Устройство детектирования индивидуального дозиметра Советский патент 1990 года по МПК G01T1/02 

Иэобрет не касается устройств для измерения ионизируюащх излучений, в частности устройств индивидуального дозиметрического контроля.

При проведении индивидуального дозиметрического контроля измеряется доза или мопцюсть дозы. С указанной целью обычно используют карманные индивидуальные дозиметры с газоразрядньми счетчиками в ка- честве детекторов. Разработанные на основе газоразрядных счетчиков дозиметры вполне соответствуют предъявляемым к ним жестким требованиям по габаритньм размерам и массе. OcHOBHbiM устройством индивидуального дозиметра является устройство детектирования, в состав которого, кроме детектора,- входят устройства преобразования и измерения частоты импульсов. Устройство детектирования определяет один из основных параметров индивидуального дозиметра: динамический диапазон измерения мощности доЗы. .При высоких интенсивностях излучения дина-. мический диапазон ограничивается .возрастающей погрешностью измерений, обусоовленной нелинейностью зависимости .частоты импульсов газоразрядного счетчика от мощности дозы измеряемого излучения. При уменьшении интенсивности излучения пропорциональность зависимости частоты импульсов газоразрядного счетчика от мощности дозы восстанавливается.

В результате динамический диапазон измерения мощности дозы индивидуальным дозиметром составляет обычно менее четырех десятичных порядков, что вынуждает для работы в условиях изменения мощности дозы в больших пределах использовать дозиметры .двух типов, различающиеся только . чувствительностью газоразрядных счетчиков .

Для наилучщей компенсации нелинейности газоразрядного счетчика не- , обходимо точно знать время нечув- ствительности устройства, т.е. наименьший интервал времени с начала импульса формирователя, в течение Которого устройство остается нечувствительным к излучению. Время нечувствительности устройства определяется с погрешностью и изменяется при эксплуатации газоразрядного

12

, ,

10

15

20

217102З

счетчика. Пропорционально увеличи Бается пбгрешность с возрастанием частоты импульсов, ограничивая динамический диапазон устройства. . . 5 . При. серийном производстве индивидуальных дозиметрьв выбирается усредненное время нечувствительности, которое отличается от времени нечувствительности отдельного устройства. Поэтому динамический диапазон такого устройства всего в несколько раз превышает динамический диапазон газоразрядного счетчика. Цель изобретения - увеличение динамического диапазона измерения мощности, дозы.

Блок-схема устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит детектор 1, соединенный с высоковольтным источником 2, и с усилителем 3 импульсов. Выход усилителя 3 импульсов соединен с входом первого формиро- . вателя 4, вторь1м входом ключа 5 и 25 вторым формирователем 6. Выход первого формирователя 4 соединен с первым входом ключа 5, выход которого соединен с первым входом схемы 7 ИЛИ..Второй .формирователь 6 через 3Q интегрирующее устройство 8 связан с вторым входом схемы 7 ИЛИ и через диодный интегратор 9 - Ъ входом управления первого формирователя 4. Выход схемы 7 ИДИ соединен с изме- рйтель ным устройством 10.

Устройство работает Следующим образом.

I Постоянное напряжение, не зависяг щее от интенсивности излучения, по- дается на детектор 1 с .высокрвольт-. , ного источника 2. Импульсы с детектора 1 поступают на усилитель. 3 импульсов, имеющий незначительное входное сопротивление для исключения их интегрирования. С выхода усилителя 3 импульсов импульсы поступают одновременно на вход первого формирователя 4, на второй вход ча 5 и второй формирователь 6. Формирователь, 4 формирует импульсы, длительность Т каждого из которых . превьшает время нечувствительности & устройства, причем начало импульса на вьЬсоде формирователя 4 совпадает с окончанием входного импульса. Сформированное по длительности-импульсы поступают с выхода формирователя 4 на первый вход клю35

40

45

50

55

ча 5, на выходе которого формируется импулье только при наличии импульсов одновременно на обоих его входах. Импульс на выходе формирбва- теля 4 и инициировавпшй его импульс на его входе по времени не совпадают. Поэтому при их поступлении на вход ключа 5 на его выходе импульс отсутствует. С импульсом на выходе формирователя 4 может совпасть только следующий импульс, поступающий с выхода детектора 1. В результате на выходе Ключа 5 формируется импульс досчета, поступающий на первый вход схемы 7 ИЛИ. Вероятность Р поступления следующего импульса ;детектора 1 через интервал времени

i

равна

л

(1),

где Пд - частота пупъсов газоразрядного счетчика в предположении отсутствия просчетов.

Кмпупьсы. досчета формируются на выходе ключа 5 только в интервале времени (T-t) относительно начала импульса формирователя 4. Поэтому частота импульсов досчета, равная произведению частоты импульсов де- тектора 1, определяемой известным выражением для газоразрядных счетчиков ftg/d По) на вероятность Р для интервала времени (T-t ), составляет ( t «hoC).

Частота импульсов досчета вносит существенный вклад только при значительных мощностях дозы.- Формирователь 6 формирует импульсы, длительности каждого из которых меньше / Времени нечувствительности С устройства-, причем начало импульса на выходе формирователя 6 совпадает, как -и для формирователя 4, с окон- чанией -входного импульса. Однако

каждый импульс на выходе формиррва- |геля 6 оканчивается раньше, чём .приходит на его вход следующий импульс, и ПО; времени с ним не совпадает. Импульсы с выхода формиров - теля 6 поступают на интегрирующего .устройства 8 и диодного

интегратора 9. Интегрирующее устройство 8 имеет постоянную интегрирования, меньшую длительности импульса формирователя 6, и преобразует прямоугольные входные Lмпyльcы в трапецеидальные. Импу.льсы с выхода интегрирующего устройства 8 поступают

0

5

0

5

на второй вход схемы 7 -ИЛИ, имеющего порог срабатывания, приблизительно равный половине амплитуды импульса. Импульсы досчета на выходе ключа 5 оканчиваются одновреме(;но или раньше импульса, поступившего на его второй вход. В свою очередь начало импульса на выходе интегрирующего , устройства 8 совпадает с окончанием импульса на втором входе ключа 5. В связи с трапецеидальной формой импульс, поступающий с- выхода интегрирующего устройства 8, достигает порога срабатывания схемы 7 ИЛИ заведомо после окончания, импульса досчета, пос тупйвшего на первый вход cice- мы 7 ИДИ. Поэтому импульсы, посту- -лающие на первый и второй входы схемы 7 ИЛИ соответственно с выходов ключа 5 и интегрирукяцего устройства 8, никогда не совпадают по времени. В результате..частота импульсов на выходе схемы 7 ИЛИ равна сумме частот, импульсов, поступающих на его входы. Частота импульсов на выходе интегрирующего устройства 8 равна частоте импульсов детектора 1. Следовательно, частота импульсов п,-поступающая на вход измерительного устройства 10, .определяется вьфажением

5

И

1 + ot

(2)

0

5

0

5

При незначительной мощности дозы частота импульсов п, поступающих на вход измерительного устройства 10, равна частоте импульсов Пд детектора 1. При возрастании мощности дозы увеличивается частота импульсов досчета, компенсируя в опре Геленных пределах нелинейность детектора 1. Степень компенсации нелинейности детектора 1 определяется выбором длительности импульса формирователя 4, причем с увеличением длительности импульса формирователя увеличивается динамический диапазон устг зй ства. Однако, как следует из выражения (2), для исключения перекомпенсации длительность импульса формирователя 4 при значениях частоты импульсов п меньших, чем 0,5/С, должна быть меньше ЗС. Указанное значение накладывает ограничение на .начальную длительность импульса формирователя 4. Диодный интегра - .тор 9 преобразует частоту импульсов детектора 1 в пропорциональной часTore ток, поступающий не лход управ ления формирователя 4 и управляющий длительностью его импульса. При час тоте импульсов , меньших значения О, Т/, ток на выходе диодного интегратора 9 почти равен нулю и . не влияет на работу формирователя 4. С увеличением частоты импульсов Пд начинает возрастать ток, поступающий с выхода диодного интегратора 9 и одновременно возрастает длительность импульсов формирователя 4, .дополнительно компенсируя нелинейность детектора. 1. В результате управления длительностью импульса формирователь А исключает переком- пенсацию при незначительных мощностях дозы и увеличив ает динамический диапазон устройства по мощ- но сти дозы.

Нетрудно убедиться, что при одинаковой точности-определения време.

ни нечувствительности предлагаемое устройство имеет больший динамический диапазон частот и, следовательно, динамический диапаЪон -по мощности дозы по сравнению с этим . показателем прототипа, В прототипе посредством подбора номинальных значений токозадающих резисторов возможно зависимость тока 1, поступающего в измерительное устрой- ство, от частоты импульсов Привести к выражению.,

, . (3) .

I

где (, об

1 - n t (1 t со)

-градуировочный коэффициен

-относительная погрешность

определения времени нечувствительности.

Считая,- Для. определенности, что погрешность при изменении частоты, импульсов составляет ±10% верхний предел диапазона частот прототипа, определенный из выражения (3), oi- раничивается отношением ,Ь(0,1 +

+ 1 «:)«:.

При ошибке в определении времени ,нечувствительности или при отклонении от усредненного времени нечувствительности, равном i20%, -верх- ий предел диапазона частот прототипа не превосходит 1/ЗС, а при,, ошибке или отклонении, равном ±10%, не превосходит Т/2 с.

Для погрешности при изменении частоты импульсов, составляющей

0

5

0

5

также, i10%, верхний предел диапазона частот настоящего устройства вычисляется из составленного на основе выражения (2) уравнения ; .

- 0,9. По-г 1, Г. (4)

Для предлагаемого устройства при номинальных значениях величины Т, равных для нижней и верхней границ динанического диапазона соответствеи- но 2t и 2,5t , и при ошибках или отклонениях от усредненного времени нечувствительности, равных ±20 и 1:10%, соответственно наименьшие значения верхнего предела диапазона частот, определенные из уравнения (4), составляют 1/2 и З/к-.

Из ,приведенных примеров видно, что при одинаковой точности опр,еде- ления времени нечувствительности предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет в 1,5 раза . больший динамический диапазон частот и х:оответственно в 1,5 раза больший динамический диапазон по мощности дозы. Дополнительном преимуществом устройства является также его универсальность-. Ус,тройство оди- -наково пригодно для построения изме0 рителей мощности дозы и измерителей дозы. Прототип разработан только для измерителя мощности дозы. При измерении дозы в прототип необходимо дополнительно установить аналого,-дифровой

преобразователь, что значительно усложняет; устройство и делает его непригодным для индивидуальных дози- . метров.

-V

0 - На основе предлагаемого устрой- . ства было зыполне но устройство детектирования индивидуального, дозиметра. Б качестве детектора 1 установлен газоразрядный счетчик, на анод кото5 рого подавалось положительной полярности напряжение с высоковольтного источника 2. Катод газоразрядного счетчика соединен с базой транзис- jropa, который вместе с резисторами

0 базы и коллектора, подсоединенными .. соответственно к потенциалу корпуса и,шине питания, составляют усилитель 3 импульсов. Первый формирователь 4 и второй формирователь 6

5 представляют собой выполненные на основе микросхем и времязадающих резисторов и конденсаторов одновиб- раторы.

Ключ 5 и схема 7 ИЛИ являются ло гнческими элементами. Схема ИЛИ построена на основе логического эле мента на КМОП-транэисторах с порогом срабатывания, равным половине напряжения питания.

Интегрирующее устройство 8 состо ит из резистора и интегрирующего конденсатора. Диодный интегратор 9 представляет собой интегрирующий контур обычного измерителя средней . частоты импульсов и состоит из до- :зирующего и интегрирующего конденсаторов, двух диодов соответственно разрядки и зарядки указанных конденсаторов и токоэадающего резистора. Токозадающий резистор соединяет интегрирующий конденсатор диодного интегратора 9 и времязада- ющий конденсатор первого формирователя 4. Напряжение на интегрируют щем конденсаторе диодного.лнтегра- тора 9 пропорционально частоте импульсов детектора 1. Указанное напСоставитель М Данилов.

Редактор Н.Ушакова Техредр.Ващишина Корректор А.Тяско

Заказ 3333Тираж 357 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наС., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

217102в ,

ряжение преобразуется в, ток, уменьшающий ток зарядки времязадающего конденсатора первого формирователя А, что увеличивает его длительность 5 Т импульса с первоначального значения, равного 2С, до 2,5С .

Проведение испытания с 10 газоразрядными счетчиками, имевшими время нечувствительности около 3 х

О X 1(Г с, показали, что при дополни- (тельной погрешности с изменением частоты импул ьсов не более 110Z верхний предел диапазона частот устройства составляет не менее

15 1,5.10 , а для прототипа - не менее 10 имп/с. Соответственно верхний предел диапазона по мощности дозы предлагаемого устройства в 1,5 раза больше, ч.ем для прототипа.

Следовательно, по сравнению с прототипом устройство имеет в 1,5 раза больший динамический диапазон по мощности дозы.