Устройство для стабилизации коэффициента преобразования

СОВЕТ ЛИСТ БЛИН 01 Т 1/ ОБРЕТЕЛЬСТВУ НИЯ(21) (22) (46) (72) Изоб тельно ляцион исполь фициен онного Извспектр рольньносите ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИ 282163/18-2528.09.7915.04.,90. Бюл. У 14А.С.Левитин, О.СЛорозови А.Ф.Никитин(56) Бровченко В.Г. и др. Стабилизатор коэффициента усиления сцинтщляционного спектрометра нейтронов.ПТЭ У 1, с, 55, 1969.Патент ЧССР Р 140355,кл. НО 54330, 1971Зайцев В.В., Белов Б.Н. Блок питания фотоэлектронного умножителя с автоматической регулировкой управления.П.Т,Э. Р 5, с. 154, 1975.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИКОЭффИЦИЕНТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СЦИНТИ 3-.ЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА содержащее контрольный источник излучения, сцинтиюлятор, фотоэлектронный умножитель,который подключен через делитель напряжения к высоковольтному выпрямителю, триггер Шмидта, усилитель переретение относится к измеритехнике, а именно к сцинтилым детекторам, и может быть овано для стабилизации коэфа преобразования сцинтилляцидетектора.стен стабилизатор коэФфициенбразования сцинтилляционного метра, который содержит контисточник гамма-излучения от" льно излучения которого осу,807952 гменного 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. ЬФ ществляется стабилизация спектрометра. Импульсы с фотоэлектронного умно- жителя, соответствующие гамма-излучению, проходят через усилитель надва интегральных дискриминатора, вы- Зфф ходы которых подключены к блоку срав- й. нения.Сигнал рассогласования с блока сравнения поступает на регулирующий элемент, с помощью которого устанавливается напряжение питания на фотоэлектронном умножителе такое, чтобы10 551Недостатком известного устройстваявляется перегрузка фотоэлектронногоумножителя при включении напряжения отсутствовал сигнал рассогласованияс блока сравнения. Недостатком этогоустройства является низкая точностьвследствие дополнительной погрешности стабилизации за счет нестабильнос 5ти коэффициента усиления усилителя инестабильности порогов двух дискриминаторов.Известно устройство для регулирования чувствительности фотоэлектронного умножителя, содержащее усилитель,вход которого подключен к аноду фотоэлектронного умножителя, а выход - квходу регулирующего элемента, который изменяет напряжение питания двухтактного преобразователя напряженияпри изменении анодного тока. Вторичная обмотка преобразователя напряжения через выпрямитель подключена кделителю напряжения питания фотоэлектронного умножителя. Недостатком этого устройства является то, что привключении напряжения питания устройства происходит перегрузка фотоэлектронного умножителя вследствие тогочто в начальный момент времени сигнал обратной связи с анода отсутствует и поэтому на фотоэлектронныйумножитель от преобразователя напряжения подается максимальное напряже 30ние, Кроме того, вследствие того, чтоусилитель работает на постоянном токепоявляется дополнительная погрешностьстабилизации за счет дрейфа нуля усилителя,35Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора, содержащее фото 40электронный умножитель, сигнал с которого .через усилитель переменноготока поступает на выпрямитель (интегрирующая цепочка) и далее через диод на вход триггера Шмидта, к кото 45рому подключен также генератор экс"поненциального напряжения. Выходнойсигнал с триггера Шмидта через второй усили 7 ель и выходной каскад поступает на автотрансформатор, повышающая обмотка которого нагружена черезсхему удвоения напряжения на делитель напряжения питания фотоэлектронного умножителя. питания вследствие того, что напряжение питания на фотоэлектронном умножителе устанавливается практическисразу до максимального значения,асигнал обратной связи задерживаетсявследствие заряда интегрирующей емкости выпрямителя, а также вследствие экспоненциальной (резко нелинейно) зависимости коэффициента усиле"ния фотоэлектронного умножителя отнапряжения питания. Кроме того, напряжение питания фотоэлектронногоумножителя имеет значительную пульсацию вследствие того, что второй усилитель и выходной каскад работают включевом режиме. Стабилизация коэффициента преобразованния ухудшаетсятакже из-за нестабильности коэффициента усиления переменного тока и выпрямителя, которые стоят до диодасравнения (блока сравнения).Дополнительным недостатком является нестабильность, обусловленная нестабильностью напряжения питания генератора импульсов, что приводит кнестабильности амплитуды его выходныхимпульсов и следовательно напряженияпитания фотоэлектронного умножителя.Целью изобретения является защитафотоэлектронного умножителя от перегрузки при включении напряжения питания и увеличение точности стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора,Поставленная цель достигается тем,что в устройство для стабилизации коэффициента преобразования сцинтилляционного детектора, содержащее контрольный источник излучения, сцинтиллятор, умножитель, который подключенчерез 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 блоксравнения и интегратор подключен кпервому входу ключа, выход которогочерез усилитель соединен с первымвходом триггера Шмидта, выход триггера Шмидта через интегрирующую цепочку подключен к входу реулирующего элемента, выход которого соеди-,нен с входом преобразователя напряжения, один выход которого соединен5с высоковольтным выпрямителем, а другой - через детектор с вторыми входами триггера Шмидта и ключа, выход1 источника опорного напряжения подклю.чен к второму входу блока сравненияНа чертеже представлена блок-схе- ма описываемого устройства.ЪУстройство 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 йчидта. Источник 15 опорного напряжения подсоединен к второму входу блока 5 сравнения. Напряжение питания устройства подается на триггер 8. Шмидта, .усилитель 7, ключ 6блок .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 по 202 6мощью детектора 14 преобразуется впоследовательность униполярных импульсов, которые периодически с частотой преобразователя напряжения 11закрывают синхронно ключ 6 и триггерШмидта 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 напряжениена 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, пропор циональное разности опорного напряжения от источника 15 и напряженияна выходе фотоэлектронного умножителя 3 и превышающее напряжение в установившемся. режиме в (10 -10 ) раз.а з 25 Выходное напряжение блока 5 сравнения модулируется ключом, выходныеимпульсы с которого усиливаются усилителем 7 переменного напряжения ипоступают на вход триггера Шмидта 8 30 в виде переменного напряжения. Припревьппении входным напряжением порогасрабатывания триггер ПЫидта 8 переходит в открытое состояние на время,в течение которого входное напряже-.ние превьппает его порог срабатывания, 35При срабатывании триггера Шмидта еговыходной,ток поступает на интегриругющую цепочку 9, что приводит к увеличению напряжения на управляющемвходе регулирующего элемента 10 и соответственно к увеличению напряженияна преобразователе напряжения 11 ина делителе напряжения 13.По мере увеличения напряжения пи ,тания на фотоэлектронном умножителе3 увеличивается его выходнойток отизлучения контрольного источника 1,облучающего сцннтиллятор 2, и уменьшается выходное напряжение с блока5 сравнения, что приводит к уменьшению длительности импульсов, вырабатываемых триггером Йкидта, и установлению напряжения питания Фотоэлектронного умножителя. Интегратор 4 служитдля снижения Флуктуации выходного напряжения Фотоэлектронного умножителя, обусловленной статистическим(случайным) характером взаимодействия ионизирующего излучения контроль795202ного 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 умно- жителя 3 .увеличивается, что вызывает изменение полярности сигнала на выходе блока 5 сравнения и соответству ющий переворот Аазы 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 ния процесс установления напряжения питания на Аотоэлектронном умножителе протекает аналогично процессу при включении напряжения питания устройства. 30Для 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 которой прямоугольный импульс на выходе ключа 6 преобразу 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 изменять ся в зависимости от амплитуды входного напряжения.,Благодаря тому, что интегрирующаяцепочка 9 стоит после блока 5 сравнения,параметры этой цепочки не влияют .на погрешность стабилизации коэффициента преобразования, что позволяет увеличить постоянную интегрирования, например, путем увеличения ем"кости конденсатора интегрирующей це-.почки 9 до десяти секунд. С другойстороны, при .заданной величине. выходного тока триггера 8 увеличениеемкости в интегрирующей цепочке 9приводит к снижению пульсации выходного напряжения и крутизны его нарастания при включении питания, что снижает перегрузку Фотоэлектронного умножителя при включении питания. Такэкспериментальные исследования устройства показывают, что при включении питания максимальное напряжение(выброс) на фотоэлектронном умножителе превышает установившееся значение не более, (1-2 Е), а пульсациявыходного тока Фотоэлектронного умножителя не превышает О, 1 Ж (что со-,ответствует пульсации напряжения .пи-,тания Аотоэлектронного умножителя неболее 0,01 ). Таким образом, регултровка напряжения питания Фотоэлект-ронного умножителя осуществляетсянепрерывно и исключена составляющаяпогрешности, обусловленная дрейфом .нуля, который существует в усилителях постоянного тока Благодаря то-.му, что на блок сравнения приходитсигнал непосредственно с фотоэлектронного умножителя (отсутствуют промежуточные усилители) стабильностьработы устройства, определяетСя стабильностью блока сравнения и практически не зависит от влияния. внешнихусловий (напряжение питания, темпера-тура, излучение и т,д,)ктор С.1 Пекмар актор Л.Письман Техред Л.Олийнык . Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ЗаказВНИИПИ 91 Тираж 358 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45