Устройство для измерения интенсивности радиационного излучения

 

Изобретение относится к измерительным схемам, используемым во всех типах детекторов излучения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем введения автоматического регулирования по логарифмическому закону шкалы канала-таймера в зависимости от измеряемой величины. Прибор содержит детектор, счетчик импульсов детектора, генератор, счетчик импульсов генератора, управляемый счетчик, блок задания коэффициента пересчета управляемого счетчика, блок формирования сброса. Дополнительно введены два конденсатора, логический элемент 2 ИЛИ - НЕ, управляющий счетчик. Новым является выполнение управляемого счетчика в виде двоичного счетчика, соединенного последовательно с мультиплексором, выполнение блока формирования сброса на RS-триггере, блока задания коэффициента пересчета - в виде двоичного счетчика, а также сзязи между имевшимися и вновь введенными блоками. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения ядерных излучений, в частности к измерительным схемам, используемым во всех типах детекторов. Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства путем введения автоматического регулирования по логарифмическому закону шкалы канала-таймера в зависимости от измеряемой величины. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 принципиальная схема устройства; на фиг.3 временная диаграмма работы устройства при включении; на фиг.4 временная диаграмма работы таймера устройства; на фиг.5 временная диаграмма работы устройства в циклическом режиме. Устройство содержит блок 1 индикации, двоичный счетчик-делитель 2 на 60 блока индикации для организации прерывистого питания светодиодов, что необходимо для экономии электропитания, аналоговый ключ 3, реализованный по любой известной схеме, блок 4 светоизлучающих элементов, мультиплексор 5 блока индикации, первый двоичный счетчик 6 (по модулю 2^N1, где N₁=5, исходя из требуемой точности определения измеряемой величины), высокостабильный генератор 7 тактовых импульсов с выходной частотой генератора F_г=32768 Гц= 2¹⁵, элемент 2 ИЛИ-НЕ 8, второй двоичный счетчик 9 (по модулю 2^N2, где N₂= 15, c учетом того, что F_г=32768 Гц, на выходе 2¹⁵ получаем период, равный 1 с), третий двоичный счетчик 10 (по модулю 2^N3, где N₃=13 для получения периода 64 с или времени 32 с до появления высокого уровня на выходе, при этом период Т= Гц^-12⁸2¹³=64 с), мультиплексор 11 канала-таймера, управляемый двоичный счетчик 12, четвертый двоичный счетчик 13 до модулю 2^N4 (блок управления коэффициентом пересчета), где N₄=4, что соответствует разрядности мультиплексора 11, управляющий двоичный счетчик 14 (по модулю 2^N5, где N₅=3 для включения индикации на 7,5 с: T 2¹⁵·2³=8 c период, 2¹⁵(2³-1/2)= 7,5 c время, блок 15 пуска устройства (который может, например, являться сенсорным переключателем или любым другим переключателем), блок 16 включения устройства, аккумулятор 17, блок 18 питания детектора, высоковольтный, чувствительный элемент 19 детектора, детектор 20, источник 21 излучения, блок 22 формирования сброса, выполненный на RS-триггере, конденсатор 23 первый, резистор 24 первый, конденсатор 25 второй, резистор 26 второй, выходы 27 31 устройства. Обозначения на фиг.2 соответствуют обозначениям реальной принципиальной схемы. Обозначения на фиг. 3 5 соответствуют обозначениям блоков и их выходам на фиг.1. В устройстве детектор 20 содержит чувствительный элемент 19 (ЧЭ), соединенный с высоковольтным блоком 18 питания детектора. Аккумулятор 17 подключен к блоку питания чувствительного элемента 19 и к первому входу блока 16 включения питания, к второму входу которого подключен выход блока 15 пуска. Выход источника 21 излучения связан с входом ЧЭ 19 детектора 20, выход ЧЭ 19 подключен к С-входу первого двоичного счетчика 6, первый и (N-1)-й выходы которого служат выходами устройства и подключены к информационным входам мультиплексора 5, N-й выход счетчика 6 подключен к первому входу элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход которого служит информационным выходом устройства и подключен далее к R-входу двоичного счетчика-делителя 2 блока 1 индикации, к прямым Е-входам счетчиков 6, 10, к инверсному входу Е счетчика 14 и к первому входу блока питания. Второй вход элемента 2 ИЛИ-НЕ соединен с выходом счетчика 10. Выход генератора 7 подключен к С-входу счетчика 9, первый выход которого подключен к С-входу счетчика 10, второй выход счетчика 9 подключен к С-входу счетчика-делителя 2 блока индикации, третий к второму входу блока 18 питания детектора 20, а четвертый к R-входу RS-триггера блока 22, к С-входу счетчика 14. Информационные выходы счетчика 10 подключены к информационным входам мультиплексора 11, к вторым входам которого подключены управляющие выходы счетчика 13, которые служат выходами устройства и подключены к входам мультиплексора 5. Выход мультиплексора 11 подключен к С-входу счетчика 13. Второй выход счетчика 14 подключен к входу отключения блока 16 включения. Выходы R счетчиков 6, 10, 13 и 14 подключены к выходу RS-триггера блока 22. В блоке индикации 1 выход счетчика-делителя 2 соединен через ключ 3 с блоком 4 светоизлучающих элементов, к другим входам которого подключены выходы мультиплексора 5, второй вывод ключа 3 подключен к положительному выводу источника питания. К конкретной реализации устройства не предъявляется никаких специфических требований, кроме достаточной стабильности генератора и стойкости использованных элементов к ионизирующему излучению в пределах измеряемых величин. Для устройства, показанного на фиг.1, конкретизация дана в перечне используемых элементов. Устройство функционирует следующим образом. Исходное состояние: аккумулятор 17 подключен к входам высоковольтного блока питания и к одному из входов блока отключения питания. Все остальные элементы обесточены. Устройство может работать в двух режимах: однократного измерения (при однократном включении блока 15 пуска) и циклического измерения (при постоянно включенном блоке 15 пуска). В режиме однократного измерения при нажатии кнопки блока 15 пуска с блока 16 включения питания подается питание на все блоки. С выхода блока 16 через конденсатор 23 на S-вход RS-триггера блока 22 поступает сигнал установки в "1" (фиг.3; 22 S). К этой шине через резистор 24 подключен выход управляющего счетчика 14 для организации циклического режима работы. С выхода RS-триггера блока 22 (фиг.3, 22 Q) поступают сигналы установки в "0" на R-входы счетчиков 6, 10, 13 и 14. С выхода 2³ счетчика 14 на другой вход блока 16 включения питания поступает сигнал подтверждения включенного состояния прибора (фиг.5, 14 (2³)). Импульсы с выхода генератора 7 при включении питания начинают поступать на С-вход счетчика 9. Сигналы с выхода 2⁵ счетчика поступают на С-вход счетчика-делителя 2 блока индикации, с выхода 2⁸ на С-вход управляемого счетчика 12, конкретно на счетный вход счетчика 10 для задания временного интервала, в течение которого будет проводиться измерение. Сигнал с выхода счетчика 2⁷ поступает на второй вход блока питания 18, включая чувствительный элемент 19 детектора 20 излучения. Сигнал с выхода 2¹⁵ счетчика 9 через конденсатор 25 поступает на R-вход RS-триггера блока 22, устанавливая его в "0" через 0,5 с (фиг. 3, 9 (2¹⁵)). Сигнал с выхода RS-триггера блока 22 поступает на R-входы счетчиков 6, 10, 13 и 14, отменяя сигналы сброса, поступившие ранее (фиг.3, 22 Q). На вход ЧЭ 19 детектора 20 поступают импульсы измеряемого излучения, с выхода ЧЭ 19 электрические сигналы поступают на С-вход счетчика 6, сигнал с первого выхода которого поступает на один из информационных входов мультиплексора 5 блока индикации 1, а далее на блок 4 светоизлучающих элементов, сигнализируя о начале измерения. Счетчик 6 подсчитывает импульсы с ЧЭ 19, одновременно счетчик 10 считает импульсы генератора 7, информация со счетчика 10 поступает на мультиплексор 11. Сигналы с выхода мультиплексора 11 поступают на С-вход счетчика 13, управляющие сигналы которого поступают на управляющие входы мультиплексора 11, образуя непрерывно изменяющиеся коды, которые определяют коэффициент пересчета управляемого счетчика 12. В начальном состоянии счетчик 13 находится в нуле, на его управляющих выходах присутствует комбинация 0000. В результате этого мультиплексор 11 коммутирует на свой выход первый разряд счетчика 10. В момент, когда состояние первого разряда счетчика 10 изменится с "0" на "1", счетчик 13 изменит состояние своих управляющих выходов с 0000 на 0001. В результате мультиплексор 11 будет коммутировать на свой выход следующий разряд счетчика 10. Счетчик 13 изменит состояние управляющих выходов с 0001 на 0010. Следовательно, на управляющих выходах счетчика 13 присутствует постоянно меняющаяся комбинация, которая зависит от числа импульсов, поступивших от генератора 7 через счетчик 9 на счетчик 10. Эта комбинация присутствует на входах мультиплексора 11, задавая постоянно изменяющийся коэффициент пересчета управляемого счетчика 12, в результате чего сигналы с выхода мультиплексора 11 поступают через постоянно увеличивающийся интервал времени на С-вход счетчика 13, что приводит к снижению частоты на выходах счетчика 13 не по линейному, а по логарифмическому закону (фиг.4). Число на выходе счетчика 13 будет равно целому числу от log₂N, если к входам мультиплексора 11 подключены последовательно каждые соседние выходы счетчика 10. Если же к мультиплексору 11 подключены последовательно каждые вторые выходы счетчика 10, то на выходе счетчика 13 будет число, равное целому числу от log₄N. Варьируя варианты подключения счетчика 10 к мультиплексору, возможно регулировать диапазон измерения устройства как в сторону расширения, так и в сторону сужения. Если, например, часть выходов включена подряд, а часть через один, то получается логарифмическая шкала, составленная из участков с разной крутизной. Это обстоятельство и позволяет сужать и расширять диапазон измерений. При основании логарифма, равном двум, диапазон измерения будет меньше, чем при основании, равном четырем. Чем больше будет основание, тем шире диапазон. Все это справедливо, если счетчик 13 пересчитывает импульсы по срезу входных импульсов. В описываемом устройстве счетчик 13 пересчитывает импульсы по фронту входных импульсов, что приводит к пересчету соответственно log₂(2N) и log₄(2N). На фоне формирования временной зависимости, изменяющейся по логарифмическому закону, происходит непрерывный анализ интенсивности измеряемого излучения путем отслеживания элементом 2 ИЛИ-НЕ появления на его входах либо сигнала "32 секунды" с последнего 2¹³ выхода счетчика 10 в управляемом счетчике 12, либо сигнала "32 импульса" с последнего информационного выхода счетчика 6. С момента запуска счетчиков 6 и 12 возможны два варианта работы устройства. Вариант 1. Счетчик 6 досчитывает до 32 импульсов, т.е. до появления (через время, меньшее 32 с) сигнала на его последнем выходе. Это обозначает, что интенсивность излучения достаточно велика. Сигнал с этого выхода поступает через первый вход элемента 2 ИЛИ-НЕ 8 на вход Е счетчика 6, останавливая счет, и на детектор 20, отключая его. Кроме того, этот сигнал по прямому входу Е останавливает счетчик 10, по инверсному входу Е разрешает счет счетчику 14, а также отменяет сигнал сброса на R-входе счетчика-делителя 2 блока индикации 1. После останова счетчиков 6 и 10 временной интервал, подсчитанный счетчиком 13 и сформированный им по логарифмической шкале, выводится на мультиплексор 5 блока индикации. Для удобства измерения и наглядности индикации разряды управляющих выходов счетчика 13 подключены к входам мультиплексора 5 таким образом, что если интенсивность излучения велика (время набора 32 импульсов мало), высвечиваются светодиоды, сигнализирующие о коротких интервалах временной логарифмической шкалы. Если время набора 32 импульсов сравнимо с 32 секундами, высвечиваются светодиоды, соответствующие более длительным интервалам времени. Сигнал с выхода 2¹⁵ счетчика 9 поступает на С-вход счетчика 14. Сигнал с выхода 2⁵ поступает на С-вход счетчика-делителя 2 на 60 блока индикации 1, с выхода которого через ключ 3 сигналы поступают на вход блока 4 светоизлучающих элементов, на другие входы которого поступают через мультиплексор 5 управляющие сигналы со счетчика 13. При этом включается определенный светодиод блока индикации 1. Счетчик-делитель 2 выполнен как делитель на 60 для организации мигающего режима свечения светодиодов. Сигнал с выхода 2¹⁵ счетчика 9 поступает на С-вход счетчика 14 в течение 3,5 с, после этого вырабатывается сигнал на выходе 2¹² счетчика 14 и отключает блок 16 включения питания, что приводит к отключению питания от всех блоков устройства. Вариант 2. Если до того, как счетчик 6 досчитает до 32 импульсов, появится сигнал "32 секунды" со счетчика 10, то этот сигнал через элемент 2 ИЛИ-НЕ 8 поступит на R-вход счетчика-делителя 2, отменяя сброс, на вход Е счетчика 6, останавливая его, на первый вход блока 18 питания детектора, отключая его, на вход Е счетчика 10, останавливая его, и на инверсный вход Е счетчика 14, разрешая ему счет. Сигнал с выхода 2¹⁵ счетчика 9 поступает на С-вход счетчика 14 для подсчета импульсов. Импульсы, поступившие на С-вход счетчика-делителя 2 индикатора 1, подвергаются делению на 60 и с выхода поступают на первый вход ключа 3 и на блок 4 светоизлучающих элементов. Сигнал с предпоследнего (N-1) выхода счетчика 6 поступает на вход мультиплексора 5 блока индикации, обеспечивая отображение информации об интенсивности облучения. В течение 3,5 с сигнал с выхода 2¹⁵ счетчика 9 поступает на С-вход счетчика 14, после этого сигналом с выхода 2² счетчика 14 отключается блок включения питания. В режиме циклического измерения (при постоянно включенном блоке пуска) работа устройства аналогична работе в первом режиме до момента, когда счетчик 14 начинает отсчитывать заданный временной интервал (в первом режиме он был равен 3,5 с), который во втором режиме равен 7,5 с, т.к. блок 16 включения питания постоянно включен и сигнал на отключение с выхода 2² счетчика 14 отключает блок 16. Далее сигнал с выхода 2³ счетчика 14 поступает на S-вход RS-триггера блока 22, устанавливая его в "1". Сигнал с выхода RS-триггера блока 22 поступает на R-входы счетчиков 6, 10, 13, 14, сбрасывая их в "0". Сигнал с выхода 2¹⁵ счетчика 9 через 0,5 с после установки RS-триггера блока 22 в состояние "1" поступает на R-входы RS-триггера блока 22, устанавливая его в "0". Сигнал с выхода RS-триггера блока 22 поступает на R-входы счетчиков 6, 10, 13, 14, отменяя состояние сброса в "0", что означает готовность устройства к работе. Этот момент совпадает по алгоритму с моментом работы устройства в режиме однократного измерения после установки RS-триггера блока 22 в "0" через 0,5 с сигналом с выхода 2¹⁵ счетчика 9. Цикл работы устройства в режиме непрерывного измерения повторяется, начиная с этого момента до тех пор, пока включен блок 15 пуска. На фиг.4 приведен пример конкретной реализации устройства. Блок индикации 1 реализован на счетчике СТ/60 микросхемы Д4.1, ключ 3 на микросхеме Д10.1, блок светоизлучающих элементов на светодиодах VD13 VD22, мультиплексор 5 на микросхемах Д8, Д10.3 и Д10.4. Счетчик 6 реализован на микросхемах Д2.1, Д2.2 и Д3.3, генератор 7 на кварцевом генераторе ВQ1 с частотой 32768= 12¹⁵ Гц, резисторах R7 и R8. Элемент 2 ИЛИ-НЕ 8 реализован на микросхеме Д3.4, счетчик 9 на микросхемах Д4.2 и Д5.3. Управляемый счетчик 12 содержит двоичный счетчик Д6 и мультиплексор Д7. Счетчик 13 реализован на микросхеме Д9.1, управляющий счетчик 14 на микросхеме Д9.2, блок пуска 15 на сенсорных пластинах, блок 16 включения устройства на микросхеме Д10.2. Аккумулятор выполнен в виде аккумуляторной батареи 4хD0,26. Детектор включает блок 18 высоковольтный, который состоит из индуктивного накопителя Т1, высоковольтного ключа VT1, умножителя С1-С3, VD7-VD9, стабилизатора VD2-VD5, D1.2, схемы управления высоковольтным ключом D5.1 и схемы включения D1.3. Чувствительный элемент 19 выполнен на двух счетчиках Гейгера BD1 и BD2, включенных параллельно для увеличения чувствительности. Источник 21 излучения показан условно, на принципиальной схеме его нет. RS-триггер блока 22 реализован на микросхемах D3.1 и D3.2, конденсатор 23 элементом С4, резистор 24 R13, конденсатор 25 элементом С6, резистор 26 R14. Изобретение расширяет функциональные возможности устройства за счет автоматического установления коэффициента пересчета управляемого счетчика в зависимости от измеряемой величины, что позволяет получить логарифмическую шкалу измерения времени и обеспечивает совместно с измерительным каналом непрерывный анализ условий измерения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее источник излучения, выход которого связан с входом чувствительного элемента детектора, выход которого соединен с C-входом первого двоичного счетчика, а также генератор тактовых импульсов, выход которого связан с C-входом второго двоичного счетчика, первый выход которого соединен с C-входом управляемого двоичного счетчика, блок формирования сброса, выход которого соединен с R-входом управляемого двоичного счетчика, блок управления коэффициентом пересчета управляемого двоичного счетчика, блок питания, подключенный выходом к чувствительному элементу детектора, и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем введения автоматического регулирования по логарифмическому закону шкалы канала-таймера в зависимости от измеряемой величины, в устройство введены управляющий двоичный счетчик, логический элемент 2 ИЛИ НЕ, блок включения устройства, два конденсатора, блок пуска, аккумулятор и два резистора, при этом управляемый двоичный счетчик выполнен в виде третьего двоичного счетчика и мультиплексора, а блок управления коэффициентом пересчета выполнен на четвертом двоичном счетчике, блок формирования сброса выполнен на RS-триггере, при этом R-входы первого, четвертого и управляющего счетчиков соединены с выходом RS-триггера, входы Е первого и третьего счетчиков, инверсный вход Е управляющего счетчика и первый вход блока питания соединены с выходом элемента 2 ИЛИ НЕ, первый выход управляющего счетчика через первый резистор соединен с S-входом RS-триггера и через первый конденсатор с положительным выводом источника питания, первый вход элемента 2 ИЛИ НЕ соединен с последним информационным выходом первого счетчика, второй вход элемента 2 ИЛИ НЕ соединен с выходом третьего счетчика, второй выход второго двоичного счетчика подключен к второму входу блока питания детектора, третий выход второго двоичного счетчика подключен к R-входу RS-триггера через второй конденсатор и к C-входу управляющего счетчика, выход мультиплексора подключен к C-входу четвертого двоичного счетчика, второй выход управляющего счетчика соединен с первым входом блока включения устройства, причем первый и предпоследний выходы первого двоичного счетчика, выход элемента 2 ИЛИ НЕ, второй выход второго двоичного счетчика и выходы четвертого двоичного счетчика подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока индикации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5