Линейный спектрометрический усилитель Советский патент 1980 года по МПК G01T1/36 

Ни соединенные схему диффер-енцирования на линии задержки, изодромный интегратор и восстановитель постоянной составляюш,ей.

Известный снектрометрический усилитель обладает более высокими измерительными характеристиками, но имеет недостаток, связанный с появлением снектрометрических импульсов увеличенной длительности.

Целью изобретения является повышение точности спектрометрических измерений в условиях широкого спектра энергий квантов ионизирующего излучения и в условиях высокой интенсивности репистрацпи событий при использовании различных типов блоков детектирования в ППД путем устранения сдвига базового уровня, обусловл.енного неидеальностью изодролшого интегратора и восстановителя постоянной составляющей.

Поставленная цель доспигается тем, что в устройство введены линейный пропускатель, блок компараторов-индикаторов перегрузки, блок компараторов-измерителей длительности и логическая схема управления, причем аналоговый вход линейного пропускателя соединен с выходом буферного усилителя, а выход - со входом схемы дифференцирования на линии задержки, а его вход управления соединен с выходом трехвходовой логической схемы управления, к двум входам которой подключены блоки компараторов-индикаторов перегрузки и блок компараторов-измерителей длительности, входы которых соединены с выходом буферного усилителя и восстановителя постоянной составляющей, а третий вход логической схемы управления соединен с устройством внешнего управления.

На фиг. 1 представлена схема описываемого линейного спектрометрического усилителя; на фиг. 2 - эпюры сигналов в указанных точках схемы.

Устройство содержит укорачивающую цепь 1 с компенсацией полюса нулем, буферный усилитель 2, линейный пропускатель 3, схему 4 дифференцирования на линии задержки, изодромный интегратор 5, восстановитель 6 постоянной составляющей, блок 7 компараторов-индикаторов перегрузки, логическую схему 8 управления и блок 9 л омпараторов-измерителей длительности.

Устройство работает следующим образом.

На входе линейного сиектро.метрического усилителя размещена укорачивающая цепь / с компенсацией полюса нулем, которая служит для получения однополярного экспоненциального импульса незав1исимо от постоянной спада спектрометрического импульса на выходе используемого блока деI ектпрованйя, а также для уменьшения динамического сдвига постоянного уровня.

обусловленного многократными наложениями статически распределенных во времени экспоненциальных спектрометрических сигналов блока детектирования. Уменьшение динамического сдвига постоянного уровня, достигаемое благодаря уменьшению постоянной спада спектрометрических импульсов, позволяет все усиление сосредоточить в буферном усилителе 2, тем самым

уменьшить уровень собственного шума, приведенного ко входу усилителя, так как в этом случае дифференцирующим и интегрируюш.им фильтрами производится фильтрация шумов максимального числа .усилительных секций.

К выходу буферного усилителя подключены входы нормально открытого линейного лропускателя и блока 7 компараторовиндикаторов перегрузки. В блоке компараторов-индикаторов перегрузки раз.мещены компаратор импульсов рабочей полярности н компаратор импульсов обратной полярности. При этом уровень порога компараторов импульсов рабочей полярности установлен несколько ниже уровня ограничения по выходу буферного усилителя. Уровень порога компаратора импульсов обратной полярности установлен значительно ниже, по несколько выше уровня щумовых сигналов на выходе буферного усилителя. Логическая схема управления выполняет функцию ИЛИ по отношению к сигналам, поступающим с выхода блока компараторовиндикаторов перегрузки, т. е. закрывает

линейпый пропускатель 3 на время, в течение которого действует сигнал с выхода одпого из компараторов-индикаторов перегрузки. Схема 4 дифференцирования на основе линии задержки осуществляет дифференцирование спектрометрического импульса и одновременно обеспечивает развязывание по постоянному току выхода линейного пропускателя и входа изодромного интегратора 5. Изодромный интегратор служит для получения на его выходе прямо тольных спектрометрических импульсов с пренебрежимо малым сколом вершины и выбросом противоположной полярности. Это достигается благодаря

тому, что всякий изодромный интегратор способен передавать крутые перепады сигнала па входе и интегрирует с большой постоянной-времени пологие части входного импульса. Величина скола вершины импульса на выходе интегратора и амплитуда выброса противоположной полярности прямо пропорциональны постоянной дифферепцпрования на линии задержки и обратно пропорциональны постоянной времени

интегрирования. Восстановитель 6 постоянной составляющей служит для укорачивания выброса противоположной полярности выходного импульса изодромного интегратора, а также обеспечивает развязывание по

постоянному току выхода изодромного интегратора и входа последующего фильтра низких частот. К выходу восстановителя постояниой составляющей подсоединен вход блока 9 компараторов-измерителей длительности выходного сигнала схемы восстановителя постоянной составляющей. Блок компараторов-измерителей длительности с 1гналов содержит компаратор импульсов рабочей полярности и компаратор импульсов обратной полярпости. Величины их порогов установлены равными величинам порогов срабатывания ВПС, либо несколько ниже. Длительность выходного сигнала блока компараторов-измерителей длительности равна в этом случае времени нахождения ВПС в СОСТОЯНИИ с большой постоянной дифференцирования, т. е. длительности спектрометрических импульсов на выходе ВПС по уровню установленных порогов ВПС.

Логическая схема 8 управления при поступлении сигнала с выхода блока компараторов-измерителей длительности производит измерение длительности этого сигнала и в случае, если последняя превышает установленную величину, вырабатывает на своем выходе импульс, закрываюший линейный пропускатель 3. Сигнал управления пропускателя длится до тех пор, пока не прекращается выходной импульс блока компараторов-измерителей длительности.

При поступлении на вход усилителя в момент перегружающего импульса на выходе буферного усилителя (точка 10) возникает импульс с плоской вершиной, амплитуда которого превышает верхний пороговый уровень блока жомпараторов-пндикаторов перегрузки во временном интервале t,-/2. Сигнал с выхода блока 7 (точка //) запускает логическую схему управления 8, выходной импульс которой (точка 12} закрывает линейный пропускатель в интервале времени /i-t. Этим достигается исключение из импульса плоской части. Импульс на выходе линейного пропускателя (точка /5) начинающийся в момент времени t нмеет экспоненциальный спад п амплитуду, определяемую величиной верхнего порогового уровня блока компараторов-индикаторов перегрузки. После формирования на дифференцирующей линяй задержки (точка 14) и на изодромном интеграторе импульс прямоугольной формы (точка 15) имеет длительность Аг , равную длительности задержки и, вследствие этого, пренебрежимо малый скол вершины и выброс обратной полярности. Па выходе восстановителя постоянной составляющей в интервале времени /2-4 позволяется прямоугольный сигнал также с пренебрежимо малым выбросом обратной поляростп. При этом амплитудная информация сформированного в линейном спектрометрическом усилителе неперегружающего сигнала, который поступает на вход в момент времени /4, оказывается неискаженной из-за присутствия перегружающего сигнала.

При использовании блока детектирования с импульсной оптосвязью на выходе

зарядочувствитсльного предусилителя формируется пилообразное линейно изменяющееся напряжение, участок с наибольшей крутизной которого является нерабочим. Изменение напрял.ения на нерабочем участке составляет единицы вольт при длительности 3 несколько микросекунд, что вызывает значительную перегрузку линейного спектрометрического усилителя. Иреобразованное дифференцирующими цепями усилителя пилообразное напряжение, участок с повышенной крутизной которого начинается в момент времени te, имеет в точке 10 форму и полярность, представленную на временной диаграмме UK,, Парастание и

спад описывается экспоненциальной зависимостью с постоянной времени, равной постоянной времени полюса укорачивающей цепи с компенсацией полюса нулем. Этот и.мпульс в течение интервала времени

превышает (по абсолютной величине) нижний пороговый уровень блока компараторов-индикаторов перегрузки, что вызывает появление в точке /) импульса в течение интервала времени //-ta, который поступает на логическую схему управления. Кроме того, на внешний вход управления логической схемы поступает в момент времени /6 управляющий сигнал с предварительного усилителя блока детектирования с

оптосвязью. Длительность его Ai /s-f& равна длительности нерабочего участка пилообразного напряжения. С выхода логической схемы управления (точка 12) на вход управления линейным Пропускателем

поступает сигнал, в течение интервала времени . закрываюший линейный пропускатель. В результате этого в точке 13 в момент времени fn появляется экспоненциальный стгнал с амплитудой, соотвётствующей величине нижнего порогового уровня блока компараторов-индикаторов перегрузки. Сформированный последующими узлами линейного усилителя сигнал имеет пренебрежимо малый выброс, что не вызывает искажения амплитудной информации последующих регистрируемых импульсов.

При больших частотах следовапия сигналов, статически распределенных во времени, возникают многократные наложения неперегружающих импульсов.

Изложенные неперегружающие сигналы сбризу от групповой импульс, поступающий

г;а сход лпнейного Г1ропускат:ля (точка iO) в юмент времени гц. Cфop чIpoвaнный элементами 4, 5. 6 линейного усилителя сигнал (точка 16} поступает на вход блока 9 компараторов-измерителей длительности, выходной импзльс которого начинается

в момент времени (ц- ( 17). Пусть длительность импульса в точке 17, определяеемая длительностью группового импульса в точке 16, Превышает максимально допустимую длительность сигнала в точке 16 и равную Дг- /12-ti - Максимально допустимая длительность устанавливается из условия непревышения величиной скола вершины надпороговой части сигнала в точке 16 (и, следовательно, величиной образуюш,егося при этом выброса) величины порога восстановителя постоянной составляюшей. На выходе логич:еской схемы управления в момент времени tiz появляется сигнал, блокируюш,ий линейный пропускатель на интервал времени . тем самым ограничивается длительность группового импульса. Длительность импульса M , выбирается из условия полного восстановления (момент вр.емени tn до стандартного значения потенциала базовой линии в точке 16, чем исключаются искажения амплитудной информации последуюпдих неперегружаюших сигналов.

Таким образом, устранение сдвига базовой линии, а тем самым повышение точности спектрометрических измерений в условиях широкого спектра энергий квантов ионизирующего излучения и в условиях высокой интенсивности регистрации событий при использовании различных типов блоков детектирования с ППД, достигается принудительным сокрашением длительностей импульсов на входе цепи: схема дифференцирования на линии задержки - изодромный интегратор-восстановитель постоянной составляющей до величины, при которой выброс противоположной полярности на выходе восстановителя постоянной составляюш,ей не превышает его порогов срабатывания.

Фо|рмула изобретения

Линейный спектрометрический усилитель, содержащий последовательно соединенные укорачивающую цепь п буферный усилитель, а также последовательно соединенные схему дифференцирования на

линии задержки, изодромный интегратор и восстановитель постоянной составляющей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности спектрометрических измерений, в н€го введены линейный пропускатель, блок компараторов-индикаторов перегрузки, блок компараторов-измерителей длительности и логическая схема управления, причем аналоговый вход линейного пропускателя соединен с выходом буферного усилителя, а выход - со входом схемы дифференцирования на линии задержки, а его вход управления соединен с выходом трехвходовой логической схемы управления, к двум входам которой подключены блоки компараторов-индикаторов перегрузки и блок компараторов-измерителей длительности, входы которых соединены с выходом буферного усилителя и восстановителя постоянной составляющей, а третий вход логической схемы управления соединен с устройством внещнего управления.

/

г/

. 2

т t S -S