Скважинный гамма-спектрометр

 

1. СКВАЖИННЫЙ ГАММА-СПЕКТт РОМЕТР, содержащий два детектора pajD(Ho активно го излучения, соединенных через устройство формирования раэнополярных импуЛьсов, кабель связи и разделительный конденсатор с незаземленным выводом согласующего резистора и с инвертирующим входом усилителя, выход которого подключен к входу устройства разделения разнополярных Импульсов, выходы которого соединены с входами первого и второго регулируемых усилителей, аналогоцифровой преобразователь, выходы которого подключены к входам устройства задан.ия цифровых амплитудных OKOHi блок обработки информации, два реперных выхода которого подключены к входам управления первого и второго регулируемых усилителей, а информационные выходы соединены с входами регистратораJ отличающийс я те, что, с целью повьщгения точности измерений и упрощения устройства, он дополнительно содержит устройство привязки нулевого уровня. S Е утш 1 ., -... ,Л. 2, ;| суммирующий усилитель, первый и вто-, рой чувствительные дискриминаторы, элемент ИЛИ и устройство пропускания , причем выход усилителя соединен с его неинвертирующим входом через устройство привязки нулевого уровня, выходы первого и второго регулируемьк усилителей подключены к первому и второму входам суммирующего усилителя и к входам первого и второго чувствительных дискриминаторов, соответственно , выходы которых соединены с входами управления устройства пропускания и через элемент ИЛИ подключены к входу управления устройствам привязки нулевого уровня, выход -суммирующего усилителя подключен к (Л входу аналого-цифрового преобразователя , а выходы устройства задания цифровых амплитудных окон через устройетво пропускания соединены с входами блока обработки информации.. 2. Устройство .по п. 1, о т л и чающееся тем, что устройство привязки нулевого уровня содержит 00 первый и второй согласующие резисторы , линию задержки, первый и второй диоды, управляемый нормально замкнуСП тьй однополюсный ключ, операционный усилитель и конденсатор, причем вход ,устройства привязки нулевого уровня череэ первый согласующий резистор, линию задержки и второй согласующий резистор соединен с анодом первого и катодом второго диодов, при зтом катод первого и анод второго диодов заземлены, и с входом управляемого однополюсного ключа, выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинверти

СОЮЗ СОВЕТСКИХ. сОциХлистичесних

РЕСПУБЛИК (5g 4 С 01 Ч 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ОО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

I (21) 3513978/18-25 (22) 23 ° 11.82 (46). 15.05.89. Бюл. II! 18 (71) Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (72) О.П.Бухало, З.В.Дмитриев, В.К.Еременко, Е.И.Ролик, P.Ô.Ôåäîров и А.А.Старинский (53) 550.835(088.8) (56) Брагин А.А. и др. Скважинный гамма-спектрометр СГСЛ-2. - Сб. Геофизическая аппаратура. Вып. 56, 1974, с. 76-80.

Патент QIIA У 3959648, кл. С .01 Ч 5/00, опублик. 1976. (54)(57) 1. СКВАЖИННцй ГАИМА-СПККт-.

Р01ИТР1 содержащий два детектора радиоактивного излучения, соединенных через устройство формирования разнополярных импульсов, кабель связи и разделительный конденсатор с незаземленным выводом согласующего резистора и с инвертирующйм входом усилителя, выход которого подключен .к входу устройства разделения разнополярных импульсов, выходы которого. соединены с,входами первого и второ- . го регулируемых усилителей, аналогоцифровой преобразователь, выходы которого подключены к входам устройства задания цифровых амплитудных окон, блок обработки информации, два реперных выхода которого подключены к входам управления первого и второго регулируемых усилителей, а информационные выходы соединены с входами регистратора, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью повьппения точности измерений и упрощения уст- . ройства, он дополнительно содержит устройство привязки нулевого уровня, 4

„SU„„1082154 A

2 1

-ауммиРующий усилитель, первый и вто-. рой чувствительные дискриминаторы, элемент ИЛИ и устройство пропускания, причем выход усилителя соединен . с его неинвертирующим входом через устройство привязки нулевого уровня, выходы первого и второго регулируемых усилителей подключены к первому и второму входам суммирующего усилителя и к входам первого и второго чувствительных дискриминаторов, соответственно, выходы которых соединены с входами управления устройства пропускания и через элемент ИЛИ подключены к входу управления устройст.вам привязки нулевого уровня, выход суммирующего усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, а выходы устройства задания цифровых. амплитудных окон через уст ройство пропускания соединены с входами блока обработки информации..

°

2 ° устройство по и е 1 р о т л и ч а ю щ е е с я тем, что устройство привязки. нулевого уровня содержит первый и второй согласующие резисторы, линию задержки, первый и второй диоды, управляемый нормально замкнутый однополюсный ключ, операционный усилитель и конденсатор, причем вход ,устройства привязки нулевого уровня через первый, согласующий резистор, линию задержки и второй согласующий резистор соединен с анодом первого и катодом второго диодов, при этом катод первого и анод второго диодов заземлены, и с входом управляемого однополюсного ключа, выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинверти1082154 рующий вход которого заземлен, а вы-, I ход является выходом устройства привязки нулевого уровня и через конденсатор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, вход управления устройства привязки нулевого уровня подключен к входу управления нормально замкнутого однополюс ного ключа.

Изобретение относится к приборам для измерения ионизирующих излучений и может бь)ть использовано для поиска, разведки и оценки полезных ископаемых в естественном, залегании методами ядерной геофизики.

Известен скважинный гамма-спектрометр, содержащий последовательно соединенные детектор ядерных излучений, формирующую схему, кабель связи, регулируемый усилитель, выход которого через параллельно включенные первый и второй дифференциальные каналы и интегральный канал соединен с входами блока обработки информации, а через канал регулирования - с входом управления коэффициентом усиления регулируемого усилителя.

Недостатком этого устройства является невозможность организации передачи и измерения спектральной, информации от двух датчиков радиоактивного излучения, что снижает функциональные возможности устройства.

Наиболее близким к изобретению является екважинный гамма-спектрометр, содержащий два детектора радиоактивного излучения, соединенных через устройство формирования разнополярных импульсов, кабель связи и разделительный конденсатор с неэаземленным выводом согласующего резистора и, с инвертирующим входом усилителя, выход которого подключен к входу устройства разделения разнополярных импульсов, выходы которого соедине- ны с входами первого и второго регулируемых усилителей, аналого-цифро- вой преобразователь, выходы которого

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что устройство пропускания содержит одновибраторы и распределитель, причем входы устройства пропускания через одновибраторы соединены с его выходами, а входы запрета одновибраторов через распределитель подключены к первому и второму входам управления устройства пропускания. подключены к входам устройства задания цифровых амплитудных окон, и блок обработки информации, два реперных выхода которого подключены к входам управления первого и второго регулируемых усилителей, а информационные выходы соединены с входами регистратора.

Недо статком этого устройства является низкая точность измерений, связанная с флуктуацией нулевого уровня на входе устройства разделения разнополярных импульсов, что приводит к аддитивной погрешности измерения спектрального распределе.ния исследуемых излучений. Кроме того, оно содержит два параллельно работающих устройства обработки сигналов, в том числе два амплитудных дискриминатора, что усложняет устройство в.целом и не является оправданным, поскольку два импульса, при- надлежащих различным детекторам, не .могут появиться одновременно. Наличие двух параллельно включенных амплитудных дискриминаторов вносит дополнительную погрешность вследствие ,.неидентичности их характеристик.

Цель изобретения — повышение точности измерения и упрощение устройства.

Это достигается тем, что предлагаемый скважинный гамма-спектрометр дополнительно содержит устройство привязки нулевого уровня, суммирующий усилитель, первый и второй чувствительные дискриминаторы, элемент

ИЛИ и устройство пропускания, причем выход усилителя соединен с его неинвертирующим входом через устройство

5 1 привязки нулевого уровня, выходы первого и второго регулируемых усилителей подключены к первому и второму входам суммирующего усилителя и к входам первого и второго чувствительных дискриминаторов, соответственно, выходы которых соединены c. входами управления устройства пропускания и через элемент ИЛИ подключены к входу управления устройства привязки нулевого уровня, выход суммирующего усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, а выходы устройства задания цифровых амплитудных окон через устройство пропускания соединены с входами блока обработки информации.

Кроме того, устройство привязки нулевого уровня содержит первый и второй согласующие резисторы, линию задержки, первый и второй диоды, управляемый нормально замкнутый однополюсный ключ, операционный усилитель и конденсатор, причем вход уст, ройства привязки нулевого уровня через первый согласующий резистор, линию задержки и второй согласующий резистор соединен с анодом первого и катодом второго диодов, при этом катод первого и анод второго диодов заземлены, и с входом управляемого однополюсного ключа, выход которого подключен к инвертирующему входу one рационного усилителя, неинвертнрующий вход которого заземлен,,а выход является выходом устройства привязки нулевого уровня и через конденсатор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, вход управления устройства привязки нулевого уровня подключен к входу управления нормально замкнутого однополюсного ключа.

Кроме того, устройство пропускания содержит одновибраторы и распределитель, причем входы устройства пропускания через одновибраторы соединены с его выходами, а входы запрета одновибраторов через распределитель подключены к первому и второму входам управления устройства пропускания..

На фиг. 1 дана функциональная схема скважиннбго гамма"спектрометра; на фиг. 2.- схема устройства привязки нулевого уровня; на фиг. 3функциональная схема устройства пропускания. Зачерненными стрелками по082154 казаны соединения отдельных выводов устройства, а незачерненными — группы выводо в, Устройство содержит скважинный прибор 1, состоящий из детекторов 2 и 3 радио активно го излучения .и ус тройства 4 формирования раэнополярных импульсов, кабель 5 связи, разделительный конденсатор 6, согласующий . резистор 7, усилитель 8, устройство

9 привязки нулевого уровня, устройство 10 разделения раэнополярных импульсов, первый 11 и второй 12 регулируемые усилители, суммирующий усилйтель 13, элемент ИЛИ 14, первый 15 и второй 16 чувствительные дискриминаторы, регистратор 17, блок 18 обработки информации, уст2р ройство 19 пропускания, устройство

20 задания цифровых амплитудных окон, аналого-цифровой преобразователь 21.

Устройство 9 привязки нулевого

2б уровня содержит вход 22 управления, выходную 23 и входную 24 клеммы, первый согласующий резистор 25, линию 26 задержки, второй согласующий регистор 27, первый 28 и второй 29

30 диоды, управляемый нормально замкнутый однополюсный ключ 30, конденса..тор 31, операционный усилитель 32.

Устройство 19 пропускаиия содержит первый 33 и второй 34 входы уп35 равления распределитель 35 одноt Э вибраторы 36-1...36-S., входы 371...37-$ и выходы 38-1...38-$.

Выходы детекторов 2 и 3 радиоактивного излучения через устройство 4

4р формирования разнополярных импульсов, кабель 5 связи и разделительный конденсатор 6 подключены к первому вхо-. ду усилителя 8 и через согласующий г резистор 7 — к шине "земля". Выход усилителя 8 соединен с входом устройства 10 разделения раэнополярных импульсов и через устройство 9 привязки нулевого уровня — с вторым входом усилителя 8. Выходы устройства разделения раэнополярных импуль-.. сов 10 через первый 11 и второй 12 регулируемые усилители подключены к входам суммирующего усилителя 13, выход которого через аналого-цифро55 вой преобразователь 21, устройство

20 задания цифровых амплитудных окон,, устройство 19 пропускания и блок 18 обработки информации подключен к. входам регистратора )7, Два отцель-.

1082154 ных выхода блока 18 обработки инфор-, мации соединены с входами управления:

1 первого 11 и второго 12 регулируемых усилителей, а их входы подключены к входам первого 15 и второго 16 чувствительных дискриминаторов, вйходы которых соединены с входами управления устройства 19 пропускания и с входами элемента ИЛИ 14, выход которого подключен к входу управления устройства 9 привязки нулевого уровня е

Клемма 24 устройства 9 привязки нулевого уровня через первый согласующий резистор 25, линию 26 задержки и, второй согласующий резистор 27 соединен с анодом диода 28 и катодом диода 29, при этом катод и анод диодов 28 и 29 соответственно заземлены, и с входом однополюсного управляемого нормально замкнутого ключа

30, выход которого подключен к пер-. вому входу операционного усилителя

32, второй вход которого эаэемлен, а выход является выходом устройства

9 привязки нулевого уровня, и через

-конденсатор 31 соединен с первым входом операционного усилителя 32.

Входы 37-1...37-S устройства 19 пропускания через одновибраторы

36-1. ..36-S соединены с его выходами 38-1...38-S, соответственно, а выходы запрета .одновибраторов 361...36-S через распределитель 35 подключены к первому 33 и второму 34 вхбдам управления устройства 19 пропускания;

Устройство работает следующим образом.

Импульсы с выхода детекторов 2 и 3 радиоактивного излучения поступают на вход устройства 4 формирования разнополярных импульсов, которое осуществляет расширение и передачу импульсов детекторов 2 и 3 в кабель

5 связи таким. образом, что импульсы, принадлежащие различным детекторам, имеют различную полярность и не мо" гут появиться на выходе устройства формирования разнополярных .импульсов одновременно.

С выхода кабеля 5 связи разнополярные:импульсы напряжения через . разделительный конденсатор 6 поступают на согласующий резистор 7 и да-. лее на иивертирующий вход усилителя.8.

Усилитель 8 обхвачен отрицательной обратной связью через устройство 9 привязки нулевого уровня, кото5 рое включается при отсутствии входного импульса усилителя 8 и выключается при его наличии. При этом осуществляется компенсация смещения ну-, левого уровня на выходе усилителя 8, 1р которое возникает за счет перезаряда разделительного конденсатора 6.

Усиленные импульсы напряжения поступают на вход устройства 10 разделения равнополярных импульсов, вы15 полненного, например, так, как это описано в прототипе. При этом на выходах устройства 10 возникают:импульсы напряжения одинаковой полярности, причем на первом выходе появ" ляются импульсы, соответствующие первому детектору 2, а на втором— соответствующие второму детектору 3.

Импульсы с первого и второго вы ходов устройства 10 разделения раз25 нополярных импульсов поступают на входы первого 11 и второго 12 регулируемых усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, служащих для целей автоматической стабилизации

30 энергетической шкалы. Выходные импульсы регулируемых усилителей ll и 12 подаются.на входы суммирующего усилителя 13, на выходе которого возникают импульсы одинаковой полярности вне зависимости от того, какому детектору принадлежит данный импульс.

Кроме того, выходные импульсы регулируемых усилителей 11 и 12 посту4О пают на входы чувствительных дискриминаторов 15 и 16 соответственно, При воздействии импульса на вход любого из чувствительных дискриминаторов 15 и 16 на его выходе появляется нормализованный по амплитуде импульс, длительность которого равна длительности входного импульса, Выходные импульсы дискриминаторов 15 и 16 яв" ляются признаком принадлежности вы50 ходкого импульса суммирующего усилителя 13 первому 2 или второму 3 детектору радиоактивного излучения и управляют работой устройства пропускания. Поступая, кроме того, через

55 элемент ИЛИ 14* на вход управления устройстца 9 привязкй -нулевого уровня, эти же импульсы выключают устройство 9 на время действия очередного информационного импульса от лю1082154

10 бого из детекторов 2 и 3. Такая организация работы устройства привязки:

/ нулевого уровня позволяет восстанав- . ливать нулевой уровень на выходе усилителя при работе с раэнополярными импульсами напряжения.

Амплитуда каждого выходного импульса суммирующего усилителя 13 преобразуется в цифровой код аналоготцифровым преобразователем 21. Далее цифровой код амплитуды поступает на вход уСтройства задания цифровых, амплитудных окон 20, которое позволяет установить S окон. Импульс, ам. плитуда которого попадает в 1-тое окно, вызывает сигнал на 1-том выходе устройства задания цифровых.амплитудных окон 20. При этом первые k окон устанавливаются на измеряемом спектре от первого детектора 2 радиоактивного излучения, а оставшиеся S-k.окон — на измеряемом спектре от второго детектора 3. Число k может выбираться произвольно в диапазоне от 0 до S.

При помощи устройства 19 пропускания осуществляется распределение информационных импульсов, принадлежащих первому или второму детектору, по соответствующим информационным каналам.

Так, если появился сигнал на выходе чувствительного дискриминатора

15 (что свидетельствует о принадлежности информационного импульса первому детектору 2), устройство 19 пропускания блокирует последние S-k выходов устройства задания цифровых амплитудных окон 20 и пропускает сигналы. только с его первых k выходов. При появлении импульса на выходе чувствительного дискриминатора 16 ситуация меняется на противоположную.

Такая блокировка необходима для того, чтобы исключить ложные сигналы на выходах устройства задания цифровых. амплитудных окон 20. Действительно, при произвольном расположе, нии амплитудных. окон, относящихся к первому и второму детекторам 2 и 3 радиоактивного излучения, импульс, принадлежащий к первому детектору 2, может появиться в некоторых из окон, относящихся ко второму детектору 3i

С выхода устройства 19 пропуска1 ния сигналы поступают на S входов бло- ка 18 обработки информации, в котором производится. обработка импульсных сигналов по заданному алгоритму (измерение разности или отношения интенсивностей, вычитание .фона, .вы.5 числение процентного содержания полезного компонента и т.п.). Результат обработки фиксируется регистратором 17.

Кроме того, блок 18 обработки информации содержит две системы. автоматической стабилизации энергетической шкалы по реперному сигналу для каждого иэ детекторов 2 и 3. Сигналы рассогласования поступают на входы управления коэффициентами усиления усилйтелей 11 и 12.

На фиг. 2 показана функциональная схема устройства 9 привязки нулевого уровня, Входной сигнал с клеммы 24 через согласованную резисторами 25 и 27 линию 26 задержки и ограничитель, состоящий из диодов 28 и 29, поступает на вход управляемого нормально замкнутого однополюсного клю25. ча 30. Последний находится в замкну.том состоянии только в отсутствии информационного импульса напряжения.

При этом уровень напряжения на клемме 24 сравнивается с нулевым потен-

30 циалом на инвертирующем входе операционного усилителя 32. Если на клемме 24 присутствует потенциал, отличный от нуля, конденсатор 31 будет заряжаться либо разряжаться, вслед-, ствие чего будет изменяться потен- . циал на клемме 23 устройства привяз" ки нулевого уровня 9, т.е. на неинвертирующем входе усилителя 8 на фиг. I Этот процесс. будет продол40 жаться до тех пор, пока на выходе усилителя 8, т.е. на клемме 24 устройства привязки 9 не установится нулевой потенциал. Постоянная времени (инерционность) устройства 9 привязки нулевого уровня определяется

45 сопротивлением резисторов 25 и 27 и емкостью конденсатора 31 и выбирается таким образом, чтобы перед появлением очередного информационного импульса процесс компенсации смещения нулевого уровня, вызванного предыдущим импульсом, успел окончиться, !

При появлении информационного импульса на входе управления 22 возникает сигнал, размыкающий нормально замкнутый однополюсный ключ 30, в результате чего информационный импульс не влияет на точность работы

1082154 системы привязки. После окончания действия импульса, начинается процесс восстановления нулевого уровня.

Ограничитель на диодах 28 и 29 повышает надежность работы нормально замкнутого однополюсного ключа 30 (электронного биполярного ключа), а линия 26 задержки компенсирует задержку распространения импульсного сигнала по цепи: устройство 10 разделения раэнополярных импульсов— первый 11 (или второй 12) рагулируем и усилитель — первый 15 (йли второй 16) чувствительный дискриминатор - элемент ИЛИ 14.

На фиг. 3 показана функциональная схема устройства 19 пропускания. На входы 33 и 34 управления поступают .сигналы признака детектора, которые при помощи распределителя 35 подаются на соответствующие входы запрета одиовибраторов 36-1...36-$. При появлении импульса на входе 33 блокируются одновибраторы 36-k+1...36-S, а при появлении импульса на входе 34 блокируются одновибраторы 36-1. ..

° ..Зб-k.

Таким образом, в зависимости от наличия импульса.на входах 33 и 34 блокируются соответственно группы выходов 38-k+1...38-Sили 38-1...38-k, устройства 19 пропускания.

Предлагаемое устройство позволяет исключить аддитивную погрешность из .мерения спектрального распределения амплитуд импульсов от двух детекторов радиоактивного излучения и упростить устройство в целом вследствие использования лишь одного аналогоцифрового преобразователя и устрой-!

5 ства задания цифровых амплитудных окон. Одновременно исключается погрешность, связанная с неиндентичностью двух различных аналого-цифровых преобразователей, независимо рабо20 тающих в каждом измерительном канале.

Применение описанного устройства на месторождениях полезных ископаемых позволит повысить точность и эф25 фективность определения их количественного содержания в естественном залегании ядерно-геофизическими методами.

1082154

38Редактор Л. Письман Техред Л.Олийнык Корректор С.Черни

Заказ 2774 Тираж 483 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101