Способ дифференциальной стабилизации спектрометрического тракта по реперному пику Советский патент 1987 года по МПК G01T1/40 

Изобретение относится к области стабилизации измерения ядерных и рентгеновских лучей с помощью спектроскопических детекторов, например сцинтилляцноньапс, и может быть использовано в приборах радиационного контроля технологических параметров, например, поверхностной плотности ипи элементного состава материалов и изделий.

Цель изобретения - повышение устойчивости стабилизации к воздействию излучения дополнительного пика переменной интенсивности.

На фиг,1 схематично представлены амплитудные распределения импульсов реперного пика и дополнительного пика, а также поясняется принцип выбора ширины смежных дифференциальных

каналов и их расположения относитель- 20 шению СН к СН и равно отношению ВМ но пиков излучения; на фиг.2 - одна из возможных структурных схем устройства дифференциальной стабилизации по реперному пику, реализуюш:ая предлагаемый способ.

На фиг.1 введены обозначения амплитудного распределения импульсов реперного пика 1 и дополнительного пика 2 переменной интенсивности, при25

к ВМ, при этом площадь фигуры равно площади фигуры В и условие равновесия стабилизации (равенст во средних ча.стот следования импульсов в первом и втором дифференциалы ных каналах) соблюдается независимо от интенсивности дополнительного пиг

35

чем распределения пиков 1 и 2 пере- 0

крываются.

I

Способ дифференцигшьной стабилизации заключается в том, что излучение, аппаратурный спектр KOtopor o COCTJOHT из перекрьгааюш хся пиков реперного 1 и дополнительного 2, регистрируют в двух смежных дифференциальных каналах, сравнивают средние частоты следования импульсов в первом и втором дифференциальных каналах и сигналом разбаланса управляют регулируемым параметром, например, напряжением пита40

ка. г Значения ширины дифференциальных

каналов, требуемые для обеспечения устойчивости стабилизации, зависят от степени перекрытия аппаратурных спектров реперного и дополнительног пиков и определяются, таким образом как энергией квантов излучения репе ного и дополнительного пиков, так и электрическим разрешением детектора Поскольку чисшенное значение энерге тического разрешения является инди видуальной характ еристикой каждого детектора, точные значения порогов дискриминации, определяющих ширину дифференциальных каналов и их распо

каналов, требуемые для обеспечения устойчивости стабилизации, зависят от степени перекрытия аппаратурных спектров реперного и дополнительного пиков и определяются, таким образом, как энергией квантов излучения реперного и дополнительного пиков, так и, электрическим разрешением детектора. Поскольку чисшенное значение энергетического разрешения является индивидуальной характ еристикой каждого детектора, точные значения порогов дискриминации, определяющих ширину дифференциальных каналов и их распония фотоэлектронного умножителя, причем дня повьшения устойчивости стаби- ложение на энергетической шкале, в лизадаи к воздействию излучения до- каждом конкретном случае выбираются полнительного пика 2 переменной интенсивности ширину АС ближнего к дополнительному пику дифференциального канала уменьшшот по сравнению с шири- гп ной СВ дальнего дифференциального канала (АС СВ) так, что средняя частота следования импульсов реперного пика в первом дифференциальном канале (площадь фигуры АЕФС) равна сред- „ апробации использовано устройство, ней частоте следования импульсов ре- структурная схема которого представ- перного пика во втором ди4)ференциаль- ном канапе (площадь фигуры СФКВ), а средняя частота следования импульсов.

экспериментально при настройке устройства стаб1 лизации. Принцип выбора поясняется ниже на ко1жретном примере.

Реализация способа стабилизации возможна с использованием любого известного устройства дифференциальной стабилизации по реперному пику. При

лена на фиг.2. Излучение, спектр которого включает реперный и дополни- Т€ льный пики, регистрируется детекто

дополнительного пика 2 в первом дифференциальном канале (площадь фигуры АЛМС) равна средней частоте следования импульсов дополнительного пика

во втором дифференциальном канале (плош,адь фигуры СШВ). При этом дифференциальные канапы располагают несимметрично относительно центра О реперного пика, а именно, общую границу СФ смежных дифференциальных кана-. лов устанавливают не на центре О ре- перного пика, а при необходимости на дальнем относительно дополнительного пика склоне реперного пика. С изменением интенсивности дополнительного пика (пунктирная кривая 2) все точки амплитудного распределения импульсов изменяются пропорционально,. т,е. отношение АЛ к АЛ равно отно-

20 шению СН к СН и равно отношению ВМ

25

к ВМ, при этом площадь фигуры равно площади фигуры В и условие равновесия стабилизации (равенство средних ча.стот следования импульсов в первом и втором дифференциалы- ных каналах) соблюдается независимо от интенсивности дополнительного пиг

ка. г Значения ширины дифференциальных

каналов, требуемые для обеспечения устойчивости стабилизации, зависят от степени перекрытия аппаратурных спектров реперного и дополнительного пиков и определяются, таким образом, как энергией квантов излучения реперного и дополнительного пиков, так и, электрическим разрешением детектора. Поскольку чисшенное значение энергетического разрешения является индивидуальной характ еристикой каждого детектора, точные значения порогов дискриминации, определяющих ширину дифференциальных каналов и их расположение на энергетической шкале, в каждом конкретном случае выбираются апробации использовано устройство, структурная схема которого представ-

ложение на энергетической шкале, в каждом конкретном случае выбираются апробации использовано устройство, структурная схема которого представ-

экспериментально при настройке устройства стаб1 лизации. Принцип выбора поясняется ниже на ко1жретном примере.

Реализация способа стабилизации возможна с использованием любого известного устройства дифференциальной стабилизации по реперному пику. При

ложение на энергетической шкале, в каждом конкретном случае выбираются апробации использовано устройство, структурная схема которого представ-

лена на фиг.2. Излучение, спектр которого включает реперный и дополни- Т€ льный пики, регистрируется детекто ром 3, работающим в спектрометрическом режиме. Импульсы с детектора 3 поступают на вход трехпорогового дифференциального дискриминатора 4, образующего два смежных дифференциальных канала, с выходов которых импульсы поступают на входы схемы сравнения средних частот следования, выполненной в виде триггера 5 с раздельными входами и интегратора 6. Выход интегратора 6 подключен к управляющему входу регулируемого преобразователя 7 высоковольтного питания фотоэлектронного умножителя детектора 3, В качестве детектора можно использовать стандартный сцинтиблок БДЭГ4-31- 02А, трехпороговый дифференциальный дискриминатор, построенный на базе трех компараторов 521САА, двух триг- геров К155ТМ2 и двух схем И-НЕ типа К555ЛЕ1, осуществляющих логический отбор импульсов, попадакмцих в соответствующий дифференциальный канал. Триггер построен на основе двух схем И-НЕ типа К555ЛЕ1, а интегратор - на

операционном усилителе К574УД1А. Регулируемый преобразователь выполнен в виде несимметричного блокинг-гене- ратора на транзисторе КТ626Б и трансформаторе, с повышающей обмотки кото рого напряжение вьтрямляется и умножается десятикратным умножителем, фильтруется и подается с помощью ре- зистивного делителя напряжения на ди нодную систему фотоэлектронного умножителя. Регулирование высокого напряжения осуществляется путем изменения напряжения питания блокинг-гене- ратора включенным в его цепь проходным транзистором КТ626Б, на базу которого с выхода интегратора подается регулирукнций сигнал сравнения сред- Ш1Х частот в дифференциальных каналах. Источником излучения служит се- источник типа ГИК-57 на основе радиоактивного изотопа Кобальт-57, в качестве реперной линии использована основная линия в спектре излучения источника с энергией квантов 122 кэВ.

Дополнительным пиком является пик рассеянного от алюминиевых контролируемых образцов излучения, при этом коллимационная система настраивается и фиксируется так, что расчетное по соотношению Комптона значение энергии квантов рассеянного излучения составляет 100 кэВ. Поскольку энерге5

5

0

0

тическое разрешение детектора в этой области равно 20%, аппаратурные спектры реперного и рассеянного пиков значительно перекрываются. Загf рузка в канале рассеянного излучения (интенсивность дополнительного пика) варьируется в пределах 20-190 кГц изменением толщины алюминиевых образцов соответственно от. 1 до 10 мм, ис0- ходная загрузка в каждом дифференциальном канале реперного пика (средняя частота следования импульсов реперного пика в первом и втором дифференциальных каналах) составляет 15 кГц. В этих условиях работа обычной системы стабилизации оказывается неустойчивой, так как уже при толщине алюминиевых образцов 2-3 мм стабилизация смещается настолько, что полностью перестраивается с реперного пика на дополнительный. Система стабилизации по предлагаемому способу показывает устойчивую работу во всем диапазоне изменения интенсивности дополнительного пика. Критерием качества работы системы автоматической стабилизации служит постоянство напряжения питания блокинг-генерато- ра регулируемого преобразователя, которое оказывается не хуже 0,15% (изменение не более 0,03 В на уровне 20,35 В). Контрольные измерения загрузок в первом и втором дифференциальном каналах показывают равенство в пределах статистических флуктуации средних частот следования импульсов в обоих каналах, причем при увеличении интенсивности дополнительного пика в указанном диапазоне средняя частота следования импульсов в каждом дифференциальном канале повышается из-за перекрытия аппаратурных спектров от 15 до 21,5 кГц. Ширина АС ближнего к дополнительному пику диф5 ференциального канала равна 0,37 В, а ширина СВ дальнего канала 0,71 В (пороги дискриминации А, С, В равны соответственно 3,37, 3,74, 4,45 В).

5

0

30

50

Порядок выбора необходимых порогов дискриминации состоит в следующем. Сначала устанавливают симметрич- ны1е относительно центра реперного пика пороги дискриминации на основа- 55 НИИ общеизвестных соотношений (ширина канала должна быть порядка абсолютного значения энергетического разрешения детектора для реперного пика, что в данном случае составляет при

513

мерно 22 кэВ) и включают систему стабилизации в автоматический режим. Измеряют напряжение питания регулируемого преобразователя-при минимальной интенсивности дополнительного пика (в данном конкретном примере при отсутствии алюминиевого образца- рассеивателя), затем интенсивность дополнительного пика постепенно увеличивают- (увеличивают толщину образ- ца-рассеивателя), а ширину ближнего к дополнительному пику дифференциального канала одновременно уменьшают и сдвигают (в данном случае ширину АС путем повышения порога дискриминации А) до такого значения, при котором величина напряжения питания регулируемого преобразователя не изменяется с изменением интенсивности дополнительного рика. При такой установке ширины каналов (порогов дискримина- ЦШ ) автоматически соблюдается равенство средних частот следования импульсов в дифференциальных каналах как от реперного пика, так и от дополнительного пика переменной интенсивности.

Предлагаемый способ дифференциаЛьной стабилизации спектрометрического тракта по реперному пику обеспечивает устойчивость стабилизации к воздействию излучения дополнительного пика переменной интенсивности, амплитудное распределение импульсов которого перекрывается с амплитудным распределением импульсов реперного пика, и позволяет тем самым повысить точность измерений в спектрометрическом режиме и расширить функциональ- ные возможности спектрометрических устройств радиационного контроля технологических параметров, например рентгено-флуоресцентных толщиномеров или анализаторов состава материалов.

O

5

Способ стабилизации обеспечивает и другие положительные эффекты, являющиеся логическим следствием достижения основной цели изобретения, а именно: повышение точности измерений в спектрометрическом режиме, ослабление требований к энергетическому разрешению детекторов излучения, расширение функциональных возможностей спектрометрических устройств радиационного контроля технологических параметров.

Формула, изобретения

Способ дифференциальной стабилизации спектрометрического тракта по реперному пику, заключающийся в том, . что излучение регистрируют в двух смежных дифференциальных каналах, сравнивают средние частоты следования импульсов в первом и втором дифференциальных каналах и сигналом разбаланса в противофазе с возмущением управляют регулируемым параметром, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости стабилизации к воздействию излучения дополнительного пика переменной ин-. тенсивности, ширину ближнего к дополнительному пкку переменной интенсивности дифференциального канала уменьшают по сравнению с шириной дальнего дифференциального канала так, что средняя частота следования импульсов реперного пика в первом дифференци- . 35 апьном канале равна средней частоте следования импульсов реперного пика во втором дифференциальном канале, а средняя частота следования импульсов дополнительного пика переменной интенсивности в первом дифференциаль- нЪм канале равна средней частоте следования импульсов дополнительного пика переменной интенсивности во. втором дифферен1 1апьном. канале.

0

5

0

0

/1 ОС

Редактор Е.Папп

. Составитель М.Данилов Техред Л.

Заказ 3103/40Тираж 730Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.1

Фиг. 2

Корректор А.Ильин

Изобретение относится к измерению ядерных и рентгеновских лучей с., помощью спектрометрических детекторов и может быть использовано в приборах рентгенофлуоресцентного анализа материалов или толщинометрии изделий. Цель изобретения - повышение устойчивости стабилизации к воздействию излучения дополнительного пика .переменной интенсивности, амплитудное распределение импульсов которого перекрывается с амплитудным распределением импульсов реперного пика. Цель достигается тем, что опорные напряжения порогов дискриминации двух смежных дифференциальных каналов подают несимметрично относительно центра реперного пика. Причем общий порог дискриминации располагают на дальнем относительно дополнительного пика переменной интенсивности склоне реперного пика, а ближний к дополнительному пику порог дискриминации выбирают между пиками так, что средняя частота следования импульсов реперного пика в первом дифференциальном канале равна средней частоте следования импульсов реперного пика во втором дифференциальном канале, а средняя частота следования импульсов до- полнителного пика в первом дифференциальном канале равна средней частоте следования импульсов дополнительного пика во втором дифференциальном канале. Изобретение обеспечивает устойчивость стабилизации и позволяет повысить точность измерений, проводимых в спектрометрическом режиме. 2ил. S to сд с со 1чЭ