Устройство детектирования индивидуального дозиметра

(51)5 С 0 02 ГОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ В 100 НЕИТИО- Т БАБАИ ОБРЕТЕНИЯ ИЕ ЕПЬСТВ олен 9,ТЕКТИРОВАНИЯТРА, содержаорого соедильтного источследовательноимпульсов и(54)(5 ИНДИВ щее де нен сника,соедин 7) УСТР ИДУАЛЬНО тектор выходом а выход енные у(56) Патент США Р 3366791кл. 250-83,6, 1968.Патент США У. 3576995,кл, 259-83,3, 1971.Патент США О 429253кл. 250-374, 1981. первый формирователь связан с первым входом ключа, а также измерительное устройство, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона измерения мощности дозы, в. устройство введены интег.рирующее устройство, диодный интегратор, схема ИЛИ и второй формирователь, вход которого, соединен с вторым входом ключа и выходом, усилителя импульсов, а выход через диодный интегратор связан с входом управления первого формирователя и через интегрирующее устройство - с вторым входом схемы ИЛИ, первый вход которой соединен с выходом ключа, а выход - с входом измери-, тельного устройства.02 3счетчика. Пропорционально увеличивается пбгрешность с возрастанием частоты импульсов, огранйчивая динамический диапазон устройства.При. серийном производстве индивидуальных доэиметров выбирается усредненное время нечувствительности, которое отличается от времени нечувствительности отдельного устройстваПоэтому. динамический диапазон такого устройства всего в несколько раз превышает динамический диапазон гаэоразрядного счетчика,Цель изобретения - увеличение динамического диапазона измерения мощности. дозы.Блок-схема устройства представлена на чертеже.Устройство содержит детектор 1, соединенный с высоковольтным источником 2, и с усилителем 3 импульсов. Выход усилителя 3 импульсов соединен с входом первого формирователя 4, вторым входом ключа 5 и вторым формирователем 6. Выход первого формирователя 4 соединен с пер" вым входом ключа 5, выход которого соединен с первымвходом схемы 7 ИЛИ. Второй .формирователь 6 через интегрирующее устройство 8 связан с вторым входом схемы 7 ИЛИ и через диодный интегратор 9 - с входом управления первого формирователя 4. Выход схемы 7 ИЛИ соединен с изме.рительным устройством 10.Устройство работает следующюю образом.Постоянное напряжение, не завися.". щее от интенсивности излучения, подается на детектор 1 с высоковольт- ного источника 2. Импульсы с детектора 1 поступают на усилитель, 3 им"пульсов, имеющий незначительное входное сопротивление для исключения их интегрирования. С выхода уси. лителя 3 импульсов импульсы поступают одновременно на вход первого формирователя 4, на второй вход ключа 5 и второй формирователь 6. Формирователь 4 формирует импульсы, длительность Т каждого из которых превышает время нечувствительности , устройства, причем начало импульса на выходе формирователя 4 совпадает с окончанием входного импульса. Сформированное по длительности импульсы поступают с выхода формирователя 4 на первый вход клю 20 5012171ИэобретВие касается устройств для измерения ионизирующих излуче.ний, в частности устройств индивидуального дозиметрического контроля в 5При проведении индивидуального дозиметрического контроля измеряется доза или мощность дозы. С указанной целью обычно используют карманиые индивидуальные дозиметры 10 с газоразрядньри счетчиками в качестве .детекторов. Разработанные на основе газоразрядных счетчиков дозиметры вполне соответствуют предъявляемым к ним жестким требо ваниям по габаритным размерам и массе. Основным устройством индивидуального доэиметра .является устройство детектирования, в состав которого, кроме детектора, входят устройства преобразования и измерения частоты импульсов. Устройство детектирования определяет один из основных параметров индивидуального дозиметра: динамический диапазон 25 измерения мощности дозы. .При высоких интенсивностях излучения дина-. мический диапазон ограничивается ,возрастающей погрешностью измерений, обусоонленной иелинейностью зависи 30 мости .частоты импульсов газоразрядного счетчика от мощности дозы измеряемого излучения. При уменьшении интенсивности излучения пропорциональность зависимости частоты импульсов газораэрядного счетчика от мощности дозы восстанавливается.В результате динамический диапазон измерения мощности дозы индивидуальным дозиметром составляет обыч 40 но менее четырех десятичных порядков, что вынуждает для работы в условиях изменения мощности дозы в больших пределах использовать дозиметры , двух типов, различающиеся только,45 чувствительностью гаэоразрядных счетчиковДля наилучшей компенсации нелинейности газораэрядного счетчикане-, обходимо точно знать время нечувствительности устройства, т.е. наименьший интервал времени с начала импульса формирователя, в течение которого устройство остается нечувствительным к излучению. Время нечувствительности устройства опреде-5 ляется с погрешностью и изменяется при эксплуатации газораэрядного(2) 35 50 ча 5, на выходе которого формируется импульс только лри наличии импульсов одновременно иа обоих его входах. Импульс на выходе формирбвателя 4 и инициировавший его импульс на его входе по времени не совпадают. Поэтому при их поступлении на вход ключа 5 на его выходе импульс отсутствует. С импульсом на выходе формирователя 4 может совпастьтолько следующий импульс, поступающий с выхода детектора 1. В результате на выходе ключа 5 формируется импульс досчета, поступающий на первый вход схемы 7 ИЛИ. Вероятность. Р поступления следующего импульса ;детектора 1 через интервал времени ,1 равнаР=1-е(1), где ло - частота импульсов газоразрядного счетчика впредположении отсутствияпросчетов.Импульсы.досчета формируются на выходеключа 5 только в интервале времени (Т - с ) относительноначала импульса формирователя 4. Поэтому частота импульсов досчета, равная произведению частоты импульсов де.тектора 1, определяемой известным выражением для газоразрядных счетчиков Ь /(1 +я ) на вероятность Р для интервала времени (Т- Т), составляет ь, 1- е "ф /(1 + л,с ), . Частота импульсов досчета вносит существенный вклад только лри зна. чительных мощностях дозы. Формирователь 6 формирует импульсы, длительности каждого из которых меньше, времени нечувствительности о устройства, причем начало импульса на выходе формирователя 6 совладает, как и для формирователя 4, с окончанией входного импульса. Однако , каждый импульс на выходе Формирова.теля 6 оканчивается раньше, чем, ,приходит на его вход следующий импульс, и по времени с ним не совпадает. Импульсы с выхода формирователя 6 поступают на входы интегрирующего .устройства 8 и диодногоинтегратора 9. Интегрирующее устройство 8 имеет постоянную интегрирования, меньшую длительности импульса Формирователя 6, и преобразует прямоугольные входные импульсы в трапецеидальные. Импульсы с выхода интегрирующего устройства 8 поступают на второй вход схемы 7 ИЛИ, имеющегопорог срабатывания, приблизительноравный половине амплитуды импульса.Импульсы досчета на выходе ключа,5оканчиваются одновременно или раньше импульса, поступившего иа еговторой вход. В свою очередь началоимпульса иа выходе интегрирующегоустройства 8 совладает с окончанием.импульса на втором входе ключа 5.В связи с тралецеидальной формойимпульс, постулаощий с выхода интегрирующего устройства 8, достигаетпорога срабатывания схемы 7 ИЛИ заве домо после окончания, импульса досчета, поступившего на первый вход схе- мы 7 ИЛИ. Поэтому импульсы, посту,пающие на первый и второй входы схемы 7 ИЛИ соответственно с выходов ключа 5 и интегрирующего устройства 8, никогда не совпадаот по времени.В результатечастота импульсов навыходесхемы 7 ИЛИ равна сумме частот.импульсов, поступающих на его входы.ЧастоТа импульсов на выходе интег"рирующего устройства 8 равна частотеимпульсов детектора 1. Следовательно,частота импульсов л, поступающаяна вход измерительного устройства 10, .определяется выражением При незначительной мощности дозы частота импульсов ллоступдющих на вход измерительного устройства 10, равна частоте импульсов Л детектора 1. При возрастании мощности дозы увеличивается частота импульсов досчета, компенсируя в определенных пределах нелинейность детектора 1.Степень компенсации нелинейности де-. тектора 1 определяется выбором длительности импульса формирователя 4, причем с увеличением длительности импульса формирователя увеличивается динамический диапазон устр эйства. Однако, как следует из выражения (2), для исключения лерекомпенсации длительность импульса формирователя 4 при значениях частоты импульсов н , меньших, чем 0,5/С,должна быть меньше 32. Указанноезначение накладывает ограничение на 1начальную длительность импульса формирователя 4. Диодный интегра-..тор 9 преобразует частоту импульсов детектора 1 в пропорциональной час17102.также Ф 103, верхний предел дианаэона частот настоящего устройства вы- .числяется иэ составленного на основе выражения (2) уравнения; о 1(3) 41 - и (1+ сь) 40 45 50 55.3 12 тоте ток, поступающий нв вход управ- ления формирователя 4 и управляющий длительностью его импульса. При частоте импульсов о , меньших значе" ния О, 1/ь, ток на выходе диодного интегратора 9 почти равен нулю и не влияет иа работу формирователя 4. С увеличением частоты жпульсов и, начинает возрастать ток, посту" пающий с выхода диодного интеграто" ра 9 и одновременно возрастает длительность импульсов Формирователя 4 дополнительно компенсируя нелинейность детектора 1. В результате управления длительностью импульса формирователь 4 исключает перехомпенсацию при незначительных мощностях дозы и увеличивает динамический диапазон устройства по мощности дозы.Нетрудно убедиться, что при одинаковой точности определения времени нечувствительности предлагаемое устройство имеет больший динамический диапазон частот и, следовательно, динамический диапазон по мощности дозы по сравнению с этим показателем прототипа. В прототипе посредством подбора номинальных эначениц токоэадающих резисторов возможно зависимость тока 1, поступающего в измерительное устройство, от частоты импульсов привести к выражению где 10 - градуировочный коэффициент;(6 - относительная погрешностьопределения времени нечув- .ствительности,Считая; для.определенности, чтопогрешность при изменении частотыимпульсов составляет 1107. верхнийпредел диапазона частот прототипа,определенный иэ выражения (3), ограничивается отношением 0,1/(0,1++ 1 Ы)е.При ошибке в определении временинечувствительности или при отклонении от усредненного времени нечувствительности, равном +207 верхний предел диапазона частот прототипа не превосходит 1/3, а при,ошибке или отклонении, равном + 103,не превосходит 1/2 с,Для погрешности при изменениичастоты импульсов, составляющей 1 О 15 20 25 30 35 те+09 Ф=1,1. (4)Для предлагаемого устройства при номинальных значениях величины Т, равных для нижней и верхней границ динаиического диапазона соответственно 22 и 2,5, и при ошибках или отклонениях от усредненного времени нечувствительности, равных й 20 и + 107 соответственно наименьшие значения верхнего предела диапазона частот, определенные иэ уравнения (4), составляют 1/2и 3/к .Из приведенных примеров видно, что при одинаковой точности опреде- . .ления времени нечувствительности предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет в 1,5 раза . больший динамический диапазон частот и соответственно в 1,5 раза больший динамический диапазон по мощности дозы, Дополнительным преимуществом устройства является также его универсальность. Устройство одинаково пригодно для построения измерителей мощности дозы и измерителей дозы. Прототип разработан только для измерителя мощности дозы. При измерении дозы в прототип необходимо дополнительно установить аналого,-цифровой преобразователь, что значительно ус. ложняет устройство и делает его неп-, ригодным для индивидуальных дози- . метров. На основе предлагаемого устройства было выполнено устройство детектирования индивидуального дозиметра. В качестве детектора 1 установлен гаэоразрядньй счетчик, на анод которого подавалось положительной полярности напряжение с высоковольтного источника 2. Катод газоразрядного счетчика соединен с базой транзистора, который вместе с резисторамибазы и коллектора, подсоединенными соответственно к потенциалу корпуса и шине питания, составляют усилитель 3 импульсов, Первый формирователь 4 и второй формирователь 6 представляют собой выполненные на основе микросхем н времязадающих резисторов и конденсаторов одновиб- . раторы.8 102 Составитель М.ДаниловРедактор Н.ушакова Техред,О.Ващишина Корректор А.Тяско Заказ ЗЗЗЗ Тираж 357 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент"г.ужгород, ул.Проектная, 4 71217Ключ 5 и схема 7 ИЛИ являются ло- . гическими элементами. Схема ИЛИ построена на основе логического элемента на КМОП-транзисторах С порогом срабатывания, равным половине 5 напряжения питания.Интегрирующее устройство В состоит иэ резистора и интегрирующего конденсатора, Диодный интегратор 9 представляет собой интегрирующий 10контур обычного измерителя средней;частоты импульсов и состоит из до.зирующего и интегрирующего конденсаторов, двух диодов соответственно разрядки и зарядки укаэанных 15 конденсаторов и токоэадающего резистора. Токоэадающий резистор соединяет интегрирующий конденсатор диодного интегратора 9 и времяэадающий конденсатор первого формирова теля 4, Напряжение на интегрирую щем конденсаторе диодного.интегратора 9 пропорционально частоте импульсов детекторе 1. Указанное напряженке преобразуется в ток, умень-. шающий ток зарядки времязадающего конденсатора Первого 4 юрмирователя 4, что увеличивает его длительность Т импульса с первоначального значения, равного 2 с, до 2,5 ь,Проведение испытания с .10 гаво- разрядными счетчиками, имевшими время нечувствительности около 3 х х 1(Г с, показали, что при дополни1 тельной погрешности с изменением частоты импульсов не более Й 10 Х верхний предел диапазона частот устройства составляет не менее 1,5.10 имп(с,.а для прототипа - не Менее 10 имп/с. Соответственно верхний предел диапазона по мощности дозы предлагаемого устройства в 1,5 раза больше, чем для прототипа. Следовательно, по сравнению с прототипом устройство имеет в 1,5 раза больший динамический диапа- ЭОН ПО МОЩНОСТИ Доэые