Термостабильное фотоприемное устройство для сцинтилляционного детектора компьютерного томографа Советский патент 1990 года по МПК G01T1/20 

Изобретение относится к регистрации излучения с помощью детекторов сцинтил- лятор - фотодиод и может б,1ть использова- но в рентгенов.ских компьютерных медицинских томографах.

Цель изобретения - упрощение устройства за счет устранения необходимости .использования средств термостатирования.

На фиг.1 приведена схема фотоприемного устройства; на фиг.2 - температурный ход сопротивления фотодиода; на фиг.З - температурный ход нулевого уровня Uo , вызванный только изменением сопротивления фотодиода; на фиг.4 - полный температурный дрейф нулевого уровня Uo.

Устройство содержит фотодиод 1, операционный усилитель 2, первый резистор 3 (резистор обратной связи). Кроме того, устройство содержит цепь смещения, которая может быть выполнена в виде одного из вариантов. В первом варианте цепь смещения выполнена в виде потенциометра 4,

включенного между положительной и отрицательной шинами источника питания, движок которого соединен через второй резистор 5 с входом операционного усилителя. По второму варианту смещение задается потенциометром 6, подключенным к выводам операционного усилителя, предназначенным для балансировки. С помощью цепи смещения при нулевом потоке излучения на фотодиоде задается на выходе операционного усилителя напряжения (нулевой уровень), равное выражению -fFKUcM.o А Т R ос/ А Rm) цля положительных , значенийTTOJUo и 4-(тки см.оАТ Рос/АЯш) -для отрицательных гдеТКУсм-о температурный коэффициент напряжения смещения нуля операционного усилителя; АТ - интервал изменения температуры; Roc - сопротивление обратной связи; А Rш - температурное изменение сопротивления фотодиода.

Действие устройства основано на компенсации температурного дрейфа, вызванноON О CJ СА)

СЛ

го изменением сопротивления фотодиода, дрейфом в противоположную сторону на- пряжения смещения нулевого уро(жя операционного усилителя. Осуществление этой компенсации достигается путем установления нулевого уровня равным указанным выражениям в зависимости от величины и знака температурного коэффициента на- пряжени смещения нуля операционного усилителя и сопротивления фотодиода, которые берутся из их паспортов или предварительно измеряются.

Относительно изменение сопротивления для кремниевых фотодиодов составляет около 2 раз на каждые 10° изменения температуры. Кроме того, его знак всегда отрицателен, т.е. при увеличении температуры сопротивление уменьшается.

Изменение нулевого уровня, вызванное изменением только сопротивления фотодиода от температуры, при разных его знаках изображено на фиг.З (кривая 7 для + Do, кривая 8 для -Uo. Задается оно формулой

Uo(T)UcM.o .

где РШ - сопротивление фотодиода.

Температурный дрейф нулевого уровня, вызванный изменением сопротивления фотодиода и напряжения смещения нуля операционного усилителя, изображен на фиг.4 для различных способов его установки: кривая 9 Uo-0, кривая 10 Uo -{TKUcM.o TRoc/Rы), кривая 11 Uo - 20 мВ. Дрейф нулевого уровня для этих трех случаев выражается следующими формулами

AUo ТКи см.оАТ РОС/(РШ - ARm)- кри- вая 9;.

AUo TKUcM.oATRoc/Rw - кривая 10; AUo TKUcM.oATR)c/(Ruj - ARш) + „ +U,Ru/(Ru, - ARu,) - 1

11. где АНш - температурное изменение RUJ.

Из выражений видно, что во втором слу-. чае дрейф наименьший и, как показывают

0

5

0

5

0

5

0

численные оценки, меньше дрей.фа в первом и третьем случае, соответственно, до 2 и 4,6 раза.

Формула изобретения

1.Термостабильное фотоприемное устройство для сцинтИлляционного детектора компьютерного томографа, содержащее фотодиод, включенный между общим электр- дом и инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общим электродом, а выход через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства за счет устранения необходимости использования средств термостатирования, оно цепью смещения нулевого уровня, имеющей такие параметры, что обеспечивается нулевой уровень операционного усилителя равным -(TKU см.о АТ Roc/ RUI) для положительных значений ТКУсм.о и +(TKUcM.o AT ROC /АRm)-для отрицательных, где TKUcM.o - температурный коэффициент напряжения смещения нуля операционного усилителя: АТ - интервал изменения температуры: Roc - сопротивление обратной связи: ARm - температурное изменение сопротивления фотодиода.

2.Устройство по П.1, отличающ е е- с я тем, что, цепь смещения выполнена в виде потенциометра, включенного между положительной и отрицательной шинами источника питания, движок которого через второй резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя.

3.Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что цепь смещения выполнена в виде второго потенциометра, подключенного к выводам операционного усилителя, предназначенным для подключения балансировочного резистора.

Изобретение относится к области регистрации излучения с помощью детекторов сцинтиллятор-фотодиод и может быть использовано в рентгеновских компьютерных медицинских томографах. Цель изобретения - упрощение устройства. Устройство содержит фотодиод, операционный усилитель, охваченный резистивной обратной связью. Введение цепи смещения, настроенной в соответствии с приведенной формулой, позволяет уменьшить температурный дрейф нулевого уровня, не прибегая к средствам термостатирования. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

пит

Фцг. 1

Uf.

йи Яша

15 20 25 30 Фиг. г

т:с

ио

30 20

W

О

60 Г, Г /7

Ч етя.ед.

IS 2В 25 JS ГГС

Фиг.З

Фиг. 4