Способ измерения интенсивности последовательности случайных импульсов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ ИМПУЛЬСОВ, путем преобразования _ее впоследовательность импульсов, имеющих постоянную амплитуду и разную длительность, определяемую упорядоченной последовательностью аннулирующих им- . пульсов, выделения постоянной составляющей и регистрации ее, о т л и - чающийся тем, что, с целью обеспечения получения заданной выходной характеристики, аннулирование импульсов постоянной амплитуды производят по случайному закону F(t) удовлетворяющему выражениюUOJ[l - F(t)]J.e~ dt = l-V(p), о где V(p) - выходная характеристика.(ЛсИзобретение относится к дозиметрии проникающих излучений, регистрации частиц.и квантов различных энергий, поступающих на вход прибора по закону радиоактивного распада. Оно может быть использовано в тех случаях, когда необходимо измерять одним прибором интенсивности, существенно различаю- 1цнеся по величине.Известны способы создания нелинейных (логарифмических) датчиков, в которых требуемая характеристика достигается использованием физических нелинейностей в самом датчике или использованием нелинейных элементов в выходньрс цепях.Недостаток указанного способа состоит в том, что нелинейные ЭJ:eмeнты имеют значительный разброс параметров от образца к образцу, что требует калибровки, которую вследствие нестабильности во времени нелинейных элементов, необходимо периодически повторять.Известен также способ, реализованный в устройстве, представляющем собой логарифмический измеритель интенсивности случайных импульсов, согласно которому измерение интенсивности последовательности случайных импульсов производят путем преобразования ее в последовательность импульсов постоянной амплитуды и разной длительности, определяемой упорядоченной последовательностью аннулирующих импульсов, выделение постоянной составляющей и регистрации ее.Недостатками способа являются необходимость формирования значительного числа упорядоченных последовательностей аннулирующих импульсов, отсутствие теоретического метода.0500•^со 4^ со

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„687949

Щ)d1 С 01 Т 1/!6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 2197101/18-25 (22) 03.12 ° 75 (46) 07.!0.90. Бюл. № 37 (72) P.Ì.Çàéäåëü (53) 539.1. 08(088.8) (56) Матвеев В.В., Хазанов Б.И. Приборы дпя измерения ионизирующего излучения. М. . Атомиздат, 1972.

Fraser Н.I. "An accurate logarithmic ratemeter for romgom pulses

IEEE Transactions on Nucl. Se, 1971, Ч, 21, № 5, р.31-38. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ

ИМПУЛЬСОВ, путем преобразования ее в

Изобретение относится к дозиметрии проникающих излучений, регистрации частиц.и квантов различных энергий, поступающих на вход прибора по закону радиоактивного распада. Оно может быть использовано в тех случаях, когда необходимо измерять одним прибором интенсивности, существенно различающиеся по величине.

Известны способы создания нелинейных (логарифмических) датчиков, в которых требуемая характеристика достигается использованием физических нелинейностей в самом датчике или использованием нелинейных элементов в выходных цепях.

Недостаток указанного способа состоит в том, что нелинейные элементы имеют значительный разброс параметров от образца к образцу, что требует калибровки, которую вследствие нестав

2 последовательность импульсов, имеющих постоянную амплитуду и разную цлительность,определяемую упорядоченной последовательностью аннулирующих им- . пульсов, выделения постоянной составляющей и регистрации ее, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения получения заданной выходной характеристики, аннулирование им: пульсов постоянной амплитуды производят по случайному закону F(t) удовлетворяющему выражению (Л

It

J tI — p(t)ge dt = I-v(p), о где V(p) — выходная характеристика. бильности во времени нелинейных эле- Д ментов, необходимо периодически повторять.

Cb

Известен также способ, реализован- 06 ный в устройстве, представляющем собой «с) логарифмический измеритель интенсивности случайных импульсов, согласно «ф«« которому измерение интенсивности по- !© следовательности случайных импульсов производят путем преобразования ее в последовательность импульсов постоянной амплитуды и разной длительности, определяемой упорядоченной последовательностью аннулируюших им- )р пульсов, выделение постоянной составляющей и регистрации ее.

Недостатками способа являются не" обходимость формирования значительного числа упорядоченных последовательностей аннулирующих импульсов, отсутствие теоретического метода, 687949 позволяющего выбирать число упорядоченных последовательностей и частоты импульсов этих последовательностей для обеспечения требуемой выходной

5 характеристики.

Целью изобретения является обеспечение получения заданной выходной характеристики прибора.

Поставленная цель достигается тем, что аннулирование импульсов постоянной амплитуды производят по случайному закону F(t), удовлетворяющему выражению

-М 15 (I-Г(с>) e dt = )-V(P) о где V (P) — выходная характеристика.

Изобретение поясняется фиг.1, на которой изображена структурная схема измерения интенсивности последователь-20 ности. случайных импульсов, где 1 детектор, 2 — логическая ячейка с двумя входами А и Б, 3 — блок случайного запуска, 4 — внутренний генератор импульсов, 5 — фильтр, 6 — выходной ре- 25 гистр, 7 — измеритель амплитуды выходного сигнала.

На фиг,2 показана выходная характеристика; на фиг.3 — соответствующий этой характеристике закон распре- 30 деления моментов случайного запуска, Измерение осуществляется следующим образом.

На вход А логической ячейки 2 поступают сигналы от детектора l. По- 35 ступление каждого сигнала формирует на выходе ячейки 2, отклик в виде постоянного во времени сигнала единичной амплитуды. Блок случайного запуска, 3 в случайные моменты времени 40 запускает внутренний генератор 4 аннулирующих импульсов, поступающих на вход Б ячейки 2. Под действием этих сигналов на выходе ячейки 2 амплитуда сигнала обращается в нуль. Таким 45 образом, выходной сигнал ячейки 2 имеет вид прямоугольных импульсов единичной амплитуды и различной, случайной длительности. Эти импульсы проходят через фильтр 5, выделяющий по- 50 стоянную составляющую выходного тока, т.е. его среднее ло времени значение, которое на выходном резисторе создает напряжение, регистрируемое измерителем амплитуды выходного сигнала. 7.

Работа блока случайного запуска 3 организована так, что после предыдущего запуска следующий произойдет в интервале времени t)t+dt с вероятностью f(t)dt, За нуль отсчета времень принят момент предыдущего запуска.

Тогда функция

F(t) = f(õ)dõ F(0) = О; (1) дает вероятность того, что очередной запуск внутреннего генератора аннулирующих импульсов 4 произойдет в интервале (О,t) после предыдущего запуска. Вероятность отсутствия очередного запуска внутреннего генератора 4 в том же интервале времени равна ((>(> = I P(l) = J f(x)dx; (у(О) = 1; q (оэ) = О;

f(t) = ——

d CP (2)

Сигналы, поступающие с детектора распределены во времени по закону Пуассона. Обозначим через "P" среднее число частиц, регистрируемых в единицу времени. Тогда вероятность прихода очередного сигнала от детектора 1 на вход А ячейки 2 в интервале t>t + dt после того, как их не было в течение времени (О,t) равна (P„(t)dt = Pe dt

- pt. (3)

Пусть в момент t = 0 на вход Б ячейки 2 пришел сигнал внутреннего генератора импульсов 4. Второй сигнал генератора 4 по команде блока случайного запуска 3 появится на входе Б ячей. ки 2 в интервале t>t + dt с вероятностью f(t)dt. Для моментов О с.ха t. детектор 1 с вероятйостью Еп(х)дх даст на выходе ячейки 2 единицу в ин" тервале х х + dx. В интервале (O,t) единица на выходе ячейки 2 будет держаться в среднем (относительно моментов прихода сигналов детектора 1 время T(t), равное

T(t) = J (t-x) f „(x) dx

- М . .1 -Г (t-x)P1 dx = t — - -(1 — 1 )

P (4)

При P =О, Т =О, при Р +co Т-» t, как и должно быть по физическим соображе". ниям. Средняя длительность интервала между двумя аннулирующими импульсами внутреннего генератора 4 определяется формулой (>о ey = J e(()) (5)

Длительность существования единичной амплитуды на выходе ячейки 2, усред687949 ненная по различным интервалам между двумя последующими импульсами генератора 4, равна т -JT(t)r(t)dt =/1 - - -() t ))„ о . f(t)dt =C t) — Г (! 1 ) х f(t)dt . О (6) !.

Регистрируемое вольтметром 7 на выходном резисторе 6 фильтра 5 напряжение пропорционально величине

V(P) — — 1 — — - --- (! -1 )

ct> ct> Р х f(t)dt о

Примем за единицу времени величину (t) — средний интервал между двумя случайными запусками внутреннего генератора 4. Тогла соотношение (7), связывающее закон распределения Cf(t) моментов запуска генератора 4 с зависимостью V(P) выходного сигнала от интенсивности P импульсов детектора 1, примет более простой вид

-Р

V(P) - I — — + — J ) f(t)dt (8)

Р P

Выходная характерйстика V(P) известна, а функцию g (t) находим, решая интегральное уравнение (8). Это уравнение можно привести к стандартному виду, используя соотношение (2), в результате получим

pt

I (I)(t)1 dt = P (P) = 1 — V(P) (9)

Отсюда видно, что в математичес ком отношении задача сводится к нахождению функции-оригинала (() по

P — (t )

V(P)

1 -1/Ръ

1п(Р2/РО)

1/Р

Величина (t > связана с параметрами

Р,PI,P, входящими в формулу (!3), соотношением

2 1 - ln(P

Рг lп(Р,/Р,) (!4)

Интервал интенсивностей (P,P ) вну"" ри которого выходная характеристика

V(P) изменяется строго по логарифмическому закону, может задаваться произвольно. Требования к точности вычислений не слишком велики, поскольку важна не сама функция q(t), а лишь то известному изображению, которое получается иэ ()(1) при помощи преобразования Лапласа. Условия (2), которым..должна удовлетворять функция

< (й),накладывают некоторые ограничения на P(P), а следовательно, и на выходную характеристику Ч(Р).

Известное из теории преобразования !

ð Лапласа соотношение

lim R P(P) = Cg(0) = 1 (1О) !

) ь о:) приводит к асимптотической формуле при Р-+ oo (!)(Р)

1 l5 р У

Ч(Р) 1

P (!1)

В остальном зависимость V(P) может быть произвольной-. При малых значени. ях P в формуле (8) экспоненту можно разложить в ряд и ограничиться члейа-, мн до Р2 включительно. Таким путем находим: при Р О 9(P) = 1 — — (t)

2

Ч(Р) — — -(t 7

2 (12) Ф я где (й ) =- g t f(t)dt — средний квадрат интервала между двумя последова„ тельными импульсами генератора 4.

Уравнение (9) может быть решено относительно (P(t) при произвольной функции U(P) различными аналитическими и численными методами.

Для получения, например, логарифмической выходной характеристики непрерывную функцию V(P), удовлетворяющую предельным условиям (11) и (12), можно задать в виде

0(Р Р

lп(Р)Р ) Р!а P (P (1Э)

P)Pg

: ее свойство чтобы при подстановке в интеграл (9) она давала требуемую зависимость V(P).

В иллюстративных целях зависимость V(P) быпа взята в виде, позволяющим дпя уравнения (9) найти простое аналитическое решение

V(P) 1 +.Aln(- — — ) + Вlп(— --)

Р+ ОС р+P

Р+ $g р+ где А,В, 0, $, — постоянные. Соотношения (11), (12) будут выполпгны, .6879

Составитель Ю.Гринев

Техред П.0дийнык Корректор М.Максимишинец .Ыь

Редактор С. Титова

Заказ 4353 Тираж 355 Подписное

ВНИИПИ Государственного . )митета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035,:1)(.ква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.1роизводственно -издатель(кий комбинат "Патент", г.Ужгород, yst. Гагарина,101 если параметры, входящие в формулу (15), и величину аt )подчинить условиям: (А,+ В())(1 - I) = I; (А+В)1п 1 «11 (- А В (t 0= 2(1 -1/)) (т + — ) (16) р

При значениях ()/.= ОВ1; Р = 10, 10 получилось А = 0,4271 В =

= 0,68 ° 1(Г -„(е )= 7 8.

Отвс чающая этим параметрам функция (15) построена пунктиром на фиг,2.

Методом наименьших квадратов в координатах (V, lnP) была найдена прямая, соответствующая зависимости 15

49 в

V(P) = ОВ141п.(Р/P„); Р = 0,8 ° 10 которая в интервале 10 c P <-10 отклоняется от зависимости (15) со среднеквадратичной погрешностью 67"- 107.

Увеличивая число слагаемых в (15) и число варьируемых параметров, можно уменьшить hV при значительно большем диапазоне изменения интенсивности "P".

Подставив (15) в (9)Вполучим

p(, J (7(с)1 ас = ф (р) =

Р +$66 Р +gj3

= Aln (— — — ) + Bln(— — — ) (17)

Р+ g P+P