SE457669B - Foerfarande foer automatisk stabilisering av en scintillationsdetektor med hjaelp av en pulsvis driven ljuskaella samt anordning foer genomfoerande av foerfarandet - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 457 669 ring.

Vid förfarandet enligt uppfinningen sker utvärderingen av referenspulserna i ändamål att stabilisera genom enkel avräkning av de referenströskelvärdet överstigande pulser- na. Kontrollkopplingen har alltså väsentligen samma upp- byggnad som den vid scintillationsräknare vanligen använda digitala utvärderingskopplingen, i vilken de ett bestämt tröskelvärde överstigande scintillationspulserna räknas.

Dessa kopplingar kan därför bildas under användning av vanliga integrerade digitalkopplingar.

Det genom avräkningen av referenspulserna under varje modulationsperiod utvunna pulsantalet kan användas för för- stärkningsreglering. En särskild fördel med förfarandet enligt uppfinningen består i, att det utvunna pulstalet direkt kan användas för korrigering av det av utvärde- ringskopplingen avgivna digitala mätresultatet utan att en kompensation för inflytanden är erforderlig, vilka har lett till en förändring av pulsfrekvensen. föreligger särskilt, då utvärderingen av de resultatet sker_med en mikrodator.

Dennaímöjlighet t digitala mät- Fördelaktiga utföranden och vidareutformníngar av förfarandet enligt uppfinningen liksom en föredragen an- ordning för utövande av förfarandet definieras i u nderpa- tentkraven.

Ytterligare kännetecken och fördelar med uppfinningen framgår av den följande beskrivningen av utföringsexempel i samband med bifogade ritningar. På ritningarna visar: Fig, 1 en schematisk representation av en anordning för mätning av fyllningsnivån i en behållare med hjälp av en plastscintillationsdetektor.

Fig. 2 visar tidsdiagram- met för pulser, som används i anordningen enligt fig. 1.

Fig. 3 är blockschemat för ett utföringsexempel av utvär- deringskopplingen och kontrollkopplingen i fig. taljerat. 1 mer de- Pig. 4 är blockschemat för ett annat utförings- exempel av utvärderingskopplingen och kontrollkopplingen enligt fíg. 1. Pig. S är kopplingsschemat för ett utfö- ringsexempel av styrkopplingen enligt fig. 1, 3 och 4. 10 15 20 25 30 35 457 669 Fig. 6 visar schematiskt en modifierad utföringsform av fyllningsnivàmätanordningen. Fig. 7 visar ett exempel pá förbindningen av ljusledarna med plastscintillatorerna vid fyllningsnivåmätanordningen enligt fíg. 6. Fig. 8 vi- sar ett andra exempel pà förbindningen av ljusledarna med plastscintillatorerna vid fyllningsnivàmätanordningen en- ligt fig. 6.

Fig. 1 visar såsom användningsexempel för en plast- scintíllationsdetektor 10 mätningen av fyllningsnivàn i en behållare 12. På den ena sidan av behållaren 12 är en plastscintillator 14 anordnad, som sträcker sig över hela höjden för den fyllningsnivå som skall bestämmas. På den motsatta sidan av behållaren 12 är en gammastràlkälla 16 belägen, vars strålning är riktad genom behållaren 12 och det däri befintliga fyllningsmaterialet 18 mot plastscin- tillatorn 14. Gammastrålningen absorberas starkare av fyllmaterialet 18 än av den över fyllmateríalet befint- liga luften, så att intensiteten för den mot plastscin- tillatorn 14 infallande gammastrålningen är beroende av fyllningsnivån i behållaren. Till följd härav är även an- talet och intensiteten för de i plastscintillatorn 14 genom gammasträlningen alstrade ljusblíxtarna beroende av fyllningsnivån i behållaren 12.

För bestämning och utvärdering av de i plastscintil- latorn 14 alstrade ljusblixtarna är på vanligt sätt på ena änden av plastscintillatorn en fotoelektrisk omvandlare 20 anordnad, vanligtvis en fotoelektronmultiplikator, vil- ken omvandlar varje infallande ljusblixt till en elektrisk puls. Utgàngen från fotoelektronmultiplikatorn 20 är för- bunden med en elektronisk utvärderingskoppling 22, i vil- ken de elektriska pulser räknas, vilkas amplitud överskri- der en bestämd diskriminatortröskel. Räkneresultatet an- vändes för indikering av fyllningsnivân i behållaren 12.

Nödvändighet av stabilisering och självövervakning av plastscintillatordetektorn föreligger för att bestämma och kompensera inflytanden, som påverkar mätningen. Genom för- ändringar i plastscintillatorn (grumling, reducering av 10 20 25 30 35 457 669 ljusutbyteq och bortfall av förstärkningen hos foto- elektronmultiplikatorn faller under tidens förlopp allt fler och fler pulser under diskriminatortröskeln, så att de icke längre räknas i utvärderingskopplingen i räknaren. vid plastscintillatordetektorn i fig. 1 är åtgärder vid- tagna för att kompensera dessa fenomen och därigenom sta- bilisera driften av plastscintillatorn.

För detta ändamål är pâ den mot fotoelektronmultipli- katorn 20 motsatta änden av plastscintillatorn 14 en refe- rensljuskälla 24 anordnad, vilken styrs så genom en styr- koppling 26 , att den utsänder korta referensljuspulser, vilka genom plastscintillatorn träffar fotoelektronmulti- plíkatorn 20. Med utgången från fotoelektronmultiplikatorn 20 är utöver utvärderingskopplingen 22 en kontrollkoppling 28 förbunden, som är så utformad, att den verkar för ut- gàngspulserna från fotoelektronmultiplikatorn 20, härstammar frân ljuspulserna från ljuskällan 24, mot icke för utgängspulserna, vilka men däre- som härstammar från de av gammastrâlningen alstrade scintillationsljusblixtarna.

En speciell egenskap hos den i fig. seringsanordningen består i, 1 visade stabili- att intensiteten hos de av ljuskällan 24 emitterade ljuspulserna icke är konstant utan periodiskt moduleras genom styrkopplingen 26 i bero- ende av tiden. Fig. 2 visar intensiteten I för ljuspulserna som funktion av tiden t för det föredragna fallet, att mo- dulationen sker enligt en sàgtandfunktíon med modulations- perioden TM. Modulationsperioden TM är stor i förhållande till följdperioden TI för ljuspulserna, så att inom varje modulationsperiod TM ett stort antal ljuspulser innehàlles.

Vid det senare beskrivna utföringsexemplet av styrkopp- lingen 26 är modulationsperioden TM = 16 s och ljuspulser- na utsändes med en följdfrekvens av 32 Hz, så att de har följdperioden TI = 31,25 ms. Inom varje modulationsperiod TM faller sålunda 512 ljuspulser. Varaktigheten för varje ljuspuls är återigen mycket liten relativt följdperioden TI. Den uppgår exempelvis till 200 ns.

Inom varje modulationsperiod TM avtager intensiteten 10 15 20 25 30 35 457 669 för ljuspulserna linjärt från ett maximivärde Imax till ett minimivärde I och den hoppar i början av nästa mo- min dulationsperiod åter upp till maximivärdet Imax. Mellan de båda gränserna Imax och I ligger modulationsintervallet.

Referensljuskällan Zïlgr företrädesvis en lysdiod, eftersom denna är väl lämpad för utsändning av korta am- plitudmodulerade ljuspulser. Detta antages vid den föl- jande beskrivningen.

De från referensljuspulserna härstammande elektriska utgàngspulserna hos fotoelektronmultiplikatorn 20 är pro- portionella mot ljuspulserna, så att diagrammet i fig. 2 även representerar tidsförloppet för dessa utgångspulser, som benämnes referenspulser.

Fig. 3 visar ett utföringsexempel av kontrollkopp- lingen 28, som möjliggör utvärderingen av de i fig. 2 re- presenterade ljuspulserna i ändamål att stabilisera plast- scintillationsdetektorn.

I fig. 3 är åter plastscintillationsdetektorn 10:vi- sad tillsammans med plastscintillatorn 14 och fotoelektron- multiplikatorn 20 liksom den pulsvis drivna lysdioden 24 och dess styrkoppling 26 enligt fig. 1. Uppbyggnaden av utvärderingskopplingen 22 visas mer detaljerat. Den inne- håller en amplituddiskriminator 30 och en mäträknare 32.

Ingången till amplituddiskriminatorn 30 är över en skilje- kondensator 34, som håller borta de icke önskade likspän- ningsandelarna, förbunden med utgången från Éotoelektron~ multiplikatorn 20. Amplituddiskriminatorn genomsläpper av utgångspulserna från fotoelektronmultiplikatorn 20 blott de vilka överskrider ett bestämt tröskelvärde, som exem- pelvis uppgàr till 0,2 V. Utgàngen från amplituddiskrimi- natorn 30 är över en grindkoppling 31 förbunden med räkne- ingången hos mäträknaren 32, så att mäträknaren räknar alla utgàngspulser från fotoelektronmultiplikatorn 20, vilkas amplitud är större än 0,2 V. Eftersom de från scin- tillationsljusblixtarna härstammande pulserna har en myc- ket kort varaktighet, som ligger i storleksordningen unge- fär 10 ns, måste för mäträknaren 32 en snabb räknare an- 10 15 _20 25 30 35 457 669 vändas, vilken fungerar för så korta pulser.

Härför lämpar sig exempelvis en TTL-räknare.

Plastscintillationsdetektorn 10 bildar i förbindelse med utvärderingskopplingen 22 en scintíl lationsräknare av vanlig konstruktion, vars mätresultat, som representeras av det pá en given tidsenhet uppnådda räknetillståndet hos räknaren 32, kan på vanligt sätt utvärderas.

Kontrollkopplingen 28 innehåller på liknande sätt en amplítuddiskriminator 36 och en referensräknare 38. gången till amplituddiskriminatorn 36 kondensator 48, ningsandelar, In- är över en skilje- som håller borta icke önskade likspän- förbunden med utgången från fotoelektron- multiplikatorn 20. Utgàngen från am plituddiskriminatorn 36 är å ena sidan över en grindkoppling 37 ansluten till räkneingången hos referensräknaren 38 och till styringângen hos grindkopplingen 31 till gríndkopplingen 37 är ansluten till hos styrningskopplingen 26. Därmed räknar referensräkna- ren 38 de utgàngspulser från fotoelektronmultiplíkatorn 20, vilkas amplítud överstiger diskriminatortröskeln hos amplituddiskriminatorn 36 och vilka kopplingen 37. å andra sidan . Styringàngen en utgång 26a genomsläpps av grind- Diskriminatortröskeln för amplituddiskrimí- natorn 36 är inställbar med hjälp av en tröskelvä rdesgi- vare 44.

Denna diskriminatortröskel betecknas såsom refe- renströskelvärde SR.

Grindkopplingen 37 är normalt sluten och öppnas kort tid genom pulser, vilka avges från utgången 26a hos styr- kopplingen 26. Grindkopplingen 31 är normalt öppen och den stänges kortvarigt genom varje utgàn gspuls från amplitud- diskriminatorn 36.

Stegutgàngarna från referensräknaren 38 är förbundna med ingångarna hos ett register 48. En ytterligare utgång 26b hos styrkopplingen 26 är ansluten till en återställ- ningsingàng hos referensräknaren 38 och till en utlös- ningsingàng för registret 48. Då från utgången 26b hos styrkopplingen 26 en puls avgives, överföres räknetill- ståndet hos referensräknaren 38 till registret 48 och sam- 10 15 20 25 30 457 669 tidigt àterställes referensräknaren 38 till noll. Samma puls kan även tillföras àterställningsingàngen för mät- räknaren 32, om denna skall ha samma räkneperiod som re- ferensräknaren 38.

Om det antages att de i fig. 2 representerade pul- serna är de av fotoelektronmultíplikatorn 20 avgivna re- ferenspulserna, inställes referenströskelvärdet SR genom tröskelvärdesgivaren 44, så att det ligger i modulations~ intervallet mellan den största pulsamplituden Imax och den minsta pulsamplituden Imin hos den sågtandmodulerade pulsen. Detta referenströskelvärde SR ligger mycket högre än diskriminatortröskeln för amplituddiskriminatorn 30.

Det kan exempelvis uppgå till 4 V. Av fig. 2 framgår, att därvid under varje modulationsperiod TM ett bestämt antal pulser överskrider referenströskelvärdet SR, under det att de övriga pulserna förblir under referenströskelvär- det. Referensräknaren 38 räknar blott de referenspulser, vilkas amplitud överskrider referenströskelvärdet SR.

Styrkopplingen 26 avgiver vid slutet av varje modulations- period TM till utgången 26b en puls, som utlöser överfö- ringen av räknetillståndet hos referensräknaren 38 till registret 48 och återställer referensräknaren 38 till noll, så att den under nästa modulationsperiod åter bör- jar räkna framifrån. Därmed_stàr vid slutet av varje mo- dulationsperiod i registret 48 ett tal, vilket indikerar antalet referenspulser, som under denna modulationsperiod överskrider referenströskelvärdet SR. Detta tal är ett kriterium för om plastscintillationsdetektorn 10 arbetar oförändrat. Om nämligen de av gammastrålningen alstrade ljusblixtarna till följd av en grumling eller annan änd- ring av plastscintillatorn 14 försvagas eller om förstärk- ningen hos fotoelektronmultiplikatorn 20 sjunker, verkar dessa fenomen på samma sätt på de av ljusdioden 24 alstra- de ljuspulserna. Därigenom blir antalet referenspulser, vilka överskrider referenströskelvärdet SR mindre och till följd därav står vid slutet av varje modulations- period TM ett mindre tal i registret 48. Denna verkan kan 10 15 20 25 30 35 4s7V6e9 utnyttjas för stabílisering av plastscintillationsdetek- torn 10.

Vid det i fig. 3 visade utföringsexemplet sker stabi- liseringen av plastscintillationsdetektorn 10 genom att förstärkningen hos fotoelektronmultiplikatorn 20 med hjälp av en regleringskrets, i vilken kontrollkopplingen 28 lig- ger, regleras sà att det vid slutet av varje modulations- period TM i registret 48 införda talet hålles på ett kon- stant värde. För detta ändamål är utgången hos registret 48 förbunden med en spänningsregulator 50, vilken inverkar på högspänningsgeneratorn 52 för fotoelektronmultiplika- torn. Om det i registret 48 införda talet faller under det givna börvärdet, ökar spänningsregleringen 50 högspänning- en fràn fotoelektronmultiplikatorn 20, tills antalet under varje modulationsperiod räknade referenspulser åter uppnår börvärdet. Då har referenspulserna åter den föreskrivna amplituden relativt referenströskelvärdet SR. Åldrings- fenomenen hos plastscintillatorn 14 och/eller fotoelektron- multiplikatorn 20 kompenseras därvid genom den ökade för- stärkningen hos fotoelektronmultiplikatorn 20. Denna kom- pensation verkar på samma sätt på scintillationspulserna, så att också det av utvärderingskopplingen 22 avgivna mät- resultatet är rättat.

Då spänningsregulator 50 är en digital spänningsregu- lator, kan den bestämma den digitala utgângssignalen från registret 48 direkt. Vid användning av en analog spännings- regulator infogas en lämplig digital/analogomvandlare mel- lan registret 48 och spänningsregulatorn 50.

I stället för att inverka på högspänningen hos foto- elektronmultiplikatorn 20, kan förstärkningsregleringen också ske på annat sätt, exempelvis genom ändring av för- stärkningsfaktorn hos en efter fotoelektronmultiplikatorn 20 kopplad förstärkare eller genom förändring av en eller flera av spänningsdelarmotstânden hos fotoelektronmulti- plikatorn.

För att den ovan beskrivna stabíliseringen av plast- scintillationsdetektorn med hjälp av kontrollkopplingen 28 10 15 20 25 30 35 457 669 skall fungera riktigt är det viktigt, att referensräknaren 38 blott verkar på de från ljuspulserna hos ljusdioden 24 härstammande referenspulserna och däremot icke för de av gammastrålningen alstrade scintillationspulserna eller för störpulserna, vilka särskilt kan alstras genom kosmisk strålning.

För att skilja referenspulserna från scintillations- pulserna och störpulserna kan olika kriterier utnyttjas.

Ett första kriterium är pulsamplituden. Då intensiteten hos de från lysdioden 24 emitterade ljuspulserna väljs så stor, att den alltid ligger över intensiteten för de i plastscintillatorn 14 alstrade ljusblixtarna, kan refe- renströskelvärdet SR för amplituddiskriminatorn 36 läggas så högt, att alla scintillationspulser från amplituddis- kriminatorn 36 undertrycks. Denna särskiljningsmöjlighet är dock utsatt för avsevärda inskränkningar, emedan ampli- tuderna för scintillationspulserna varierar inom ett brett område. Vidare föreligger alltid möjligheten för uppträ- dande av störpulser, vilkas amplitud överskrider referens- tröskelvärdet.

Ett ytterligare kriterium för att skilja referens- pulserna från scintillationspulserna och från störpulserna är den olika pulslängden. Såsom förut nämnts ligger varak- tigheten för scintillationspulserna i storleksordningen 10 ns och också de förekommande störpulserna, speciellt sådana av högre amplitud, har en liknande kort varaktig- het. Då varaktigheten för de av ljusdioden 24 emitterade ljuspulserna görs längre, i storleksordningar exempelvis 200 ns, är det möjligt att skilja referenspulserna från scintillationspulserna och störpulserna genom den olika pulsvaraktigheten. För detta ändamål kunde före referens- räknaren 38 en pulsdiskriminator kopplas. En enkel lös- ning består dock i att för referensräknaren 38 använda en räknare, mars reaktionstid är så stor, att den visser- ligen verkar för referenspulserna men däremot icke för korta scintillationspulser och störpulser. Denna beting- else uppfylles speciellt av CMOS-räknare. 10 15 20 25 30 35 457 669 10 Slutligen är det också möjligt att avskilja referens- pulserna på grund av det faktum att tidpunkten för deras uppträdande är noga bekant. Detta faktum utnyttjas vid an- 3 med hjälp av grindkopplingen 37. Styr- kopplingen 26 avgiver på utgången 26a varje gång en puls, då lysdioden 24 exciteras för emission av en ljusouls. ordningen i fig.

Genom var och en av dessa pulser öppnas grindkopplingen 37 under den varaktighet, varunder en referenspuls kan mottagas. I pauserna mellan referens pulserna spärras grind- kopplingen 37 , så att scintillationspulser och störpulser, t o m då de överförs av amplituddiskriminatorn 36, icke kan nå referensräknaren 38.

Om inga särskilda åtgärder vidtagits, räknas utöver scintillationspulserna också alla referenspulser och stör- pulser av räknaren 32 i utvärderingskopplingen 22. Räk- ningen av referenspulserna skulle vara oskadligt, emedan deras antal är noga känt, och vid beräkningen av fyllninge- nivån från räkneläget i räknaren 32 kan man t härtill. Detta gäller dock icke störpulserna träder oregelbundet. aga hänsyn , vilka upp- För att hindra räkningen av sådana störpulser i mäträknaren 32 är vid utföringsexemplet i fíg. 3 mellan amplituddiskriminatorn 30 och mäträknaren 32 grindkopplingen 31 införd, vilken spärras genom varje ut- puls från amplituddiskriminatorn 36, så att överföringen av motsvarande pulser från utgången hos amplituddiskrimi- natorn 30 till mäträknaren 32 hindras. Därigenom hindras räkningen av andra pulser, vilkas amplitud överskrider referenströskelvärde SR, i mäträknaren 32. Detta är vä- sentligen alla genom kosmisk strålning alstrade pulser liksom en del av referenspulserna. De referenspulser, vil- kas amplitud når referenströskelvärdet SR, räknas däremot av mäträknaren 32. Till följd av den vid utföringsexemplet i fig. 3 genomförda regleringen hàlles dock antalet så- dana räknade referenspulser alltid på samma konstanta värde, så att det av mäträknaren 32 under varje räkne- period avgivna räknevärdet kan motsvarande korrigeras.

I stället för att använda det genom räkningen av re- 10 15 20 25 30 35 457 669 11 ferenspulserna i kontrollkopplingen 28 erhållna mätresul- tatet för regleringen av förstärkningen hos fotoelektron- multiplikatorn, såsom vid utföringsexemplet enligt fig. 3, är det även möjligt att använda detta resultat direkt för korrigering av det av utvärderingskopplingen 22 avgivna mätresultatet. Denna möjlighet erbjudes särskilt dà mät- resultatet, d v s fyllningsnivån i behållaren 12, beräk- nas från räknetillståndet hos mäträknaren 32 genom en mikrodator. Fig. 4 visar en modifikation av anordningen i fig. 3, vid vilken denna möjlighet utnyttjas.

Bestándsdelarna i anordningen i fig. 4 överensstäm- mer med dem i anordningen i fig. 3 ända till ingàngarna till mäträknaren 32 och referensräknaren 38. Dessa över- ensstämmande kopplingsdetaljer har samma funktioner som vid fallet i fig. 3 och skall därför icke ännu en gäng beskrivas. Dock saknas regleringskretsen med spännings- regulatorn 52. Mäträknaren 32 och referensräknaren 38 är efterkopplade med ett förskjutningsregister šö respektive 58, till vilket räknartillstàndet hos den tilldelade räk- naren vid slutet av varje modulationsperiod på grund av den frán utgången 26b hos styrkopplingen 26 avgivna pul- sen parallellt överföres, under det att samtidigt räkna- ren återställes till noll. Därefter införes innehållet i de båda förskjutningsregistren S6 och 58 i serie i en mikrodator 60, vilken därutav beräknar fyllningsnivån i behållaren 12 och även företager korrigeringen av mätvär- dena genom räkneresultatet hos referensräknaren.

Vid denna utföringsform sker ingen kompensation av àldringsfenomenen hos plastscintillatorn 14 och/eller fotoelektronmultíplikatorn 20, vilka leder till en sänk- ning av pulsfrekvensen hos de räknade scintillationspul- serna. Till följd av amplitudmodulationen av referenspul- serna minskas dock antalet av de under varje modulations- period räknade referenspulserna i samma förhållande och detta faktum kan utnyttjas i mikrodatorn 60 för korrige- ring av mätresultatet. Modulatíonen enligt en linjär såg- tandfunktion är speciellt fördelaktig i detta fall, eme- dan därigenom ändringen av pulsantalet är direkt propor- 10 20 25 30 35 457 669 12 tionell mot reduceringen av pulsamplituden.

Det är emellertid ingalunda absolut nödvändigt att företaga en linjär sàgtandmodulation. Amplitudmodulationen gt en olinjär funk- mt, om man vid den en vill uppnå en av referenspulserna kan också ske enli tion. Detta kan exempelvis vara gynnsa i fig. 3 visade förstärkningsreglering särskilt stor känslighet i omgivningen renströskelvärdet SR bestämda börvärdet av det genom refe- Fig. 5 visar ett utföringsexempel på styrkopplingen 26 för fallet med en linjär sågtandmodulation, varvid sågtandspänningen alstras digitalt. Vidare åstadkommer styrkopplingen i fig. 5 en kompensation av temperaturbe- roendet hos lysdioden 24.

För alstrande av ságtandspänningen tjänar en binär- räknare 70 i förbindelse med en digital/analogomvandlare 11. Binärräknaren 70 har en fäknekapacice: av 210 = 1024, varvid tio binära räknarsteg_erfordras. Såsom exempel an- tages, att en binärräknare med ett störr vändes, exempelvis en tolvstegig CMOS-rä CD4040, vid vilken utgången Q11 för det förbunden med återställningsingången R, e stegantal an- knare av typen elfte steget är så att binärräk- naren efter uppnåendet av räknetillstàndet 1024 återstäl- les till noll och börjar att räkna frami Q11 kan tillika bilda utgången 26b från Stegutgàngarna Q1 ... Q10 för de tio för är förbundna med motsvarande ingån omvandlaren 71 från. Utgången styrkopplingen. sta räknestegen gar hos digital/analog- , som på sin utgång 71a avger en spänning, som i denna tidpunkt är proportionell mot räknetillstån- det hos binärräknaren 70.

Taktíngången för binärräknaren 70 är förbunden med utgången från en taktgivare 74, som avger taktpulser med en följdfrekvens av 64 Hz. Räkneperioden för binärräkna- ren 70 uppgår därmed till 1024/64 = 16 s.

På utgången 71a hos digital/analogomvandlaren 71 upp- kommer därmed en trappformigt stigande spänning, som efter 16 s återgår till noll och under varje period om 16_s upp- visar 1024 trappsteg av samma storlek. Denna spänning kan 10 15 20 25 30 35 457 669 13 därmed approximativt sättas lika med en sågtandspänning, som stiger linjärt med stor noggrannhet.

Utgàngen 71a hos digital/analogomvandlaren 71 är för- bunden med den inverterande ingången hos en operations- förstärkare 75, som över ett motstånd 78 är anslutet till jord. Den icke inverterande ingången till operationsför- stärkaren 75 mottager spänningsfallet pà en zenerdiod 76, som är ansluten i serie med ett motstånd 77 mellan den positiva spänningsmatningsklämman +Ub och jord. I åter- kopplingskretsen för operationsförstärkaren 75 ligger ett motstånd 79. Utgàngsspänningen från operatíonsförstärkaren 75 ligger på den icke inverterande ingången hos en ytter- ligare operationsförstärkare 80, vars utgång är förbunden med basen hos en npn-transistor 83. Bmittern i transistorn 83 och den inverterande ingången hos operationsförstärka- ren 80 är förbundna med varandra och över ett strömmen bestämmande motstånd 82 anslutna till jord. Operations- förstärkaren 80 bildar tillsammans med transistorn 83 och motståndet 82 en spänningsstyrd strömkälla av känt slag.

Lysdioden 24 ligger parallellt med emitter-kollektor- sträckan hos en pnp-kopplingstransistor 84 i belastnings- kretsen för den spänningsstyrda strömkällan mellan spän- ningsklämman +Ub och kollektorn i transistorn 83. Basen i transistorn 84 är över ett motstånd 85, vilket är paral- lellkopplat med en kondensator 86, ansluten till utgången hos en monovippa 87. En till utgången från taktgivaren 74 ansluten frekvensdelare 88 med delningsförhàllandet 1:2 avgiver pulser med en följdfrekvens 32 Hz till utlösnings- ingången hos monovippan 87. Kopplingstransistorn 84 är nor- malt öppen. Då monovippan 87 utlöses genom en puls från frekvensdelaren 88, avgiver den på utgången en puls av varaktigheten 200 ns, som spärrar transistorn 84 under denna varaktighet. Utgången från frekvensdelaren 88 kan tillika bilda utgången 26a från styrkopplingen.

Den hittills beskrivna kopplingsanordningen har föl- jande verkningssätt: Operationsförstärkaren 75 arbetar såsom differensför- 10 20 25 30 35 457 669 14 stärkare, som pà utgången avger en spänning, vilken svarar mot skillnaden mellan klämspänningen hos zene och ságtandutgàngsspänningen från digital/ana ren 78 med en genom det inre motståndet hos d logomvandlaren 71 och återkopplingsmotstándet förstärkningsfaktor. rdioden 76 logomvandla- igital/ana- 79 bestämd Denna utgàngsspänning, som ligger på den icke inverterande ingången hos operation sförstärkaren 80, ransistorn 84, tran- sistorn 83 och motståndet 82 till jord, för operationsförstärkaren 75 noggrant p strömmen. Då kopplingstransistorn 84 är lysdioden 24 praktiskt taget kortslu för någon ström. en utgångsspänning roportionell mot strömförande, är ten, så att den icke För varje av frekvensdelaren 88 avgiven puls spärras kopplingstransistorn 84, spänningsstyrda strömkällan alstrade s över lysdioden 24. Lysdioden 24 avger med en varaktighet av 200 ns och en fö Eftersom intensiteten för det från en så att den av den trömmen måste flyta därmed ljuspulser ljdperiod av 32_Hz. lysdiód avgivna lju- set är proportionell mot den genom lysdioden flytande strömmen, ändrar sig intensiteten för avgivna ljusimpulserna som funktion av tiden proportio- nellt mot den på ingången till operationsförstärkaren 80 anliggande spänningen. Intensiteten för ljuspulserna änd- rar sig därmed i motsvarighet till diagrammet i fíg. 2.

Som bekant beror intensiteten hos det av en lysd emitterade ljuset icke blott på den över lysdioden fl de strömmen utan även på temperaturen. I styrkopplingen i fig. 5 är dessutom åtgärder vidtagna för kompensation av detta temperaturberoende hos lysdioden 24. de av lysdioden 24 iod ytan- 10 15 20 25 30 35 457 669 15 Den icke inverterande ingången hos operationsförstär- karen 75 tillförs över ett motstånd 89 utgångsspänningen från en ytterligare operationsförstärkare 90, i vars åter- kopplingskrets ett motstånd 91 ligger. Den inverterande ingången hos operationsförstärkaren 90 är över ett mot- stånd 92 förbunden med uttaget hos en spänningsdelare, som består av två fasta motstånd 93, 94 och är kopplad parallellt med zenerdioden 76. Därmed ligger på den in- verterande ingången hos operationsförstärkaren 90 en genom spänningsförhâllandet bestämd fast bråkdel av den av zenerdioden 76 stabiliserade spänningen. Den icke in- verterande ingången hos operationsförstärkaren 90 är över ett motstånd 95 förbunden med uttaget hos en spännings- delare, som likaledes är kopplad parallellt med zenerdio- den 76.

Denna spänningsdelare består av ett fast motstånd 96 och ett temperaturberoende motstånd 97, exempelvis av ty- pen PT100. Därmed avger operationsförstärkaren 90 en spän- ning, som beror av omgivningstemperaturen. Denna spänning överlagras genom operationsförstärkaren 75 pà den förut nämnda sàgtandformiga modulationsspänningen. Spänningsde- larförhàllandena för spänningsdelarna 93, 94 och 96, 97 liksom förstärkningsfaktorn för operationsförstärkaren 90 är så dimensionerade, att denna temperaturberoende spän- ning sà påverkar den över lvsdioden 24 flytande strömmen, att därigenom temperaturberoendet hos lysdioden 24 exakt kompenseras.

Om för övervakning av ett rum med stor längsutsträck- ning, exempelvis vid mätning av fyllningsnivàn hos höga behållare, en enda plastscintillator av motsvarande stor längd används, kommer såväl scintillationsljusblixtarna, som alstras på den från fotoelektronmultiplikatorn vända änden av scintillatorn, liksom också de för stabilisering använda ljuspulserna vid genomgång genom den långa scin- tillatorn att kraftigt försvagas, innan de träffar foto- elektronmultiplikatorn. Fig. 6 visar en modifierad utfö- ringsform av fyllningsnivàmätanordningen i fig. 1, vid 10 15 20 25 30 35 tillationsdetektorer 10a och 10b används, 457 669 16 vilken denna olägenhet undvikes genom att tvâ plastscin- av vilka var och en består av en plastscíntillator 14a respektive 14b och en fotoelektronmultiplikator 20a respektive 20b.

Plastscintillatorerna 14a, 14b är koaxiellt anordnade in- hördes, så att deras fotoelektronmultiplikatorer 20a, 20b med motsatta ändytor 15a, 15b är vända mot varandra och ligger på minsta möjliga avstånd från varandra eller t o m berör varandra. För att inget ljus från den ena plastscin- tillatorn skall kunna övergå till den andra är de mot var- andra vända ändytorna 15a, 1Sb förspeglade.

Varje plastscintillationsdetektor 10a, 10b har en egen utvärderingskoppling 22a, 22b, en egen kontrollkopp- ling 28a, 28b, en egen referensljuskälla 24a, 24b och en tillhörande styrkoppling 26a, 26b. I fig. 6 antages att utgångssignalerna från kontrollkopplingarna 28a, 28b an- vändes för korrigering av de från utvärderin gskopplingarna 22a, '22b avgivna mätresultaten liksom fallet är i fig. 4.

För detta ändamål bearbetas utgångssignalerna från utvär- deringskopplingarna 22a, 22b och kontrollkopplingarna 28a, 28b av en gemensam mikrodator 60. Den i fig. 6 visade an- vändningen av två plastscintillationsdetektorer 10a, 10b låter sig dock också användas, då enligt utföringsexemplet i fig. 3 stabiliseringen sker genom förstärkningsreglering.

I detta fall, vilket icke visas på ritningen, inverkar ut- gången från kontrollkopplingen 28a över en tilldelad reg- leríngskrets på förstärkningen hos fotoelektronmultiplika- torn 20a, och utgången från kontrollkopplingen 28b påver- kar över en andra regleringskrets förstärkningen hos foto- elektronmultiplikatorn 20b.

Utvärderingskopplingarna 22a, 22b och kontrollkopp- lingarna 28a, 28b kan utformas på det förut i samband med fig. 3 och 4 beskrivna sättet.

Det är också möjligt att anordna flera gammastrål- källor på olika höjder för behållaren. Såsom exempel visas i fig. 6 att en ytterligare gammastrålkälla 16a är anbragt på halva höjden. 10 15 20 25 30 35 457 669 17 För att för fyllningsnivåmätningen inget dött rum skall föreligga är det önskvärt, att ändytorna 15a, 15b hos plastscintillatorerna 14a, 14b anordnas på minsta möjliga avstånd från varandra. Det skulle därför vara ogynnsamt att anordna referensljuskällorna 24a, 24b, exempelvis lysdioderna såsom i fallet i fig. 1, omedelbart vid dessa ändytor. För att undvika detta överföres vid an- ordningen i fig. 6 de från referensljuskällorna 24a, 24b alstrade ljuspulserna över ljusvàgledare 2Sa respektive 25b till plastscintillatorerna.

I fig. 7 och 8 representeras olika möjligheter för förbindning av ljusvàgledarna 25a, 25b med plastscintilla- torerna 14a, 14b.

Vid utföringsformen i fig. 7 är ändarna av ljusvàg- ledarna 25a, 25b klistrade vid de förspeglade ändytorna 15a, 15b hos plastscintillatorerna 14a, 14b, så att refe- rensljuspulserna från ändytan axiellt inkopplas i plast- scintillatorerna. Denna åtgärd ger emellertid en, om även ringa, dödvolym mellan de båda plastscintillatorerna.

Såsom framgår av fig. 8 är det dock möjligt att in- koppla ljuspulserna från sidytorna i plastscintillatorerna.

De förspeglade ändytorna 15a, 15b kan därför ligga direkt mot varandra, så att dödvolymen begränsas till tjockleken för de båda förspeglingarna, som är mycket liten (t ex 20 pm). l För förbindningen av de båda ljusledarna med sidvtor- na hos plastscintillatorerna är i fig. 8 tvâ exempel visa- de, vilka valbart kan användas. Ljusledaren 25a är klist- rad vid sidytan av plastscíntillatorn 14a, medan ljusleda- ren 25b medelst en plastklämma 27 är så fäst, att dess ändyta pressas mot sidytan av plastscintillatorn 14b.

I båda fallen överförs de från ljusledarna 25a, 25b till plastscíntillatorerna 14a, 14b inkopplade ljuspulser- na genom reflektion mot de förspeglade ändytorna 15a, 15b och genom totalreflektion på sidytorna av plastscintilla- torerna 14a, 14b till de på motsatta ändar-befintliga fotoelektronmultíplikatorerna. ' 457 669 18 Stabiliseringen medelst amplitudmodulerade referens- ljuspulser är förut beskriven vid exemplet med plastscin- tillationsdetektorer, för vilka den är särskilt lämplig, emedan på detta sätt också àldringsfenomenen eller andra ljusöverföringen pâverkande ändringar hos plastscintilla- torerna kan samtidigt stabiliseras. Det är dock uppenbart, att detta slag av stabílisering också är användbart vid andra slag av scintillatíonsdetektorer, exempelvis vid kristall- eller vätskescintillationsdetektorer.

Claims (20)

19 457 669 Patentkrav

1. Förfarande för automatisk stabilisering av en scintil- lationsdetektor med hjälp av en pulsvis driven ljuskälla, vars ljuspulser uppfàngas av scíntillationsdetektorns foto- elektriska omvandlare och en kontrollkoppling, som verkar för de av ljuspulserna alstrade utgàngssignalerna från den fotoelektriska omvandlaren (referenspulser), k ä n n e- t e c k n a t av att ljuspulsernas intensitet moduleras i enlighet med en periodisk sàgtandfunktion, vars period (TM) är stor relativt ljuspulsernas tágperiod (TI), och att under varje modulationsperiod antalet referenspulser, vilkas ampli- tud överstiger ett inom modulationsintervallet (Imax-Imin) liggande bestämt referenströskelvärde (SR) bestäms och används för stabilisering.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att förstärkningen hos den fotoelektriska omvandlaren (20) respektive dess utgàngskrets regleras i beroende av det bestäm- da pulsantalet för ett upprätthållande av ett bestämt pulsan- tal (Fig. 3).

3. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att det bestämda pulsantalet användes för korrigering av scintillationsdetektorns (10) mätresultat (Fig. 4). U

4. Anordning för utövande av förfarandet enligt något av pa- tentkraven l-3, med en scintillator, i vilken genom en infal- lande joniserande strålning ljusblixtar alstras, en fotoelek- trisk omvandlare, som är så anordnad, att den mottager de i scintillatorn alstrade ljusblixtarna och omvandlar dem till elektriska utgångssignaler, en till utgången från den foto- elektriska omvandlaren ansluten utvärderingskoppling för de på grund av ljusblixtarna alstrade utgângssignalerna från den fotoelektriska omvandlaren, en pulsvis driven ljuskälla, som är så anordnad, att de av densamma alstrade ljuspulserna upp- fångas av den fotoelektriska omvandlaren, och med en till 457 669 20 utgången från den fotoelektriska omvandlaren ansluten kontroll- koppling, som verkar pà de av ljuspulserna från ljuskällan als- trade utgángssignalerna från den fotoelektriska omvandlaren (referenspulser), k ä n n e t e c k n a d av att en styrkopp- ling (26) är anordnad för ljuskällan (24) som modulerar inten- siteten för ljuspulserna enligt en periodisk sàgtandfunktion, vars period (TM) är stor relativt ljuspulsernas tágperiod (TI), och att kontrollkopplingen (28) innehåller en referensräknare (38), som i varje modulationsperiod (TM) räknar de referenspul- ser, vilkas amplitud överstiger ett inom modulationsintervallet (Imax-Imín) liggande pá förhand bestämt referenströskelvärde (SR).

5. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att referensräknaren (38) är förkopplad med en amplituddiskri- minator (36), vilken blott genomsläpper pulser med en referens- tröskelvärdet (SR) överstigande amplitud till räknaren (38).

6. Anordning enligt patentkravet 5, k å n n e t e c k n a d av att kontrollkopplingen (28) aktiveras genom styrkopplingen (26) blott under utsândningen av varje ljuspuls.

7. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d av att referensräknaren (38) är förkopplad med en grindkoppling (37), vilken öppnas genom styrkopplingen (26) blott under utsän- dandet av varje ljuspuls.

8. Anordning enligt något av patentkraven 4-7, k ä n n e t e c k- n a d av att ljuspulsernas varaktighet är större än scintilla- tionsljusblixtarnas varaktighet och att kontrollkopplingen (28) innehåller en.pulsvaraktighetsdiskriminator.

9. Anordning enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k n a d av att såsom referensräknare (38) en räknare användes, vars reak- tionstid år så stor, att den verkar för pulser med ljuspulser- nas varaktighet, men däremot inte verkar för pulser med scin- tillationsljusblixtarnas varaktighet. 21 457 669

10. Anordning enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a d av att referensräknaren är en CMOS-räknare.

11. ll. Anordning enligt något av patentkraven 4-10, k ä n n e- t e c k n a d av att utvärderingskopplingen (22) innehåller en anordning (31) för undertryckning av störpulser.

12. Anordning enligt något av patentkraven 4-ll, k ä n n e- t e c k n a d av att styrkopplingen (26) innehåller en ságtandge- nerator (70, 71, 74), vars utgángssignal användes för modulation av ljuspulsernas intensitet.

13. Anordning enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k n a d av att sågtandgeneratorn bildas av en från en taktgivare (74) styrd räknare (70) med efterkopplad digital/analogomvandlare (71).

14. Anordning enligt något av patentkraven 4-13, k ä n n e- t e c k n a d av att ljuskällan (24) är en lysdiod, som ligger i belastningskretsen för en genom modulationsspänningen styrd strömkälla (80, 83) och att lysdioden (24) är parallellkopplad med en omkopplare (84), som spärras för utsändningen av varje ljuspuls.

15. Anordning enligt patentkravet 14, k ä n n e t e c k n a d av att styrkopplingen-(26) innehåller en temperaturberoende kopp- ling (90 till 97) för kompensation av lysdiodens (24) tempera- turberoende.

16. Anordning enligt något av patentkraven 4-15, k ä n n e- t e c k n a d av att kontrollkopplingen (28) ligger i en för- stärkningsregleringskrets (20, 28, 50, S2), som reglerar för- stärkningen hos den fotoelektriska omvandlaren (20) för en kon- stanthállning av de av referensräknaren'(38) under varje modula- tionsperiod (TM) räknade pulserna.

17. Anordning enligt något av patentkraven 4-15, k å n n e- t e c k n a d av att den det bestämda pulstalet motsvarande 457 669 22 utgángssignalen hos kontrollkopplingen (28) tillförs utvärde- ringskopplingen (22) för korrigering av mâtresultatet.

18. Anordning enligt nàgot av patentkraven 4-17, k ä n n e- t e c k n a d av att vid användning av en plastscintillator (14) ljuskällan är så anordnad, att ljuspulserna överförs ge- nom plastscíntillatorn (14) till den fotoelektriska omvandla- ren (29).

19. Anordning enligt patentkravet 18, k ä n n e t e c k n a d av att två plastscintillatorer (l4a, l4b) är anordnade, vilka är förspeglade på de mot varandra vända ändytorna (l5a, l5b) och att på de motsatta ändytorna vardera är ansluten en foto- elektrisk omvandlare (20a, 20b), och att de modulerade ljus- pulserna över ljusledare (25a, 25b) vid den från den fotoelek- triska omvandlaren (20a, 20b) vända änden hos varje plastscin- tillator (l4a, l4b) ínkopplas till denna.

20. Anordning enligt patentkravet 19, av attlplastscintillatorerna (l4a, l4b) med sina förspeglade ändytor (l5a, lâb) ligger omedelbart mot varandra och att än- darna av ljusledarna (25a, 25b) är förbundna med plastscintilla- torernas (l4a, l4b) sidytor. k ä n n e t e c k n a d