Способ дифференциальной стабилизации спектрометрического тракта по реперному пику

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) И 1) 1)4 С 01 Т 1/40 И КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТКРЬТИЙ ГОСУДАРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗО ОПИСАНИ) Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом институте им. С.М,Кирова (72) В.И.Выстропов(56) Матвеев В.В., Хазанов Б,И. При" боры для измерения ионизирующих излучений.-М.: Атомиздат, 1972, с. 494, 496. Бунж З.А Вейц Б.Н., Яд Н. Радиоизотопные рентгенофлуоные толщиномеры покрытий. миздат, 1979, с. 30-31, рис, 13.Матвеев В.В., Хазанов Б.И. Приборы для измерения ионизирующихизлучений. -М.: Атомиздат, 1972, с497. (54) СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ТРАКТА ПО РЕПЕРНОМУ ПИКУ(57) Изобретение относится к измерению ядерных и рентгеновских лучей с: помощью спектрометрических детекторов и может быть использовано в приборах рентгенофлуоресцентного анализа материалов или толщинометрии изделий. Цель изобретения - повышение устойчивости стабилизации к воздействию излучения дополнительного пика.переменной интенсивности, амплитудное распределение импульсов которогоперекрывается с амплитудным распределением импульсов реперного пика. Цельдостигается тем, что опорные напряжения порогов дискриминациидвух смежных дифференциальных каналов подаютнесимметрично относительно центра реперного пика. Причем общий порог дискриминации располагают на дальнемотносительно дополнительного пика переменной интенсивности склоне реперного пика, а ближний к дополнительному пику порог дискриминации выбирают между пиками так, что средняячастота следования импульсов реперного пика в первом дифференциальномканале равна средней частоте следования импульсов реперного пика во втором дифференциальном канале, а средняя частота следования импульсов до-полнителного пика в первом дифференциальном канале равна средней часто- рте следования импульсов дополнительно-го пика во втором дифференциальномканале. Изобретение обеспечивает устойчивость стабилизации и позволяетповысить точность измерений, проводимых в спектраметрическом режиме. 2 ил.1 132Изобретение относится к областистабилизации измерения ядерных ирентгеновских лучей с помощью спект.роскопических детекторов, напримерсцинтилляционных, и может быть использовано в приборах радиационногоконтроля технологических параметров,например, поверхностной плотностиили элементного состава материалови изделий,Цель изобретения - повышение устойчивости стабилизации к воздействию излучения дополнительного пикапеременной интенсивности.На фиг. схематично представленыамплитудные распределения импульсовреперного пика и дополнительного пика, а также поясняется принцип выбора ширины смежных дифференциальныхканалов и их расположения относительно пиков излучения; на Фиг.2 - однаиз возможных структурных схем устройства дифференциальной стабилизациипо реперному пику, реализующая предлагаемый способ.На фиг.1 введены обозначения амплитудного распределения импульсовреперного пикаи дополнительногопика 2 переменной интенсивности, причем распределения пиков 1 и 2 перекрываются.Способ дифференциальной стабилизации заключается в том, что излучение, аппаратурный спектр которого состоит из перекрывающихся пиков реперного 1 и дополнительного 2, регистрируют в двух смежных дифференциальных кана" лах, сравнивают средние частоты следования импульсов в первом и втором дифференциальных каналах и сигналом разбаланса управляют регулируемым параметром, например, напряжением пита" ния фотоэлектронного умножителя, причем для повышения устойчивости стабилизации к воздействию излучения дополнительного пика 2 переменной интенсивности ширину АС ближнего к дополнительному пику дифференциального канала уменьшают по сравнению с шириной СВ дальнего дифференциального канала (АС (СВ) так, что средняя частота следования импульсов реперного пика в первом дифференциальном канале (площадь фигуры АЕФС) равна средней частоте следования импульсов реперного пика во втором дифференциальном канале (площадь Фигуры СФКВ) а средняя частота следования импульсов5392дополнительного пика 2 в первом дифференциальном канале (площадь фигуры АЛМС) равна средней частоте следования импульсов дополнительного пика во втором дифференциальном канале (площадь фигуры СНМВ). При этом дифференциальные каналы располагают несимметрично относительно центра О реперного пика, а именно, общую границу СФ смежных дифференциальных кана-, лов устанавливают не на центре О ре-.перного пика, а при необходимости на дальнем относительно дополнительного пика склоне реперного пика. Сизменением интенсивности дополнительного пика (пунктирная кривая 2) все точки амплитудного распределения импульсов изменяются пропорционально,.т.е. отношение АЛ к АЛ равно отношению СН к СН и равно отношению ВМ 25 ЗО 35 40 45 50 55 к ВМ , при этом площадь фигурыАЛНС равно площади Фигуры СНМВ и условие равновесия стабилизации (равенство средних частот следования импульсов в первом и втором дифференциаль". ных каналах) соблюдается независимо от интенсивности дополнительного пи-, ка.Значения ширины дифференциальных каналов, требуемые для обеспечения устойчивости стабилизации, зависят от степени перекрытия аппаратурных спектров реперного и дополнительного пиков и определяются, таким образом, как энергией квантов излучения репер ного и дополнительного пиков, так и электрическим разрешением детектора. Поскольку численное значение энергетического разрешения является индивидуальной характеристикой каждого детектора, точные значения порогов дискриминации, определяющих ширину дифференциальных каналов и их расположение на энергетической шкале, в каждом конкретном случае выбираются экспериментально при настройке устройства стабилизации. Принцип выбора поясняется ниже на конкретном примере.Реализация способа стабилизации возможна с использованием любого известного устройства дифференциальной стабилизации по реперному пику, При апробации использовано устройство, структурная схема которого представлена на фиг.2. Излучение, спектр которого включает реперный и дополнительный пики, регистрируется детекто3 13253 ром 3, работающим в спектрометрическом режиме. Импульсы с детектора 3 поступают на вход трехпорогового дифференциального дискриминатора 4, образующего два смежных дифференцналь 5 ных канала, с выходов которых импульсы поступают на входы схемы сравнения средних частот следования, выполненной в виде триггера 5 с раздельными входами и интегратора 6. Выход 10. интегратора 6 подключен к управляюще- му входу регулируемого преобразователя 7 высоковольтного питания фотоэлектронного умножителя детектора 3. В качестве детектора можно использо вать стандартный сцинтиблок БДЭГ 4-31- 02 А, трехпороговый дифференциальный дискриминатор, построенный на базе трех компараторов 521 СА 4, двух триггеров К 155 ТМ 2 и двух схем И-НЕ типа 20 К 555 ЛЕ 1, осуществляющих логический отбор импульсов, попадающих в соответствующий дифференциальный канал. Триггер построен на основе двух схем И-НЕ типа К 555 ЛЕ 1, а интегратор - на 25 операционном усилителе К 574 УД 1 А. Регулируемый преобразователь выполнен в виде несимметричиого блокинг-генератора на транзисторе КТ 626 Б и трансформаторе, с повышающей обмотки кото рого напряжение выпрямляется и умножается десятикратным умножителем, фильтруется и подается с помощью резистивного делителя напряжения на динодную систему фотоэлектронного ум ножителя. Регулирование высокого напряжения осуществляется путем изменения напряжения питания блокинг-генератора включенным в его цепь проходным транзистором КТ 626 Б, на базу ко торого с выхода интегратора подается регулирующий сигнал сравнения средних частот в дифференциальньж каналах. Источником излучения служит серийный источник типа ГИКна основе 45 радиоактивного изотопа "Кобальт", в качестве реперной линии использована основная линия в спектре излучения источника с энергией квантов 122 кэВ, 50 Дополнительным пиком является пик рассеянного от алюминиевых контролируемьж образцов излучения, при этом коллимационная система настраивается и фиксируется так, что расчетное по соотношению Комптона значение энергии квантов рассеянного излучения составляет 100 кэВ. Поскольку энерге 92тическое разрешение детектора в этойобласти равно 203, аппаратурныеспектры реперного и рассеянного пиков значительно перекрываютсяЗагрузка в канале рассеянного излучения(интенсивность дополнительного пика)варьируется в пределах 20-90 кГцизменением толщины алюминиевых образ"цов соответственно от 1 до 10 мм, исходная загрузка в каждом дифференциальном канале реперного пика (средняя частота следования импульсов реперного пика в первом и втором дифференциальньж каналах) составляет15 кГЦ. В этих условиях работа обычной системы стабилизации оказываетсянеустойчивой, так как уже при толщине алюминиевых образцов 2-3 мм стабилизация смещается настолько, что полностью перестраивается с реперногопика на дополнительный. Система стабилизации по предлагаемому способупоказывает устойчивую работу во всемдиапазоне изменения интенсивностидополнительного пика, Критерием качества работы системы автоматической стабилизации служит постоянствонапряжения питания блокинг-генератора регулируемого преобразователя,которое оказывается не хуже 0,153(изменение не более 0,03 В на уровне20,35 В). Контрольные измерения загруэок в первом и втором дифференциальном каналах показывают равенствов пределах статистических флуктуацийсредних частот следования импульсовв обоих каналах, причем при увеличении интенсивности дополнительного пика в указанном диапазоне средняя частота следования импульсов в каждомдифференциальном канале повыпаетсяиэ-за перекрытия аппаратурных спектров от 15 до 21,5 кГц. Ширина АСближнего к дополнительному пику дифференциального канала равна 0,37 В,а ширина СВ дальнего канала 0,7 В(пороги дискриминации А, С, В равнысоответственно 3,37, 3,74, 4,45 В ). Порядок выбора необходимых порогов дискриминации состоит в следующем. Сначала устанавливают симметричные относительно центра реперного пика пороги дискриминации на основа" нии общеизвестных соотношений (ширина канала должна быть порядка абсолютного значения энергетического разрешения детектора для реперного пика, что в данном случае составляет при 5 1325392 6 мерно 22 кэВ) и включают систему ста- Способ стабилизации обеспечивает билизации в автоматический режим, и другие положительные эффекты, явИзмеряют напряжение питания регули- ляющиеся логическим следствием достируемого преобразователя при минималь- жения основной цели изобретения, ач ной интенсивности дополнительного именно: повышение точности измерении пика (в данном конкретном примере в спектрометрическом режиме, ослаблепри отсутствии алюминиевого образца- ние требований к энергетическому разрассеивателя), затем интенсивность решению детекторов излучения, расшидополнительного пика постепенно уве- рение функциональных возможностей личивают (увеличивают толщину образ О спектрометрических устройств радиаца-рассеивателя), а ширину ближнего ционного контроля технологических пак дополнительному пику дифференциаль- раметров.ного канала одновременно уменьшают и Ф о р м у л а, и з о б р е т е н и я сдвигают (в данном случае ширинУ АС Способ дифференциальной стабилизапутем повышения порога дискРиминации 15 ции спектрометрического тракта по ре- А) до такого значения, при котором перному пику, заключающийся в том, величина напряжения питания Регули- что излучение регистрируют в двух руемого преобразователя не изменяет- смежных дифференциальных каналах, ся с изменением интенсивности допол- сравнивают средние частоты следованительного цика. При такой установке 20 ния импульсов в первом и втором дифширины каналов (порогов дискримина-Ференциальных каналах и сигналом ции) автоматически соблюдается ра- разбаланса в противофазе с возмущевенство средних частот следования им- нием управляют регулируемым параметпульсов в дифференциальных каналах ром, о т л и ч а ю щ и й с я тем, как от реперного пика, так и от до 25что, с целью повышения устойчивости полнительного пика переменной интен- стабилизации к воздействию излучения сивности. дополнительного пика переменной ин-.Предлагаемый способ дифференци- тенсивности, ширину ближнего к допол" аЛьной стабилизации спектрометричес- нительному пику переменной интенсивкого тракта по реперному пику обес- ности дифференциального канала уменьпечивает устойчивость стабилизации шают по сравнению с шириной дальнего к воздействию излучения дополнитель- дифференциального канала так, что ного пика переменной интенсивности, средняя частота следования импульсов амплитудное распределение импульсов реперного пика в первом дифференцикоторого перекрывается с амплитудным З 5 альном канале равна средней частоте распределением импульсов реперного следования импульсов реперного пика пика, и позволяет тем самым повысить во втором дифференциальном канале, точность измерений в спектрометричес- а средняя частота следования импульком режиме и расширить функциональ-сов дополнительного пика переменной ные возможности сйектрометрйческих ,4 О интенсивности в первом дифференциальустройств радиационного контроля тех- ном канале равна средней частоте сленологических параметров, напримердования импульсов дополнительного рентгено-флуоресцентных толщиномеров пика переменной интенсивности во.втоили анализаторов состава материалов, ром дифференциальном канале,1325392 ель М.Данило лййнык СоставиТехред Л Корректор А.Ильин дактор Е,Пап Заказ 3103/40 Тираж 730 ПодписВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 о 1 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная