KR101799346B1 - 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치 - Google Patents

펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치 Download PDF

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권영목
홍형표
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Abstract

본 발명은 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사선 검출기에서 측정된 검출신호 전압파형의 판독을 피크홀드방식이 아닌, 전압신호의 파고 정점에 이르는 시간을 포착하여 그 값을 직접 판독하는 방식을 채용함으로써, 전압 파고를 일정한 시간동안 유지하거나, 유지된 전압 파고를 초기상태로 만드는 복잡한 과정을 거치지 않고 피크홀드방식에서 나타나는 모든 불편함을 충분히 제거할 수 있고, 전압신호의 파고 정점에 이르는 시간을 포착하여 그 값을 직접 판독하는 방식을 채용함으로써, 검출된 방사선 신호를 정확하게 판독할 수 있으며, 입력신호의 잡음을 제거하고 필요한 크기로 증폭시켜서 직접 통과시키는 회로와 지연 통과시키는 회로를 통과하는 신호의 크기를 비교함으로써, 신호가 상승되어 피크 정점에 이른 후 하강할 시점을 비교회로에서 포착하여 이 시점에서 신호를 판독할 수 있고, 포착점이 피크 정점에서 약간 뒤로 밀림을 방지하기 위해 미분회로에서 출력신호파형보다 위상을 약간 진상(Leading)으로 설정하여 줌으로써, 피크시점 포착회로에서 피크시점을 잡되 본래의 전송신호보다 극히 조금 위상을 앞서게 하여 ADC(Analog to Digital Convertor)로 전송하므로 두 신호에 의하여 ADC에서 피크시점과 피크 값을 정확하게 판독할 수 있는 효과가 있다.

Description

펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치{Development of new readout apparatus using pulse peak-time capture for radiation detectors}
본 발명은 방사선 검출기에서 측정된 검출신호 전압파형을 포착할 때 피크홀드방식이 아닌, 전압신호의 파고 정점에 이르는 시간을 포착하여 그 값을 직접 판독하는 방식을 채용함으로써, 전압 파고를 일정한 시간동안 유지하거나, 유지된 전압 파고를 초기상태로 만드는 복잡한 과정을 거치지 않기 때문에 피크홀드방식에서 나타나는 모든 불편함을 충분히 제거할 수 있는 방법이다. 이 방법에서는 전압신호의 파고 정점에 이르는 시간을 포착하여 그 값을 직접 판독하는 방식을 채용함으로써, 검출된 방사선 신호를 정확하게 판독할 수 있으며, 입력신호 내 불필요한 잡음을 제거하고 필요한 크기로 증폭시켜 직접 통과시키는 회로와 지연 통과시키는 회로의 신호 크기를 비교함으로써, 신호가 상승되어 피크 정점에 이른 후 하강할 시점을 비교회로에서 포착하여 이 시점에서 신호를 판독하게 한다. 포착점이 피크 정점에서 뒤로 밀림을 방지하기 위해 미분회로에서 출력신호파형보다 위상을 약간 진상(Leading)으로 설정하여 줌으로써, 피크시점 포착회로에서 피크시점을 잡되 본래의 전송신호보다 극히 조금 위상을 앞서게 하여 ADC(Analog to Digital Convertor)로 전송하므로 두 신호에 의하여 ADC에서 피크시점과 피크 값을 정확하게 판독할 수 있게 하는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치에 관한 기술이다.
방사선이 존재하는 환경에서 무색, 무미, 무촉의 방사선을 검출하기 위한 계측장비는 매우 중요하며 그동안 방사선 계측장비의 개발에 대한 많은 연구들이 있었다. 특히, 방사선을 계측한 이후 측정된 검출신호를 손실 없이 효율적으로 처리하기 위해 검출된 미세전류를 전압형태로 정형하고, 이를 정확하게 판독하는 신호처리 부분은 매우 중요하다. 검출된 방사선 신호파형을 판독할 때, 지금까지는 신호의 전압 펄스파형을 짧은 시간 동안 일정한 값으로 유지시켜 파형의 피크 정점을 판독한 후, 그 전기적인 값을 방전하고 다음 파형에 대비하는 피크홀드(Peak Hold) 방식을 사용하였다.
그러나 이 방식을 사용할 경우, 커패시터의 용량에 따라 충전 피크전압이 달라질 수 있으며, 충전 전압의 늘어짐 현상으로 인해 피크전압을 일정시간 유지할 수 없어 피크 정점 포착이 어려우며, 짧은 간격으로 파형이 중첩되는 경우 뒤의 중복 파형까지 판독하는 것이 어려웠다. 결국, 이런 어려움은 방사선 검출기의 계수율 및 에너지 분해능, 위치분해능 등 주요 특성에 부정적인 영향을 미쳐 정확한 방사선 계측을 어렵게 하는 문제를 초래하였다.
도 1은 종래의 방사선 검출기의 신호처리장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 방사선 검출기의 신호처리장치의 상세회로도이며, 도 3은 종래의 방사선 검출기의 신호처리장치의 다른 상세회로도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 방사선 검출기의 신호처리장치에 따른 동작과 이에 따른 문제점을 살펴보면, 검출된 신호를 증폭부에서 증폭시켜 파형정형부에서 파형을 정형한 후 피크홀더(P/H ; Peak Holder)에서 충전 커패시터를 이용하여 그 값을 일정한 시간(㎲ 단위의 극히 짧은 시간) 동안 피크 값을 유지하도록 하여 후속 ADC(Analog to Digital Convertor)에서 이 피크 정점을 판독한 후, 방전신호부에서 발생된 방전신호로서 커패시터를 방전시킨다. 방전 후에는 새로운 파형이 들어오기를 기다려서 파형이 들어올 경우 다시 충전을 시작하여야 하므로 피크 값을 판독한 후 이를 신속하게 방전시켜 새로운 파형을 충전시켜야 한다.
하지만, 상기 서술한 종래기술은 커패시터에 충전되는 전하량의 전압은 커패시터의 용량에 반비례하므로 커패시터의 용량에 따라 충전 피크전압이 달라질 수 있고, 충전 전압의 늘어짐 현상 때문에 커패시터가 정해진 시간 동안 피크전압을 일정하게 유지할 수 없게 되어 정확한 파형을 판독하기 위한 피크 정점 포착이 어렵게 된다. 또한, 방전에 필요한 고속의 아날로그 스위치가 필요하며 ㎲ 단위의 짧은 시간에 커패시터를 완전히 방전시키기가 어렵다는 문제점이 있다.
따라서 하나의 신호가 방전되기 전에 후속 신호가 들어오는 경우 즉, 1㎲ 이하의 짧은 간격으로 파형이 중첩되는 경우 뒤의 중복 파형까지 판독하는 것이 어려운 것이다.
도 4는 종래의 방사선 검출기에서 출력되는 문제적 파형들의 예를 나타낸 그림이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 방사선 검출기 출력파형에서 충전 커패시터에 충전되는 파형을 살펴보면, ①번의 경우, 파형의 크기가 작아서 피크 점에서 Overshoot 현상을 나타내다가 곧 정상 피크로 복귀하므로 점선으로 표시한 방전 신호 시에 이 값을 판독하게 된다.
②번의 경우는 파형의 크기가 커서 충전 전압이 신호전압을 정확하게 추종하지 못하고 있는데 이는 충전 커패시터의 용량이 커서 피크 정점에 도달하는 시간이 늦기 때문이다. 그런데 충전 전압이 피크 정점에서 홀딩을 하지 못하고 아래로 처지는 현상을 나타내고 이 현상 때문에 방전 신호 시에 ADC가 충전 전압을 읽게 되므로 실제보다 작은 전압 값을 판독하게 된다.
또한, ③번과 ④번처럼 신호가 중첩되는 경우는 좀 더 큰 문제를 발생한다. ③번 신호의 경우 ②번의 경우와 마찬가지로 충전 전압이 원래의 신호전압보다 늦게 따라가다가 피크 정점 이후로 충전 전압의 늘어짐 현상에 의하여 실제 값보다 작은 값을 표시하게 되는데, 방전신호에 의해서 판독이 이루어진 후 커패시터가 완전히 방전되기 전에 후속 중첩신호인 ④번 신호가 입력되어 다시 충전된다. 따라서 ③번 신호를 판독하지 못하고 ④번 신호는 ③번 신호가 완전히 방전된 상태에서 충전하는 것이 아니라 중간에서 다시 충전하게 되므로 단일파형의 피크 정점 도달시간보다 빨리 도착하게 되어 그 다음에 방전을 하게 되므로 피크 값을 정확하게 판독하지 못하게 된다.
그리고 ⑤번 신호의 경우는 중간크기의 신호임에도 불구하고 약간의 처짐 현상이 나타나는 현상이다.
그러므로 방사선 검출기에서 측정된 검출신호 전압파형의 판독을 피크홀드방식이 아닌, 전압신호의 파고 정점에 이르는 시간을 포착하여 그 값을 직접 판독하는 방식을 채용하여 전압 파고를 일정한 시간동안 유지하거나, 유지된 전압 파고를 초기상태로 만드는 복잡한 과정을 거치지 않고 피크홀드방식에서 나타나는 모든 불편함을 충분히 제거할 수 있고, 검출된 방사선 신호를 정확하게 판독할 수 있는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
KR 20-1986-0005269(1986. 4. 18)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 방사선 검출기에서 측정된 검출신호 전압파형의 판독을 피크홀드방식이 아닌, 전압신호의 파고 정점에 이르는 시간을 포착하여 그 값을 직접 판독하는 방식을 채용함으로써, 전압 파고를 일정한 시간동안 유지하거나, 유지된 전압 파고를 초기상태로 만드는 복잡한 과정을 거치지 않고 피크홀드방식에서 나타나는 모든 불편함을 충분히 제거할 수 있는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 전압신호의 파고 정점에 이르는 시간을 포착하여 그 값을 직접 판독하는 방식을 채용함으로써, 검출된 방사선 신호를 정확하게 판독할 수 있는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 입력신호 내에 존재하는 잡음을 제거하고 신호를 필요한 크기로 증폭시켜서 직접 통과시키는 회로와 지연 통과시키는 회로의 신호 크기를 비교함으로써, 신호가 상승되어 피크 정점에 이른 후 하강할 시점을 비교회로에서 포착하여 이 시점에서 신호를 판독할 수 있는 방식으로 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 포착점이 피크 정점에서 뒤로 밀림을 방지하기 위해 미분회로에서 출력신호파형보다 위상을 약간 진상(Leading)으로 설정하여 줌으로써, 피크시점 포착회로에서 피크시점을 잡되 본래의 전송신호보다 극히 조금 위상을 앞서게 하여 ADC로 전송하므로 두 신호에 의하여 ADC에서 피크시점과 피크 값을 정확하게 판독할 수 있게 하는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치는 방사선 검출기의 내부로 입력되는 신호에서 주파수가 높은 잡음을 어느 범위 이하로 낮추어 주는 저주파 필터(LPF ; Low Pass Filter)와; 상기 저주파 필터(LPF)를 거치면서 낮아진 입력신호를 필요한 크기의 신호로 증폭하여 신호출력부와 피크시점포착회로부로 나누어 처리하는 증폭부와; 상기 증폭부를 통과한 신호를 전송하는 중에 잡음이 남아있을 수 있으므로 증폭 후 어느 범위 이하의 신호를 제거하는 잡음제거부와; 상기 잡음제거부를 통과하여 잡음이 제거된 파형을 ADC(Analog to Digital Convertor)로 보내는 신호출력부와; 상기 증폭부를 통과한 또 다른 파형을 포착시점의 정확도를 높이기 위해 본래의 신호를 예리하게 성형하는 미분기와; 상기 미분기에서 성형한 후 피크 값 전후에 파생되는 값을 제거하는 기생파 제거회로부와; 상기 기생파 제거회로부를 통과하여 피크 점 주위의 기생파가 제거된 신호를 피크시점을 잡기 위한 피크포착시간을 설정하는 피크시점 포착회로부; 를 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 신호출력부와 피크시점 포착회로부를 통과한 신호가 ADC(Analog to Digital Convertor)를 거쳐서 출력되는 것을 더 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 저주파 필터(LPF)에서는 3 ㎒ 이상의 주파수를 가진 잡음의 크기를 20% 이하로 감쇠시키고, 상기 증폭부에서는 검출된 파형의 입력파가 100 ~ 360 ㎷의 미약한 신호이므로 비반전증폭기를 이용하여 증폭시키며, 상기 미분기에서 포착점이 피크 정점에서 뒤로 밀리는 것을 방지하기 위해 출력신호파형보다 위상을 진상(Leading)으로 설정하는 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 미분기에 의한 전압 vo는
Figure 112017066538998-pat00001
로 결정되고, 여기서, vi는 미분기의 입력전압이며, 음의 전압이 기생파 제거회로부에서 반전되면서
Figure 112017066538998-pat00002
이하의 값이 제거되어 피크시점포착회로부로 입력되는 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 피크시점 포착회로부에서는 비교기의 반전입력측은 저항에 의한 신호의 직접입력 방식을 취하고, 비반전입력측은 R-C 회로를 구성하여 입력신호를 지연응답(Delayed Response)시키는 방식을 취하는 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 피크시점 포착회로부에서는 피크포착신호의 두 개 이상의 중첩 파형에 대해서도 파형의 간격이 소자의 특성에서 규정한 동작범위보다 크다면 구분할 수 있고, 상기 파형의 간격이 0.05㎲ 이상인 것을 포함함을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명인 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명은 방사선 검출기에서 측정된 검출신호 전압파형의 판독을 피크홀드방식이 아닌, 전압신호의 파고 정점에 이르는 시간을 포착하여 그 값을 직접 판독하는 방식을 채용함으로써, 전압 파고를 일정한 시간동안 유지하거나, 유지된 전압 파고를 초기상태로 만드는 복잡한 과정을 거치지 않고 피크홀드방식에서 나타나는 모든 불편함을 충분히 제거할 수 있다.
둘째, 본 발명은 전압신호의 파고 정점에 이르는 시간을 포착하여 그 값을 직접 판독하는 방식을 채용함으로써, 검출된 방사선 신호를 정확하게 판독할 수 있다.
셋째, 본 발명은 입력신호의 잡음을 제거하고 필요한 크기로 신호를 증폭시켜서 직접 통과시키는 회로와 지연 통과시킨 회로의 신호 크기를 비교함으로써, 신호가 상승되어 피크 정점에 이른 후 하강할 시점을 비교회로에서 포착하여 이 시점에서 신호를 판독할 수 있다.
넷째, 본 발명은 포착점이 피크 정점에서 뒤로 밀림을 방지하기 위해 미분회로에서 출력신호파형보다 위상을 약간 진상(Leading)으로 설정하여 줌으로써, 피크시점 포착회로에서 피크시점을 잡되 본래의 전송신호보다 극히 조금 위상을 앞서게 하여 ADC로 전송하므로 두 신호에 의하여 ADC에서 피크시점과 피크 값을 정확하게 판독할 수 있다.
도 1은 종래의 방사선 검출기 신호처리장치의 구성.
도 2는 종래의 방사선 검출기 신호처리장치의 상세회로도.
도 3은 종래의 방사선 검출기 신호처리장치의 다른 상세회로도.
도 4는 종래의 방사선 검출기 신호처리장치에 의한 문제적 신호파형의 판독 예를 나타낸 그림.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치의 구성.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치의 상세회로도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치에 의한 신호 파형의 판독 예를 나타낸 그림.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치를 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치의 상세회로도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치의 신호 파형의 판독 예를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명인 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치는 방사선 검출기의 내부로 입력되는 신호에서 주파수가 높은 잡음을 어느 범위 이하로 낮추어 주는 저주파 필터(LPF ; Low Pass Filter)(10)와; 상기 저주파 필터(LPF)(10)를 거치면서 낮아진 입력신호를 필요한 크기의 신호로 증폭하여 신호출력부(40)와 피크시점포착회로부(70)로 나누어 처리하는 증폭부(20)와; 상기 증폭부(20)를 통과한 신호를 전송하는 중에 잡음이 남아있을 수 있으므로 증폭 후 어느 범위 이하의 신호는 제거하는 잡음제거부(30)와; 상기 잡음제거부(30)를 통과하여 잡음이 제거된 파형을 ADC(Analog to Digital Convertor)(80)로 보내는 신호출력부(40)와; 상기 증폭부(20)를 통과한 또 다른 파형을 포착시점의 정확도를 높이기 위해 본래의 신호를 예리하게 성형하는 미분기(50)와; 상기 미분기(50)에서 성형한 후 피크 값 전후에 파생되는 값을 제거하는 기생파 제거회로부(60)와; 상기 기생파 제거회로부(60)를 통과하여 피크 점 주위의 기생파가 제거된 신호를 피크시점을 잡기 위한 피크포착시간을 설정하는 피크시점 포착회로부(70); 를 구비하고, 상기 신호출력부(40)와 피크시점 포착회로부(70)를 통과한 신호가 ADC(Analog to Digital Convertor)(80)를 거쳐서 출력되는 것을 더 구비한다.
상기 본 발명인 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치를 구성하는 각 기술적 수단들의 기능을 설명하면 다음과 같다.
상기 저주파 필터(LPF ; Low Pass Filter)(10)는 방사선 검출기의 내부로 입력되는 신호에서 주파수가 높은 잡음을 어느 범위 이하로 낮추어 주는 것이다.
상기 증폭부(20)는 상기 저주파 필터(LPF)(10)를 거치면서 낮아진 입력신호를 필요한 크기의 신호로 증폭하여 신호출력부(40)와 피크시점포착회로부(70)로 나누어 처리하는 것이다.
상기 잡음제거부(30)는 상기 증폭부(20)를 통과한 신호를 전송하는 중에 잡음이 남아있을 수 있으므로 증폭 후 어느 범위 이하의 신호를 제거하는 것이다.
상기 신호출력부(40)는 상기 잡음제거부(30)를 통과하여 잡음이 제거된 파형을 ADC(Analog to Digital Convertor)(80)로 보내는 것이다.
상기 미분기(50)는 상기 증폭부(20)를 통과한 또 다른 파형을 포착시점의 정확도를 높이기 위해 본래의 신호를 예리하게 성형하는 것이다.
상기 기생파 제거회로부(60)는 상기 미분기(50)에서 성형한 후 피크 값 전후에 파생되는 값을 제거하는 것이다.
상기 피크시점 포착회로부(70)는 상기 기생파 제거회로부(60)를 통과하여 피크 점 주위의 기생파가 제거된 신호를 피크시점을 잡기 위한 피크포착시간을 설정하는 것이다.
또한, 상기 신호출력부(40)와 피크시점 포착회로부(70)를 통과한 신호가 ADC(Analog to Digital Convertor)(80)를 거쳐서 출력되는 것이다.
도 6(a), (b), (c)에 도시한 바를 참조하여, 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치의 상세회로도에서의 동작을 살펴보면, 상기 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 우선 저주파필터(LPF ; Low Pass Filter)를 사용하여 잡음을 제거한다. 잡음제거 차단주파수 fc는
Figure 112017066538998-pat00003
에 의하여 결정된다. 이 필터에 의하여 3 ㎒ 이상의 주파수를 가진 잡음의 크기를 20% 이하로 감쇠시킨다. 증폭부에서는 검출된 파형의 입력파가 100 ~ 360 ㎷의 미약한 신호이므로 이를 비반전증폭기를 이용하여 증폭시킨다. 이후 피크 점을 포착하기 위한 부분과 입력신호를 ADC에서 처리하기에 적합한 파형을 형성하기 위한 부분으로 나눈다.
피크 정점 포착을 위해서 우선 미분기를 통하여 입력신호를 예리한 파형으로 만들고 그 다음 일정 이하의 기생파를 제거한다. 미분기에 의한 전압 vo는
Figure 112017066538998-pat00004
와 같이 결정된다. 여기서, vi는 미분기의 입력전압이다. 이 음의 전압이 도 6(b)에 도식된 기생파 제거회로에서 반전되면서
Figure 112017066538998-pat00005
이하의 값이 제거되어 피크시점포착회로로 입력된다. 이 피크시점 포착회로는 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 비교기의 반전입력측은 저항에 의한 신호의 직접입력 방식을 취하고, 비반전입력측은 R-C 회로를 구성하여 입력신호를 지연응답(Delayed Response)시키는 방식을 취한다.
따라서, 입력신호가 상승 시에는 반전입력측의 신호 값이 비반전입력신호 값보다 크므로 비교기의 출력이 Low 상태를 유지한다. 입력신호가 피크 정점에 도달하여 감소하기 시작하면 반대로 반전입력측은 급격하게 감소하는 반면 비반전입력측은 서서히 감소하기 때문에 비반전입력측의 값이 커지게 되어 비교기의 출력이 High가 된다. 즉 입력신호가 피크 점을 통과하는 순간 비교기의 출력이 Low 상태에서 High로 반전되어 ADC로 전달되므로 ADC가 이 신호를 트리거 신호로 사용하여 입력신호를 포착하게 된다.
피크포착이란 본래의 신호와 파생신호의 시차를 비교하여 그 두 신호의 크기가 반전되는 시점을 포착하는 방법이므로, 극히 미세하지만 포착점이 피크 정점에서 뒤로 밀릴 수가 있으므로 이를 방지하기 위해 미분회로에서 출력신호파형보다 위상을 약간 진상(Leading)으로 설정한다. 미분기 자체가 진상회로이므로 이 값을 조정해줄 수가 있다. 즉, 피크시점 포착회로에서 이렇게 피크시점을 잡되 본래의 전송신호보다 극히 조금 위상을 앞서게 하여 ADC로 전송하면 이 두 신호에 의하여 ADC에서 피크시점과 피크 값을 도 7에 도시한 바와 같이 정확하게 판독할 수 있는 것이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치의 출력 파형을 살펴보면, 잡음성향의 일정수위 이하의 작은 신호는 피크포착신호가 동작하지 않는다. ①번과 같은 작은 신호뿐만 아니라, ②번 신호에 대해서 그 크기가 잡음제거부에서 결정된 크기보다 크므로 피크포착신호가 정확히 동작하여 트리거신호를 발생한다.
또한, 중첩신호인 ③번 신호와 ④번 신호의 경우에도 두 신호가 명확하게 구분되어 피크포착신호가 발생하는 것을 확인하였다. 두 개 이상의 중첩 파형에 대해서도 파형의 간격이 소자의 특성에서 규정한 동작범위보다 크다면 명확하게 구분할 수 있는 것이다. 이렇게 개발된 회로에서는 중첩된 두 신호 파형의 간격이 0,05㎲ 이상인 경우에 각 신호의 파형을 구분할 수 있다.
상술한 바와 같은, 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치는 방사선 검출기의 신호를 판독하는 용도로 적용할 수 있으므로 그 적용대상이 광범위하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 이해할 수 있을 것이다.
10 : 저주파 필터(LPF) 20 : 증폭부
30 : 잡음제거부 40 : 신호출력부
50 : 미분기 60 : 기생파제거회로부
70 : 피크시점포착회로부 80 : 아날로그디지털변환기(ADC)

Claims (6)

  1. 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치에 있어서,
    방사선 검출기의 내부로 입력되는 신호에서 주파수가 높은 잡음을 어느 범위 이하로 낮추어 주는 저주파 필터(LPF ; Low Pass Filter)와;
    상기 저주파 필터(LPF)를 거치면서 낮아진 입력신호를 필요한 크기의 신호로 증폭하여 신호출력부와 피크시점포착회로부로 나누어 처리하는 증폭부와;
    상기 증폭부를 통과한 신호를 전송하는 중에 잡음이 남아있을 수 있으므로 증폭 후 어느 범위 이하의 신호를 제거하는 잡음제거부와;
    상기 잡음제거부를 통과하여 잡음이 제거된 파형을 ADC(Analog to Digital Convertor)로 보내는 신호출력부와;
    상기 증폭부를 통과한 또 다른 파형을 포착시점의 정확도를 높이기 위해 본래의 신호를 예리하게 성형하는 미분기와;
    상기 미분기에서 성형한 후 피크 값 전후에 파생되는 값을 제거하는 기생파 제거회로부와;
    상기 기생파 제거회로부를 통과하여 피크 점 주위의 기생파가 제거된 신호를 피크시점을 잡기 위한 피크포착시간을 설정하는 피크시점 포착회로부; 를 포함함을 특징으로 하는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호출력부와 피크시점 포착회로부를 통과한 신호가 ADC(Analog to Digital Convertor)를 거쳐서 출력되는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 저주파 필터(LPF)에서는 3 ㎒ 이상의 주파수를 가진 잡음의 크기를 20% 이하로 감쇠시키고, 상기 증폭부에서는 검출된 파형의 입력파가 100 ~ 360 ㎷의 미약한 신호이므로 비반전증폭기를 이용하여 증폭시키며, 상기 미분기에서 포착점이 피크 정점에서 뒤로 밀리는 것을 방지하기 위해 출력신호파형보다 위상을 진상(Leading)으로 설정하는 것을 포함함을 특징으로 하는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 미분기에 의한 전압 vo는
    Figure 112017066538998-pat00006
    로 결정되고, 여기서, vi는 미분기의 입력전압이며, 음의 전압이 기생파 제거회로부에서 반전되면서
    Figure 112017066538998-pat00007
    이하의 값이 제거되어 피크시점포착회로부로 입력되는 것을 포함함을 특징으로 하는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 피크시점 포착회로부에서는 비교기의 반전입력측은 저항에 의한 신호의 직접입력 방식을 취하고, 비반전입력측은 R-C 회로를 구성하여 입력신호를 지연응답(Delayed Response)시키는 방식을 취하는 것을 포함함을 특징으로 하는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 피크시점 포착회로부에서는 피크포착신호의 두 개 이상의 중첩 파형에 대해서도 파형의 간격이 소자의 특성에서 규정한 동작범위보다 크다면 구분할 수 있고, 상기 파형의 간격이 0.05㎲ 이상인 것을 포함함을 특징으로 하는 펄스 피크시간 포착을 이용한 방사선 검출기의 신호처리장치.
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