Способ гамма-спектрометрии и гамма-спектрометр

(19) 51)5 6 01 Т ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ передачи по линии связи осуществляют обратное преобразование цифровых кодов в аналоговые сигналы, при этом энергию и спектральные интенсивности гамма- квантов определяют путем амплитудной селекции повторно преобразованного кусочно-непрерывного спектра аналоговых сигналов. В части устройства: в регистрирующий блок, состоящий из последовательно включенных детектора гамма-квантов с блоком питания высокого напряжения, линейного усилителя, амплитудного детектора или интегратора, буферного ОЗУ и и-разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выходного каскада, подключенного к линии связи, блока анализа и обработки, введены преобразователь параллельного кода в последовательный, оперативное запоминающее устройство, четыре дифференциальных канала и логический элемент ИЛИ, а блок анализа и обработки включает в себя последовательно соединенные линейный усилитель сигналов, блок преобразования последовательного кода в параллельный, цифроаналоговый преобразователь и и дифференциальных каналов, например 4, а также одновибратор и систему автоматической регулировки коэффициента усиления,2 с,п. ф-лы, 2 ил,Скважинныи гамвым детектором.ып. 81. - Л.: НеЦелью изобние точности изния просчетовинтегральной заго тракта.Сущность сключается в следляции гаммаГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(2 1) 4885124/25 (22: 26,11.90 46; 23,03,93, Бюл, %11 (71 Всесоюзный научно-исследовательский и . роектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (72 Е, С. Кучурин и В. Д. Гельд (56 Мамлеев Т, С, и др, Цифровой скважинны гамма-спектрометр, ВИНИТИ, Деп. 42 7 - В 89. М., 1989, с, 12., Кадисова Е. М, и др. ма-спектрометр с германие Сб,; Геофиз. аппаратура, в дра, 1984, с, 82 - 88. (54) СПОСОБ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРИИ И ГАВ 1 МА-СПЕКТРОМ ЕТР (57), Использование: в различных областях народногохозяйства, например горной промышленности, металлургии, геологии. Сущность изобретения; для уменьшения просчетов сигналов при повышенной интегральной загрузке спектрометрического тракта и упрощения аппаратуры преобразование амплитуды импульсов в п-разрядный цифровой код осуществляют избирательно в зацанных энергетических интервалах полного гамма-спектра путем их предварительной амплитудной селекции, а затем после Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и устройствам изучения спектрального состава гамма-излучения различной физической природы и может быть использовано в горной промышленности, металлургии, геологии, в частности, при геофизических исследованиях в скважинах. ретения является повышемерений за счет уменьшесигналов при повышенной грузке спектрометрическоособа спектрометрии заующем. Световые сцинтилвантов преобразуют вэлектрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергии исходного гамма- кванта, затем преобразуют спектр амплитуд электрических импульсов в цифровой и- разрядный код, Для повышения точности измерений преобразование амплитуды импульсов в п-разрядный цифровой код осуществляют избирательно в заданных энергетических интервалах полного гамма-спектра путем их предварительной амплитудной селекции, Затем после передачи по протяженной линии связи осуществляют обратное преобразование цифровых кодов в аналоговые сигналы, при этом энергию и спектральные интенсивности гамма-квантовопределяют путем амплитудной селекции повторно преобразованного кусочно-непрерывного спектра аналоговых сигналов.Для практической реализации способа предлагается гамма-спектрометр, содержащий регистрирующую часть и блок анализа и обработки, соединенных линией связи, Регистрирующий блок состоит из детектора гамма-квантов, вход которого подключен к первой линии связи, а выход - через последовательно соединенный первый линейный усилитель и амплитудный детектор подключен ко входу буферного запоминающего устройства, выход которого соединен со входом и-разрядного цифрового преобразователя, а также выходного каскада, подключенного к первой линии связи,От известных гамма-спектрометров и редлагаемый гамма-спектрометр отличается тем, что в регистрирующий блок введены преобразователь параллельного кода в последовательный, оперативное запоминающее устройство, блок дифференциальных каналов и логический 4-входовый элемент ИЛИ. Информационные выходы аналогоцифрового преобразователя подключены через оперативное запоминающее устройство по входам преобразователя параллельного кода в последовательный, выходом связанного со входом выходного каскада, Входы всех компараторов подсоединены к выходу буферного запоминающего устройства, а выходы первого и второго компараторов каждого дифференциального канала подсоединены соответственно к первого и второму входам схемы антисовпадений, выход каждой из которых соответственно через 4-входовый логический элемент ИЛИ подключен к управляющему входу аналогоцифрового преобразователя.Блок анализа и обработки гамма-спектрометра содержит второй линейный усилитель, выход которого подключен ко входу5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 преобразователя последовательного кода в параллельный, информационные входы которого подсоединены ко входам цифроаналогового преобразователя (ЦАП), К стробирующему входу ЦАП через одновибратор подключен выход "Готовность" преобразователя последовательного кода в параллельный, выход цифроаналогового преобразователя через первый - третий дифференциальный каналы связан с первым-третьим входами блока обработки информации, через четвертый дифференциальный канал - с первым входом блока автоматической регулировки коэффициента усиления, а через пятый дифференциальный канал - со вторым входом упомянутого блока автоматической регулировки коэффициента усиления, выход которого соединен со второй линией связи. Выход блока обработки информации подключен к регистрато- РУНа фиг, 1 представлена функциональная схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ; на фиг, 2 - функциональная схема дифференциального канала,Регистрирующий блок включает в себя последовательно включенные детектор гамма-квантов с блоком питания высокого напряжения 1, линейный усилитель 2, амплитудный детектор или интегратор 3, буферное запоминающее устройство (БЗУ) 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, оперативное запоминающее устройство 6, преобразователь параллельного кода в последовательный 7, выходной каскад 8, а также блок дифференциальных каналов 9 и 4-входовый элемент ИЛИ 10. Вход блока дифференциальных каналов 9 подключен к выходу буферного ЗУ, а выход через логический элемент ИЛИ 10 к управляющему входу АЦП 5.Блок анализа и обработки содержит последовательно включенный входной усилитель 11, преобразователь последовательного кода в параллельный 12, цифроаналоговый преобразователь 13, пять дифференциальных каналов 14, 15, 16, 17 и 18, выходы которых подсоединены к блоку обработки 19, а также систему автоматического регулирования коэффициента усиления 20 и одновибратор 21. Выход первой линии связи 22 подключен к блоку питания высокого напряжения детектора гамма- квантов 1. Одновибратор 21 подключен к стробирующему входу ЦАП 13 и входом к выходу "Готовность" блока преобразования последовательного кода в параллельный 12.Дифференциальные каналы, которых в регистрирующей части содержится четыре (блок 7), а в блоке анализа - пять (14, 15, 16, 180389650 55 17, 18), выполнены по идентичной схеме, приведенной на рис, 2.Схема дифференциального канала состоит из компаратора верхнего 23 и нижнего 24 уровней, выходы которых подключены к двум соответствующим входам схемы антисовпадений 25. Выходы схемы антисовпадений регистрирующей части 25 через четырех входовый логический элемент ИЛИ 10 подключены к управляющему входу АЦП 5, а входы всех компараторов подключены к выходу буферного запоминающего устройства 4,Устройство работает следующим образом,Поступающий с выхода детектора гамма-квантов 1 электрический импульс усиливается линейным усилителем 2 и далее поступает на амплитудный детектор 3, на выходе которой формируется сигнал с плоской вершиной и амплитудой пропорциональной энергии исходного гамма-кванта, Длительность сигнала составляет 3 - 5 мксек, Далее этот сигнал поступает в буферное запоминающее устройство 4, представляющее собой такой же амплитудный детектор. На выходе последнего формируЕтся идентичный по амплитуде импульс, но с более высокой длительностью (20-40 мксек), предназначенный для последующего кодирования в АЦП и амплитудной селекЦии в блоке дифференциальных каналов 9. Применение амплитудного детектора в сочетании с буферным ЗУ позволяет разравнять статистически распределенные во времени сигналы и тем самым уменьшить просчеты при передаче по протяженным линиям связи еще примерно вдвое. С выхода буферного ЗУ 4 сигналы одновременно поступают на вход АЦП 5 и блока дифференциальных каналов 9, Преобразование аналоговых сигналов АЦП в цифровой и- разрядный код осуществляется по приходу разрешающего импульса с выхода логического элемента ИЛИ 10. Это возможно только в том случае, если амплитуда сигнала будет находиться между нижним и верхним уэовнями одной из пар (в данном устройстве предусмотрено четыре пары) компараторов четырех дифференциальных каналов. Таким образом достигается избирательное цифровое кодирование информационных сИгналов принадлежащих заданным энергЕтическим областям исходного гаммас 1 ектра, С выхода АЦП 5 цифровой код записывается в ОЗУ 6, благодаря чему осушествляется вторичное разравнивание статистики сигналов, плотностью исключающее дальнейшие просчеты при передаче информации по линии связи. Извлечение 5 10 15 20 25 30 35 40 45 цифровых кодов из ОЗУ достигается по сигналу "Готовность" с выхода "Конец преобразования" блока преобразования параллельного кода в последовательной, поступающего на вход считывания ОЗУ. Считанное на ОЗУ 6 "Слово" преобразуется в последовательный код общей длительностью 200 - 250 мкс. (при 8-ми разрядном кодировании), усиливается по мощности выходным каскадом 8 и поступает в линию связи 22. При длительности цифрового кода равной 200 мксек устройство позволяет передать без просчетов до 5000 И/ с, что соответствует примерно 20 - 40 тыс, О/ с по полному гамма-спектру. Приходящие по линии связи 22 цифровые коды восстанавливаются по уровню с помощью линейного усилителя 11, а затем поступают на вход блока преобразования последовательного кода в параллельный 12 и далее на входы цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 13. Выход "Готовность" блока преобразователя 12 подключен к стробирующему входу ЦАП через одновибратор 20, чем обеспечивается конец преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал. Длительность выходного аналогового сигнала соответственно определяется длительностью импульса однови брата ра, С выхода ЦАП аналоговые сигналы подаются на входы идентичных дифференциальных каналов 14, 15, 16, 17, 18, с помощью которых осуществляется амплитудная селекция переданного и повторно преобразованного кусочно-непрерывного гамма-спектра, Далее с выходов первых 3 дифференциальных каналов информационные потоки поступают в блок обработки 21, который может быть выполненным в виде счетно-решающего устройства, реализующего требуемый алгоритм расчета по жесткой логике или вычислитель другого типа, В частности, при спектрометрии естественного гамма-излучения реализуется расчет содержаний калия, урана и тория на основе аппаратурного решения системах 3 уравнений следующего вида:Ц(К) = д 1101 + а 12 М 2 + а 1 зйзд(0) = аг 181+ агЛ 2+ агзМз9(Тп) = аз 1 М 1+ азгйг+ азз 1 чзгде д(К), д(О), д(ТЬ) - соответственно калия, урана, тория;Й 1, Мг, Мз - скорости счета по каналу калия (1,46 МэВ), урана (1,78 МэВ), тория (2,62 МэВ);ал - постоянные спектральные коэффициенты, определяемые в градуированных моделях руд, 180389610 15 20 25 35 40 45 50 55 Выходы четвертого и пятого дифференциальных каналов 17, 18 подключены к входу системы автоматического регулирования коэффициента усиления 20, работающей, например, на принципе сравнения скоростей счета в двух смежных энергетических областях, выбираемых симметрично на склонах фотопика реперного источника. Сигнал разбаланса преобразовывается в постоянное напряжение, которое по линии связи поступает в блок питания высокого напряжения детектора гамма-квантов, изменяя его в ту или другую сторону. Тем самым обеспечивается постоянный уровень сигнала, требующийся для стабильной работы всего устройства и особенно дифференциальных каналов регистрирующей части, Опорное напряжение ЦАП 13 и дифференциальных каналов 14-18 задается от одного стабилизированного источника питания, Благодаря этому динамический диапазон амплитуд сигналов на выходе ЦАП точно соответствует диапазону уровней дифференциальных каналов 14 - 18, Это исключает использование дополнительного усилителя на выходе ЦАП, неизбежно дестабилизирующего работу устройства.Таким образом, предложенные способ гамма-спектрометрии и устройства для его реализации позволяют существенно (в 5 - 10 раз) уменьшить просчеты информационных сигналов и соответственно повысить точность измерения спектральных потоков не менее чем в 2 - 3 раза. Повышение точности по сравнению с аналоговой передачей информации достигается за счет улучшения энергетического разрешения спектрометрического тракта, благодаря исключению влияния кабеля,Формула изобретения 1. Способ гамма-спектрометрии, заключающийся в преобразовании световых сцинтилляций гамма-квантов в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергии исходного гамма-кванта, последующем преобразовании спектра амплитуд электрических импульсов в цифровой п-разрядный код, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения просчетов сигналов при повышенной интегральной загрузке спектрометрического тракта, преобразование амплитуды импульсов в п-разрядный цифровой код осуществляют избирательно в заданных энергетических интервалах полного гамма-спектра путем их предварительной амплитудной селекции, затем после передачи по протяженной линии связи осуществляют обратное преобразование цифровых кодов в аналоговые сигналы, при этом энергию и спектральные интенсив ности гамма-квантов определяют путем амплитудной селекции повторно преобра зованного кусочно-непрерывного спектр; аналоговых сигналов.2. Гамма-спектрометр, содержащий ре гистрирующий блок, состоящий из детектора гамма-квантов, выход которого через последовательно соединенные первый линейный усилитель и амплитудный детектор подключен ко входу буферного запоминающего устройства, выход которого соединен со входом и-разрядного аналого-цифрового преобразователя, выходной каскад, подключенный к первой линии связи, блок анализа и обработки, при этом вход детектора подключен к первой линии связи, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в регистрирующий блок введены преобразователь параллельного кода в последовательный, оперативное запоминающее устройство, блок дифференциальных каналов (каждый из которых содержит первый и второй компараторы, соответственно верхнего и нижнего уровней и схему антисовпадений), логический четырехвходовый элемент ИЛ И, при этом информационные выходы аналого-цифрового преобразователя подключены через оперативное запоминающее устройство ко входам преобразователя параллельного кода в последовательный, выходом связанного с входом выходного каскада, входы всех компараторов подсоединены к выходу буферного запоминающего устройства, а выходы первого и второго компараторов каждого дифференциального канала подсоединены соответственно к первому и второму входам схемы антисовпадений, выход каждой из которых соответственно через четырехвходовый логический элемент ИЛИ подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, блок анализа и обработки содержит второй линейный усилитель выход которого подключен к входу преобразователя последовательного кода в параллельный, информационные входы которого подсоединены к входам цифроаналогового преобразователя, к стробирующему входу. которого через одновибратор подключен выход "Готовность" преобразователя последовательного кода в параллельный, выход цифроаналогового преобразователя через первый-третий дифференциальные каналы связан с первым-третьим входами блока обработки информации, через четвертый дифференциальный канал - с первым входом блока автоматической регулировки коэффициента усиления, а через пятый дифференциальный канал - с вторым входом упомянутого блока автоматической регули1803896 10 ровки коэффициента усиления, выход кото- чем выход блока обработки информациирого соединен с второй линией связи, при- подключен к регистратору. иг. оставитель Е.Шарипоехред М,Моргентал еда и яко оррек ско роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 1056 Тира ВНИИПИ Государственного к 113035,Ммитета по изоб ква, Ж, Рау Подписноеениям и открытиям при ГКНТ Ская наб 4/5