Устройство для стабилизации коэффициента преобразования

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЩИ ^ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СЦИНТИЛ-ЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА содержащее контрольный источник излучения, сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель, который подключен через делитель напряжения к высоковольтному выпр5|мите:- лю, триггер Шмидта, усилитель переменного напряжения, интегрирующую це- 'почку и блок сравнения, о т л и ч аю щ е ее я тем, что, с целью защиты фотоэлектронного у1-1ножителя от перегрузки и повышения точности стабилизации коэффициента преобразования, в него введены интегратор, ключ, источник опорного напряжения, регулирующий элемент, преобразователь напряжения и детектор, причем выход фотоэлектронного умножителя через интегратор и блок сравнения подключен к первому входу ключа, выход которого через усилитель соединен с первым входом триггера ПЫвдта, выход триггера Шмидта через интегрирующую цепочку подключен к В1СОДУ регулирующего элемента, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения, один выход которого соединен с высоковольтным выпрямителем, а другой - через детектор с вторыми входами триггера Шмидта и ключа, выход источиника опорного напряжения подключён к второму входу блока сравнения.г(Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 Т 1/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1. (21) 282 163/18-25 (22) 28.09. 79 (46) 15.04-.90. Бюл. - 14 (72) А.С.Левитин, О.С.Морозов и А.Ф.Никитин (53) 535.232.61 (088.8) (56) Бровченко В.Г. и др. Стабилизатор коэффициента усиления сцинтиу ляционного спектрометра нейтронов.

ПТЭ ¹ 1 с. 55, 1969.

Патент ЧССР ¹ 140355, кл. НО J43/30, 1971 °

Зайцев В.В., Белов Б.Н. Блок питания фотоэлектронного умножителя с автоматической регулировкой управления.

П.T ° 3. ¹ 5, -с. 154, 1975. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ CIQKTHJIЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА содержащее контрольный источник излучения, сцинтил- лятор, фотоэлектронный умножитель, который подключен через делитель напряжения к высоковольтному выпрямителю, триггер Шмидта, усилитель переИзобретение относится к измерительной технике, а именно к сцинтилляционным детекторам, и может быть использовано для стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора.

Известен стабилизатор коэффициента преобразования сцинтилляционного спектрометра, который содержит контрольный источник гамма-излучения относительно излучения которого осу»

„„SU„„795202 А 1

2 менного напряжения, интегрирующую цепочку и блок сравнения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью защиты фотоэлектронного умножителя от перегрузки и повышения точности стабилизации коэффициента преобразования, в него введены интегратор, ключ, источник опорного напряжения, регулирующий элемент, преобразователь напря" жения и детектор, причем выход фотоэлектронного умножителя через интегратор и блок сравненйя подключен к первому входу. ключа, выход которого через усилитель соединен с первым входом триггера Шмидта, выход триггера Шмидта через интегрирующую цепочку подключен к входу регулирующего элемента, выход коТорого соединен с входом преобразователя .напряжения, один выход которого соединен с высоковольтным выпрямителем, а другой— через детектор с вторыми входами триггера Шмидта и ключа, выход источи ника опорного напряжения подключен к второму входу блока сравнения. ществляется стабилизация спектрометра. Импульсы с фотоэлектронного умножителя, соответствующие гамма-излучению, проходят через усилитель на два интегральных дискриминатора, выходы которых подключены к блоку сравнения.Сигнал рассогласования с блока

1 сравнения поступает на регулирующий элемент, с помощью которого устанавливается напряжение питания на фотоэлектронном умножителе такое, чтобы

795202

Недостатком известного устройства является перегрузка фотоэлектронного умножителя при включении напряжения отсутствовал сигнал рассогласования с блока сравнения. Недостатком этого устройства является низкая точность вследствие дополнительной погрешности стабилизации за счет нестабильнос5 ти коэффициента усиления усилителя и нестабильности порогов двух дискриминаторов.

Известно устройство для регулирования чувствительности фотоэлектронного умножителя, содержащее усилитель, вход которого подключен к аноду фотоэлектронного умножителя, а выход — к входу регулирующего элемента, который изменяет напряжение питания двух.тактного преобразователя напряжения при изменении анодного тока. Вторичная обмотка преобразователя напряжения через выпрямитель подключена к делителю напряжения питания фотоэлектронного умножителя. Недостатком этого устройства является то, что при включении напряжения питания устройства происходит перегрузка фотоэлект- g5 ронного умножителя вследствие того,, что в начальный момент времени сигнал обратной связи с анода отсутствует и поэтому на фотоэлектронный умножитель от преобразователя .напряжения подается максимальное напряже30 ние. Кроме того, вследствие того, что усилитель работает на постоянном токе появляется дополнительная погрешность стабилизации за счет дрейфа нуля усилителя.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора, содержащее фото40 электронный умножитель, сигнал с которого .через усилитель переменного тока поступает на выпрямитель (интегрирующая цепочка) и далее через диод на вход триггера Шмидта, к кото45 рому подключен также генератор экспоненциального напряжения. Выходной сигнал с триггера Шмидта через второй усилитель и выходной каскад поступает на автотрансформатор, повышаю- 50 щая обмотка которого нагружена через схему удвоения напряжения на делитель напряжения питания фотоэлектронного умножителя. питания вследствие того, что напряжение питания на фотоэлектронном умножителе устанавливается практически сразу до максимального значения, а сигнал обратной связи задерживается вследствие заряда интегрирующей емкости выпрямителя, а также вследствие экспоненциальной (резко нелинейно) зависимости коэффициента усиления фотоэлектронного умножителя от напряжения питания. Кроме того, напряжение питания фотоэлектронного умножителя имеет значительную пульсацию вследствие того, что второй усилитель и выходной каскад работают в ключевом режиме. Стабилизация коэффициента преобразованния ухудшается также из-за нестабильности коэффициента усиления переменного тока и выпрямителя, которые стоят до диода сравнения (блока сравнения).

Дополнительным недостатком является нестабильность, обусловленная нестабильностью напряжения питания генератора импульсов, что приводит к нестабильности амплитуды его выходных импульсов и следовательно напряжения питания фотоэлектронного умножителя.

Целью изобретения является защита фотоэлектронного умножителя от перегрузки при включении напряжения питания и увеличение точности стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора, I

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора, содержащее контрольный источник излучения, сцинтил лятор, умножитель, который подключен через делитель напряжения к высоковольтному выпрямителю, триггер Шмидта, усилитель переменного напряжения, интегрирующую цепочку и блок сравнения введены интегратор, ключ, источник опорного напряжения, регулирующий элемент, преобразователь напряжения и детектор, причем выход фотоэлектронного умножителя через блок сравнения и интегратор подключен к первому входу ключа, выход которого через усилитель соединен с первым входом триггера Шмидта, выход триггера Шмидта через интегрирующую цепочку подключен к входу ре3 улирующего элемента, выход которого соеди-, нен с входом преобразователя напряжения, один выход которого соединен

5 795 с высоковольтным выпрямителем, а другой — через детектор с вторыми входами триггера Шмидта и ключа, выход

1 источника опорного напряжения подклю.чен к второму входу блока сравнения..

Ь

На чертеже представлена блок-схе- ма описываемого устройства, Ъ

Устройство для стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора содержит контрольный источник 1 излучения, облучающнй сцинтиллятор 2, находящийся в оптическом контакте с фотоэлектронным мйожителем 3,. выход, которого через интегратор 4 подключен к блоку 5 сравнения, выход которого через ключ б и усилитель 7 соединен с входом триггера 8 Шмидта; Выход триггера 8 Шмидта через интегрирующую цепочку 9 соединен с управляющим входом регулирующего элемента 10, через который на преобразователь .11 напряжения поступает напряжение питания. С одного из выходов преобразователя 11. напряжения напряжение. через высоковольтный . выпрямитель 12 поступает на делитель

13 напряжения, обеспечивающий пита ние фотоэлектронного умножителя 3.

Другой выход преобразователя 11 напряжения соединен через детектор 14 с управляющим входом ключа 6 и триггера 8 Шмидта. Источник 15 опорного напряжения подсоединен к второму входу блока 5 сравнения. Напряжение питания устройства подается на триггер

8. Шмидта, .усилитель 7, ключ 6 ° блок .

5 сравнения, источник 15 опорного напряжения и регулйрующий элемент 10.

Устройство работает следующим об, разом.

При включении устройства на преобразователь 11, напряжения через регулирующий элемент 10 поступает начальное напряжение минимальное по величине и соответствующее нулевому напряжению на выходе интегрирующей цепочки 9. Преобразователь 11 напря-: жения может представлять собой двухтактный преобразователь постоянного напряжения в переменное с трансформаторной связью. Преобразователь 11 напряжения запускается, и на .делитель 13 напряжения поступает напряжение питания фотоэлектронного умножители 3 через высоковольтный выпрямитель 12. Одновременно с выхода преобразователя,11 нацряжения сйимается меандр напряжения, который .с по202 6 мощью детектора 14 преобразуется в последовательность униполярных импульсов, которые периодически с частотой преобразователя напряжения 11 закрывают синхронно ключ 6 и триггер

Шмидта 8. Величина начального напряжения питания фотоэлектронного умножителя выбирается заведомо ниже номинальной (как правило в 1,5-2 раза), поэтому в начальный момент после подачи напряжения питания напряжение на выходе фотоэлектронного умножителя от контрольного источника излучения отсутствует, в то время как источник 15 опорного, напряжения, соединенный с входом блока 5 сравнения, уже работает. На выходе блока- 5 сравнения появляется напряжение, пропор20 циональное разности опорного напряжения от источника 15 и напряжения на выходе фотоэлектронного умножителя 3 и превышающее напряжение в установившемся. режиме в (10 -10 ) раз. а з

25 Выходное напряжение блока 5 сравнения модулируется ключом, выходные импульсы с которого усиливаются усилителем 7 переменного напряжения и поступают на вход триггера Шмидта 8

30 в виде переменного напряжения. При превьппении входным напряжением порога срабатывания. триггер ПЫидта 8 переходит в открытое состояние на время, в течение которого входное напряже-. ние превьппает его порог срабатывания.

При срабатывании триггера шмидта его выходной,ток поступает на интегрируг ющую цепочку 9, что приводит к увеличению напряжения на управляющем

40 входе регулирующего элемента 10 и соответственно к увеличению напряжения на преобразователе напряжения 11 и на делителе напряжения 13.

По мере увеличения напряжения пи, тания на фотоэлектронном умножителе

3 увеличивается его выходной ток от излучения контрольного источника 1, облучающего сцннтиллятор 2, и уменьшается выходное напряжение с блока

5р 5 сравнения что приводит к уменьше» нню длительности импульсов, вырабатываемых триггером Шмидта, и установлению напряжения питания фотоэлектронного умножителя. Интегратор 4 служит для снижения флуктуации выходного на5 пряжения фотоэлектронного умножителя, обусловленной статистическим (случайным) характером взаимодействия ионизирующего излучения контроль795202 ного источника 1 и веществом сцинтиллятора 2. С другой стороны, при воздействии на сцинтиллятор 2 импульса ионизирующего излучения на фоне из-.

5 лучения контрольного источника, сиг.нал на выходе фотоэлектронного умножителя 3 .увеличивается, что вызывает изменение полярности сигнала на выходе блока 5 сравнения и соответству- 10 ющий переворот фазы переменного напряжения на 180 на выходе усилите-:. ля 7.

В этом случае срабатывание триггера Шмидта 8 исключается с помощью импульсов, поступающих на его вход с детектора 14 и закрывающих триггер

Шмидта 8. Вследствие этого напряжение на интегрирующей цепочке 9 и делителе напряжения 13, уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на выходе фотоэлектронного умножителя 3 и исключает его перегрузку от излучения;

После окончания импульса излуче- 25 ния процесс установления напряжения питания на фотоэлектронном умножите-ле протекает аналогично процессу при включении напряжения питания устройства. 30

Для обеспечения устойчивой работы устройства и уменьшения пульсации выходного напряжения необходимо увеличить постоянную, времени интегрирующей цепочки 9. Пульсация выходного напряжения уменьшится, если усилитель

7 имеет коррекцию в области низких частот, при которрй прямоугольный импульс на выходе ключа 6 преобразу 40 ется на выходе. усилителя в импульс с наклонной вершиной. В этом случае триггер Шмидта 8 будет срабатывать при каждом импульсе -.усилителя 7 при этом длительность открытого состояния триггера Щмидта 8 будет изменятьI ся в зависимости от амплитуды входI. ного напряжения., Благодаря тому, что интегрирующая цепочка 9 стоит после блока 5 сравнения,параметры этой цепочки не влияют .на погрешность стабилизации коэффициента преобразования, что позволяет увеличить постоянную интегрирования, например, путем увеличения емкости конденсатора интегрирующей це-. почки 9 до десяти секунд. С другой стороны, при .заданной величине- выходного тока триггера 8 увеличение емкости в интегрирующей цепочке 9 приводит к снижению пульсации выход1ного напряжения и крутизны его нарастания при включении питания, что снижает перегрузку фотоэлектронного умножителя при включении питания. Так экспериментальные исследования устройства показывают, что при включении питания максимальное напряжение (выброс) на фотоэлектронном умножителе превышает установившееся значение не более, (1-2X) а пульсация выходного тока фотоэлектронного умножителя не превышает О, 1Ж (что со-, ответствует пульсации напряжения .пи-, тания фотоэлектронного умножителя не более 0,01 ). Таким образом, регулировка напряжения питания фотоэлект- ронного умножителя осуществляется непрерывно и исключена составляющая погрешности, обусловленная дрейфом . нуля, который существует в усилителях постоянного токае Благодаря то-. му, что на блок сравнения приходит сигнал непосредственно с фотоэлектронного умножителя (отсутствуют про» межуточные усилители) стабильность работы устройства, определяетСя стабильностью блока сравнения и практически не зависит от влияния. внешних условий (напряжение питания, темпера- тура, излучение и т,д,) Редактор Л.Письман Техред Л.Олийнык .

Корректор С.1Пекмар

Заказ 1691 Тираж 358 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101