Способ корректировки измерительных параметров радиоизотопного дискретного порогового регистратора и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Карякин Юрий Леонидович (RU)

Улитенко Константин Яковлевич (RU)

Демин Александр Викторович (RU)

G01T1/40 - стабилизация спектрометров

Владельцы патента RU 2307378:

ОАО "Союзцветметавтоматика" (RU)

Предложенная группа изобретений относится к ядерной физике, а именно к способам и устройствам корректировки и стабилизации измерительных трактов радиоизотопных устройств. Задачей данных изобретений является повышение точности и стабильности радиоизотопного дискретного порогового регистратора. Предложенный радиоизотопный дискретный пороговый регистратор содержит источник ионизирующего излучения, детектор ионизирующего излучения, генератор пороговой частоты, сравнивающее устройство, к входу суммирования которого подключен детектор, а к входу вычитания генератор пороговой частоты, а также интерполятор, пороговый каскад и исполнительный механизм, последовательно подключенные к выходу сравнивающего устройства. Кроме того в него дополнительно введен задатчик времени преобразования, вход запуска которого подключен к выходу порогового каскада, а также электронный ключ, входом подключенный к детектору ионизирующих излучений, а выходом - на управляющий вход генератора пороговой частоты, управляющий вход ключа подключен к задатчику времени преобразования. Описанное устройство реализует соответствующий способ корректировки измерительных параметров радиоизотопного дискретного порогового регистратора. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к способам и устройствам корректировки и стабилизации измерительных трактов радиоизотопных устройств, и может найти применение в пороговых регистраторах (релейных радиоизотопных приборах) для контроля параметров технологических сред в различных отраслях промышленности. Основное применение предлагаемого изобретения это контроль границы раздела двух сред (перепада уровней потока ионизирующих частиц).

Известен способ «Корректировка и стабилизация при помощи радиоактивного источника» (1. В.В.Матвеев, Б.И.Хазанов «Приборы для измерения ионизирующих излучений», Атомиздат, 1987, стр.624), и устройство «Радиоизотопное устройство для контроля плотности жидкостей, пульп и высоких давлений газов» (2. А.с. №1118178, кл. G01N 23/02, опубл. 8 июня 1984 г.). Корректировка и стабилизация измерительных параметров детектора ионизирующих излучений, основанная на использовании опорного (реперного) источника, заключающаяся в сравнении последовательности импульсов регистрируемого ионизирующего излучения с последовательностью импульсов от контрольного источника. Недостатком этого способа и устройства является то, что для его реализации требуется механическая конструкция и дополнительный (реперный) источник ионизирующего излучения.

Известен способ «Способ стабилизации коэффициента передачи дискретных пропорциональных детекторов ионизирующих излучений и устройство для его осуществления» (3. А.с. №1290884, кл. G01Т 1/40). Способ и устройство обеспечивают стабилизацию коэффициента усиления детектора, но не учитывают такие дестабилизирующие факторы, как распад источника ионизирующего излучения, изменение параметров объекта, где осуществляется контроль - например зарастание стенок бункера. Известен также способ «Способ дифференциональной стабилизации спектрометрического тракта сцинтилляционного блока детектирования гамма излучения по реперному пику» (4. Патент РФ №2225017, G01Т 1/40, БИ №6 от 27.02.04). В качестве реперного источника используют пик измеряемого излучения, с помощью дифференциальных амплитудных анализаторов формируют два окна стабилизации, симметрично расположенных на склонах реперного пика, а затем сравнивают средние скорости счета в окнах стабилизации для получения сигнала рассогласования и формируют управляющий сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта, причем в качестве реперного источника используют поток характеристического излучения, генерируемого измеряемым гамма-излучением в дополнительном экране из материала с фиксированным атомным номером, окружающим непосредственно сцинтилляционный детектор. То есть необходим экран из специального материала.

Наиболее близким по технической сущности прототипом предлагаемого устройства является пороговый регистратор «Релейный радиоизотопный прибор РРП-3» (5. М.Е.Гельфанд, В.М.Калошин «Радиоизотопные приборы и их применение в промышленности», Атомиздат, стр.26), реализующий метод последовательного анализа (1. B.B.Матвеев, Б.И.Хазанов «Приборы для измерения ионизирующих излучений», Атомиздат, 1987, стр.457), который содержит детектор ионизирующего излучения, сравнивающее устройство (реверсивный счетчик), интерполятор, пороговый каскад и генератор пороговой частоты. Другие вариации использования приведены в (6. Каталог «Berthold technologies». 7. Каталог «Прибор СРП - 97»).

Применение источников ионизирующего излучения большой активности и газоразрядных счетчиков в качестве детекторов ионизирующего излучения обеспечивало требуемую точность и быстродействие пороговых регистраторов.

Принятая сегодня тенденция к снижению активности источников, что в свою очередь приводит к необходимости работы при небольших перепадах ионизирующего излучения, а также необходимость использования более эффективных сцинтилляционных детекторов, требует более высокой стабильности измерительного тракта порогового регистратора.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и стабильности радиоизотопного дискретного порогового регистратора за счет корректировки измерительных параметров порогового регистратора путем корректировки частоты генератора пороговой частоты.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующая предложенный способ корректировки измерительных параметров радиоизотопного дискретного порогового регистратора; на фиг.2 - графическое изображение временных диаграмм в соответствующих точках устройства, поясняющих способ корректировки измерительных параметров порогового устройства; на фиг.3 - пример реализации генератора пороговой частоты.

На представленных фигурах изображены:

1 - источник ионизирующего излучения,

2 - контролируемая среда,

3 - детектор ионизирующего излучения,

4 - генератор пороговой частоты,

5 - сравнивающее устройство,

6 - интерполятор,

7 - пороговый каскад,

8 - электронный ключ,

9 - задатчик времени преобразования,

10 - вход запуска задатчика времени преобразования,

11 - управляющий вход электронного ключа,

12 - управляющий вход генератора пороговой частоты,

13 - исполнительный механизм,

14 - преобразователь ток - частота,

15 - преобразователь частота - ток,

16 - задатчик коэффициента преобразования,

Vпк - сигнал запуска задатчика времени преобразования,

Vт - сигнал на управляющем входе электронного ключа,

no - регистрируемая детектором частота, в случае отсутствия контролируемой среды в измерительном зазоре.

Сущность предлагаемого способа корректировки измерительных параметров радиоизотопного дискретного порогового регистратора заключается в том, что частоту, регистрируемую детектором ионизирующих излучений, в период отсутствия в измерительном зазоре между детектором и источником ионизирующего излучения контролируемой среды, принимают как опорную. Частоту генератора пороговой частоты устанавливают равной (или с постоянным коэффициентом преобразования) опорной частоте. Сравнивают частоту, регистрируемую детектором, с частотой генератора пороговой частоты, определяют состояние соответствия частот. Формируют сигнал управления, в случае подхода в измерительный зазор контролируемой среды (частота генератора превышает значение частоты, регистрируемой детектором) - сигнал управления исполнительным механизмом, в случае отсутствия контролируемой среды - сигнал запуска задатчика времени преобразования. Формируют временные интервалы преобразования, в течение которых обеспечивают прохождение регистрируемой детектором опорной частоты на управляющий вход генератора пороговой частоты. Корректируют установленную частоту генератора пороговой частоты до соответствия опорной частоте, тем самым, сохраняют первоначально установленные измерительные характеристики порогового регистратора, изменение которых может быть вызвано различными дестабилизирующими факторами. При подходе в измерительный зазор контролируемой среды корректировку частоты генератора пороговой частоты прекращают.

Предлагается также устройство, реализующее предложенный способ корректировки измерительных параметров радиоизотопного дискретного порогового регистратора, новизна которого заключается в том, что в устройство введен задатчик времени преобразования, электронный ключ и новые связи между элементами, обеспечивающие автоматическое подключение генератора пороговой частоты к детектору ионизирующего излучения, в период отсутствия в измерительном зазоре между детектором и источником ионизирующего излучения контролируемой среды, и корректировку частоты генератора пороговой частоты по опорной частоте, регистрируемой детектором.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Исходное состояние запуска устройства - это отсутствие в зоне контроля (пучке ионизирующего излучения) источника 1 контролируемой среды 2. Частота импульсов no, регистрируемая детектором ионизирующих излучений в период отсутствия контролируемой среды, будет являться опорной для корректировки частоты генератора пороговой частоты 4. Состояние порогового каскада 7, в соответствии с диаграммой 10 (Vпк), обеспечивает запуск задатчика времени преобразования 9, в соответствии с диаграммой 11 (Vт); электронный ключ 8 открыт для прохождения импульсов no, в интервале времени Т установленным задатчиком времени преобразования 9, регистрируемых детектором ионизирующих излучений 3 в соответствии с диаграммой 12 (no). Регистрируемые импульсы no подаются на управляющий вход генератора пороговой частоты 4 и калибруют регулярную частоту генератора, то есть устанавливает пороговую частоту F=k·no в соответствии с частотой регистрируемых импульсов no в заданном интервале времени.

Корректировка частоты генератора пороговой частоты производится следующим образом. Импульсы no с детектора 3, нормированные временным интервалом Т, трансформируются в токовый сигнал преобразователем частота - ток 15 с коэффициентом преобразования k, установленным задатчиком коэффициента преобразования 16. Преобразователь ток - частота 14 трансформирует токовый сигнал в регулярную пороговую частоту F=k·no, которая и будет являться установленной пороговой частотой генератора пороговой частоты 4.

В дальнейшем работа устройства происходит циклично в автоматическом режиме. Поток ионизирующего излучения с частотой ni регистрируется детектором 3, сигнал с детектора поступает на вход суммирования разностного счетчика 5, на вход вычитания - регулярная частота F генератора пороговой частоты 4. Если ni=F, то создается равновесие и показания разностного счетчика 5 близки к нулевым. При подходе контролируемой среды 2 в зону пучка источника ионизирующего излучения 1 регистрируемая интенсивность потока уменьшится. Установленная частота генератора F станет больше регистрируемой ni. Показания сравнивающего устройства (разностного счетчика) 5 начнут нарастать. По достижении определенного числа импульсов в разностном счетчике принимается гипотеза, что F>ni. Индикация этого состояния осуществляется интерполятором 6, срабатывает пороговый каскад 7, отключает вход запуска задатчика времени преобразования 9, подключает исполнительный механизм 13 порогового регистратора. Подстройка генератора пороговой частоты 4 возобновится при отсутствии контролируемой среды 2. Учитывая то, что время реакции (срабатывания) пороговых регистраторов должно быть порядка секунд и даже долей секунд, а время ожидания значительно больше, время установки задатчика времени преобразования 9 ограничено только временем Т, необходимым для калибровки генератора пороговой частоты 4.

При длительном ожидании подхода контролируемой среды 2 задатчик времени преобразования 9 обеспечивает цикличное подключение генератора пороговой частоты 4 через электронный ключ 8 к детектору ионизирующего излучения 3 для корректировки пороговой частоты F по опорной частоте no. При изменении измерительных параметров детектора (коэффициента передачи) под влиянием дестабилизирующих факторов изменится регистрируемая частота импульсов no, частота F генератора пороговой частоты 4 установится соответствующей этому изменению. Отношение частот, поступающих по входам вычитания и суммирования сравнивающего устройства 5, останется неизменным, следовательно, будут скорректированы измерительные параметры детектора ионизирующих излучений, порог срабатывания и быстродействие порогового регистратора останутся неизменными.

Таким образом, предложенный способ корректировки измерительных параметров радиоизотопного регистратора и устройство для его реализации обеспечивают:

а) повышение точности контроля раздела двух сред (перепада уровней потока ионизирующих частиц);

б) автоматическую установку пороговой частоты при изменении геометрии измерения;

в) автоматическую корректировку пороговой частоты при изменении активности источника ионизирующего излучения при распаде радиоактивного источника.

Предложенный способ корректировки измерительных параметров радиоизотопного дискретного порогового регистратора является новым, явно не следует из уровня техники, имеет изобретательский шаг - так как добавлены новые стадии: формируют сигнал запуска задатчика времени преобразования, корректируют частоту генератора пороговой частоты по опорной частоте, регистрируемой от источника ионизирующего излучения, в период отсутствия контролируемой среды.

Предложенное устройство - пороговый регистратор является также новым и имеет изобретательский шаг, так как использованы новые элементы и их связи: электронный ключ, задатчик времени преобразования, задатчик коэффициента преобразования и новые связи.

Предложенные способ и устройство промышленно применимы и осуществимы, позволит использовать высокоэффективные детекторы ионизирующего излучения в пороговых регистраторах без применения сложных устройств стабилизации их коэффициента усиления, что в свою очередь повысит точность контроля раздела двух сред и позволит снизить активность источников ионизирующего излучения.

Литература

1. В.В.Матвеев, Б.И.Хазанов «Приборы для измерения ионизирующих излучений», Атомиздат, 1987, стр.624, стр.457.

2. А.с. СССР №1118178, кл. G01N 23/02, опубл. 8 июня 1984 г.

3. А.с. СССР №1290884, кл. G01Т 1/40.

4. Патент РФ №2225017, G01Т 1/40, БИ №6 от 27.02.04.

5. М.Е.Гельфанд, В.М.Калошин «Радиоизотопные приборы и их применение в промышленности», Атомиздат, стр.26.

6. Каталог «Berthold technologies», «Радиометрическое измерение технологических процессов, измерение уровня» 2005 г. Id. №32528 PR60Rev 01.

7. Каталог «Прибор геологоразведочный сцинтилляционный СРП-97» МПР РФ, 2006 г.

1. Способ корректировки измерительных параметров радиоизотопного дискретного порогового регистратора, заключающийся в регистрации последовательности импульсов регистрируемого ионизирующего излучения, несущих информацию о состоянии объекта контроля, и сравнении его с частотой генератора пороговой частоты, отличающийся тем, что частоту, регистрируемую детектором ионизирующих излучений в период отсутствия в измерительном зазоре между детектором и источником контролируемой среды, принимают как опорную, а частоту генератора пороговой частоты устанавливают равной (или с постоянным коэффициентом преобразования) опорной частоте, сравнивают частоту, регистрируемую детектором, с частотой генератора пороговой частоты, определяют состояние соответствия частот, формируют сигнал управления, в случае подхода в измерительный зазор контролируемой среды (частота генератора превышает значение частоты, регистрируемой детектором) - сигнал управления исполнительным механизмом, в случае отсутствия контролируемой среды - сигнал запуска задатчика времени преобразования, формируют временные интервалы преобразования, в течение которых обеспечивают прохождение опорной частоты, которой корректируют установленную частоту генератора пороговой частоты до соответствия опорной частоте, тем самым сохраняют первоначально установленные измерительные характеристики порогового регистратора, изменение которых может быть вызвано различными дестабилизирующими факторами, при подходе в измерительный зазор контролируемой среды корректировку частоты порогового генератора прекращают.

2. Радиоизотопный дискретный пороговый регистратор, содержащий источник ионизирующего излучения, детектор ионизирующего излучения, генератор пороговой частоты, сравнивающее устройство, к входу суммирования которого подключен детектор, а к входу вычитания генератор пороговой частоты, а также интерполятор, пороговый каскад и исполнительный механизм, последовательно подключенные к выходу сравнивающего устройства, отличающийся тем, что в него введен задатчик времени преобразования, вход запуска которого подключен к выходу порогового каскада, а также электронный ключ, входом подключенный к детектору ионизирующих излучений, а выходом - на управляющий вход генератора пороговой частоты, управляющий вход ключа подключен к задатчику времени преобразования.

3. Радиоизотопный дискретный пороговый регистратор по п.2, отличающийся тем, что генератор пороговой частоты содержит последовательно соединенные преобразователь частота - ток, снабженный задатчиком коэффициента преобразования, и преобразователь ток - частота.

Универсальный портативный радиометр-спектрометр // 2158938

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

Способ стабилизации спектрометра // 2085968

Изобретение относится к способам стабилизации спектрометрических трактов сцинтилляционными детекторами, предназначенными для регистрации гамма-квантов и рентгеновского излучения.

Стабилизатор базовой линии спектрометра // 2085967

Устройство для стабилизации коэффициента передачи дискретных пропорциональных детекторов ионизирующих излучений // 2073887

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к устройствам стабилизации коэффициента передачи дискретных пропорциональных детекторов ионизирующих излучений, в которых выходной сигнал пропорционален энергии, потеренной частицей в детекторе, таких как сцинтилляционные детекторы, импульсные ионизационные камеры, пропорциональные счетчики с несамостоятельным разрядом, счетчики Черенкова и т.д.

Способ восстановления разрешающей способности детектора ионизирующего излучения, изготовленного из широкозонного полупроводника // 2065180

Устройство для регистрации ионизирующего излучения // 2059263

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в спектрометрах ионизирующего излучения, эксплуатирующихся в течение длительного промежутка времени.

Способ стабилизации энергетической шкалы спектрометра ионизирующих излучений полевого типа и устройство для его осуществления // 1807438

Дифференциальная система стабилизации коэффициента усиления спектрометрического тракта // 1657013

Изобретение относится к ядерной физике и предназначено для стабилизации коэффицента усиления сцинтилляционного спектрометра. .

Многодетекторный стабилизированный спектрометр // 1603316

Изобретение относится к области ядерного приборостроения, а именно к спектрометрии ядерных излучений, и может быть использовано в многодетекторных спектрометрических и радиометрических системах.

Способ стабилизации чувствительности сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучения // 2364892

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

Способ стабилизации энергетической шкалы многоканальных сцинтилляционных спектрометров гамма-излучения // 2366979

Изобретение относится к области ядерного приборостроения

Устройство для регистрации ионизирующих излучений // 2367980

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

Детектор для измерения ионизирующего излучения // 2369881

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

Способ коррекции сигналов сцинтилляционного детектора // 2418306

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

Способ стабилизации и корректировки коэффициента передачи сцинтилляционного детектора и устройство для его осуществления // 2445648

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

Способ стабилизации спектрометрического тракта сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучения по реперному пику // 2495456

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и радиационному приборостроению и может быть использовано в радиометрической и спектрометрической аппаратуре, а также в радиационных приборах контроля различных технологических параметров с применением сцинтилляционных счетных и спектрометрических блоков детектирования. Сущность изобретения заключается в том, что излучение регистрируют в двух смежных дифференциальных каналах, расположенных на разных склонах реперного пика, сравнивают средние частоты следования импульсов в первом и втором дифференциальных каналах и по результатам сравнения формируют управляющий сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта, дополнительно выбирают размеры сцинтиллятора такими, чтобы проходящие через него мюоны вторичного космического излучения при наиболее вероятной длине пути оставляли в нем энергию ЕмахP, превышающую максимальную энергию регистрируемых гамма-квантов от измеряемого и фонового излучения, а вышеупомянутые два смежных дифференциальных канала предварительно устанавливают таким образом, чтобы ЕмахP находилась в одном из них. Технический результат - повышение стабильности и надежности стабилизации. 1 ил.

Устройство корректировки и стабилизации коэффициента передачи сцинтилляционного детектора для радиоизотопных приборов контроля технологических параметров // 2521290

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

Автоматическая стабилизация усиления и температурная компенсация для органических и/или пластиковых сцинтилляционных устройств // 2554313

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

Способ непрерывного поддержания стабильности измерений спектрометрического канала при контроле равномерности распределения топлива в тепловыделяющем элементе гамма-адсорбционным методом // 2603351

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано при контроле равномерности распределения топлива в тепловыделяющих элементах (твэлах) гамма-адсорбционным методом с помощью сцинтилляционного спектрометра. Способ непрерывного поддержания стабильности измерений спектрометрического канала заключается в том, что регистрируют плотность потока гамма-излучения от внешнего источника, прошедшего через ограниченные участки держателей на стандартном образце твэла и на контролируемом твэле при перемещении их вдоль продольной оси стандартного образца/твэла. Зарегистрированные плотности потока гамма-излучения преобразуют с помощью спектрометра в последовательность электрических импульсов и регистрируют значения скорости счета импульсов на держателях и на топливном столбе твэла в каждой точке спектра ПТС. Определяют значения корректирующего коэффициента, вычисляют и регистрируют значение приведенной скорости счета ПТСприв для топливного столба твэла в каждой точке спектра. Технический результат - обеспечение автоматической подстройки показаний спектрометрического канала путем учета фоновых гамма-излучений. 2 ил., 2 табл.