Устройство корректировки и стабилизации коэффициента передачи сцинтилляционного детектора для радиоизотопных приборов контроля технологических параметров


 


Владельцы патента RU 2521290:

Открытое акционерное общество "Союзцветметавтоматика" (RU)

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к устройствам для стабилизации и корректировки коэффициента передачи сцинтилляционного детектора, и может быть использовано в приборах и системах для измерения ионизирующих излучений. Устройство корректировки и стабилизации коэффициента передачи сцинтилляционного детектора для радиоизотопных приборов контроля технологических параметров содержит сцинтиллятор, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем, линейный усилитель, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, к выходу линейного усилителя последовательно подключены экстраполятор и интегратор, выход интегратора подключен к неинверсному входу дифференциального усилителя, к инверсному входу - источник опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя - на вход регулируемого источника питания фотоэлектронного умножителя, при этом в устройство дополнительно введены: реверсивный счетчик, вычитающий вход которого через формирователь импульсов подключен к выходу линейного усилителя; генератор импульсов, который подключен на суммирующий вход реверсивного счетчика, и электронный ключ, управляющий вход которого через интерполятор подключен к выходам реверсивного счетчика, а выход источника опорного напряжения - через электронный ключ к неинверсному входу дифференциального усилителя. Технический результат - повышение точности измерения ионизирующих излучений. 1 ил.

 

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к устройствам стабилизации коэффициента передачи сцинтилляционного детектора. Изобретение может быть использовано в приборах и системах для измерения ионизирующих излучений, например в радиоизотопных приборах технологического контроля: плотномерах, уровнемерах, реле.

Важнейшим параметром для достижения высокой стабильности измерительных параметров приборов и систем является непрерывная и автоматическая корректировка и стабилизация коэффициента передачи сцинтилляционного детектора ионизирующих излучений [1].

Известно устройство [2], где корректировка и стабилизация измерительных параметров детектора ионизирующих излучений обеспечивается радиоактивным контрольным источником. Недостатком этого способа и устройства является то, что для его реализации требуется механическая конструкция и дополнительный источник ионизирующего излучения.

Известен также способ [3], в котором в качестве репера для стабилизации спектра использован резкий спад амплитудного спектра, обусловленный наличием фиксированного значения максимальной энергии гамма-квантов, испускаемых в цепочках распада природных радионуклидов. Наряду с достоинством такого способа этот способ имеет и недостатки. К ним можно отнести то, что не всегда в спектре имеется пик, пригодный для стабилизации, кроме того, три-четыре пороговых устройства для формирования окон стабилизации - это дополнительная аппаратурная погрешность.

Наиболее близким по назначению и признакам является принятое за прототип устройство [4], в котором последовательность регистрируемых импульсов экстраполируется в ступенчатую функцию, затем интегрируется, полученное напряжение на интеграторе сравнивается с опорным напряжением, результат сравнения является сигналом регулирования коэффициента усиления сцинтилляционного детектора путем регулирования его источника питания. Устройство для корректировки и стабилизации коэффициента передачи сцинтилляционного детектора содержит: сцинтиллятор, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем, линейный усилитель, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, к выходу усилителя последовательно подключены экстраполятор и интегратор, выход интегратора подключен к неинверсному входу дифференциального усилителя, к инверсному входу - источник опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя - на вход регулируемого источника питания фотоэлектронного умножителя.

К недостаткам устройства [4] относится то, что ограничено его применение в тех случаях, когда по технологическим причинам происходит полная экранировка сцинтилляционного детектора. Отсутствие регистрируемого спектра начинает компенсироваться увеличением коэффициента передачи сцинтилляционного детектора, что приводит к усилению шумовых импульсов различной амплитуды, обусловленных темновым током фотоэлектронного умножителя. Этот эффект приводит к тому, что какая-то часть шумовых импульсов может пройти пороговый дискриминатор регистрирующей аппаратуры и внести дополнительную погрешность, а система стабилизации начинает вырабатывать новый сигнал регулирования коэффициента усиления сцинтилляционного детектора, который занимает другое положение по сравнению с сигналом регулирования спектра ионизирующего излучения.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения ионизирующих излучений путем исключения влияния шумовых импульсов, обусловленных темновым током фотоэлектронного умножителя, на процесс измерения ионизирующего излучения и их влияния на стабилизацию коэффициента усиления сцинтилляционного детектора.

Цель достигается тем, что в устройство [4], предназначенное для стабилизации и корректировки коэффициента передачи сцинтилляционного детектора для радиоизотопных приборов контроля технологических параметров, содержащее сцинтиллятор, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем, линейный усилитель, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, к выходу линейного усилителя последовательно подключены экстраполятор и интегратор, выход интегратора подключен к неинверсному входу дифференциального усилителя, к инверсному входу - источник опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя - на вход регулируемого источника питания фотоэлектронного умножителя, дополнительно введены: реверсивный счетчик, вычитающий вход которого через формирователь импульсов подключен к выходу линейного усилителя; генератор импульсов, который подключен на суммирующий вход реверсивного счетчика, и электронный ключ, управляющий вход которого через интерполятор подключен к выходам реверсивного счетчика, а выход источника опорного напряжения - через электронный ключ к неинверсному входу дифференциального усилителя.

Анализ известных решений не выявил признаков, сходных с отличительными признаками заявленного устройства. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного устройства критерию новизны.

На рис.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, где:

1 - сцинтиллятор,

2 - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ),

3 - линейный усилитель,

4 - экстраполятор,

5 - интегратор,

6 - источник опорного напряжения,

7 - дифференциальный усилитель (регулятор сигнала управления),

8 - управляемый источник питания ФЭУ,

9 - генератор,

10 - формирователь импульсов,

11 - реверсивный счетчик,

12 - интерполятор,

13 - электронный ключ.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Поток измеряемого ионизирующего излучения регистрируется и преобразуется сцинтилляционным детектором (сцинтиллятор 1 - ФЭУ 2) и усилителем 3 в последовательность импульсов с амплитудами, пропорциональными энергии, потерянной частицей ионизирующего излучения в неорганическом кристаллическом сцинтилляторе 1. Экстраполятор 4 преобразует регистрируемую последовательность импульсов в ступенчатую функцию. Интегрируя сигнал, сформированный экстраполятором 4, интегратор 5 обеспечивает сигнал, несущий информацию о свойствах совокупности импульсов регистрируемого спектра и отражающий изменение регулируемого параметра под влиянием дестабилизирующих факторов. Это напряжение Vи с выхода интегратора 5 сравнивается с уставкой Vуст источника опорного напряжения 6, которая определяет требуемый уровень регистрируемого спектра. Дифференциальный усилитель 7 вырабатывает сигнал управления, противодействующий отклонению регулируемой величины (спектрального распределения регистрируемых импульсов) от заданного значения, наблюдаемого в данный момент. Напряжение Vи подается на неинверсный вход дифференциального усилителя 7, напряжение Vуст источника опорного напряжения 6 - на инверсный вход. По состоянию разбаланса этих напряжений дифференциальный усилитель 7 вырабатывает выходной сигнал Vупр, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения:

Vупр=- R2Vуст/R1+(R2/R1+1)Vи

Сигнал управления Vупр обеспечивает установку значения Vвыс управляемого источника питания 8 фотоэлектронного умножителя 2 таким, при котором коэффициент передачи сцинтилляционного детектора обеспечит уровень спектра, заданный напряжением уставки Vуст, источника опорного напряжения 6, так как равновесие системы определяется условием Vуст=Vи.

Частота генератора 9 устанавливается близкой к частоте регистрируемого спектра фоновых импульсов F≈Ni, где N - частота импульсов при регистрации фонового излучения сцинтилляционным детектором (сцинтиллятор 1 - ФЭУ 2), который установлен в данном устройстве. Частота генератора 9 подается на канал суммирования реверсивного счетчика 11, сигнал с линейного усилителя 3 через формирователь импульсов 10 - на канал вычитания. Частоты F и N сравнивают методом последовательного анализа в соответствии с планом, заданным на реверсивном счетчике 11. Если F>Ni, то показания реверсивного счетчика начнут нарастать, по достижении определенного числа импульсов в разностном счетчике принимается гипотеза, что F>Ni. Информация о состоянии реверсивного счетчика 11 с выходов счетчика подается на вход интерполятора 12. Индикация этого состояния осуществляется интерполятором 12, который осуществляет запуск электронного ключа 13. Таким образом, при условии F>N срабатывает электронный ключ 13 и контакты ключа подключают неинверсный вход дифференциального усилителя 7 к источнику опорного напряжения 6

На инверсном и неинверсном входах дифференциального усилителя 7 устанавливается равенство напряжений Vуст=Vуст, которое определяет равновесие системы регулирования. На выходе дифференциального усилителя 7 устанавливается постоянное напряжение управления Vупр, обусловленное этим равновесием, которое обеспечивает установку значения напряжения Vвыс управляемого источника питания 8 фотоэлектронного умножителя 2 в зоне регулирования неизменным до прихода команды на отключение электронного ключа 13 при условии F<Ni.

Таким образом, система регулирования включается во время фактического измерения ионизирующего излучения, т.е. при превышении фонового значения регистрируемого ионизированного излучения, что исключает появление шумовых импульсов, обусловленных темновым током фотоэлектронного умножителя.

Предложенное устройство позволит обеспечить стабилизацию и корректировку коэффициента передачи сцинтилляционного детектора в приборах технологического контроля, где по техническим причинам происходит полная или частичная экранировка сцинтилляционного детектора от фонового излучения, к примеру релейные радиоизотопные приборы.

Предложенное устройство является новым, полезным, технически реализуемым и соответствует критерию изобретения.

Литература

1. В.В.Матвеев, Б.И.Хазанов. "Приборы для измерения ионизирующих излучений". Атомиздат, 1987, стр.624.

2. А.с. СССР №1118178, G01N 23/02, опубликовано 08.06.1984 г.

3. Патент РФ №2364892, G01Т 1/40, опубликован 20.08.2009 г.

4. Патент РФ №2445648, G01T 1/40, опубликован 20.03. 2012 г.

Устройство корректировки и стабилизации коэффициента передачи сцинтилляционного детектора для радиоизотопных приборов контроля технологических параметров, содержащее сцинтиллятор, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем, линейный усилитель, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, к выходу линейного усилителя последовательно подключены экстраполятор и интегратор, выход интегратора подключен к неинверсному входу дифференциального усилителя, к инверсному входу - источник опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя - на вход регулируемого источника питания фотоэлектронного умножителя, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены: реверсивный счетчик, вычитающий вход которого через формирователь импульсов подключен к выходу линейного усилителя; генератор импульсов, который подключен на суммирующий вход реверсивного счетчика, и электронный ключ, управляющий вход которого через интерполятор подключен к выходам реверсивного счетчика, а выход источника опорного напряжения - через электронный ключ к неинверсному входу дифференциального усилителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и радиационному приборостроению и может быть использовано в радиометрической и спектрометрической аппаратуре, а также в радиационных приборах контроля различных технологических параметров с применением сцинтилляционных счетных и спектрометрических блоков детектирования.

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к способам и устройствам корректировки и стабилизации измерительных трактов радиоизотопных устройств. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам стабилизации показаний сцинтилляционных детекторов при работе в широкой области изменения температур окружающей среды, в частности при работе в полевых условиях.

Изобретение относится к детектору, предназначенному для измерения ионизирующего излучения, предпочтительно -излучения и рентгеновского излучения, содержащий сцинтиллятор и детектор света, детектор света стабилизирован благодаря использованию предварительно заданного источника света, предпочтительно светодиода (СД), где длительность и/или форма световых импульсов источника света отличаются от длительности и/или формы световых импульсов, излучаемых сцинтиллятором.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерению ионизирующих излучений с помощью сцинтилляционного детектора, и может быть использовано для стабилизации чувствительности сцинтилляционного детектора в области спектрометрии ионизирующих излучений ( , , , n) для радиационных мониторов ядерных материалов (ЯМ) и/или радиоактивных веществ (РВ).

Изобретение относится к радиоизотопным устройствам, предназначенным для контроля технологических параметров производственных процессов, а конкретно, к способам стабилизации тракта регистрации гамма-излучения.

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к способам и устройствам корректировки и стабилизации измерительных трактов радиоизотопных устройств, и может найти применение в пороговых регистраторах (релейных радиоизотопных приборах) для контроля параметров технологических сред в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и радиационному приборостроению и может быть использовано в радиометрической и спектрометрической аппаратуре, а также в радиационных приборах контроля различных технологических параметров с применением сцинтилляционных счетных и спектрометрических блоков детектирования.

Изобретение относится к области обнаружения и идентификации источников радиоактивных измерений. .

Изобретение относится к устройствам для измерения излучения и, в частности, к способу автоматической стабилизации усиления и температурной компенсации в таких устройствах. Детектор и ассоциированный с ним способ включают в себя первый сцинтиллирующий материал, имеющий температурную зависимость светового выхода и выход на первом энергетическом уровне; второй сцинтиллирующий материал, имеющий температурную зависимость светового выхода подобно первому сцинтиллирующему материалу, выход на втором энергетическом уровне и схему детектирования. Первый и второй выходы зависят от излучения, испущенного из источника ионизирующего излучения. Схема детектирования включает в себя общий фотоэлектронный умножитель, сконфигурированный для преобразования фотонов, выходящих из первого сцинтиллирующего материала и из второго сцинтиллирующего материала, в электрические импульсы, схему счетчика, сконфигурированную для подсчета электрических импульсов, сгенерированных в фотоэлектронном умножителе первым и вторым сцинтиллирующими материалами, и схему управления усилением, сконфигурированную для отслеживания электрических импульсов, сгенерированных в фотоэлектронном умножителе вторым сцинтиллирующим материалом, и для регулировки усиления детектора на основе детектирования дрейфа выхода второго сцинтиллирующего материала. Технический результат - повышение точности детектирования излучения. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх