Устройство съема аналоговой информации с многоканальных детекторов ионизирующего излучения Советский патент 1985 года по МПК G01T1/17 H01J47/16 

1. 10 Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть использовано в системах автоматизации аналоговой информации с многоканальных де1екторои ионизирующего излучения (например, многон тяных иони зационных и пропорционалы-.ыХ; камер, камер вторичной эмиссии и др.), в частности в автоматизированных систе мах контроля пучков ускорителей, Известно устройство съема аналого вой информации с многонитяных пропор циональных камер, используемое в сис теме .мониторировгшия пучков, содержащее в каждом из К каналов конденсатор, а также общие для всех каналов К -входной аналоговый коммутатор, ключ и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) напряжение - код, причем конденсатор присоединен одним концом к шине с нулевым потенциалом, а другим - к соответствующему входу устройства и к соответствующему входу К-входового аналогового коммутатора, ключ одним концом присоединен к шине с нулевым потенциалом, а другим к выходу коммутатора и ко входу ЛЦП напряжение - код lj . Недостатком устроГ1Ства является недостаточная точность и чувствитель ность. Необходимое для повышения Чув ствительности устройства уменьшение емкостей конденсаторов снижает точность измерений, так как приводит к уменьшению постоянной времени хранения зарядов. Кроме того, технологический разброс емкостей конденсаторов приводит к соответствующим неоднородностям масштаба преобразования в различных каналах устройства и для повышения однородности измерений необходим предварительный отбор емкостей. Известно устройство съема аналого вой информации с многонитяных пропор циональных камер, содержащее в каждом канале соединенные последователь но усилитель- н АЦП напряжение - код, причем вход усилителя является входом устройства, а интегрирующая ей кость образована емкостью нити камеры и входной емкостью усилителя 2j . В этом устройстве предусмотрена коррекция масштаба преобразования в каждом канале, которая выполняется регулировкой коэффициента передачи усилителя по напряжению. Однако уст|ройство имеет недостаточную точность 9 -2 тлк как смещение нуля усилителя, егс ра)брос и дрейф непосредственно входят в результат измерения. Кроме того, отсутствие элементов хранения аналоговой информации приводит к необходимости использования АЦП в- каждом канале, что в ряде случаев неоправданно усложняет устройство. I Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство съема аналоговой информации с многоканальных детекторов ионизирующего излучения, содержащее в каждом из каналов элемент накопления конденсатор, первый ключ, усилитель, аналоговый переключатель, N вторых ключей, Н элементов хранения .- конденсаторов, а.также АЦП напряжение код и блок управления ключами, причем элемент накопления и первый ключ соединены параллельно друг другу и одним концом присоединены к шине с нулевым потенциалом, а другим - к входу устройства и входу усилителя, каждьт из N вторых ключей соединен последовательно с соответствующим . элементом хранения, N других концов элементов хранения присоединены к тине с нулевым потенциалом, а N других концов вторых ключей соединены между собой и через аналоговый переключатель присоединены к выходу усилителя и ко входу АЦП, выходы блока управления ключами соединены с управляющими входами первого ключа, вторых ключей и аналогового переключателя . Многоканальное устройство содержит 1( таких каналов. .В этом устройстве элементы, реализующие функцию накопления и функцию хранения, разделены буферным усилителем, что позволяет повысить чувствительность устройства, уменьшая емкость конденсатора элемента накопления. Наличие N элементов хранения позволяет N раз осуществить выборку сигнала с высоким быстродействием. Однако данное устройство является сложным, так как содержит относительно большое число аналоговых ключей, а также содержит АЦП в каждом канале. Для использования же одного АЦП на группу из К каналов дополнительно потребуется введение К -входного аналогового коммутатора. При этом известное устройство имеет недостаточную точность. Это объясняется тем. что н.чпряжение смещения нуля ип ныходе усилителя, его разбрсю. от капала к каналу и Д1)ёнф иепосре.дс-.тненпо входят в результат измерения. Кроме того, если не принять специальные меры по балансировке нуля уси лителе11, то сужается дипами ескин диапазон измерений. При этом также ограничивается коэффициент передачи усилителей по напряжению, а следовательно , чувствительность устройства. Цель изобретения - упрощение- устройства при одновре1 ;1енном повышении, его точности и чувствительности. Поставленная цель достигается тем что в известное устройство съема ана логовой информации с м}югоканальных детекторов ионизирующего излучения, содержащее в каждом из К каналов эле мент накопления - конденсатор, первьй ключ, усилитель, N элементов хра нения - конденсаторов, N вторых ключей, атакже общие для группы из К каналов АЦП напряжение - код и блок управления ключами, причем элемент накопления и первый ключ соединены параллельно и одним концом присоединены к шине с нулевым потенциалом, а другим - к соответствующему входу устройства и к входу усилителя, каждый из N вторых ключей соединен последовательно с соответствующим элементом хранения, N концов вторых клю чей соединены между собой и образутот общую точку вторых ключей, а К-М ко цов элементов хранения соединены, меж ду собой и образуют общую точку элементов хранения, К управляющих входо первых ключей и К- N управляющих вхо вторых ключей соединены с соответствующими выходами блока управления ключами, введен общий для группы из k каналов третий ключ, присоедине ный одним концом к общей точке элементов хранения и к-входу АЦП, другим - к шине с нулевым потенциалом, а управляющим входом - к дополнитель ному выходу блока управления ключами кроме того, общая точка вторых ключе в каждом канале присоединена к выходу усилителя. Упрощение устройства произошло за счет исключения аналоговог переключателя в каждом канале извест ного устройства, а также использованием общего АЦП для группы из Ккана- . лов, без введения дополнительного 1 входного аналогового коммутатора. Точность устройства повысилась за счет исключения на,чрижени г смещения нуля на выходе усшгителя из результата измерения и уменьшения влияния его дрейфа. Вследствие этог-о также упрощены требования к балансировке нуля усилителей, повышена чувствительность устройства за счет увеличения коэффициента передачи усилителей по напряжению. На чертеже представлена схема устройства съема аналоговой информахщи с многоканального детект ора ионизирующего излучения. Устройство состоит из к каналов 1, каждый из которых содержит элемент 2 накопления - первый, конденсатор, первый ключ 3, усилитель 4, N вторых ключей 5 (на чертеже - Кл. 1 , Кл. 2 , . . . , Кл,1) и Н элементов 6 хранения - вторых конденсаторов, а также из общих для k каналов третьего ключа 7, ЛЦП 8 напряжение - код, блока 9 управления ключами, шин 10, 11., 12 управления ключами, шин 13 ввода выборки и шин 14 ввода команд управления. Входами устройства являются входы каналов 1, подключенные к источникам тока, например, непосредственно, к сигнальным электродам детектора а выходом - цифровой выход АЦП 8 (на чертеже не показан). Первый конденсатор 2 и первый ключ 3 соединены параллельно и присоединены одним концом к шине с нулевым потенциалом, а другимк входу соответствующего канала устройства и к входу усилителя 4. Каждый из W вторых ключей 5 соединен последовательно с соответствующим вторым конденсатором 6. N концов вторых 5 присоединены к выходу усилителя 4, а К- N концов вторых конденсаторов 6 присоединены к одному из концов третьего ключа 7 и ко входу АЦП 8, Второй конец третьего ключа 7 присоединенк шине с нулевым потенциалом. Управляющие входы первых ключей 3 одной шиной 10, управляющие входы вторых ключей 5 К- N шинами 11 и управляющий вход третьего ключа 7 одной 12 соединены с соответствующими выходами блока 9 управления ключами. Блок 9 управления ключами - это цифровое устройствб, обеспечивающее заданный порядок коммутации ключей, и его структура определяется алгоритмом работы ключей. Блок 9 управления ключами содержи счртчик и электрически програлтируе 1088АЧ9 мое ПЗУ с числом адресов равным К Н + +М+2 (число необходимых состояний устройства) и разрядностью К N +2 (число шин управления ключами), При этом можно вьделить четыре состояния уст- 5 ройства: стирание (одно С1 стояние все первые ключи 3, все вторые ключи 5 и третий ключ 7 замкнуты); хранение (одно состояние - все первые ключи 3 и третий ключ 7 замкнуты, а все вто- О рые ключи 5 разомкнуты); запись (N состояний - все первые ключи 3 разомкнуты, один из N вторых ключей 5 в каждом канале 1 замкнут, третий ключ 7 замкнут); считьшание (KNсостоянийвсе первые ключи 3 замкнуты, один из k-H вторых ключей 5 замкнут, третий ключ 7 разомкнут), Устройство работает следующим обр зом. По команде Стирание, поступающей на блок 9 управления ключами по шинам 14, замыкаются все первые ключи 3, все вторые ключи 5 и третий ключ 7. При этом заряды на конденсаторах элементов 2 накопления и элементов 6 хранения приводятся к некоторым исходным значениям. Предполагаем, что в состоянии хра нения, которое следует за стиранием, заряды на конденсаторах элементов 6 хранения не изменяются. Переход в состояние хранения осуи ествляется за мыканием всех первых ключей 3, размыканием всех вторых ключей 5 и раз мыканием третьего ключа 7. По команде Запись, поступакмдей на блок 9 управления кгаочами по шинам 14, и сопровождающейся сигналом выборки на шине 13, размыкаются все первые ключи 3, замыкается третий ключ 7, а в каждом канале 1 замыкает ся один и только один из Ц вторых ключей 5. При этом конденсаторы всех элементон 2 накопления заряжаются в течение заданного времени выборки от источни ков тока, действующих на входах устройства. Напряжения усиливаются усилителями 4 и через один из замкнутых в каждом канале 1 вторых ключей 5, например Кл.1, поступают на соответствующие конденсаторы элементов 6 хранения. При этом напряжение на этих конденсаторах к моменту окончаНИН выборки будет равняться cM jcUc,; с к р с сдл - иа11)яжение смещения нуля tia ныходе уси., соответствующее моменту записи информации; (с коэффициент передачи усилителя по напряжению; напряжение на входе усилителя (первом конденсаторе) . о окончании выборки устройство а переходит в режим хранения, при ром элементы 2 накопления шунтися первыми ключами 3 и разряжаютодин из элементов 6 хранения в каждом канале 1 сохраняет заряд, приобретенный в процессе выборки, в то время как остальные элементы 6 хранения сохраняют исходные заряди. Так как в каждом канале имеется N элементов 6 хранений, то процесс выборки можно продолжать еще (М-1) раз,подключая каждый раз к выходу усилителя 4 следующие элементы хранения. Считывание информации осущеетвляется по команде считывание, поступающей на блок 9 управления ключами по шинам 14. При этом размыкается третий ключ 7 и синхронно с н.им замыкается один и только один из KN вторых ключей 5, например, Кл.1. Напряжение, имеющееся на соответствующем конденсаторе элемента 6 хранения, поступает на вход АП.П 8 напряжение код, причем в обратной полярности по отношению к напряжению смещения нуля на выходе усилителя. Это напряжение (Jx равняется: lJx (UcM-Ucz) - «CM-Jc«v- HcU напряжение смещения нуля на выходе усилителя, соответствующее моменту считывания информации; паразитная емкость нагрузки (на чертеже показана пунктиром); емкость конденсатора элемента хранения (второго конденсатора);причем предполагается, что Cg существенно больше Сц и последней можно пренебречь. По окончании преобразования напряения 1} в цифровой эквивалент, котоое выполняется в АПП 8, устройство ереходит в состояние хранения. В том состоянии третий ключ 7 шунтирут и разряжает емкость Сц до нуля. Счи гыканне информации можно аиапсиичмо продолжать еще (k-N-Рр.чч, подключая каж;1,ыГ1 раз нл нход АЦП 8 слелующи) элемеш 6 хранения. Ия приведенного вьпис выражения (2) 1ТО в предлагаемом устройстс;гедуе,т, ве при -УСМ. -llru ±const измеряемое няпряжение не зависит от величины напряжения смещения нуля на выходе усн- лителя. Если U медлен ю изменяется но времени, то разность напряжении ( - и,.д ) образует погрешность, вносимую в результат измерения дрейфом и.ц, В указанном прототипе измеряется напряжение, соответствующее выражению (1), в которое Llf и его дрейф входят полностью. Таким образом, в настоящем устройстве наря/:,у с упрощением по отношению к прототипу влияние дрейфа У (.ji на результат измерения умень- 20 шено как минимум на порядок величины. Заметим также, что ведичина iJ САЛ как правило, зависит от коэффициента переД:ачи усилителя по напряжению. При реализации устройства вполне допустимым 25 смещением нуля на выходе усилителей можно считать, например, i(1-2)B, и это не приведет к уменьшению динамического диапазона измерений, выполняемых АЦП. Этим можно воспользоваться 30 и без введения средств балансировки нуля усилите :ей получить в схеме дополнительное усиление по направлению, например 10 и более, что соответственно повысит чувствительность ycтpoйcт- J5 на. Для испытаний устройства изготовлен блок, содержащий 32 канала (, ). Блок предназначен для построения систем диагностики пучков ускорителей. В принципиальной электрической схеме блока использованы элемент накопления - конденсатор КМ-5Б-1300 nOt10%; элемент хранения - конденса- 45 тор км-)Г)-4600 пЛ1--10%; первый ключ транзистор КТЗбЗВ в инверсном включении, резистор и инте1раль ый ключ К143КТ1; второй ключ - траггзистор КТ326Г М в нормальном включении, резистор и интегральный ключ К143КТ1; усилитель - операционный усилитель К140УД8А, охваченный отрицательной обратной связью по напряжению через резисторы (при этом К«10 с регулировкой усиления в пределах ±25%); третий ключ - два транзистора КТ316В, транзистор КТ351Б, диод КДЗОЗА и три резистора; АЦП напряжение - время - код (9 двоичных разрядов).; блок управления ключами - счетчик К155ИЕ5, триггер К155ТМ2, логические элементы К155ЛР1 и К155ЛН1; а также электрически программируемое ПЗУ К155РЕЗ. При чувствительности устройства 1,0 п К - цена младшего разряда АЦП получены следующие метрологические характеристики: неоднородность масштаба преобне более ±0,2%; разования нестабильность масштаба преоб-не хуже 0,03%/С, разования интегральная -не более i 0,1%; нелинейность нестабильность нуля преобра-не хуже 0,01%/°С. зования Устройство выгодно отличается от известных аналогов и прототипа по своим метрологическим характеристикам, менее критично к разбросу параметров компонентов (в частности, к технологическому разбросу емкостей элементов накопления и хранения и разбалансу нуля усилителей), вследствие чего является более технологичным в изготовлении и настройке, что обеспечивает устройству широкую применения.

5мд1

BwdK

УСТРОЙСТВО СЪЕМА АНАЛОГОВОЙ . ИНФОРМАЦИИ С МНОГОКАНАЛЬНЫХ ДЕТЕКТОРОВ даНИЗИРУЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее в каждом из К каналов элемент накопления - конденсатор, первый ; ключ, усилитель, N элементов хранения - конденсаторов, N вторых ключей, а также общие для группы из К каналов |Я r. L Ir : .. , .... аналого-цифровой преобразователь (АЦП) напряжение - код и блок управления ключами, причем элемент накопления и первый ключ соединены параллельно и одним концом присоединены к шине с нулевым потенциалом, а другим - к соответствующему входу устройства и к входу усилителя, каждый из N вторых ключей соединен последовательно с соответствующим элементом хранения,N концов вторых ключей соединены между собой и образуют общую точку вторых ключей, а К, N концов элементов хранения соединены между собой и образуют общую точку элементов хранения, К управляющих входов первых ключей- и К,М управляющих входов вторых ключей сое(Л динены с соответствующими выходами блока управления ключами, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства при одновременном повышении его точности и чувствительности, в него введен общий для группы из К каналов третий ключ, присоединенный одним концом к общей точоо ке элементов хранения и к входу АЦП, 00 другим - к шине с нулевым потенциаli со со лом ,а управляющим входом - к дополнительному выходу блока управления ключами, кроме того, общая точка вторых ключей в каждом канале присоединена к выходу усилителя.