Устройство для стабилизации коэффициента преобразования Советский патент 1990 года по МПК G01T1/40 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к сцинтилляционным детекторам, и может быть использовано для стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционногр детектора.

Известен стабилизатор коэффициента преобразования сцинтилляционйого спектрометра, который содержит контрольный источник гамма-излучения относительно излучения которого осуществляется стабилизация спектрометра. Импульсы с фотоэлектронного умножителя, соответствующие гамма-излучению, проходят через усилитель на два интегральных дискриминатора, выходы которых подключены к блоку сравнения. Сигнал рассогласования с блока сравнения поступает на регулирующий элемент, с помощью которого устанавливается напряжение питания на фотоэлектронном умножителе такое, чтобы отсутствовал сигнал рассогласования с блока сравнения. Недостатком этого устройства является низкая точность вследствие дополнительной погрешности стабилизации за счет нестабильнос ти коэффициента усиления усилителя и нестабипьнос ги порогов двух дискрими наторов. Известно устройство для регулирования чувствительности фотоэлектронного умножителя, содержащее усилител вход которого подключен к аноду фото электронного умножителя, а выход - к входу регулирующего элемента, который изменяет напряжение питания двух тактного преобразователя напряжения при изменении анодного тока. Вторичная обмотка преобразователя напряжения через выпрямитель подключена к делителю напряжения питания фотоэлек тронного умножителя. Недостатком это го устройства является то, что при включении напряжения питания устройства происходит перегрузка фотоэлект ронного умножителя вследствие того,, что в начальный момент времени сигнал обратной связи с анода отсутствует и поэтому на фотоэлектронный умножитель от преобразователя -напряжения подается максимальное напряжение. Кроме того, вследствие того, чт у.силитель работает на постоянном ток появляется дополнительная погрешност стабилизации за счет дрейфа нуля уси лителя. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для стабилизации коэффициента преобра зования сцинтилляционного детектора, содержащее фотоэлектронный умножитель, сигнал с которого через усилитель переменного тока поступает на выпрямитель (интегрирующая цепочка) и далее через диод на вход триггера Шмидта, к которому подключен также генератор экспоненциального напряжения. Выходной сигнал с триггера Шиидта через второй усили;гель и выходной каскад поступает на автотрансформатор, повышаю щая обмотка которого нагружена через схему удвоения напряжения на делитель напряжения питания фотрэлектрон ного умножителя. . Недостатком известного устройства является перегрузка фотоэлектронного умножителя при включении напряжения питания вследствие того, что напряжение питания на фотоэлектронном умножителе устанавливается практически, сразу до максимального значения,а сигнал обратной связи задерживается вследствие заряда интегрирующей емкости выпрямителя, а также вследствие экспоненциальной (резко нелинейно) зависимости коэффициента усиления фотоэлектронного умножителя от напряжения питания. Кроме того, напряжение питания фотоэлектронного умножителя имеет значительную пульсацию вследствие того, что второй усилитель и выходной каскад работают в ключевом режиме. Стабилизация коэффициента преобразованния ухудшается также из-за нестабильности коэффициента усиления переменного тока и выпрямителя, которые стоят до диода сравнения (блока сравнения). Дополнительным недостатком является нестабильность, обусловленная нестабильностью напряжения питания генератора импульсов, что приводит к нестабильности амплитуды его- выходных импульсов и следовательно напряжения питания фотоэлектронного умножителя. Целью изобретения является защита фотоэлектронного умножителя от перегрузки при включении напряжения питания и увеличение точности стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора, содержащее контрольный источник излучения, сцинтиллятор, з ножитель, который подключен через делитель напряжения к высоковольтному выпрямителю, триггер ИЫидта, усилитель переменного напряжения, интегрирующую цепочку и блок сравнения введены интегратор, клрч, источник опорного напряжения, регулирующий элемент, преобразователь напряжения и детектор, причем выход фотоэлектронного умножителя через блок сравнения и интегратор подключен к первому входу ключа, выход которого через усилитель соединен с первым входом триггера ПЬшдта, выход триггера Шмидта через интегрирующую цепочку подключен к входу ре улирующего элемента, выход которого соедиг нен с входом преобразователя напряжения, один выход которого соединен 7 с высоковольтным выпрямителем, а дру гой - через детектор с вторыми входами триггера 11 мидта и ключа, выход источника опорного напряжения подклю .чен к второму входу блока сравнения. .На чертеже представлена блок-схема, описываемого устройства. Устройство для стабилизадии коэффициента преобразования сцинтиллядионного детектора содержит контрольный источдик 1 излучения, облучающий ,сцинтиллятор 2, находящийся в оп тическом контакте с фотоэлектронным множителем 3,. выход, которого через интегратор 4 подключен к блоку 5 сра нения, выход которого через ключ 6 и усилитель 7 соединен с входом тригге ра. 8 Шмидта. Вкход триггера 8 Шидта через интегрирующую цепочку 9 соединен с управляющим в.ходом регулирующего элемента 10, через который на преобразователь . 11 напряжения поступает напряжение питания. С одного из выходов преобразователя 11 напряжени:я напряжение через высоковольтный выпрямитель 12 поступает на делитель 13 напряжения, обеспечивающий питание фотоэлектронного умножителя 3. Другой выход, преобразователя 11 напряжения соединен через детектор 14 с зпправляющнм входом ключа 6 и триггера 8 Шмидта. Источник 15 опорного напряжения подсоединен к второму вхо ду блока 5 сравнения. Напряжение питания устройства подается на триггер 8 Шмидта, усилитель 7, ключ 6, блок . 5 сравнен11я, источник 15 опорного напряжения и регулирующий элемент 10 Устройство работает следующим образом.. , При включении устройства на преобразователь 11 напряжения через регулирзшпрй элемент 10 поступает начальное напряжение минимальное по величине и соответствующее нулевому напряжению на выходе интегрирующей цепочки 9. Преобразователь 11 напря-;-жения может представлять собой двухтактный преобразователь постоянного напряжения в переменное с трансформаторной связью. Преобразователь 11 напряжения запускается, и на .делитель 13 напряжения поступает напряжение питания фотоэлектронного умножителя 3 через высоковольтньй выпрямитель 12. Одновременно с выхода преобразователя 11 наттряжения снимается меандр напряжения, который .с помощью детектора 14 преобразуется в последовательность униполярных импульсов, которые периодически с частотой преобразователя напряжения 11 закрывают синхронно ключ 6 и триггер Шмидта 8. Величина начального напряжения питания фотоэлектронного умножителя выбирается заведомо ниже номинальной (как правило в 1,5-2 раза), поэтому в начальный момент после подачи напряжения питания напряжение на выходе фотоэлектронного умножителя от контрольного источника излучения отсутствует, в то время как источник 15 опорного напряжения, соединенный с входом блока 5 сравнения, . уже работает. На выходе блока 5 сравнения появляется напряжение, пропорциональное разности опорного напряжения от источника 15 и напряжения на выходе фотоэлектронного умножителя 3 и превьпиающее напряжение в установившемся, режиме в (10 -10 ) раз. Выходное напряжение блока 5 сравнения модулируется ключом, выходные импульсы с которого усиливаются усилителем 7 переменного напряжения и поступают на вход, триггера Шмидта 8 в виде переменного напряжения. При превьппении входным напряжением порога срабатывания- триггер ПЫидта 8 переходит в открытое состояние на время, в течение KoTopoi o входное напряжение превьшает его порог срабатьшания. При срабатывании триггера Шмидта его выходной, ток поступает на интегриругющую цепочку 9, что гфиводит к увеличению напряжения на управляющем входе регулирующего элемента 10 и соответственно к увеличению напряжения на преобразователе напряжения 11 и на делителе напряжения 13. По мере увеличения напряжения . тания на фотоэлектронном умножителе 3 увеличивается го выходнойток от излучения контрольного источника 1, облучающего сцинтиллятор 2, и уменьшается выходное напряжение с блока 5 сравнения, что приводит к уменьшению длитеа1ьности Импульсов, вырабатываемых триггером Шидта, и установлению напряжения питания фотоэлектронного у шожителя. Интегратор 4 служит ля снижения флуктуации выходного напряжения фотоэлектронного умножитея, обусловленной статистическим (случайным) характером взаимодействия ионизирзгющего излучения контролького источника 1 и веществом сцйнтил лятора 2. С другой, стороны, при воздействии на сцинтиллятор 2 импульса ионизирующего излучения на фоне излучения контрольного источника, сигнал на выходе фотоэлектронного умножителя 3 .увеличивается, что вызывает изменение полярности сигнала на выходе блока 5 сравнения и соответству ющий переворот фазы переменного напряжения на 180° на выходе усилителя 7 . В этом случае срабатывание тригге ра Имидта 8 исключается с помощью импульсов, поступающих на его вход с детектора 14 и закрывающих триггер Шидта 8. Вследствие этого напряжение на интегрирующей цепочке 9 и делителе напряжения 13, уменьшается, что приводит к уменьшенрво напряжения на выходе фотоэлектронного умножителя 3 и иcкJЛoчaeт его перегрузку от из.лучения; После окончания импульса излучения процесс установления напряжения питания на -фотоэлектронном умноясителе протекает аналогично процессу при включении напряжения питания устройства. Для обеспечения устойчивой работы устройства и уменьшения пульсации выходного напряжения необходимо увеличить постоянную времени интегрирующей цепочки 9. Пульсация выходного напряжения уменьшится, если усилител 7 имеет коррекцию в области низких частот, при которрй прямоугольный импульс на выходе ключа 6 преобразуется на выходе, усилителя в импульс с наклонной вершиной. В этом триггер ВЬдадта 8 будет срабатывать при каждом импульсе -усилителя 7 при этом длительность открытого состояния триггера Щмидта 8 будет изменять ся в зависимости от амплитуды входного напряжения.. Благодаря тому, что интегрирз/ющая цепочка 9 стоит после блока 5 сравнения, параметры этой цепочки не влияют .на погрешность стабилизации коэффициента преобразования, что позволяет увеличить постоянную интегрирования, например, путем увеличения емкости конденсатора интегрирующей це-i почки 9 до десяти секунд. С другой стороны, при .заданной величине выходного тока триггера 8 увеличение емкости в интегрирующей цепочке 9 приводит к снижению пульсации выход . ного напряжения и крутизны его нарастания при включении питания, что снижает перегрузку фотоэ:г1ектронного умножителя при включении питания. Так экспериментальные исследования устройства показывают, что при включении питания максимальное напряжение (выброс) на фотоэлектронном умножителе превышает установившееся значение не более, (1-2%), а пульсация выходного тока фотоэлектронногр умножителя не превышает 0,1% (что соответствует пульсации напряжения пи- . тания фотоэлектронного умножителя не более 0,01%). Таким образом, регулировка напряжений питания фотоэлектронного умножителя осуществляется непрерывно и исключена составляющая погрешности, обусловленная дрейфом . нуля, котсзрый существует в усилителях постоянного тока, Благодаря тому, что на блок сравнения приходит сигнал непосредственно с фотоэлектронногб умножителя (отсутств5тот про-межуточные усилители) стабильность работы устройства определяется стабильностью блока сравнения и практически не зависит от влияния внешних условий (напряжение питания, температура, излучение и т.д.)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЩИ ^ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СЦИНТИЛ-ЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА содержащее контрольный источник излучения, сцинтил- лятор, фотоэлектронный умножитель, который подключен через делитель напряжения к высоковольтному выпр5|мите:- лю, триггер Шмидта, усилитель переменного напряжения, интегрирующую це- 'почку и блок сравнения, о т л и ч а- ю щ е ее я тем, что, с целью защиты фотоэлектронного у1-1ножителя от перегрузки и повышения точности стабилизации коэффициента преобразования, в него введены интегратор, ключ, источник опорного напряжения, регулирующий элемент, преобразователь напряжения и детектор, причем выход фотоэлектронного умножителя через интегратор и блок сравнения подключен к первому входу ключа, выход которого через усилитель соединен с первым входом триггера ПЫвдта, выход триггера Шмидта через интегрирующую цепочку подключен к В1СОДУ регулирующего элемента, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения, один выход которого соединен с высоковольтным выпрямителем, а другой - через детектор с вторыми входами триггера Шмидта и ключа, выход источи- ника опорного напряжения подключён к второму входу блока сравнения.г(Л