DE2359732C3 - Verstärkungsregelschaltung für einen Strahlungsdetektor - Google Patents
Verstärkungsregelschaltung für einen StrahlungsdetektorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verstärkungsregelschallung
für einen Strahlungsdetektor mit einer Bezugsttrahlungsquelle, die im Spektrum der Ausgangsimpulse
des Detektors eine Bezugslinie hervorruft, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.
Eine derartige Schaltung, die insoweit mit dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung übereinstimmt,
ist aus der US-PS 36 09 362 bekannt
Bei der bekannten Anordnung sind die Fotokatoden zweier Fotovervielfacher einem gemeinsamen Szintillator
zugekehrt, der mit der Strahlung der Bezugsstrahlungsquelle beaufschlagt ist. Die Ausgangssignale der
Fotovervielfacher werden in einem Summierschaltkreis addiert. Dieses Summcnsignal wird mit einer Bezugs
spitze des Spektrums der Quelle verglichen. Wenn die Verstärkungsfaktoren der beiden Fotovervielfacher
voneinander in entgegengesetzter Richtung abweichen, kann es vorkommen, daß der Summierschaltkreis diese
Abweichungen gar nicht erfaßt, und in diesem Fall ist nichv erkennbar, wie die Verstärkungsregelung erfolgen
könnte. Es mag jedoch unterstellt werden, daß das in den Meßschaltkreis gelangende Ist-Signal tatsächlich
das Ausgangssignal von einem einzigen Fotovervielfacher ist. Danach erfolgt die Verstärkungsregelung durch
die statistischen Veränderungen der Zählrate, Die Zählratenveränderung wird periodisch in einem Koni'
parator-Schäitkreis mit Vorgegebenen Schwellenwerten
verglichen und tri einem Speicherschaltkreis gespeichert. Die Verstärkung der Fotovervielfacher
wifd nur dann korrigiert» wenn die Zählratenverände·
rung einen Schwellenwert übersteigt, der sich im Laufe der Zeit entwickelt; die gespeicherten Werte treten nur
in bestimmten Zeilpunkten auf. Die Verstärkungsrege· lung selbst erfolgt so, daß die Zählratendifferenz mit
Werten verglichen wird, die definiert werden von einer Eichkurve in Abhängigkeit von der Zählrate. Die
Verstärkung wird nur korrigiert, wenn die Zählratendifferenz
größer ist als der durch die Eichkurve gegebene Wert für die jeweils betrachtete Zählrate. Die Eichkurve
wird ihrerseits nach Regeln der Wahrscheinlichkeitsrechnung hergeleitet: Sie repräsentiert die Standdrdabweichung
der Gesamtzählrate, d.h. eine Funktion ίο proportional zur Quadratwurzel der Zählrate. Daraus
ergibt sich, daß die Verstärkung der Fotovervielfacher nur dann korrigiert wird, wenn die Zählratenveränderung
größer ist als die Standardabweichung der Zählrate, derart, daß man die Wahrscheinlichkeit der
Veränderung berücksichtigt, die jeweils klein ist für hohe Zählraten und groß ist für kleine Zählraten.
Demgemäß wird durch die insoweit beschriebenen Komponenten, die als Modulatorschaltkreise bezeichnet
werden sollen, ein Kriterium dafür geschaffen, daß überhaupt regelnd an den Fotovervielfachern eingegriffen
werden soll oder muß. Die Regelkennlinie selbst entspricht, wie eine Analyse der in der genannten
Druckschrift gegebenen Beispiele deutlich werden läßt, einer Proportionalregelung. Die Geschwindigkeit, mit
der ein Fehlersignal ausgeregelt wird, spielt bei dem dort gegebenen Anwv ndungsfall offenbar keine Rolle.
Die Notwendigkeit einer schnellen Ausregelung von Verstärkungsschwankungen ist jedoch für andere
Anwendungsfälle von erheblicher Bedeutung, wie weiter unten noch näher erläutert wird; bei der
bekannten Schaltung ist. wie oben ausgeführt, für dieses
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem eine Lösung nicht gegeben oder entnehmbar, insbesondere
unter der erschwerenden Voraussetzung, daß nur eine Bezugsstrahlungsquelle niedriger Intensität verwendet
werden soll. Die Gründe für die letztgenannte Bedingung wie für die Notwendigkeit eines schnellen
Regeleingriffs ergeben sich aus dir nachfolgenden
Erläuterung:
Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Mes sung der Gesteinsdichte in Bohrlöchern, und zwar
mittels eines Gerätes, das eine GammastrahlenqueUe
und einen Strahlungsdetektor, im allgemeinen bestehend aus einer Baugruppe mit Szintillationskörper und
Fotovervielfacher in einem Abstand von etwa 40 cm von der Quelle, umfaßt. Die ausgesandte Strahlung der
Quelle verliert ihre Energie in den Formationen im Prinzip durch Kollision mit den Elektronen, und ein Teil
der Strahlung kehrt zum Detektor zurück, der demgemäß eine Zählrate registriert, die um so niedriger
ist. je höher die Anzahl von Elektronen pro Volumcneinheit
in der Gesteinsformation ist Die Dichte der Formationen, die direkt im Zusammenhang mit der
Anzahl der Elektronen steht, kann auf diese Weise aus der Zählrate abgeleitet werden. In F ι g. 1 ist für drei
abnehmende Werte d,. ch und </i der Dichte das
Energiespektrum der auf den Detektor auftreffenden Gammastrahlen in halbloganthmischen Koordinaten
aufgezeichnet d. h. die Kurve zeigt den I .ogarithmus der
Wahrscheinlichkeit N(B)dcs Empfangs einer Strahlung
der Energie E in Funktion von dieser Energie- Mail
erkennt, daß unterhalb einer Schwelle E0 (in der
Größenordnung von 200keV) die Änderungen der Dichte eine Verzerrung des Spektrums hervorrufen, daß
jedoch oberhalb dieser Schwelle diese Deformation nicht vorliegt; die Anzahl der Gammastrahlen mit einer
Energie oberhalb E9 ist eine ansteigende Exponential·
funktion der Dichte, Unter diesen Bedingungen erfaßt
man am Ausgang des Detektors nur die Impulse mit einer Amplitude oberhalb einer Schwelle 5 entsprechend
aufgefangener Gammastrahlung mit einer Energie oberhalb Eo. Die registrierte Zählrate gestattet
demgemäß, den Wert der Dichte abzuleiten.
Dabei wird vorausgesetzt, daß die Verstärkung des Detektorsystems stabil ist, d. h. daß ein Gammastrahl
gegebener Energie immer einen Impuls gleicher Amplitude auslöst. Jede Änderung der Verstärkung hat
eine Verschiebung des Spektrums zur Folge und ist äquivalent einer Verschiebung der Schwelle, was
demgemäß zu einer Verschiebung der Zählrate führt und damit die Dichtemessung verfälscht Beispielsweise
ist in F i g. 2 für drei verschiedene Werte Gi, C?? und G3
der Verstärkung das Spektrum der Impulsamplituden am Ausgang des Detektors aufgezeichnet, d.h. die
Kurve, wdche die Wahrscheinlichkeit N(A) liefert für
das Erhalten eines Impulses der Amplitude A in Funktion von dieser Amplitude. Es zeigt sich, daß bei
Definition der Zählschwelle 5 für einen Wert G2 der Verstärkung eine Erhöhung desselben auf den Wert Gi
einer Absenkung der Schwelle entspricht und demgemäß zu einer Zählung zusätzlicher Impulse führt.
Umgekehrt führt eine Verringerung der Verstärkung auf den Wert G\ zu einem Anheben der Schwelle und
bringt damit einen Verlust an Impulsen mit sich.
Man könnte daran denken, zur Erfassung der Änderungen in der Verstärkung des Fotovervielfacher^
eine Bezugsstrahlungsquelle hoher Aktivität zu wählen, die einen entsprechend niedrigen Rauschpegel ergibt
Dann würden aber die eigentlichen Messungen durch die bei einer entsprechend starken Spitze im Spektrum
unvermeidlich auftretende Compton-Untergnindstrahlung
gestört, was unzulässig ist, wenn die Meßzählrale nur gering ist. Dies wiederum ist dadurch bedingt, daß
man die Messungen in den Bohrlöchern so schnell wie möglich durchführen will, da die meßdauerabhängigen
Kosten unverhältnismäßig hoch sind.
Der Erfinchng liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Verstärkungsregelschaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Art, d. h. mit einer
Bezugsstrahlungsquelle geringer Aktivität, so auszubilden, daß dennoch eine sehr schnelle Ausregelung von
Verstärkungsfaktoränderungen erfolgt
Die Lösung dieser Aufgabe erfc'gt durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene
Ausbildung. Demgemäß unterliegt bei der Schaltung gemäß der Erfindung das Ist-Signal, bevor es zur
Korrektur der Auswand?rung oder Abweichung verwendet wird, einer Verstärkung, die um so größer ist, je
größer die Auswanderung ist Die Schaltung hat demgemäß die Tendenz, die Verstärkungsfaktoränderungen
mit um so größerer Geschwindigkeit zu korrigieren, je erheblicher die Abweichungen sind,
womit der verzögernde Effekt kompensiert wird, der auf den statistischen Fehler infolge Verwendung einer
Quelle geringer Aktivität zurückzuführen ist, und dies ist um so merkbarer, je größer die zu korrigierenden
Fehler sind. Unter diesen Bedingungen erhält man eine Ansprechgeschwindigkeit, die praktisch unabhängig ist
von der Größe der Verstärküngsfaktoränderungen. Das System besitzt im Gleichgewicht, wie noch nachfolgend
näher zu erläutern, eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Rauschen,
Vörteilhafterweise wird die Modulation gemäß einer Sinus-Hyperbolicus^Funfcfion realisiert, d. h. daß das der
Regeleinrichtung zugeführte und für die Ausregelung verwendete Signal proportional dem Sinus^Hyperboll·
cus des Ist-Signals ist, welche die Abweichungen des Verstärkungsfaktors repräsentiert; Schaltungen zur
Darstellung der Sin-Hyp-Funktion sind z. B, aus der US-PS 26 97 201 bekannt
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:
Fig. 1 zeigt für ein Gerät, das zur Dichtemessung in
geologischen Formationen dient, den Einfluß der ίο Dichteänderungen auf das Energiespektrum von erfaßter
Gammastrahlung,
F i g. 2 zeigt den Einfluß der Verstärkungsfaktoränderungen im Detektor auf das Amplitudenspektrum der
Impulse, die von ihm abgegeben werden,
Fig.3 zeigt schematisch eine Schaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig.3 zeigt schematisch eine Schaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig.4 zeigt eine im Amplitudenspektrum der vom
Detektor erzeugten Impulse erzeugte Impuls-Linie,
F i g. 5 zeigt im einzelnen den Modulator der Schaltung nach F i g. 3, und
F i g. 6 zeigt die Ansprechkurve dieses M iduiators.
In F i g. 3 ist ein Fotovervielfacher 10 mit zugeordnetem Szintillator 12 dargestellt wie sie üblicherweise
verwendet werden, z. B. bei einem Dichtediagraphiegerät,
um dl; Gammastrahlung aufzufangen, die von einem
umgebenden Körper 14 rückgestreut wird. Der Fotovervielfacher wird von einer Hochspannungsquelle
16 gespeist deren Spannung mittels einer an einen Steuereingang 18 angelegten Steuerspaiinung einstell·
bar ist Die Ausgangsimpulse des Fotovervielfachers 10 gelangen zu einem Verstärker 20, dessen Ausgang mit
einer Verarbeitungsstufe 22 verbunden ist deren Aufgabe darin besteht, die Dichte des Körpers 14 aus
der Zählrate der aufgefangenen Impulse zu berechnen.
Die Stabilisierung der Verstärkung des Fotovervielfachers wird sichergestellt durch
Die Stabilisierung der Verstärkung des Fotovervielfachers wird sichergestellt durch
— eine Gammastrahlenquelle 24, die in den Szinti'lator
12 eingebaut ist und dazu dient eine Bezugs-Linie (F i g. 4) außerhalb (im hochenergetischen Abschnitt)
ojs Spektrums der Impulse zu erzeugen, die vom
Verstärker 20 geliefert werden, und durch eine
Schaltung 26, deren Aufgabe darin besteht, die Auswanderung der Linie infolge Veränderungen der Verstärkung rückgängig zu machen und zu koi rigieren unter Einwirkung auf die Spannung der Hochspannungsversorgung des Fotovervielfachers.
Schaltung 26, deren Aufgabe darin besteht, die Auswanderung der Linie infolge Veränderungen der Verstärkung rückgängig zu machen und zu koi rigieren unter Einwirkung auf die Spannung der Hochspannungsversorgung des Fotovervielfachers.
Um die Störung der Messungen zu vermeiden, besitzt die Gammastrahlenquelle 24 eine sehr geringe Aktivität
so von einigen Mikrocurie und natürlich wählt man sie so, daß die entstehende Bezugs-Linie deutlich außerhalb
des Spektrums liegt, das für die Messung verwendet wird.
Als Beispiel sei für ein Diagraphie-Dichtemeßgerät, bei dem das Spektium kaum 450 keV übersteigt, die
Verwendung einer Zwei-Mikrocurie-Quelle von Cs 137
genannt, dessen fotoelektrische Linie sich bei 661 keV befindet.
In der Schaltung 26 werden die am Ausgang des Verstärkers anfallenden Impulse parallel drei Span=
nungskomparatoren 28, 30 und 32 zugeführt, die als
Bezugsspannung jeweils die Werte A\, A2 und A3
besitzen. Fig.4 zeigt, wie diese drei Werte gewählt
werden. Der Wert Ai entspricht der Spitze S der
Bezugs-Linie für eine bestimmte Verstärkung, die konstant gehalten werden soll, während die Werte A\
und A3 zwei homologen Punkten Fbzw. F'an der Basis
der Flanken der Linie zugeordnet sind. Die Vertikalen
10
15
20
dieser beiden Punkte begrenzen mit der Vertikalen durch die Spitze 5 zwei Zonen gleicher Fläche.
Demgemäß ist die Zählrate N\ der Impulse mit Amplituden zwischen A\ und Ai gleich der Zählrate N2
der Impulse mit Amplituden zwischen A2 und A3.
Beispielsweise ist mit einer Quelle von Cs 137 mit einer
Aktivität von zwei Mikrocurie die Zählrate der Impulse mit Amplituden zwischen Ai und A3 etwa 200 pro
Sekunde.
Die Ausgänge der drei Komparaloren liegen an einer Antikoinzidenz-Logik-Schaltung 34, die einen Inverterschaltkreis
36, ein UND-Gatter 38, einen NICHT-ODER-Schaltkreis 40 und eine bistabilen Kippkreis 42
umfaßt. Der Ausgang des Komparators 30 ist über den Inverterschaltkreis 36 mit einem Eingang des UND-Gatters
38 und einem Eingang des NICHT-ODER-Schaltkreises 40 verbunden. Der Ausgang des Komparators
28 ist mit dem anderen Eingang des UND-Gatters 38 und der des Komparators 32 mit dem anderen
Eingang des NICHT-ODER-Schaltkreises 40 verbunden. Schließlich ist der Rücksetzeingang R des bistabilen
Kippkreises 42 mit dem Ausgang des NICHT-ODER-Schaltkreises 40 verbunden, während sein Setzeingang
S mit dem Ausgang des UND-Gatters 38 verbunden ist Der Ausgang O des Kippkreises ist mit dem Eingang
eines Tiefpaßfilters 44 verbunden. Hier handelt es sich um ein RC-Filter, dessen Grenzfrequenz bei 2 Hz liegt
für eine Quelle, die zwischen Ai und A) eine Zählrate
von 200 pro Sekunde liefert. Der Ausgang dieses Filters ist verbunden mit dem Eingang 46 eines nichtlinearen
Modulatorschaltkreises 48, der an seinen Ausgang 50 eine Spannung V, liefert, die etwa proportional ist dem
Sinus-Hyperbolikus der Spannung V0 an seinem
Eingang 46. Schließlich folgt dem Modulator ein'. Integrationsstufe 52, deren Ausgang mit dem Steue, eingang
18 der Hochspannungsquelle 16 verbunden ist.
F i g. 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Modulators 48. Er besteht aus fünf Zv/eigen 54,56,58,60
und 62, die zwischen dem Eingang 46 und dem Ausgang 50 parallelgeschaltet sind und die umfassen:
— einen Widerstand 64 der Größe R,,
— einen Widerstand 66 der Größe R2 und eine Diode
68 in Reihe.
— einen Widerstand 70 der Größe R2 und eine Diode
72 in Reihe,
— einen Widerstand 74 der Größe Ri und eine Diode
76 in Reihe, bzw.
— einen Widerstand 78 der Größe Ri und eine Diode
80 in Reihe;
50
die vier Dioden sind untereinander gleichartig. Der einzige Unterschied zwischen den Zweigen 56 und 58
liegt in der Tatsache, daß die Diode 68 des Zweiges 56 mit dem Ausgang 50 an ihrer Katode verbunden ist
während die Diode 72 des Zweiges 58 mit ihrer Anode am Ausgang liegt Ebenso ist der Unterschied zwischen
den Zweigen 60 und 62 die Polung der Diode 76 des Zweiges 60, die am Ausgang 50 mit ihrer Katode liegt,
gegenüber der Polung der Diode 80 des Zweiges 62, deren Anode am Ausgang liegt Schließlich sind noch die ω
Dioden 72 und 80 mit ihren Katoden jeweils über einen Widerstand 82 der Größe R4 bzw. einen Widerstand 84
der Größe K? mit einer Spannungsquelle + V verbunden,
und die Dioden 68 und 76 sind mit ihren Katoden jeweils über einen Widerstand 86 der Größe R4 bzw.
einen Widerstand 88 der Größe Rs mit einer Spannungsquelle — Werbunden.
Es ist leicht die Potentiale vA «s. vA ?&, vK 72 und vK 80 an
30
35
40 der Anode der Diode 80, der Anode der Diode 76 und
der Katode der Diode 72 bzw. der Katode der Diode 80
zu berechnen, die in Abhängigkeit von der Spannung vc
ärri Eingang 46 gemäß den folgenden Beziehungen
ausgedrückt werden können:
'Άκη
I*,. 1x4: | — V | Ri | - | H: | 4 |
Ri | + R. | ||||
I | R. | ||||
R. | t R | ||||
J·, R^ | 4 I | ||||
R: | + R | ||||
J' R- | 1 ι | ||||
Ii. | • R |
Unter diesen Bedingungen und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das Verhältnis R2IR* kleiner
gewählt wird als das Verhältnis Rj//?5, erkennt man, daß
solange die Spannung am Eingang ve von Null ausgehend ansteigt, die vier Dioden alle in Sperrichtung
polarisiert sind, dann die Dioden 68 und 76 in DuMilaßrichtung nacheinander ausgehend von
vc= VR2ZRt bzw. ve= VRy/R5 umgepolt werden, solange
die Spannung am Eingang vc von Null ausgehend abfällt, die vier Dioden zunächst in Sperrichtung
polarisiert sind und dann die Dioden 72 und 80 in Durchlaßrichtung umgeschaltet werden, und zwar
nacheinander ausgehend jeweils von vc= — VR2/Ra und
Es ergib« sich demgemäß, daß bei richtiger Auswahl der Werte ν on Ri, R2, A3, R* und R5 man ein Netzwerk 46
mit einer Ansprechkurve /s= f(ve) aufbauen kann, wie sie
in F i g. 6 dargestellt ist, wobei is der Strom ist, der dem
Eingang des Integrators 52 eingeprägt wird. Diese Kurve repräsentiert näherungsweise die Funktion
:, — k ■ sin hyp "_, realisier dnrrh fünf gerade Abschnitte
A, B+, C+, B- und C-. Der Abschnitt A entspricht
dem Bereich, für den die vier Dioden in Sperrichtung vorgespannt sind; die Zweige 56,58, 60 und 62, weiche
die Dioden enthalten, weisen demgemäß einen hohen Widerstand auf, derart, daß der Äquivalenzwiderstand
des Netzwerks im wesentlichen gleich R\ ist
Der Abschnitt B+ entspricht dem Bereich, für den die Diode 68, jetzt in Durchlaßrichtung betrieben, den
Widerstand 66 dem Widerstand 64 derart p&rallelgeschaltet,
daß der Ersatzwiderstand des Netzwerkes im wesentlichen gleich
R1 R2I
wird, also unter Ri liegt
Der Abschnitt C+ entspricht dem Bereich, in dem die Dioden 68 und 76, beide in Durchlaßrichtung vorgespannt
die Widerstände 66 und 74 dem Widerstand 64 parallelschalten, derart, daß der Ersatzwiderstand des
Netzwerkes im wesentlichen gleich
R1 R2 RJ(R1 R2 + R1Rj + R2 Rj)
wird und deshalb unter R2 liegen wird.
Der Abschnitt B- ist das negative Homolog zu B+ und entspricht dem Bereich in dem die Diode 72, jetzt
leitend, den Widerstand 70 dem Widerstand 64
parallelschaltet, derart, daß der Ersatzwidefständ des
Netzwerkes im wesentlichen gleich
R1 R1HIi, + Ii1)
wird.
Der Abschnitt C- schließlich ist negativ homolog zu G4i and entspricht dem Bereich, in dem die Dioden 72
und 80, beide in Durchlaßrichtung vorgespannt, die Widerstände 70 und 78 dem Widerstand 64 parallel·
schalten, derart, daß der Ersatzwiderslarid des Schaltkreises
im wesentlichen gleich
R1 R. Ii Hi, Ii; · R, Ii, ♦ R. R1)
Wenn also die Eingangsspannung ve ansteigt, werden
entsprechend ausgewählte Widerstände dem Widerstand 64 paraiieigeschaitei und verringern demgemäß
den wirksamen Widerstand des Netzwerkes, so daß sich eine Vergrößerung des Proportionalitätsfaktors zwischen
dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal ergibt, womit die Kurve /, = /(Vf) sich der Funktion
i,= k ■ sin hyp ν,-annähert.
Als Anhaltspunkte können genannt werden:
Der Abschnitt A erstreckt sich von vc= -4 V bis
vr= +4 V mit einer Steigung von 0,4 μΑ/V,
der Abschnitt B+ erstreckt sich von ve= +4 V bis vr= + 8 V mit einem Anstieg von 1,5 μΑ/V,
der Abschnitt C+ erstreckt sich im Bereich oberhalb ve— +8 V mit einem Anstieg von 7 μΑ/V, der Abschnitt B- erstreckt sich von ve= -4 V bis V0= +8 V mit einem Anstieg von 1,5 μΑ/V, und
der Abschnitt C- erstreckt sich jenseits von ν,= — 8 V mit einer Steigung von 7 μΑ/V. Diese Daten erhält man mit R, = 1 Megohm, /?2 = 380 k£l, I » = 540 \ιΩ und /?5=45 kn.
der Abschnitt B+ erstreckt sich von ve= +4 V bis vr= + 8 V mit einem Anstieg von 1,5 μΑ/V,
der Abschnitt C+ erstreckt sich im Bereich oberhalb ve— +8 V mit einem Anstieg von 7 μΑ/V, der Abschnitt B- erstreckt sich von ve= -4 V bis V0= +8 V mit einem Anstieg von 1,5 μΑ/V, und
der Abschnitt C- erstreckt sich jenseits von ν,= — 8 V mit einer Steigung von 7 μΑ/V. Diese Daten erhält man mit R, = 1 Megohm, /?2 = 380 k£l, I » = 540 \ιΩ und /?5=45 kn.
Man kann nun die Funktion der Schaltung nach Fig.3 erläutern. Zunächst ist festzuhalten, daß die
Amplitude am Ausgang des Verstärkers 20, wenn sie pinp AmnlittlHp linfpr Δ, hpcit^pn^ Hip Knmnaratnrpn 28,
30 und 32 nicht beeinflussen; wenn sie eine Amplitude oberhalb A), aber unterhalb A-i besitzen, den !Comparator
28 auslösen, jedoch die beiden anderen Komparatoren unbeeinflußt lassen; wenn sie eine Amplitude
oberhalb A2, aber unterhalb Ai besitzen, die Komparatoren
28 und 30 auslösen, jedoch den Komparator 32 unbeeinflußt lassen, und bei einer Amplitude oberhalb
A3 alle drei Komponenten auslösen.
Unter diesen Bedingungen wird ein Impuls am Ausgang des Verstärkers 20 mit einer Amplitude
unterhalb A\ oder oberhalb A3 von dem Logikschaltkreis 34 nicht verarbeitet
Wenn jedoch ein Impuls mit einer >Tiplitude
zwischen A\ und A2 erscheint, liegen beide Eingänge des
UND-Gatters 38 auf L, während die Eingänge des NICHT-ODER-Schaltkreises 40 bei L bzw. Null liegen;
der Ausgang des UND-Gatters liegt demgemäß bei L und derjenige des NICHT-ODER-Schaltkreises bei
Null, derart, daß der bistabile Kippkreis 42 an seinem
Rücksetzeingang R einen Impuls erhält, der ihn in den Schaltzustand Null kippt Im Falle eines Impulses mit
einer Amplitude zwischen A2 und A3 sind demgegenüber
beide Eingänge des ODER-Gatters 38 auf L bzw. Null und die beiden Eingänge des NICHT-ODER-Schaltkreises
bei Null; der Ausgang des UND-Gatters liegt demgemäß bei Null und der des NICHT-ODER-Schaltkreises
bei L, derart, daß der bistabile Kippkreis 42 an
seinem Setzeingang Seinen Impuls erhält, der ihn in den Schaltzustand L kippt
Der Ausgang O des Kippkreises 42 nimmt demgemäß
den Schaltzustand Null an für einen Impuls mit einer Amplitude zwischen Ai und A2 Und den Schaltzustand L
für einen Impuls mit einer Amplitude zwischen A2 und
A3, und der Pegel am Ausgang des Tiefpaßfilters 44 ist
repräsentativ für die Abweichung zwischen den
Zählrateri M und N2 der Impulse mit Amplituden
zwischen Ai und A2 bzw. A2 Und Aj. Genauer gesagt:
Wenn die Verstärkung ihren Bezugswert behält, für den die beiden Zählraten gleich sind, ist die mittlere
Spannung am Ausgang des Filters Null; wenn die Spannung ansteigt und demgemäß eine Verschiebung
nach rechts des Bezugs-Peaks hervorruft, entsprechend einer Verringerung von /Vi und einer Erhöhung von N2,
hat die mittlere Spannung am Ausgang des Filters einen positiven Wert proportional der Differenz zwischen
den beiden Zählraten, falls die Verstärkung abnimmt und demgemäß eine Auswanderung nach links des
Bezugs-Peaks hervorruft, entsprechend einer Verringerung von N2 und einer Vergrößerung von Ni, so hat die
mittlere Spannung am Ausgang des Filters einen negativen Wert proportional der Differenz zwischen
den beiden Zählraten.
Diese Spannung ist die Spannung Vn die an den
Eingang 46 des Modulators 48 gelangt Dieser arbeitet wie oben erläutert und liefert demgemäß an seinen
Ausgang 50 eine Spannung V5, näherungsweise proportional
dem Sinus-Hyperbolikus von V^ Der Integrator
52 wird mit dieser Spannung gespeist und legt demgemäß an den Steuereingang 18 der Hochspannungsquelle
16 des Fotovervielfachers eine Dauerspannung, die bestimmt ist zum Stabilisieren der Verstärkung
auf den Bezugswert Anders ausgedrückt:
Wenn keine Änderung des Verstärkungsfaktors vorliegt ist die mittlere Spannung, die dem Integrator
zugeführt wird. Null, und die Hochspannung an dem Fotovervietfacher bleibt ungeändert; wenn eine Vergrößerung
der Verstärkung erfaßt wird, hat die mittlere
irvofiikrt n/ir
negativen Wert, proportional dem Sinus-Hyperbolikus des Unterschieds zwischen den beiden Zählraten. Diese
Spannung verringert demgemäß die an den Fotovervielfacher angelegte Spannung bis zur Annulierung dieses
Unterschiedes; falls eine Verringerung der Verstärkung festgestellt wird, ist die mittlere Spannung am Eingang
des Integrators positiv mit einem Wert proportional dem Sinus-Hyperbolikus des Unterschiedes zwischen
den beiden Zählraten; diese Spannung erhöht demgemäß die an den Fotovervielfacher angelegte Spannung
bis zur Annulierung des Unterschiedes.
Auf diese Weise wird eine Veränderung des Verstärkungsfaktors des Detektorsystems mit Hilfe
eines Stellsignals korrigiert, das näherungsweise proportional dem Sinus-Hyperbolikus der Abweichung ist,
d.h. (da die Funktion Sinus-Hyperbolikus eine vom
Ursprung aus in ihrem Absolutwert konstant ansteigende Ableitung besitzt) mit Hilfe eines Stellsignals
proportional der Veränderung, wobei der Proportionalitätsfaktor seinerseits eine ansteigende Funktion dieser
Änderung ist Anders ausgedrückt, besteht — wenn eine
Verstärkungsfaktoränderung festgestellt wird — die Tendenz, sie mit einer Geschwindigkeit zu korrigieren,
die um so größer ist, je größer die Abweichung ist Man weiß, daß bei Verwendung einer Bezugsquelle sehr
niedriger Aktivität der statistische Fehler bezüglich der
Erfassung von Verstärkungsänderungen zur Folge hat, daß die Zeit verlängert wird, die für die Korrektur
erforderlich ist. Dieser Effekt ist um so deutlicher «usgeprägt, wenn die zu korrigierenden Abweichungen
größer sind. Die beschriebene Schaltung erlaubt es, dieses Phänomen bis in sein Gegenteil umzukehren. Auf
diese Weise wird trotz Verwendung einer schwachen
Quelle die Ansprechgeschwindigkeit auf Verstärkungs* faktoränderungen erheblich vergrößert und behält
einen im wesentlichen von der Größe dieser Abweichungen
unabhängigen Wert.
Als Beispiel kann angegeben Werden, daß bei einer
realisierten Schaltung eine Störung von 100% auf 1 % in
einem Zeitraum zurückgeführt wird, der sechsmal
kleiner ist als bei einer Schaltung gleicher Bauweise, is
jedoch ohne Modulation des Ist-Signals.
Im übrigen ist us wichtig festzuhalten, daß bei
NichtVorhandensein der Störung das System in der Zone schwachen Anstiegs der Ansprechkurve des
Modulators arbeitet Der· Eingang des Integrators befindet sich demgemäß auf einem Pegel nahe Null, was
natürlich der Anordnung im Gleichgewichtszustand eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Rauschstörungen
verleiht.
Die Korrektur der Verstärkungsänderungen muß nicht an der Hochspannungsversorgungsquelle erfolgen,
sondern kann auch an dem Verstärkungsfaktor des Ausgangsverstärkers für den Detektor vorgenommen
werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verstärkungsregelschakung für einen Strahlungsdetektor
mit einer Bezugsstrahlungsquelle geringer Aktivität, die im Spektrum der Ausgangsimpulse
des Detektors eine Bezugslinie hervorruft, mit Meß-Schaltkreisen zum Erfassen von Verschiebungen
dieser Linie im Spektrum infolge Änderungen des Verstärkungsfaktors und zum Erzeugen
eines Ist-Signals, dessen Intensität bzw. Vorzeichen repräsentativ sind für die Größe bzw. die Richtung
der Verschiebungen, mit Regelschaltkreisen für die Regelung des Verstärkungsfaktors im Sinne einer
Korrektur der Verschiebungen und mit Modulator-Schaltkreisen zwischen den Meß- und den Regelschaltkreisen
zum Liefern eines Stellsignals, das an die Regelschaltkreise angelegt wird und durch die
Modulator-i^haltkreise in Abhängigkeit von der
Größe des ist Signals verändert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meß-Schaltkreise (34, 44) ein der Zählrate proportionales Ist-Signal
(VJ erzeugen und daß die Modulator-Schaltkreise (48) das Stellsigna! (V5) in Abhängigkeit von der
Intensität des Ist-Signals (Vc) ?emäß einer ungeraden
Funktion derselben liefern, deren Steigung vom Ursprungspunkt aus monoton zunimmt
2. Verstärkungsregelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulator-Schaltkreise
(48) cf's Stellsignal (V,) etwa entsprechend
dem Sinus Hyperbolicus des Ist-Signals (Vc) liefern.
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