の精度で判定できる。

さらにこの判定はｇの項をｆｌ：丁の定数倍とすること
で任意の精度で判定することができる。

（ｂ）出力計数率が安定したことの判定常時（１ｚ）式
のＳ　＋＋１の値を算出しておく、即ち、 このＳｌ＊、の値は、＋＋２−ｎ番目からｉ＋１番目ま
でのｎ回の計数率の和である。このＳｌ、１を８１と比
較して（１３）　、　（１４）式の条件が成立した時出
力計数率が安定したと判定する。

Ｓｉや、＞８．　　　　　　　　　　　　　０３）Ｓ、
、１＜Ｓ、　　　　　　　　　　　　　　（１４）（１
３）式は、計数率が減少時の、　　（１４）式は計数率
が増加時の、安定したことの判定条件である。

この条件が成立した場合に時定数の短い計数率Ｆｉｓｔ
　から時定数の長い計数率Ｒ１１に変えるが。

この時は、（８）の時定数の長い計数算出式に於いてＲ
１にＰ、を代入してＲ１，、を求める。即ち、時定数の
長い計数率の算出値は第１４図の３７の様に変化する。

以上の、高精度・高応答性の計数率算出方法を処理フロ
ーで書くと第１７図の様になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、各計数率に於いて時定数と統計誤差を
任意に精度よく設定できることのみならず、計数率が安
定している時は精度よく（統計誤差を小さくして）測定
でき、しかも計数率が変化した際には時定数が小さく（
応答が早く）測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、デジタル計数率計のハード構成図、第２図は
、計数率算出アルゴリズム概念図、第３図は処理プログ
ラムの流れ図、第４図は試験構成図、第５図は時定数測
定方法説明図、第６図は時定数測定データ、第７図は入
力、出力計数率分布、第８図は相対統計誤差測定データ
、第９図は計数率出力応答、第１０図は時定数設定例（
１）、第１１図は時定数設定例（２）、第１２図は高精
度・高応答性計数率算出アルゴリズム概念図、第１３図
は入力計数率変化、第１４図は時定数の長い算出計数率
変化、第１５図は時定数の短い算出計数率変化、第１６
図は出力計数率変化、第１７図は高精度・高応答性計数
率算出プログラムの流れ図である。 ５・・・カウンタ、７・・・プロセッサ、９・・・メモ
リ、１２・・・外部インターフェース。 へ埋入　弁理士　高欄明夫 第５　口 茅６　目 入力ｉｔ蚊率　（ＣＰ傳 茅　７ ＋ｅｔ、、）＋ｂ　　　　　　　　４Ｊｊ、３１（（Ｃ
Ｐｊ５〕　　　７１．３／６茅　８　区 σ・／　　　　　　　　　１．０　　　　　　　　　／
（Ｉ　　　　　　　　　ｔσθ　　　　　　　ｌσσθ
入力計杖李　（ＣＰ、５） 茅　９　図 軒７１１（加重 將町（帽／ｒＬう 茅　１０　　固 人力針杖干（ｃｐβ） 茅！１０ 針数率（（：Ｐ５） 茅　！２　　図 茅　１４　　目 算、を邸、！、　　　第″。 矛 ア＾ 茅Ｉｔ、目 υ　　　　ｆａ７ｂ　　　　　　　　Ｔｃ！￥、１７　
口 手　　続　　補　　正　　書 待１１′１庁　長′自　　志賀　学殿 事件の表示 昭和５９年特許願第２４９８４３　　号発明の名称 デジタル計数率計 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 乙　線＋５１０１体式会仕　日　立製イ乍所代　　　理
　　　人 ＨＩｆｆ〒渕東京都千代田区丸の内−丁目５番１号「〔
発明の背景〕 従来のデジタル計数率計については、論文ニュークリア
　インストルメンツ　アンド　メソッド　１８８　（１
９８１）３１９−３２５．　　アイ・トリプルイー　ト
ランザクション　ニュークリア　サイエンス　ＭＳ−１
４（１９６７）　２３３　（Ｎｕｃｌ、Ｉｎ５ｔｒ、ａ
ｎｄ　Ｍｅｔｈ、１８８　（１９８１）　３１９−３２
５、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、Ｎｕｃｌ、Ｓｃｉ、Ｎ５−
１４　（１９６７）　２３３］のものがある。」 （３）本願の添付図面の浄書を別紙のとおり提出する（
内容に変更なし）６ 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、放射線検出器よりのパルス信号を計数するカウンタ
   と、数値演算及び入出力制御を行うプロセッサと、プロ
   グラム等を格納するメモリと、計数率を表示する表示器
   と、外部への入出力部及び外部インターフェースより構
   成されるデジタル計数率計。