Способ измерения и контроля мертвого времени устройств регистрации ионизирующего излучения Советский патент 1992 года по МПК G01R31/305 

Изобретение относится к области испытаний и контроля, в частности к измерению и контролю мертвого времени канала измерения интенсивности ионизирующего излучения.

В устройствах регистрации ионизирукэщих излучений интенсивность ионизирующего излучения регистрируется в вид§ средней частоты следования электрических импульсов, полученных от первичного преобразователя излучения в электрический сигнал (детектора излучения). Под мёртвым временем устройств регистрации ионизирующих излучений понимается время после поступления на вход импульса, в течение которого устройство регистрации не может зарегистрировать следующий импульс..

Мертвое время существенно влияет на погрешность регистрации интенсивности излучения и является метрологической характеристикой большого класса аналитических приборов, где ионизирующее излучение используется для исследования структуры и химического состава веществ, в частности рентгеновских аналитических приборов.

Известен способ измерения мертвого времени, применяемый для этих целей в рентгеновских приборах, заключающийся в подаче на вход проверяемого устройства регистрации прямоугольны.х периодических парных импульсов с определенной частотой, интервал между импульсами в паре tyioжет плавно регулироваться вблизи

значений измеряемого мертвого времени. Частота на выходе проверяемого устройства контролируется частотомером и должна вначале соответстЁбвать удвоенной частоте, установленной на генераторе (интервал между импульсами должен быть, достаточно большим, больше, чем измеряемое мертвое время), затем плавно уменьшают интервал между импульсами в паре до тех пор, пока частота на выходе проверяемого устройства не начнет уменьшаться, чтофиксируется по частотомеру. Мертвое время измеряют по осциллографу, подключенному к входу проверяемого устройства, как интервал между задним фронтом первого и передним фронтом второго импульса в паре на уровне половины амплитуды входных импульсов в момент, когда при плавном уменьшении интервала между импульсами показания частотомера становятся меньше удвоенной частоты генератора.

Однако при использовании данного способа мертвое-время измеряется по прямоугольным импульсам, хотя в реальных условиях работы форма импульсов отлична от прямоугольной, в частности, с детекторов рентгеновского излучения поступают импульсы экспоненциальной формы; мертвое время в реальных условиях работы зависит от амплитуды импульсов, а в данном способе измерения производятся лишь для одного значения амплитуды и по экрану осциллографа; для измерения мертвого времени требуется многократная установка интервалов между импульсами в паре и измерение частоты на выходе проверяемого устройства для фиксации момента начала уменьшения частоты. Следовательно, данный способ имеет невысокую точность и значительное время измерения и контроля.

Известен также способ измерения и контроля мертвого времени который заключается в подаче на БХОД проверяемого устройства сдвоенных периодических импульсов, амплитуды импульсов в паре различны, интервал между импульсами плавно регулируется (погрешность установки интервала нормирована), временные параметры импульсов соответствуют реальным значениям, указанным в технических условиях на конкретное проверяемое устройство. При увеличении времени задержки второго импульса от минимального значения (меньшего измеряемого мертвого времени) определяют момент начала регистрации второго импульса, что фиксируется по экрану осциллографа, за мертвое время (время преобразования) принимается установленная задержка между импульсами в паре, когда на выходе проверяемого устройства появляются импульсы с амплитудой, отличной от амплитуды первого импульса пары.

Недостатком известного способа является большое время измерения и контроля мертвого времени, так как требуется многократная установка интервалов между импульсами и проверка по экрану осциллографа на выходе проверяемого устройства наличия регистрации второго задержанного импульса при каждом установленном значении интервала между импульсами для фиксации момента начала его регистрации. Недостаточная точность

способа обусловлена необходимостью регистрации момента начала появления второго импульса в паре, а этот момент невозможно определить с высокой точностью по экрану осциллографа, кроме того, в реальном потоке импульсы накладываются и реальное значение мертвого времени может значительно отличаться от измеренного известным способом.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения и контроля мертвого времени.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения и контроля мертвого времени, при котором на вход контролируемого устройства подают входную последовательность импульсов, а на его выходе регистрируют число импульсов выходной последовательности, дополнительно интервалы между импульсами ,во входной последовательности импульсов распределяют по равномерному закону в диапазоне значений от нуля до значения, превышающего контролируемое мертвое время, измеряют среднюю частоту импульсов входной и выходной последовательностей и определяют мертвое время в соответствии с зависимостью

, fex вых т

(1)

t мг1

Твх

где fsx средняя частота импульсов входной последовательности;

fвыx-cpeдняя частота импульсов выходной последовательности;

Т-величина, обратная плотности вероятности распределения интервалов между импульсами. Такое решение позволяет исключить регулировкой измерение интервала времени между импульсами входной последовательности по экрану осциллографа и

многократную точную установку этих интервалов, при этом о контролируемой величине судят непосредственно по числу потерянных (несосчитанных устройством) импульсов, следовательно такое решение существенным образом ускоряет процесс контроля параметра. Точность измерения также повышается, так как не требуется фиксация момента проявления эффекта мертвого времени (пропадание части импульсов) по частотомеру и по экрану осциллографа. В то же время измерение мертвого времени в предлагаемом способе производится на потоке импульсов, близком к реальному(форма импульсов, различные амплитуды импульсов, наложения импульсов, интервалы времени между которЬ1ми меньше их длительности). Такой способ легко поддается автоматизации, что весьма существенно при массовом выпуске контролируемых устройств. Подают на вход проверяемого устройства поток импульсов, интервалы времени между которыми распределены по равномерному закону в диапазоне 0,Т с плотностью вероятности 1/Т Y СО р (т) О, ,(2) В сформированном потоке имеют .как интервалы между моментами появления импульсов большие Гм, так и интервалы., меньшие Тм. Если интервал между моментами появления соседних импульсов меньше Тм,то второй импульс не регистрируется устройством, если т больше Гм то регистрируется. Вероятность того события, что интервал времени между импульсами меньше измеряемого мертвого времени Гм , с учетом (2), равна Тмт p(r)dT Пусть за промежуток времени t имеют N интервалов (ri , Г2 ,... rN). Частотой события Е в данной вь1борке (Г1 , Г2 ,... Гм). называют число NE значеНИ.Й Гк удовлетворяющих неравенству т.е. NE-ЧИСЛО зарегистрированных импульсов (число импульсов на выходе проверяемого устройства), а относительной частотой h{E} - отношение NE к объему выборки N (N - число импульсов на входе проверяемого устройства) ь/Ф С учетом (3) вероятность события Е равна р{Е} (5) Относительная частота h{E} есть несмещенная состоятельная оценка для вероятности h{E}, т.е. р-{Е} h{E},(6) тогда с учетом (4) и (5) из (6) получают p(E.l4 .Р) откуда получают оценку для Гм -п NE.-T.N-NE с w) N - . N Математическое ожидание и дисперсия оценки Гм равны соответственно М { Гм } Гм.(9) В {Гм } (1) при N-va (10) Из (9) и (10) видно, что полученная оценка Гм (8) является несмещенной состоятельной оценкой измеряемого параметра Гм Выражают в оценке (8) числа импульсов через средние частоты следования импульсов на входе и выходе проверяемого устройства за определенное время измерения, тогда окончательно имеют выражение для измеряемого мертвого времени 2 fex fsbix -тГмг I . По сравнению с известным способом в предлагаемом способе измерения и контроля мертвого времени устройств регистрации ионизирующего излучения интервалы вр мени между импульсами распределяют по равномерному закону в диапазоне значений от нуля до некоторого значения, большего измеряемого мертвого времени, при этом мертвое вре.мя определяют по формуле ТЕХ Твых -г , Гм1 I где fax - средняя частота импульсов входной последовательности; вых средняя частота импульсов выходной последовательности; Т- величина, обратная плотности вероятности распределения интервалов между импульсами,что позволяет повысить точность измерений, сократить время измерений, автоматизировать процесс измерения и контроля, так как не требуется многократная установка интервалов между импульсами и проверка по экрану осциллографа на выходе проверяемого устройства наличия регистрации второго задержанного импульса при каждом установленном значении интервала между импульсами. На фиг.1 представлено устройство, реализующее способ; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы работы устройства при различных значениях параметров; на фиг.4 - плотность вероятности распределения интервалов между импульсами. Подают на вход контролируемого устройства последовательность импульсов.

сформированную с помощью двух генераторов 1 и 2 с различными периодами следования импульсов и различными амплитудами и линейного сумматора 3, временные параметрь импульсов генераторов соответствуют реальным значениям, указанным в технических условиях на конкретное проверяемое устройство. Пусть Ti - период следования импульсов первого генератора, Т2 - период следования импульсов второго генератора, причем , тогда

AT Ti-T2.(12)

Значения Ti и Т2, используемые для вычислений, представляют собой числа со сравнительно небольшим количеством знако.в (не более 4-5). Количество необходимых знаков определяется точностью генераторов и требованиями к точности вычислений. В силу конечности числа знаков всегда существует цикл То, в котором TI и Т2 укладываются целое число раз. Если Ti и Т2 выражены дробными числами с г значащими цифрами после запятой, то для удобства изменяют масштаб времени и вводят целые числа

Ti Ti10(i 1,2).(13)

Обозначают общий наибольший делитель (ОНД) чисел Т i и Т2 через Тн, тогда

Т1 тТ„;Т2 пТн, (14)

где т, п - целые числа, и цикл с наименьшей длительностью в новом масштабе То определяется равенством

(15)

То - Т п Тн ,

Тн

причем всегда

Тн AT-(16)

где AT Ti-T2(17)

При целых TI равенства (14)-(17) остаются в силе, следует лишь отбросить штрихи. Выражают циклы через Тн, тогда

To mn,(18)

как при наличии, так и при отсутствии ОНД, отличного от единицы. Полученные в дальнейшем окончательные выводы в одинаковой степени справедливы для целых и дробных значений периодов. Опускают поэтому штрихи при обозначениях вре иенных характеристик.

Импульсы, подаваемые с обоих генераторов, образуют последов,ательность интервалов между моментами появления импульсов разной длительности. Расположение импульсов неизменно в каждом цикле.Поэтому для определения распределения интервалов достаточно рассмотреть один цикл. Не ограничивая общности, можно считать, что моменты появления первого учитываемого импульса обоих генераторов совпадают между собой и с началом рассматриваемого цикла. Приписывают

этому моменту значение текущего времени t, равное нулю. Число импульсов первого генератора в цикле, т.е. в интервале 0,То определяется величиной To:Ti, и равно п,

как следует из равенств (14) и (15). Аналогично число импульсов второго генератора в цикле равно т. Всего в цикле, учитывая совпадение первых импульсов обоих генераторов, число импульсов на входе, а также

число интервалов определяется равенством (фиг.2)

+ m-1,(19)

Определяют распределение интервалов, начав со случая, когда Тн 1. На фиг.2

рассмотрен цикл, состоящий из п 8 импульсов с периодом Т1 9ит п + импульсов с периодомТ2 8. Точка А входит в данный цикл, точка В - в следующий. Обозначают интервалы между появлением двух

соседних импульсов с периодом Ti через L, то же для Т2 - через М. При необходимости снабжают L и М индексами, указывающими на очередной номер интервала. Каждая сплошная вертикальная линия (кроме первой) представляет собой конец некоторого интервала U и начало очередного интервала Li+1. Каждая пунктирная линия относится к интервалам М. Римские цифры обозначают начало очередного интервала L, арабские начало интервала М. Интервалы между появлением импульсов с обоих генераторов обозначают К с соответствующими порядковыми номерами, В соответствии с равенством (19) общее число интервалов равно 16.

Номера интервалов (фиг,2) обведены кружками. Из рассмотрения фиг.2 следует, что при (величина Тн принята за единицу) и при любом п длительность интервалов К с четными номерами принимает один раз

значения всех целых чисел от единицы до п включительно, а с нечетными от п до единицы; в итоге число интервалов с длительностью от единицы до п равно двум.

Рассмотрим теперь случай, когда

AT К-Тн, где . На фиг.З показан цикл, состоящий из импульсов с периодом и импульсов с периодом . Все обозначения остаются такими же, как в предыдущем примере,

Граница любого интервала М не может

дважды занять одинаковые положениявнутри интервалов L Если это возможно, то

существуют такие целые положительные

числа a,b,f,g,c, что

aTi ЬТ2+С ) fTi аТ2+С J

где а п, f п , b m ; g m ; С г О и для определенности а f (тогда и ). Из этих равенств следует (a-f) Ti (b-g) Т2. Последнее равенство означает, что имеется цикл при (a-f) п и (b-g) m . Это невозможно, так как цикл осуществляется при множителях перед TI и Т2, равных h и m соответственно. Таким образом, m границ интервалов М, расположенных в цикле То, занимают разные положения относительно интервалов L Эти границы являются одновременно границами интервалов К. Отсюда из рассмотрения фиг.З следует, что длительности интервалов К два раза принимают значения всех целых чисел от единицы-до п-1, а всего таких интервалов 2(п-1). Что касается интервалов с длительностью п, то они определяются разностью между общим числом интервалов, определяемым равенством (19), и 2(п-1). В результате получают . VI -V2 ;.... Vn-i 2 ) Vn m - п (20) где vi - число интервалов длительности i. Эта формула справедлива и в описанном случае АТ Тн, для которого m п+1, откуда m - п + 1 2. Следовательно, формула (20) является общей при любом соотношении Ti и Т2. Применяя ее, следует помнить, что тип представляют собой значения Ti и Т2, выраженные в единицах последней значащей цифры и поделенной йосле этого на их ОНД. В относительных частотах появления интервалов распределение (20) имеет вид . - , vTH (m +n- 1)Тн Vn 2 4-(m -n- 1) VTH (m + n - 1)Тн .J Из (21) видно, что в области измеряемого параметра О распределение равномерное с плотностью -Ь Т2 - Тн пределение (21) отображено на фиг.4, где т- длительность интервала между началом соседних импульсов. Это распределение позволяет определять мертвое время на основе экспериментальных да иных о числе незарегистрированных импульсов. Поскольку наименьшее значение т равно Тн, то при зарегистрированы все импульсы. Если выбрать TI, Т2 так, что обеспечивается выполнение неравенства Тм Тн. то часть импульсов не будет зарегистрирована. Введем частоты f,Lf2 и рассмотрим частоту импульсов на выходе fsbix. Тогда доля незарегистрированных импульсов определяется неравенством fl+f2- Y- -fi fl+f2- V- I о (23) Величина fr- представляет собой целое число циклов за 1 с, в каждом цикле первый импульс от обоих генераторов засчитывается как один. Всего по этой причине, за 1 с не засчитывается ir- импульсов. Кроме того, при некотором значении -,- которое обозначают j, Тм - удовлетворяет условию jTH )Тн (24) Долю р можно выразить в виде , . Приравнивая (23) и (25), получают 1 f 1 + f2 - т - fsbix ; VI о/Г) c-i j-2 - . 1(26) fi-bf2- Y- и из (24) следует fl+f2- 4- -f, TH TM fl-bf2- T f 1 + f2 - J- - f, + 1 /TH, (26) fl+f2- f- Неравенство (26) указывает пределы, в которых лежит мертвое время. Определив Гм как среднее значение его границ, получают оценку Гг, fl+f2- -fBb,x-) °+4- Тн (27) f 1 + f2 - о Максимальная методическая погрешность этой оценки определяется равенством. Пример. Пусть TI 95,89 мкс, Т2 93,87 МКС. ВводятТ1 9589, Т2 9387. ОНД равен 1, откуда Тн 0,01 МКС. Разделив TI и Т2 на Тн, получают m 9589, п 9387. Общее число V интервалов между импульсами в цикле равно 18975 согласно (19). Из (20) следует что все интервалы с длительнос тью от Тн дс 9386 Тн встречаются два раза, а интерваль с длительностью 9387 Тн 203 раза. Распре деление длительностей интервалов межд

импульсами показано на фиг.4. Длительность цикла То определяется произведением nil (или тТ2) и равна в 0.900119 с, откуда

Ф-При установленных Ti и Т2 получено fewx 18389 c Из (22) следует fi 10429 с h 10653 с Подставив все полученные значения в формулы (27) и (28), получают Гм 12,120 МКС с методической погрешностью AM ± 0,005 МКС.

Расчет по формуле (1) дает Гм 12,115 МКС. П.ример показывает, что соответствующим выбором периодов генераторов методическую погрешность можно сделать сколь угодно малой.

Формула изобретения

Способ измерения и контроля мертвого времени устройств регистрации ионизирующего излучения, при котором на вход контролируемого устройства подают входную последовательность импульсов, а наего выходе регистрируют число импульсов выходной последовательности, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения и контроля мертвого времени, интервалы между импульсами во входнойпоследовательности импульсов распределяют по равномерному закону в диапазоне от нуля до значения, превышающего контролируемое мертвое время, измеряют среднюю частоту импульсов входной и выходной последовательностей и определяют мертвое время в соответствии с зависимостью

т- - ВХ fflblX

Т,

Тех

где Гм -.мертвое время контролируемого устройства;

fex - средняя частота импульсов входной последовательности;

fsbix - средняя частота импульсов выходной пос/1едоаательности

Т- величина, обратная плотности вероятности распределения интервалов между импульсами.

I 4,/х.

I

Фиг.1

Изобретение относится к области испытаний и контроля, в частности к измерению' и контролю мертвого времени канала измерения интенсивности ионизирующего излучения. Цедь изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения и контроля мертвого времени. В способе интервалы между импульсами распределяют по равномерному закону в диапазоне значений от нуля до значения, превышающего контролируемое мертвое время, при этом мертвое время определяют по формулеfax ~ febix -гГм =•feгде fax-средня Я частота импульсов входной последовательности; авых - средняя частота импульсов выходной последовательности; Т- величина, обратная плотности вероятности распределения инте1эвалов между импульсами. 4 ил.(Лс

Фи2.2

1,1

,ш-5

IV

III

/Г/у 2Гн ( Тн(-1)Тн (п-2}Гн(п-1)Т„пТн Т.

(93в70.01--33,д7}

Фиг.