Устройство для регистрации рентгеновского и гамма-излучения в космическом пространстве Советский патент 1989 года по МПК G01T1/20 

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, и может быть использовано при измерении плотности потока ионизирующего излу чения в космическом пространстве. Известно устройство для определения среднего значения результатов из мерений, содержащее блок преобразова ния входной информации, блоки.усреднения по модулю Два, элементы И, блок управленид, блок памяти, счетчи ки и элементы ИЛИ. . Недостатком данного устройства {является невысокая устойчивость к (аномальным измерениям, вызваниым либо наличием необнаруженных всплесков излучения, либо наличием аппаратурных сбоев, Наиболее близким техническим ре|Шением к изобретению по средствам и достигаемому результату является уст ройство для обнаружения всплесков :жесткбго рентгеновского излучения, 1содержащее детектор излучения, три счетчика импульсов, таймер, пороговы элемент, формирователь порогового уровня, блок памятей и ключ на основе .триггера, В этом устройстве второй счётчик считает импульсы, поступающи с детектора, за интервал времени, определяемый таймером и равный, например, 16 с. При поступлении импуль са на второй вход второго счетчика его показания поступают на вход формирователя порога, который приводит (нормализует) их к меньшему интервалу времени, определяемому выход ными импульсами с третьего выхода таймера, например, 0,25 с.и формирует до значение порога, которое устанавливается на выходе формирователя порога по импульсу, поступающему с таймера через 16с, Недостатком данного устройства яв ляется невысокая достоверность регис рации. Это обусловлено тем, что в реальных условиях работы в космическом пространстве на детектор излучения вместе с фоновым излучением поступает излучение, обусловленное действием необнаруженных слабых всплесков излучения. При принятом способе подсчета фоновых импульсов и формироваНИИ порогового значения, средняя частота фоновых импульсов оказьшается зайышеиной, и завьпиенным оказыва184 ется значение порога обнаружения. Это приводит к тому, что вероятностд правильиого обнаружения слабых ;всплесков излучения уменьшается. С другой стороны, при работе в экстремальных условиях, возможны аппаратурные сбои, приводящие к тому, что часть импульсов, обусловленных действием фонового излучения, может быть не зарегистрирована детектором, В этом случае средняя частота фоновых импульсов и значение порога обнаружения окажутся заниженными, что приведет к увеличению вероятности ложного (за счет флуктуации фонового потока) обнаружения всплесков. Цель изобретения - повьшение достоверности регистрации всплесков рентгеновского и гамма-излучения в космическом пространстве. Поставленная цель достигается-тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединеннью деTeicTop, перв| 1й двоичньхй счетчик, блок памяти, соедиценнь1й выходом с йнформационным входом ключа, выход которого подключен к выходу устройства, а выхрд детектора соединен с первым входом второго двоичного счетчика, выход которого подключен-к первому входу порогового элемента И, второй вход - к первому выходу таймера, подсоединенного своим вторым выходом к второму входу пер.вого двоичного счетчика и третьим выходом к первому входу формирователя порога, выход которого соединен с вторым входом порогового элемента подключенного своим выходОм к управляющему входу ключа, введены компаратор, инвертор, блок управления, два мультиплексора, регистр, стековый регистр, сумматор, выход которого подключен к второму Формирователя порога и первый вход - к выходу стекового регистра, первому ВХОДУ компа ратора, первого и второго мультиплексора, первьй мультиплексор подсоединен своим вторым входом к выходу второго двоичного счетчика и выходом - к второму входу кЬмпаратора и второму входу второго мультиплексора, выход которого соединен с входом стекового регистра, при этом второй выход таймера соединен с первым входом блока управления, , третий выходгтаймера - с вторым входом блока управления, с вторыми входами регистра и стекового регистра.

5п

третий и четвертый входы блока управления подключены соответственно к выходу компаратора и второму входу формирователя порога, соединенному с управляющим в.ходом устройства, первый выход блока управления соединен с третьим входом первого мультиплексора и через инвертор - с третьим ВХОДОМ-второго Мультиплексора, а втррой, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к третьему входу регистра, третьему входу стекового регистра и второму входу сумматора. .

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства длч регистрации всплесков рентгеновского и гамма-излучения; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства

Устройство (фиг. 1) содержит детектор излучения 1J двоичные счетчики 2 и 3, таймер 4., блок управления 5, регистр 6, стековый регистр 7, формирователь порога 8, пороговый элемент 9, мультиплексор 10, блок памяти 11, компаратор 12, мультиплексор 13, сумматор 14, .инвертор 15 и ключ 16, Блок управления 5 имеет входы 17-20 и выходы 21-24.

Блок управления 5 содержит (фиг.2) счетчик 25 с коэффициентом пересчета, равным п (где п - число измерений), элемент И 26, генератор импульсов 27, элемент задержки 28-В-триггер 29, элементы И 30 и 31, счетчик 32 с коэффициентом пересчета, равным п, инвертор 33, элемент ИЛИ 34, компараторы 35 и 36, алемент Исключаклцее ШШ 37, элемент И 38. На фиг. 3 позициями 39-47 обозййчены последовательности импульсов на выходах блоков устройства. Выход детектора 1 соединен (фиг.г с первым входом двоичного счетчика 2 и первым входом двоичного счетчика 3. Первый выход таймера 4 соединен с вторым входом двоичного счетчика 2, второй выход таймера 4 соединен с вторым входом двоичного счетчика 3 и вторым входом 18 блока управления 5, третий выход таймера 4 соединен с -первым входом п блока управления 5, вторым входом регистра 6, вторым входом стежкового регистра 7 и вторым входом формирователя порога 8. Выход двоичного счетчика 3 соединен с пер1008 .

вым входом порогового элемента 9 и первым входом мультиплексора 10.

Выход двоичного счетчика 2 соединен с входом блока памяти 7. Второй вход мультиплексора 10 соединен с вторым входом компаратора 12, вторым входом мультиплексора 13, выходом стекового регистра 7 и первым входом Q сумматора 14. Третий (управляющий) вход мультиплексора 10, соединен с входом инвертора 15 и первым выходом . 21 блока управления 5, а выход мультиплексора 10 - с первым входом ре15 гистра 6. Третий вход регистра 6 соединен с вторьм выходом 22 бдок;а управления 5, а выход - с первым входом мультиплексора 3 и первым входом компаратора 12. Третий вход 19 бло ка управления 5 соединен с выходом компаратора 12, третий выход 23 с третьим выходом стекового регистра 7, четвертый выход 24 - с вторым входом сумматора 14, четвертый вход 20 5 с третьим входом формирователя порога 8 и с управляющим входом устройства. Выход инвертора 15 соединен с . третьим f управляющим) входом 1 ультиплексора 13, выход которого соединен 0 с первым входом стекового регистра 7. Выход блока памяти И соединен с информационным входом ключа 16, выход которого подключен к выходу устройства, а управляющий вход ключа с 16 соединен с выходом порогового элемента 9. Второй вход порогового элемента 9 соединен с выходом формирователя порога 8, первый вход которого соединен с выходом сумматора 14., 0 Работает устройство следу1Ьщим об- i разом. Детектор излучения 1 преобразует рентгеновское и гамма-излучение в поток электрических импульсов., поступающий на входы двоичных счетчиков 2 и 3. На второй вход двоичного сч(етчика 2 с первого выхода таймера 4 поступают импульсы с периодом, равным, например, 0,0156 с, по которым на выходе двоичного счетчика 2 устанавливаются показания, равные числу импульсов,, поступивших с выхода детектора излучения 1 на первый вход двоичного счетчика 3 за интервал времени, определяемый периодом слеДОНания импульсов с второго выхода таймера 4 и равный, например, 0,25 с. Эти показания (измерения) поступают

на первый вход порогового блока 9 и первый вход мультиплексора 10.

Начало измерения потока фонового излучения определяется временным положением импульса, поступающего с третьего выхода таймера 4. По этому импульсу обнуляются показания регистра 6 и стекового регистра 7. На управляющем входе мультиплексора 10 устанавливается напряжение, пропускшощее код с,.первого входа мультиплексора 10 и выхода двоичного счетг чика 3 на выход мультиплексора 10 и, следовательно, на регистра 6, На yпpaвляющeм входе мультиплексора 13 устанавливается напряжение, пропускающее КОД-с второго входа мультиплексора и, следовательно, с выхода стекового регистра 7 на выход мультиплексора 13 и, следовательно, на вход стекового регистра 7.

С приходо импульса с второго выхода таймера 4 блок управления 5 вырабатьшает на втором выходе 22 импульс, записьшакяций код с выхода второго двоичного счетчика 3 (первое измерение Х+ и на фиг. 3, поз, 42) в регистре 6. Значение записанного кода с выхода регистра 6 подается на один из входов компаратора 12, на второй вход которого поступает нулевой.код с выхода стекового регистра 7.

Если значение первого измерения Х (поз. 42 фиг. 3) отлично от нулевого, срабатывает компаратор 12, и на его выходе появляется перепад напряжения, поступающий на третий вход 19 блока управления 5. Блок управления 5 вырабатывает на первом выходе 21 напряжение, которое, поступая на третий (управляющий) вход мультиплексора 10, подключает второй вход мультиплексора 10 к его вькоду и, поступая через инвертор 15 на третий (управляющий) вход мультиплексора 13, к подключает первый вход мультиплексора 13 к его выходу. Затем блок управления 5 вырабатывает импульс по второму и третьему выходам 22 и 23, которые, поступал на третьи (тактовые) входы регистра 7, вызьшают перемещение информации (измерения Х) из реглстра 6 в первую ячейку стекового регистра 7. В регистре 6 записьшается нулевой код, поступивший с выхода стекового регистра 7 через второй

вход мультиплексора 10. В регистре 6 иВ последней ячейке стекового регистра 7 окажутся нулевые значения Компаратор 12 возвращается в исходно состояние, и по отрицательному перепаду напряжения на его выходе, поступающе на третий вход 19.блока управления 5, последнее вырабатывает напряжение на первом выходе 20, которое, поступая на третий (управляющий вход мультиплексора 10, подключ ает его первый вход к его выходу. Этоже напряжение поступает через инвертор, 15 на третий вход мультигшексора 13, и подключает второй вход мультиплексора 13 к его выходу. Этим обеспечивается подключение выхода стекового регистра 7 к его входу. Затем блоу. управления 5 вырабатывает на третьем выходе 23 импульсов, продвигающих значение изJl tepeния Х (пбз. 42, фиг. 3) в последнюю ячейку стекового регистра 7. -

Спустя некоторое время н выходе двоичного счетчика 3 образуетсй еле дующее значение Xj (поз. 42 фиг. 3), которое тактовь : и }пульсом, постуг пайщим с второго В1Ф5ОД4 4, записьшается ЧЕерез первый вход мультиплексора 10 в регистр 6. Досле этого компаратор 12 сравнивает значение измерения Х, хранящееся в последней ячейке стекового регистра 7, сО значением Xg;, записанным в регистре 6.

Если XjiXj, то процесс записи измерения Х в стековый регистр 7 аналогичен описанному. После последовательности из п тактовых импульсов, поступивших на третий вход стекового регистра 7 с Третьего выхода 23 блока управления 5, информация в стековом регистре 7 расположится следующим -образом г в последней п-ой ячейке стекового регистра 7 запишется значение Х, в предпоследней (п-1)-ой. ячейке - значение X,, в остальИьк ячейках - нулевые значения.

Если ., то компаратор 12 не срабатьшает, и тактовым импульсом с второго выхода 22 блока управления 5 значение Х через второй вход мультиплексор 13 записывается в первую ячейку стекового регистра 7. В последней ячейке стекового регистра 7 окажутся нулевые значения, И процесс,записи значения Х в стековый регистр 7 будет аналогичен описанному процессу записи значения X .

В этом случае после п тактовых импульсов, поступивших на третий вход стекового регистра 7, информация в нем распределится следующим о6раз,бй1 в п-ой ячейке значение Х, в (й-1)-о ячейке - значение Xj, в остальных ячейках - нулевые значения. После записи .значения Х блок управления 5 вырабатывает п импульсов на Третьем выходе 23 которые .поступают на третий вход стекового регистра 7 , Одновременно с этим на четвертом вькоде 24 блока управления 5 вырабатьгоаются импульсы, поступающие на второй вход сумматора 14.,Их общее число равно п-21, (где 1 - число в двоичном коде, поступающее на вход устройства) причем 1 импульсов в начале и в конце импульсной последовательности не вырабатываются. По импульсам, поступающим на второй вход сумматора 14, в нем происходит суммирование значений, записанных в стековом регистре 7.

Значение этой суммы поступает на первьй вход формирователя порога.8, который вьфабатывает пороговое значе.ние согласно следующему выражению:

t,- 4.Y S, .

п-21 где Х - процентная тбчка нормальVного распределения, определяющая вероятность ложного обнаружения всплеска;

S значение суммы на выходе . сумматора 14.

Значение порога, записанное в буфферный регистр формирователя порога 8 импульсом, поступившим по Третьему входу формирователя порога 8, поступает на второй вход порогового элемента 9.

Если текущее значение измерения с вькода.двоичного счетчика 3, поступающее на первый вход порогового элегмента 9, превышает пороговое значение h, пороговый элемент 9 вырабатьшает перепад напряжения, поступающий на управляющий вход ключа 16 и открывающий его. Информация с выхода блока памяти 11 через открытый ключ 16 поступает на выход устройства, что свидетельствует о регистрации всплеска.

Таким образом, в устройстве реализована oi-усеченная статистика Тьюки, имеющая вид

h+e

/S,

X;)/(n-21), (2)

(

Х

где X , - вариационный ряду составленный по результатам измерений, причем Х .п

« fliU ,

а положительный эффект достигается за счет того, что отбрасьтаетсд некоторое количество измерений, значение :которых может быть вызвано либо необнаруженными всплесками излучения, либо аппаратурныьшсбоями.

Использование изобретения рбёсйечивает повышение, достоверности регистрации за счет того, 4TXJ средняя 4acTOTia фоновых импульсов измеряется ,более точно и более точно устанавливается пороговое значение, что позволяет повысить вероятность правильного обнаружения всплеска (приблизительно в 4 раза).и стабилизировать вероятность ложного обнаружения всплеска. Это в свою очередь привело к увеличению чувствительности устройства за счет обнаружения бол«е слабых всплесков излучения).и, следовательно, к экономии веса детектора, поскольку чувствите 1ьность устройства определяется в основном активной площадью поверхности детектора.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЩИ РЕНТГЕНОВСКОГО И ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ, содержащее последовательно соединенные детектор, первый двоичный счетчик, блок памяти, соединенный выходом с информационным входом ключа, выход которого подключен к выходу устройстгаа, а выход детектора соединен с первым входом второго двоичного счетчика, вькод которого подключен к первому входу порогбЪйэго элемента 9, второй вход - к первому выходу таймера, подсоединенного своим вторым выходом к второму входу первого двоичного счетчика и третьим выходом к первому входу формирователя поро-. га, выход которого соединен с вторым входом пЬрогового элемента, подключенного своим выходом к управляющему входу ключа, отличающе ес я тем, что, с целью повьшения достоверности регистрации, в него введены компаратор, инвертор, блок управления, два мультиплексора, регистр, стековый регистр, сумматор, выход которого подключенк второму ВХОДУ фopмиpoвateля порога и первый вход - к выходу стекового регистра, первому входу компаратора, первого и второго мультиплексоров, первый мультиплексор подсоединен своим вторым входом к выходу второго двоичного счетчика и выходом - к второму входу компаратора и второму входу второго мультиплексора, выход которого соединен с входом стекового регистра, при этом второй выход тай(Л мера соединен с первым входом блока управления, третий выход таймера с вторым входом блока управления, с вторыми входами регистра и стекового регистра, третий и четвертый входы блока управления подключены соответственно к выходу компаратора и второму входу формирователя дорога, соединенному с управляющим входом устройства, первый выход блока управления соеданен с третьим входом первого мультиплексора и через инвертор с Третьим входом второго мультиплексора, а второй, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к третьему входу регистра, третьему входу стекового .регистра и второму входу сумматора.

w

,

;:

С

: «« I . . «ТР ,ш . .ЛЦс

ч . с

.. т I ««Li i

SJ § S S 9 S 5

«

«ч к

HXl

.-с

5C