Мозаичный преобразователь излучения

АНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСНО ВУ ЕТЕЛЬ 7 ели ховй инстии В.С. И ательск оскопии ой Рево при Томлюции и амени ного иту. Ковач ия сигналовиборах.37-44.2. Авторское674645, кл. Н3. Авторское843306, кл. Нпрототип) . на197 свидетельство ССС04 М 5/32, 1977.свидетельство ССС 04 М 5/32, 1978 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовтут электронной интрком ордена Октябрьскордена Трудового Краполитехническом инстим. С.М. Кирова(54)(57) ИОЗАИЧНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий генератор радиоимпульсов с парафаэным выходом, к которому параллельно подключены М измерительных ячеек, выполненных по мостовой схеме в одно плечо , которых включен детектор излучения, в другое - балансировочное сопротивление, к выходу каждой измерительной ячейки подключен усилитель тока на биполярном транзисторе, база которого соединена с выходом мостовой 1 схеьы, коллектор - с первой обклад.кой соответствующего накопительного конденсатора, эмиттер - с общей шиной, блок синхронизации, первый выход которого подключен к модулирующему входу генератора радиоимпуль ов,а второй - к входу распределителятактовых импульсов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительности мозаичногопреобразователя путем уменьшенияразличий в темновых уровнях выходныхсигналов усилителей тока, в неговведены первая группа из М диодов,каждый из которых включен между базой соответствующего биполярноготранзистора и общей шиной, втораягруппа из М диодов, каждый из которых включен между эмиттером соответствующего биполярного транзистора иобъединенными второй обкладкой соответствующего накопительного конденсатора и соответствующим выходом рас"пределителя тактовых импульсов, итретья группа из М диодов, каждыйиз которых включен между коллекторомсоответствующего биполярного транзис.тора и эмиттером введенного выходно"го биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой и имеющего тот же тип проводимости, что ибиполярные транзисторы в усилителяхтока, коллектор которого соединенс (11+1)-м выходом распределителятактовых импульсов через введенныйвыходной конденсатор, а в усилителяхтока эмиттеры биполярных транзисторов соедине:.".-1 с общей шиной черезодин из М введенных конденсаторови диод, параллельно которому подключен введенный генератор стабильноготока.к входу распределителя тактовых импульсов, выполненного в виде аналогового регистра сдвига типа "пожарная цепочка" 1 31.Недостатком известного мозаичного преобразователя является низкая чувствительность эа счет большихразличий в темновых уровнях выходныхсигналов усилителей тока, образующихся в результате дрейфа параметровгенератора радиоимпульсов, измерительных ячеек и усилителей тока ввиду воздействия внешних факторов истарения . Кроме того, выполнение базового сопротивления в усилителяхтока в виде резистора обуславливаетих работу в режиме однополупериодного детектирования, т.е, половина полезного заряда не используется . Кнедостаткам преобразователя следуетотнести и выполнение распределителя тактовых импульсов на "пожарныхцепочках", которым присущи неравномерное затухание и неполная передача заряда, что вносит дополнительнуюнеоднородность в выходной сигнал .Цель изобретения - увеличениечувствительности мозаичного преобразователя путем уменьшения различийв темновых уровнях выходных сигналов усилителей тока,Для достижения цели в мозаичныйпреобразователь излучения, содержащий генератор радиоимпульсов с парафаэным выходом, к которому параллельно подключены М измерительных ячеек,выполненных по мостовой схеме, в од-но плчо которых включен детектор излучення, в другое - балансировочнаесопротивление, к выходу каждой измерительной ячейки подключен усилительтока на биполярном транзисторе, базакоторого соединена с выходом мостовой схемы коллектор - с первой обкладкой соответствующего накопительного конденсатора, эмиттер - с общейшиной, блок синхронизации, первыйвыход которого подключен к модулирующему входу генератора радиоимпульсов, а второй " к входу распределителя тактовых импульсов, введены первая группа из М диодов, каждый изкоторых включен между базой соответствующего биполярного транзистораи общей шиной, вторая группа иэ Йдиодов, каждый из которых включенмежду эмиттером ".оответствующего биполярного транзистора и объединенными второй обкладкой соответетвующе 1 .1046967Изобретение относится к визуализации пространственных распределений потоков излучений, в частностик радиационной интроскопии.Известны мозаичные преобразователи излучения, содержащие мозаикуиз Й детекторов излучения, подкл 1 оченных к Й входам сканирующего устройства на основе приборов с зарядовой связью 1. 11. 1 ООднако данные мозаичные преобразователи обладают малой чувствительностью в диапазоне рентгеновскогои гамма-излучения, так как не имеютвнутреннего усиления заряда, образованного излучением, и обладают значительным разбросом темновых уровнейсигналов от различных детекторов,Известны также мозаичные преобразователи излучения, содержащие Й 20мостовых схем с включенными в,нихдетекторами излучения, усилителейтока, входы которых подключены к выходам мостовых схем, а выходы подсое.динены к Й входам регистра сдвига 25на основе ПЗС, причем к диагоналивсех мостовых схем подключен выходгенератора радиоимпульсов21.Чувствительность указанных мозаичных преобразователей также недостаточна, так как уровни темновыхсигналов от различных детекторов взначительной степени подверженыдрейфу, эа счет изменений параметровдетекторов и других элементов, вклю 35ченных в плечи мостовых схем, поддействием температуры, влажности идругих дестабилизирующих факторов.Наиболее близким к предлагаемо"му является мозаичный преобразователь излучения, содержащий генераторрадиоимпульсов с парафазным выходом,к которому параллельно подключены Мизмерительных ячеек, выполненных помостовой схеме, в одно плечо которых 445включен детектор излучения, в другое - балансировочное сопротивление,к выходу каждой измерительной ячейки подключен усилитель тока на биполярном транзисторе, база которогосоединена с выходом мостовой схем,50.коллектор - с первой обкладкой соответствующего накопительного конденсатора, змиттер - с общей шиной,а между его базой и общей шиной включено базовое сопротивление, и блоксинхронизации, первый выход которого подключен к модулирующему входугенератора радиоимпульсов, а второй,1046967 3го накопительного конденсатора и соответствующим выходом распределителя тактовых импульсов, и третья группа из М диодов, каждый из которых включен между коллектором соответствую щего. биполярного транзистора и эмиттером введенного выходного биполярного транзистора, включенного по схе ме с общей базой и имеющего тот же тип проводимости, что и биполярные 1 О транзисторы в усилителях тока, коллектор которого соединен с (М+1)-м выходом распределителя тактовых импульсов через введенный выходКой конденсатор, а в усилителях тока эмит теры биполярных транзисторов соединены с общей шиной через один из М введеннйх конденсаторов и диод, параллельно которому. подключен введенный генератор, стабильного тока 20На фйг. 1 изображена прйнципиальная электрическая схема предлагаемого мозаичного преобразователя; на фиг, 2 - временные диаграммы его работы . 25Мозаичный преобразователь излучения содержит М измерительных ячеек 1, выполненных по мостовой схеме, в одно плечо каждой из которых включен детектор 2 излучения, а в другое-зр балансировочное сопротивление, выполненное в виде балансировочного конденсатора 3, М накопительных конденсаторов 4, М усилителей 5 тока на биполярных транзисторах 6, генератор 7 радиоимпульсов, М диодов 8, М конденсаторов 9, диод 10, генератор 11 стабильного тока, распределитель 12 тактовых импульсов, имеющий М+1 Выходов М диодов 13 Выходнои 4 О биполярный транзистор 14 того же типа проводимости, что и биполярные транзисторы 6 усилителей 5 тока, выходной конденсатор 15, М диодов 16 и блок 17 синхронизации45Генератор 1 стабильного тока может быть выполнен по известным схемам, например на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общей базой, что не имеет принципиального значения при условии достаточной стабильности генерируемого тока.Мозаичный преобразователь излучения работает следующим образом.Работа преобразователя состоит иэ двух чередующихся циклов - запи 55 си и считывания информации. В цикле записи до прихода радиоимпульса на всех выходах распределителя 12 тактовых импульсов присутствуют высокиепотенциалы, накопительные конденсаторы 4 заряжены до максимального значения, равного амплитуде тактовых импульсов, диоды 13 и 16 заперты, диод1 О открыт током генератора 11 стабильного тока, биполярные транзисторы 6 усилителей 5 тока закрыты. В момент прихода радиоимпульсов, определяемых блоком 17 синхронизации, навыходах измерительных ячеек 1 появля"ются высокочастотные напряжения разбаланса (фиг, 2 а), амплитуды которыхзависят от интенсивности излучения,падающего на детекторы 2, а такжеот импеданса детекторов 2 и балансировочных конденсаторов 3, которые, всвою очередь, подвержены дрейфу.Биполярные транзисторы 6 открываются, и в их коллекторных цепях протекают токи, пропорциональные открывающей части напряжений разбаланса. Этитоки образуют на накопительных конденсаторах 4 соответствующие дефициты зарядов (фиг. 2 б) и заряжают кон"денсаторы 9 (фиг, 2 в), После окончания радиоимпульса начинается циклсчитывания информации.Цикл считывания состоит из М тактов, в начале каждого из них на(М+1)-м выходе распределителя 12 тактовых импульсов появляется низкийпотенциал и выходной конденсатор 15подзаряжается до максимального значения (фиг. 2 г). На остальных М выходах распределителя 12 тактовых им"пульсов низкий потенциал появляетсяпоочередно один раз за цикл считывания, причем после окончания заряда выходного конденсатора 15, Приэтом накопительные конденсаторы 4поочередно заряжаются через диоды 16и транзистор 14 (фиг, 2 б). Дефицитызарядов, образовавшиеся на накопительных конденсаторах 4 в цикле записи, последовательно переписываются на выходной конденсатор 15(фиг. 2 г) .Синхронно с этим поочередно открываются диоды 13, диод 10 запирается отрицательными перепадами потенциала и ток, вырабатываемый генератором 11 стабильного тока, протекаетпоочередно через конденсаторы 9, разряжая их на одну и ту же фиксированную величину (Фиг. 2 б),После считывания информации совсех емкостных накопителей снова на чинается цикл записи.0 15 20 7 1 О 0(в) -дефицит заряда на 1-томнакопительном конденсаторе 4 через ш радиоимпульсов после скачкообразного изменения интенсивности излучения; 1 - коллекторный ток 1-гоусилителя 5 тока; Т- длительность радиоимпульсов. - ток генератора 11 стаобильного тока;Т . - длительность тактовыхимпульсов;- коэффициент передачи натоку 1-го биполярноготранзистора 6 в схемес общей базой;М - приращение заряда, обра-зованного в 1-том детекторе 2 при изменении ин 46967 8 ной масштаб на фиг, 2 не соблюдается, диаграммы стилизованы),Огибающая последовательности импульсов на накопительных конденсаторах 4 (фиг. 2 о) представляет собой дифференцированную с постоянной време ни заряда конденсаторов 9 огибающую входной последовательности (фиг. 2 а), Уровень, к которому стремится переходный процесс, является темновым уровнем данного усилителя тока,В момент подачи тактового импульса накопительные конденсаторы 4 заряжаются до максимума, этот заряд сохраняется до прихода радиоимпульса в цикле записи, затем происходит разряд на величину, равную сумме темнового уровня и приращения, пропорционального величине скачка входного сигнала, остаток заряда сохра,няется до прихода следующего тактово25 для этого случая изображена нафиг, 2 д.В установившемся режиме заряды,протекающие в коллекторных цепяхусилителей 5 тока, равны заряду, про текающему через генератор 11 стабильного тока за время одного тактовогоимпульса, и величины их не подвержены дрейфу, т.к,оС практически не зависит от температуры окружающей сре 35ды, а величины 1 , Г могут бытьтксделаны достаточно стабильными.Диаграммы отражают процессы, происходящие в различных узлах схемы40при скачкообразном изменении интенсивности излучения, поскольку предлагаемый мозаичный преобразовательне реагирует на стационарное или медленно изменяющееся распределение по 45токов излучений,Для упрощения диаграммы после каждого скачка излучения и соответствующего ему изменения величины раэбаланса (фиг. 2 а) показаны по тривыборочных цикла записи и считыва 50ния - в момент скачка, в промежуткемежду скачками и в конце переходногопроцесса перед началом следующегоскачка интенсивности излучения, Приэтом считается, что интервалы времени между скачками значительно большепостоянной времени заряда конденсаторов 9 (в этом отношении временряда диаграммы б и г несколько сдвигавт- ся во времени ио сравнению с диаграммой а, полярности скачков на диаграмтенсивности излучения;К - коэффициент усиления эаряда 1-го усилителя 5тока.Зависимость коллекторных токов го импульса в последующем цикле считывания и т.д.На конденсаторах 9 огибающая последовательности импульсов представ" ляет собой интег и ован ю огибаюРР ну щую входнои последовательности (фиг. 2 а) за вычетом падения на переходах база-эмиттер биполярных тран. зисторов 6 (0,6-0,1 В), ,В момент прихода радиоимпульсов происходит заряд конденсаторов 9 эмиттерными токами усилителей 5 тока; при подаче тактового сигнала на эмиттерах относительно общего провода напряжение равно низкому уровню тактовых сигналов плюс напряжение открывания соответствующего диода 13 (0,6-0, 1 В) и происходит разряд конденсаторов 9 стабильным током. Постепенно устанавливается равновесие между средним зарядом и средним разрядом, т,е. происходит. процесс адаптацииНа выходном конденсаторе 15 огибающая выходной последовательности импульсов (фиг. 2 г) повторяет огибающую последовательности на фиг. 2 б и также представляет собой дифференцированную огибающую входной последовательности. За цикл считыванияна выходной конденсатор 15 переносится информация со всех измерительных ячеек, хотя на диаграмме для упрощения показан перенос только с какого-то одного канала. Ввиду дискретности процесса передачи дефицита эа 9 10469 мах б и г противоположны знаку скачков на диаграмме а.Дрейф и низкочастотные Флуктуации темновых уровней, вызываемые дрейфом параметров детекторов 2 е 5 усилителей 5 тока или наличием шумов вида Г-", устраняются тем, что, между эмнттером каждого усилителя У тока и общей шиной (диод 10 в цикле записи открыт током, вырабатываемым10 генератором 11 стабильного тока) включены конденсаторы 9, которые в в цикле записи (в течение действия радиоимпульса) заряжаются эмиттерными токами биполярных транзисторов 6, 15 а в цикле считывания разряжаются стабильным током генератора 11 тока;После включения через время, равное нескольким постоянным времени заряда конденсаторов 9, устанавливается рав О новесное состояние, когда средний заряд, накопленный на них за время радиоимпульсов, равен заряду, снимаемому с них за период радиоимпульсов, который не зависит от парамет ров детекторов 2 и элементов схемы,Снимаемые с конденсаторов 9 заряды равны и стабильны, поскольку равны и стабильж длительности тактовых импульсов, в течение которых через эти конденсаторы поочередно протека" ет один и тот же стабильный ток, вырабатываемый генератором 11. Темновые уровни в свою очередь создаются зарядами, протекающими в коллектор 35 ных цепях усилителей тока, а они через А жестко связанй с зарядами, протекающими в эмиттерных цепях, следовательно, разброс темновых уров. ней равен разбросу о 1., среднеквадра тичное значение которого около 0,167 10,и менее (при100), а сами значения а 1. практически не подверженыдрейфу.Введение диодов позволяет не ме.нее чем вдвое увеличить амплитудуполезных сигналов усилителей 5 токаи тем самим дополнительно улучшитьсоотношение полезных, сигналов и разброса темновых уровней на выходе пре.образователя. Излучение изменяетпроводимость детекторов 2, при этоммодулируются по амплитуде как положительные, так и отрицательные полуволны высокочастотного разбалансана выходе мостовых схем.Отрицательные полуволны разбаланса открывают диоды 8, и балансировочные конденсаторы 3 заряжаются протекающим через них током, При этом наобкладках детекторов 2 и балансировочных конденсаторов.З:образуетсяплюс потенциала, равного амплитудеотрицательных полуволн разбалвнса,а нв других обкладках - минус, Лриположительных полуволнах диоды 8 закрываются этим потенциалом и на ба зе биполярных транзисторов 6 амплитуда открывающего сигнала оказывается удвоенной, т,е. диоды 8 являютсяфиксирующими, и достигается эФФект,аналогичный двухполупериодному детектированию,Таким образом, использование предлагаемого мозаичного преобразователя позволяет снизить разброс темновых уровней выходных сигналов, темсамым довести реапьную дозовую чувствительность преобразователя до1,516 Р/мин, при значительномувеличении надежности и ремонтопригодности.елактоо В. Пе аз 7755/58ВНИИПИ Го по дел 113035 И ЛППВ. Максимовааш Т айду КорректорТираж 677 Подписноесударственного комитета СССРам изобретений и открытийосква )КРаущская наб, д.Патент", г. Ужгород, ул. Проект