Скважинный гамма-спектрометр Советский патент 1989 года по МПК G01V5/04 

рующий вход которого заземлен, а вы- . ход является выходом устройства привязки нулевого уровня и через конденсатор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, вход управления устройства привязки нуле,вого уровня подключен к входу управ ления. нормально замкну гого однополюсiHoro ключа.

3. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что устройство пропускания содержит одновибраторы и распределитель, причем входы устройства пропускания через одновибраторы соединены с его выходами, а входы запрета одновибраторов через распределитель подключены к первому и второму входам управления устройства пропускания.

1. СКВАЖИННЫЙ ГАММА-СПЕКТт РОМЕТР, содержащий два детектора pajD(Ho активно го излучения, соединенных через устройство формирования раэнополярных импуЛьсов, кабель связи и разделительный конденсатор с незаземленным выводом согласующего резистора и с инвертирующим входом усилителя, выход которого подключен к входу устройства разделения разнополярных Импульсов, выходы которого соединены с входами первого и второго регулируемых усилителей, аналогоцифровой преобразователь, выходы которого подключены к входам устройства задан.ия цифровых амплитудных OKOHi блок обработки информации, два реперных выхода которого подключены к входам управления первого и второго регулируемых усилителей, а информационные выходы соединены с входами регистратораJ отличающийс я те, что, с целью повьщгения точности измерений и упрощения уст- ройства, он дополнительно содержит устройство привязки нулевого уровня. S Е утш 1 ., -... ,Л. 2, ;| суммирующий усилитель, первый и вто-, рой чувствительные дискриминаторы, элемент ИЛИ и устройство пропускания, причем выход усилителя соединен с его неинвертирующим входом через устройство привязки нулевого уровня, выходы первого и второго регулируемьк усилителей подключены к первому и второму входам суммирующего усилителя и к входам первого и второго чувствительных дискриминаторов, соответственно, выходы которых соединены с входами управления устройства пропускания и через элемент ИЛИ подключены к входу управления устройствам привязки нулевого уровня, выход -суммирующего усилителя подключен к (Л входу аналого-цифрового преобразователя, а выходы устройства задания цифровых амплитудных окон через устройетво пропускания соединены с входами блока обработки информации.. 2. Устройство .по п. 1, о т л и чающееся тем, что устройство привязки нулевого уровня содержит 00 первый и второй согласующие резисторы, линию задержки, первый и второй диоды, управляемый нормально замкнуСП тьй однополюсный ключ, операционный усилитель и конденсатор, причем вход ,устройства привязки нулевого уровня череэ первый согласующий резистор, линию задержки и второй согласующий резистор соединен с анодом первого и катодом второго диодов, при зтом катод первого и анод второго диодов заземлены, и с входом управляемого однополюсного ключа, выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинверти

Изобретение относится к приборам для измерения ионизирующих излучений и может быть использовано для поиска разведки и оценки полезных ископаемых в естественном залегании методами ядерной геофизики.

Известен скважинный гамма-спектрометр, содержащий последовательно соединенные детектор ядерных излучеНИИ, формирующую схему, кабель связи, регулируемый усилитель, выход которого через параллельно включенные первый и второй дифференциальные каналы и интегральный канал соединен с входами блока обработки информации а через канал регулирования - с входом управления коэффициентом усиления регулируемого усилителя.

Недостатком этого устройства является невоз1 ожность организации переда.чи и измерения спектральной информации от двух датчиков радиоактивного излучения, что снижает функциональные возможности устройства.

Наиболее близким к изобретению является скважинный гамма-спектрометр, содержащий два детектора радиоактивного излучения, соединенных через устройство формирования разнополярных импульсов, кабель связи и разделительный конденсатор с незаземленным выводом согласуняцего резистора и с инвертирующим входом усилителя, выход которого подключен к входу устройства разделения разнополярных импульсов, выходы которого соединены с входами первого и второго регулируемых усилителей, аналого-цифровой преобразователь, выходы которого

подключены к входам уст.ройства задания цифровых амплитудных окон, и блок обработки информации, два репеных выхода которого подключены к входам управления первого и второго регулируемых усилителей, а информационные выходы соединены с входами регистратора.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, связанная с флуктуацией нулевого уровня на входе устройства разделения ра знополярных импульсов, что приводит к аддитивной погрешности измерения спектрального распределения исследуемых излучений. Кроме того , оно содержит два параллельно работающих устройства обработки сигналов, в том числе два амплитудМ)1х дискриминатора, что усложняет устройство в целом и не является оправданньм, поскольку два импульса, принадлежащих различным детекторам, не могут появиться одновременно. Наличие двух параллельно включенных амплитудных дискриминаторов вносит дополнительную погрещность вследствие неидентичности их характеристик.

Цель изобретения - повьшение точности измерения и упрощение устройства.

Это достигается тем, что предлагаемый скважинный гамма-спектрометр дополнительно содержит устройство привязки нулевого уровня, суммирующий усилитель, первый и второй чувствительные дискриминаторы, элемент ИЛИ и устройство пропускания, причем выход усилителя соединен с его неинвертирующим входом через устройство 5 привязки нулевого уровня, выходы первого и второго регулируемых усилителей подключены к первому и втоjpOMy входам суммирзпощего усилителя и к входам первого и второго чувствительных дискриминаторов, соответственно , выходы которых соединены с входами управления устройства пропускания и через элемент ИЛИ подключены к входу управления устройства привязки нулевого уровня, выход суммирующего усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, а выходы устройства задания циф ровых амплитудных окон через устрой ство пропускания соединены d входами блока обработки информации. Кроме того, устройство привязки нулевого уровня содержит первый и второй-согласукщие резисторы, линию задержки первый и второй диоды, управляемый нормально замкнутый однополюсный ключ, операционный усилитель и -конденсатор, причем вход устройства привязки нулевого уровня через первый согласующий резистор, линию задержки и второй согласующий резистор соединен с анодом первого и катодом второго диодов, при этом катод первого и анод второго диодов заземлены, и с входом управляемого однополюсного ключа, выход которого подключен к инвертирующему входу опе рационного усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен,,а выход является выходом устройства привязки нулевого уровня и через конденсатор соединен с инвертирзпощим входом операционного усилителя, вход управления устройства привязки нулевого уровня подключен к входу управления нормально замкнутого однополюсного ключа. Кроме того, устройство пропускания содержит одновибраторы и распределитель, причем входы устройства пропускания через одновибраторы соединены с его выходами, а входы запрета одновибраторов через распределитель подключены к первому и второму входам управления устройства пропускания.. На фиг. 1 дана функциональная схема скважинного гамма-спектрометра; на фиг. 2 - схема устройства привязки нулевого уровня; на фиг. 3функциональная схема устройства пропус;кания. Зачерненными стрелками по546казаны соединения отдельных выводов устройства, а незачерненными - группы выводов.. Устройство содержит скважинный прибор I, состоящий из детекторов 2 и 3 радиоактивного излучения .и устройства А формирования разнополярных импульсов, кабель 5 связи, раздели тельный конденсатор 6, согласующий резистор 7, усилитель 8, устройство ; 9 привязки нулевого уровня, устройство 10 разделения разнополярных импульсов, первый 11 и второй 12 регулируемые усилители, суммирующий усилитель 13, элемент ИЛИ 14, первый 15 и второй 16 чувствительные дискриминаторы, регистратор 17, блок 18 обработки информации, устройство 19 пропускания, устройство 20 задания цифровых амплитудных окон, аналого-цифровой преобразователь 21.. V Устройство 9 привязки нулевого уровня содержит вход 22 управления, выходную 23 и входную 24 клеммы, первый согласующий резистор 25, линию 26 задержки, 1второй согласующий регистор 27, первый 28 и второй 29 диоды, управляемый нормально замкнутый однополюсный ключ 30, конденсатор 31, операционный усилитель 32. Устройство 9 пропускания содержит первьй 33 и второй 34 входы управления, распределитель 35, одновибраторы 36-1.. .36-S.,. входы 371... 37-S и выходы 38-1.... 38-S. Выходы детекторов 2 и 3 радиоактивного излучения через устройство 4 формирования разнополярных импульсов, кабель 5 связи и разделительный конденсатор 6 подключены к первому вхо-. ду усилителя 8 и чергез согласующий резистор 7 - к шине земля. Выход усилителя 8 соединен с входом устройства 10 разделения разнополярных импульсов и через устройство 9 привязки нулевого уровня - с вторым входом усилителя 8. Выходы устройства разделения разнополярных импуль-,сов 10 через первый 11 и второй 12 регулируемые усилители.подключены к входам суммирующего усилителя 13, выход которого через аналого-цифровой преобразователь 21, устройство 20 задания цифровых амплитудных окон, устройство 19 пропускания и блок 18 обработки информации подключен к входам регистратора 17. Дваотдель-ных выхода блока 18 обработки информации соединены с входами управления первого 11 и второго 12 регулируемых усилителей, а их входы подключены к входам первого 15 и второго 16 чувствительных дискриминаторов, в1 1ходы которых соединены с входами управления устройства 19 пропускания и с входами элемента ИТЙ 14, выход которого подключен к входу з равления устройства 9 привязки нулевого .уровня.

Клемма 24 устройства 9 привязки нулевого уровня через первый согласующий резистор 25, линию 26 задержки и второй согласзпощий резистор 27 соединен с анодом диода 28 и катодом диода 29, при этом катод и анод диодов 28 и 29 соответственно заземлены, и с входом однополюсного управ-ляемого нормально замкнутого ключа 30, выход которого подключен к первому входу операционного усилителя 32, второй вход которого заземлен, а выход является выходом устройства 9 привязки нулевого уровня, и через конденсатор 31 соединен с первым входом опе.рационного усилителя 32.

Входа 37-1...37-S устройства 19 пропускания через одновибраторы 36-1...36-S соединены с его выходами 38-1.,.38-S, соответственно, а выходы запрета .одно ибраторов 361...36-S через распределитель 35 под ключены к первому 33 и второму 34 входам управления устройства 19 пропускания . , . . Устройство работает следующим образом. . Импульсы с выхода детекторов 2 и 3 радиоактивного излучения поступают на вход устройства 4 формирования разнополярных импульсов, которое осуществляет расширение и передачу импульсов детекторов 2 и 3 в кабель 5 связи таким образом, что импульсы принадлежащие различным детекторам, имеют различную полярность и не могут появиться на выходе устройства формирования разнополярных импульсов одновременно. С выхода кабеля 5 связи разнополярные импульсы напряжения через разделительный конденсатор 6 поступают на согласующий резистор 7 и даг лее на инвертирующий вход усилитеУсилитель 8 обхвачен отрицательной обратной связью через устройство 9 привязки нулевого уровня, которое включается при отсутствии входного импульса усилителя 8 и выключается при его наличии. При этом осуществляется компенсация смещения ну-, левого уровня на выходе усилителя 8,

которое возникает за счет перезаряда разделительного конденсатора 6.

Усиленные импульсы напряжения поступают на вход устройства 10 разделени равнополярных импульсов, выполненного, например, так, как это описано в прототипе. При этом на выходах устройства 10 возникают импульсы напряжения одинаковой полярности, причем на первом выходе появляются импульсы, соответствующие первому детектору 2, а на втором соответствующие второму детектору 3. Импульсы с первого и второго выходов устройства 10 разделения разнополярных импульсов поступают на входы первого 11 и второго 12 регулируемых усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, служащих для целей автоматической стабилизации

энергетической шкалы. Выходные импульсы регулируемых усилителей 11 и 12 подаются на входы суммирующего усилителя 13, на выходе которого возникают импульсы одинаковой полярностк вне зависимости от того, какоMy детектору принадлежит данный импульс. Кроме то го, выходные импульсы регулируемых усилителей 11 и 12 поступают на входы чувствительных дискриминаторов 15 и 16, соответственно. При воздействии импульса на вход любого из чувствительных дискриминаторов 15 и 16 на его выходе появляется нормализованный по ашлитуде импульс, длительность которого равна длительности входного импульса. Выходные импульсы дискриминаторов 15 и 16 являются признаком принадлежности выходного импульса суммирующего усилителя 13 первому 2 или второму 3 детектору радиоактивного излучения и управляют работой устройства пропускания. Поступая, кроме того, через элемент ИДИ 14на вход управления устройства 9 привязки нулевого уровня, этиже импульсы выключают устройство 9 на время действия очередного информационного импульса от ЛР9бого из Детекторов 2 и 3. Такая организация работы устройства привязки нулевого уровня позволяет восстанавливать Нулевой уровень на выходе усилителя при работе с разнополярными импульсами напряжения. Амплитуда каждого выходного импульса суммирующего усилителя 13 преобразуется в цифровой код аналоготцифровым преобразователем 21. Далее цифровой код амплитуды поступает на вход устройства задания цифровых , амплитудных окон 20, которое позволяет установить S окон. Кмпульс, амплитуда которого попадает в 1-тое окно, вызывает сигнал на 1-том выходе устройства задания цифровых амплитуднБ1х окон 20. При этом первые k окон устанавливаются на измеряемом спектре от первого детектора 2 радиоактивного излучения, а оставшиеся S-kOKOH - на измеряемом спектре от второго детектора 3. Число k мо жет выбираться произвольно в диапазоне от О до S. При помощи устройства 19 пропускания осуществляется распределение информационных импульсов, принадлежащих первому или второму детектору, по соответствующим информационным каналам. Так, если появился сигнал на выходе чувствительного дискриминатора 15 (что свидетельствует о принадлежности информационного импульса первому детектору 2), устройство 19 пропусканий блокирует последние S-k ВЫХОДОВ устройства задания цифро;вых амплитудных окон 20 и пропускает сигналы только с его первых k выходов. При появлений импульса на выходе чувствительного дискриминатора 16 ситуация меняется на противоположную Такая блокировка необходима для того, чтобы исключить ложные сигналы на выходах устройства задания цифровых амплитуд ных окон 20. Действительно, при произволы Ом расположе НИИ амплитудньЛ окон, относящихся к первому и второму детекторам 2 и 3 радиоактивного излучения, импульс, принадлежащий к первому детектору 2 может появиться в некоторых из окон относящихся ко второму детектору 3j С выхода устройства 19 пропуска ния сигналы поступают на S входов бло ка 18 обработки информации, в котором производится обработка импульсных сигналов по заданному алгоритму (измерение разности или отношения : , интенсивностей, вычитание фона, вычисление процентного содержания по- лезного компонента и т.п.). Результат обработки фиксируется регистратором 17. Кроме того, блок 18 обработки информации содержит две системы автоматической стабилизации энергетической шкалы по реперному сигналу для каждого из детекторов 2 и 3. Сигналы рассогласования поступают на входы управления коэффициентами усиления усилителей II и 12. На фиг. 2 показана функг иональная (схема устройства 9 привязки нулевого уровня. Входной сигнал сjклеммы 24 через согласованную резисторами 25 и 27 линию 26 задержки и ограничитель, состоящий из диодов 28 и 29, поступает на вход управляемого нормально; замкнутого однополюсного ключа 30. Последний находится в замкнутом состоянии только в отсутствии информационного импульса напряжения. При этом уровень напряжения на клеМме 24 сравнивается с нулевым потенциалом на инвертирующем входе операционного усилителя 32. Если на к емме 24 присутствует потенциал, отличный от нуля, конденсатор 31 будет заряжаться либо разряжаться, вслед-:, ствие чего будет изменяться потенциал на 23 устройства привязки нул.евого уровня 9, .т.е. на неинвертирующем входе усилителя 8 на фиг. 1. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока на выходе усилителя 8, т.е. на клемме 24 устройства привязки 9 не установится нулевой потенциал. Постоянная времени (инерционность) устройства 9 привязки нулевого уровня определяется сопротивлением резисторов 25 и 27 и емкостью конденсатора 31 и выбирается таким образом, чтобы перед появлением очередного информационного импульса процесс компенсации смещения нулевого уровнЯ11, вызванного предыдущим импульсом,; успел окончиться, , При появлении информационного импульса на входе управления 22 возникает сигнал, размыкающий нормально замкнутый однополюсный ключ 30, в 1 результате чего информационный импульс не влияет на точность работы |

системы привязки. После окончания действия импульса, начинается процесс восстановления нулевого уровня.

. Ограничитель на диодах 28 и 29 повышает надежность работы нормально замкнутого однополюсного ключа 30 (электронного биполярного ключа), а линия 26 задержки компенсирует задержку распространения импульсного сигнала по цепи: устройство 10 разделения разнополярных импульсов. первый 11 (или второй 12) р гулируе в)й усилитель - первый 15 (или второй 16) чувствительный дискриминатор - элемент ИЛИ 14.

На фиг. 3 показана функциональная схема устройства 19 пропускания. На входа 33 и 34 управления поступают сигиалы признака детектора, которые при помощи распределителя 35 подаются на соответствующие входы запрета одновибраторов 36-1...36-S. При появлении импульса на входе 33 блокируются одновибраторы 36-k+l...36-S, а при появлении импульса на входе 34 блокируются одновибраторы 36-1...

...36-k.

Таким образом, в зависимости от наличия импульса на входах 33 и 34 блокируются соответственно группы ,5

выходов 38-k+l...38-S или 38-1...38-k, устройства 19 пропускания.

Предлагаемое устройство позволяет исключить аддитивную погрешность измерения спектрального распределения

амплитуд импульсов от двух Детекторов радиоактивного излучения и упростить устройство в целом вследствие использования лишь одного аналогоцифрового преобразователя и устройства задания цифровых амплитудИых окон. Одновременно исключается погрешность, связанная с неиндентичностью двух различных аналого-цифровых преобразователей, независимо работающих в каждом измерительном канале.

Применение описанного устройства на месторождениях полезных ископаемых позволит повысить точность и эффективность определения Их количественного содержания в естественном залегании ядерно-геофизическими методами.

19

w

-0

J

022

tfW.l

тал

TQL33

Ш

36-t

38-K

.

Je-g,

36-itfl

3S-S