УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01T1/17 

Изобретение относится к устройствам регистрации точечных источников излучения и может быть применено для выявления визуально скрытых источников ионизирующего излучения как при регистрации на местности, так и на движущихся объектах и тем самым осуществлять контроль экологического состояния среды по ионизирующему излучению, причем регистрации можно производить с большой скоростью и на относительно больших расстояниях.

Известно устройство регистрации точечных источников, в котором регистрация осуществляется детектором с применением маски, чувствительные элементы которого расположены в одной плоскости и образуют двухмерную матрицу с примерно равными сторонами: количество элементов в матрице равно m₁ rS или m₂ r(S + 2). Указанной матрице соответствует маска, состоящая из отверстий "1" и непрозрачных для данного вида излучения участков "0", представляющих псевдослучайную маску.

С чувствительных элементов детектора снимаются электрические сигналы, которые преобразуются в цифровую форму в блоке пересчета, представляемую в виде массива чисел P_k,l, где k,l дискретные координаты сигналов соотнесенные с плоскостью детектора.

Сигналы, соответствующие массиву чисел P_k,l запоминаются в ЗУ устройства, затем при соответствующей обработке по запомненному массиву получается информация об источниках в виде массива чисел F_i,j по соотношению

где G восстанавливающий массив чисел, состоящий из "1" и "-1", полученный из матрицы заменой "0" на "-1";
i,j дискретные координаты источников в плоскости источников.

Причем обработка указанной информации производится при помощи ЭВМ, скорость этой обработки и вывод информации определяется соответствующими характеристиками ЭВМ.

Массив чисел F имеет максимумы на плоскости матрицы F, каждый из которых соответствует определенному точечному источнику, и таким образом получают информацию о количестве источников и их взаимном расположении. Полученная информация представляется на экране дисплея.

Недостатками этого устройства являются малая точность регистрации, малая надежность из-за большого необходимого количества элементов схемно-технического решения, большое потребление энергии питания.

Наиболее близким техническим решением к заявленному по большому количеству сходных существенных признаков является способ и устройство регистрации точечных источников излучения. Устройство содержит основные составные части (блоки): три одинаковые одномерные кодирующие маски, каждая из которых представляет собой последовательность элементов, непрозрачных для данного вида излучения, что соответствует нулям, и отверстий, что соответствует единицам в двоичной псевдослучайной последовательности, с общим количеством элементов m, расположенных в одной плоскости под углами друг к другу по сторонам, например равностороннего или равнобедренного прямоугольного треугольника, ограничивающего поле зрения устройства вписанной окружностью; три одинаковые одномерные позиционно чувствительные детекторы, содержащие чувствительные элементы, например сцинтилляционные, количество элементов каждого детектора равно количеству элементов кодирующей маски m; выходы чувствительных элементов детекторов подключены к устройству сбора и преобразования информации, выходы которого подключены к входам вычислительного устройства, в которое введена программа, выходы вычислительного устройства подключены к входам дисплея. Каждая пара маска-детектор образуют три детекторных линейки соответственно. Информацию об источниках излучения в виде дискретной последовательности чисел F получают для каждой линейки по соотношению

где P дискретная последовательность, состоящая из нулей и положительных чисел, формируемая на детекторе; G матрица, полученная из кодирующей маски заменой нулей на "-1"; i,k дискретные координаты элементов последовательностей F и P соответственно.

Указанное устройство имеет ряд существенных недостатков:
во-первых, недостаточное быстродействие из-за сравнительно большого времени обработки информации электронным вычислительным устройством и вывода информации на дисплей;
во-вторых, большое потребление энергии питания, высокая сложность схемного построения на активных элементах и недостаточная надежность.

Технической задачей изобретения является уменьшение потребляемой энергии питания при одновременном повышении быстродействия обработки и вывода информации и надежности устройства.

Техническая задача изобретения в устройстве для определения местоположения точечных источников излучения, состоящем из трех одинаковых одномерных кодирующих масок, каждая из которых представляет собой последовательность элементов (участков), непрозрачных для данного вида излучения, что соответствует нулям, и отверстий, что соответствует единицам в двоичной псевдослучайной последовательности с общим количеством элементов m, расположенных в одной плоскости под углами друг к другу по сторонам, например равностороннего или равнобедренного прямоугольного треугольника, ограничивающего поле зрения устройства вписанной окружностью; трех одинаковых одномерных позиционно чувствительных детекторов, содержащих чувствительные элементы, например из светоизолированных между собой сцинтилляторов, количество которых в каждом из детекторов равно m (количеству элементов в каждой из кодирующих масок), расположенных на некотором расстоянии a от соответствующих масок, значение которого определяется требуемым масштабом изображения в плоскости, параллельной плоскости расположения кодирующих масок, достигается тем, что устройство сбора и преобразования информации, вычислительное устройство с программой и дисплеем согласно изобретению выполнены в виде:
одномерных восстанавливающих масок в количестве 3 m штук, каждая из которых состоит из m элементов, имеющих порядковые номера в маске, представляющих собой светофильтры, разнесенные по спектру пропускания, например красный и синий, последовательность расположения цветных фильтров (элементов) в восстанавливающей маске получена из кодирующей маски заменой элементов "0" и "1" на синий и красный элементы (светофильтры) соответственно, при этом в каждой группе, состоящей из m восстанавливающих масок, последовательность расположения элементов в каждой последующей восстанавливающей маске сохраняется, но начало сдвинуто циклически на один элемент;
трех одинаковых экранных линеек, представляющих собой каждая линейку светоизолированных между собой элементов сложения цветов, например из матового белого стекла, с количеством элементов m, имеющим порядковые номера в линейке;
экрана, представляющего собой сетку на плоскости, образованную выходными световодами из трех групп по m штук в каждой, расположенных перпендикулярно к экранным линейкам соответственно;
детекторных световодов в количество 3 m штук, которые могут быть сплошными или пустотелыми;
экранных световодов, представляющих собой совокупность волоконных линий.

При этом входы одномерных восстанавливающих масок в каждой группе, состоящей из m штук, подключены каждая к выходу соответствующего детекторного световода, входы которых подключены каждый к выходу чувствительного элемента соответствующих детекторов, выход каждого чувствительного элемента каждой восстанавливающей маски каждой из трех групп восстанавливающих масок подключен к входу соответствующей волоконной линии экранных световодов, выходы экранных световодов, входы которых подключены к выходам элементов восстанавливающих масок (в каждой группе из m масок), имеющих одинаковые порядковые номера в масках, подключены к входам элементов с такими же порядковыми номерами в экранных линейках соответственно, выходы всех элементов трех экранных линеек устройства подключены к сетке экрана из световодов (каждый к световоду), расположенных в направлении, перпендикулярном каждой экранной линейке соответственно.

На фиг. 1 представлена функциональная схема одного из трех одинаковых каналов устройства; на фиг. 2 схема экрана; на фиг. 3 структурная схема устройства.

На фиг. 1 обозначено:
1 одномерная кодирующая маска;
2 одномерный позиционно чувствительный детектор;
3 детекторные световоды;
4 одномерные восстанавливающие маски;
5 экранные световоды;
6 экранная линейка.

На фиг. 2 обозначено:
6₁, 6₂, 6₃ экранные линейки;
6_1-1, 6_1-2, 6_2-1, 6_2-2, 6_3-1, 6_6-2 места расположения максимальных значений дискретной последовательности F на соответствующих линейках;
И₁, И₂ места пересечения трех перпендикуляров, восстановленных к экранным линейкам в точках расположения максимумов F, определяющие местоположение точечных источников в поле зрения устройства;
7 экран, состоящий из сетки световодов.

На фиг. 3 обозначено:
1₁, 1₂, 1₃ одномерные кодирующие маски;
2₁, 2₂, 2₃ одномерные позиционно чувствительные детекторы;
3_1,1 3_1,m; 3_2,1 3_2,m; 3_3,1 - 3_3,m детекторные световоды;
4_1,1, 4_1,m; 4_2,1 4_2,m; 4_3,1 - 4_3,m восстанавливающие одномерные маски;

6₁, 6₂, 6₃ экранные линейки;
7 экран.

Как следует из фиг. 3 устройство состоит из трех одинаковых каналов, включенных на один экран 7, являющийся выходным блоком.

Выход кодирующей одномерной псевдослучайной маски 1 непосредственно связан с входом одномерного позиционно чувствительного детектора 2 с количеством чувствительных элементов m. Выход каждого из чувствительных элементов детектора подключен к входу детекторного световода 3, выход каждого из m детекторных световодов подключен к входу каждой из m восстанавливающей маски 4, в свою очередь каждая из восстанавливающих масок 4 содержит m элементов и соответственно m выходов, имеющих порядковые номера в маске. Выход каждого элемента каждой восстанавливающей маски подключен к входу экранного световода 5, выходы экранных световодов 5, входы которых подключены к элементам восстанавливающих масок 4, имеющих одинаковые порядковые номера в масках, подключены к входам элементов с такими же порядковыми номерами в экранной линейке 6. Выходы всех элементов трех экранных линеек 6₁, 6₂, 6₃ подключены к сетке из световодов, расположенных в направлении, перпендикулярном каждой экранной линейке 7 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

Излучение точечных источников, находящихся в поле зрения устройства, рентгеновского, гамма или др. излучения проходит через кодирующую маску 1, претерпевает кодирование по координате, с выхода маски в виде соответствующей тени, состоящей из m участков различной интенсивности, поступает на одномерный позиционно чувствительный детектор 2, содержащий чувствительные элементы, например сцинтиляционные, выполненные в виде светоизолированных между собой пластинок или пленок, или рентгеновского усиливающего экрана (ЭУ-И4, ЭУ-В2А, ЭУ-ФХ и др. для регистрации рентгеновского излучения). Те элементы детектора, на которые излучение не попадает, не светятся, элементы, на которые излучение попадает, светятся в соответствии с интенсивностью падающего излучения. Таким образом на детекторе формируется дискретная последовательность Р, состоящая из нулей и положительных чисел. В случае недостаточной интенсивности свечения детектора, это свечение может быть усилено усилителем света, например типа ЭОП: CПО8, СПР36 и др. выполненных на основе использования фотокатода, усилительной микроканальной пластины и люминесцентного экрана. Усилитель света может быть единственным элементом, требующим для работы питающего напряжения.

Световые сигналы с выхода каждого чувствительного элемента детектора одновременно поступают на вход детекторных световодов 3 и с их выхода на вход восстанавливающих одномерных масок 4, каждый элемент которых представляет собой синий или красный светофильтр. Те элементы восстанавливающей маски, на которые по детекторным световодам 3 свет не поступает, не светятся, что в данном случае соответствует "0", те элементы восстанавливающей маски, на которые по детекторным световодам 3 свет поступает, светятся красным или синим светом, что сопоставляется с "1" и "-1" соответственно.

Прохождение световых сигналов последовательности P через восстанавливающие маски G равнозначно операции умножения:

Полученные световые сигналы с выхода каждого элемента каждой восстанавливающей маски поступают одновременно на входы экранных световодов 5 и по ним поступают на входы элементов экранных линеек 6, где объединяются на одном элементе экранной линейки все выходы, имеющие одинаковый порядковый номер во всех восстанавливающих масках 4 и тот же порядковый номер элемента экранной линейки 6.

Объединение световых сигналов различных цветов на одном элементе из диффузного материала равнозначно операции сложения по закону сложения цветов [3, c. 13-15]
1(кр.) + 1 (кр.) 2 (красн.)
1 (кр.) 1 (син.) 0 (пурпурн.)
0 (черн.) + 1 (кр.) 1 (кр.)
0 (черн.) 1 (син.) -1 (син.)
По визуальному восприятию пурпурный цвет ближе к черному или синему, чем к красному, поэтому его можно соотнести с "0" c учетом того, что в реальной промежуточной последовательности Р не может быть отрицательных чисел.

Таким образом в устройстве выполняется вычисление интенсивности и координаты местоположения F по формуле

Из точек расположения максимумов красного свечения элементов на экранных линейках 6₁, 6₂ и 6₃ (точки 6_1-1, 6_2-1, 6_3-1 и 6_1-2, 6_2-2, 6_3-2) (фиг. 2), расположенных в соответствии с расположением кодирующих масок 1₁, 1₂ и 1₃ по сетке экрана, составленной из прямых линий световодов перпендикулярно экранным линейкам, светящихся соответствующим цветом при прохождении по ним света, например красного, определяется наличие и место расположения точечных источников в плоскости в точках пересечения трех перпендикуляров, восстановленных к экранным линейкам 7 в точках максимумов (фиг. 2, точки И₁ и И₂).

Использование: определение местоположения нескольких точечных источников излучения, в том числе скрытых источников ионизирующего излучения; контроль экологического состояния среды; визуализация объектов наблюдения в ионизирующем излучении. Сущность изобретения: устройство содержит три одинаковые одномерные кодирующие маски, расположенные в одной плоскости по сторонам равностороннего или прямоугольного равнобедренного треугольника с m элементами в каждой маске. На расстоянии a от соответствующих масок расположены три одинаковых одномерных позиционно чувствительных детектора с m чувствительными элементами в каждом детекторе. Каждый элемент детектора снабжен детекторным световодом, на выходе которого установлена восстанавливающая маска, состоящая из m элементов, представляющих собой разнесенные по спектру пропускания цветные светофильтры. В каждой группе из m восстанавливающих масок последовательность элементов в каждой последующей маске сдвинута циклически на один элемент. Выход каждого чувствительного элемента восстанавливающей маски соединен световолокном с элементом сложения цветов экранной линейки. Один элемент экранной линейки соединен со всеми элементами восстанавливающей маски, имеющими порядковые номера, совпадающие с номером элемента экранной линейки. Каждая из трех экранных линеек имеет m элементов, каждый из которых подключен к световоду. Световоды образуют сетку экрана дисплея. 3 ил.

Устройство для определения местоположения точечных источников излучения, состоящее из трех одинаковых одномерных кодирующих масок, каждая из которых представляет собой последовательность элементов, непрозрачных для данного вида излучения, соответствующих нулям, и отверстий, соответствующих единицам в двоичной псевдослучайной последовательности, с общим количеством элементов m в каждой маске, расположенных в одной плоскости под углом друг к другу по сторонам равностороннего или равнобедренного прямоугольного треугольника, ограничивающего поле зрения устройства вписанной окружностью, трех одинаковых одномерных позиционно чувствительных детекторов, содержащих чувствительные элементы в виде светоизолированных друг от друга сцинтилляционных пластинок или пленок, количество которых в каждом детекторе равно m расположенных на расстоянии a от соответствующих кодирующих масок, определяемом масштабом требуемого изображения, в плоскости, параллельной плоскости расположения кодирующих масок, выходы чувствительных элементов детекторов подключены ко входу устройства сбора и преобразования информации, выходы которого подключены к входам вычислительного устройства, в которое введена программа, выходы вычислительного устройства подключены к входам дисплея, отличающееся тем, что устройство содержит три одинаковые экранные линейки, экран, детекторные световоды в количестве 3m штук, экранные световоды и одномерные восстанавливающие маски в количестве 3m штук, каждая из которых состоит из элементов, представляющих светоизолированные между собой красный и синий светофильтры, последовательность расположения которых в восстанавливающей маске получена заменой элементов, соответствующих единицам и нулям кодирующей маски, на красный и синий светофильтры соответственно, в каждой группе из m восстанавливающих масок последовательность расположения элементов в каждой последующей маске сдвинута циклически на один элемент, каждая из трех экранных линеек представляет собой светоизолированные между собой элементы сложения цветов, например из матового белого стекла, с количеством элементов m, экран представляет собой сетку на плоскости, образованную выходными световодами трех групп по m штук в каждой, перпендикулярных к экранным линейкам соответственно, экранные световоды представляют собой совокупность световолокон, при этом входы одномерных восстанавливающих масок в каждой группе из m штук подключены каждая к выходу соответствующего детекторного световода, входы которых подключены каждый к выходу чувствительного элемента соответствующих детекторов, выходы каждого из чувствительных элементов каждой из восстанавливающей маски в каждой из трех групп восстанавливающих масок подключены к входу соответствующего световолокна экранных световодов, выходы экранных световодов, входы которых подключены к выходам элементов восстанавливающих масок в каждой группе, имеющих одинаковые порядковые номера в масках, подключены к входам элементов с такими же порядковыми номерами в экранных линейках соответственно, выходы всех элементов трех экранных линеек устройства подключены к сетке экрана из световодов каждый к световоду, расположенному в направлении, перпендикулярном каждой экранной линейке соответственно.