P r i j s F, 3,— OCTROQÏRAAD Ter inzage gelegde
7 110516
Octrooiaanvrage Nr.
Klasse e 01 t 1 / 3 6 ( 42 m 37 <1 5 ) .
NEDERLAND lata s 01 t 1 / 3 6 , G 06 f rxidicsiuigsclatum: ^
<15-71,
Datum van terinzagelegglng;
15/52.
^ februari
1973.
3 u u r 59 m i n . De hierna volgende tekst is een afdruk van de beschrijving met conclusie(s) en tekening(en), zoals deze op bovengenoemde datum werd ingediend.
Aanvragen N.V, PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN te EINDHOVEN
Gemachtigde! N.V. Internationaal Octrooibureau, Kastanjelaan 1 te Eindhoven (Dr. J. W. Schuttevaer c.s,) Ingeroepen recht van voorrang:
geen...
Korte aanduiding: " W e r k w i j z e e n i n r i c h t i n g t e r b e p a l i n g stralingsenergieverdelingen."
De u i t v i n d i n g h e e f t b e t r e k k i n g het
b e p a l e n van de e n e r g i e v e r d e l i n g
w a a r b i j de s t r a l i n g die
stralingsquanten •
5
houd door
omzet
• -
stapvormig
signaal
zowel vóór
a l s . - n a . h e t - - t "i j d s t i p
versterker het
te
tijdstip
na dit
af
versterker
staphoogte
te
i s bekend
w a a r v a n de
omgezet
hiervan
van de
resultaat
t r e k k e n van h e t
van deze
wordt
bepaald
inIn
wordt
ee doo
r
stroomimpuls
van i n t e g r a t i e van
betrekking
vóór
integrati op
een
werkwijze.
om v o o r d e a n a l y s e
n
ladingsgevoelige
resultaat
de u i t v i n d i n g
uitvoeren
straling,
stralingsopnemer
t P, w a a r o p e e n
en h e t
Ook h e e f t
voor het
Het
7 110 5 16
t
voor
•
uitgangssignaal
integreren
tijdstip.
inrichting
het
aan een
in.stroomimpulsen, ,
en de
op e e n w e r k w i j z e
van i o n i s e r e n d e
wordt
een l a d i n g s g e v o e l i g e
opgewekt wordt, 10
toegevoerd
van
van n u c l e a i r e
stra-
e
ling
spectrometers
worden g e b r u i k t truktief
te
toe te passen.
Deze kunnen
bijvoorbeeld
om d e s a m e n s t e l l i n g v a n m a t e r i a l e n
onderzoeken.
H i e r t o e wordt h e t m a t e r i a a l
b i j v o o r b e e l d door een n e u t r o n e n b r o n , waaruit het materiaal
niet~d.es-
is
w a a r d o o r de
samengesteld,
bestraald,
elementen,
in isotopen
overgaan,
w a a r b i j d e z e o n d e r u i t z e n d i n g ... v a n e e n k a r a k t e r i s t i e k e l i n g weer i n h e t
oorspronkelijke
energiespectrum,
bestaande u i t
den, b e p a a l t
welk element
van de k a r a k t e r i s t i e k e het
element
sieve
bepaalde
straling bepaalt
röntgenspectrometrie waardoor
röntgenspectrum wordt
terugvallen. discrete
de s t r a l i n g u i t z o n d .
in het materiaal
buis bestraald
element
De
de
elk element
intensiteit concentratie
energiedisper-
wordt h e t m a t e r i a a l
een voor
Het
energiewaar-
i n welke
voorkomt. B i j
stra-
door een
röntgen-
karakteristiek
uitgezonden. Ft-
Teneinde
de u i t g e z o n d e n
spectrometer.gebruikt, niveaux,
als
hiervoor
is
die
meet.
het
dat
aantal malen, te
elk een
m e t h o d e ; !i.*
energieniveau
een m e e t b a r e g r o o t h e i d
1 tot
7 aangegeven welke terwijl
weergegeven•van
"Semiconductor N u c l e a r - P a r t i c l e
v a n W.L. Brown,
enz.,
publication
W a s h i n g t o n DC,
van s p e c t r o m e t e r s , met de f i g u r e n
v a n G.
Bertollni
op b l z .
stralingsop202 i n
figuur
een' s p e c t r o m e t e r . Detectors
and
'terwijl
16
op d e b l a d z i j d e n
tot
het
Circuits"
op d e b l a d z i j d e n
systemen onderscheiden
signaal-ruis-verhouding
05
In
1593» N a t i o n a l A c a d e m y
19^9 w o r d t
1968
of
495
tot'
gebied
en met
552
1 en 3 e n k e l e m e e t s y s t e m e n b e h a n d e l d w o r d e n . '
De l a a t s t g e n o e m d e
711
:
en
bepaalde
e n met 505 de s t a n d v a n de t e c h n i e k w e e r g e g e v e n op h e t
snelheid.
energie-
N o r t h H o l l a n d P u b l i s h i n g Company, A m s t e r d a m ,
een schema i s
Sciences,
die
"Semiconductor Detectors"
nemers g'ebruikt kunnen worden, boek
dus de
deze g r o o t h e i d voorkomt.,in een
op de b l a d z i j d e n
3.1.1.
spectrum,
eeli
tellen.
Jn h e t boek en A. Coche,
zetten in
t e meten wordt
Een g e b r u i k e l i j k e
om d e s t r a l i n g s q u a n t e n , om t e
wordt
zowel h e t
de i n t e n s i t e i t
.vertegenwoordigen tijdsduur,
straling
Zich door
en h o g e t o e l a a t b a r e
D a a r men b i j m o d e r n e
een
gemiddelde
analysemethodes
goede tel-
streeft, naar
korte bestralingstijden, dient de meting voor het bereiken van een zelfde statistische nauwkeurigheid met hogere intensiteit te geschieden» Doordat
de w a a r s c h i j n l i j k h e i d
stralingsquanten
quant
dat
een t i j d s a f s t a n d hebben k l e i n e r
d u u r v o o r één s t r a l i n g s q u a n t wordt,
toeneemt,
meerdere
dan de
w a a r d o o r de m e t i n g
meet-
verstoord
s t r e e f t men e r n a a r d e m e e t d u u r v a n e l k e
stralings-
zo k l e i n m o g e l i j k t e ' m a k e n e c h t e r m e t b e h o u d v a n
een
« goede
signaal-ruis-verhouding. Eventueel dient het optreden van te weinig in tijds-
afstand gescheiden quanten nauwkeurig gedetekteerd te worden, 'zodat de resultaten van conversie niet in aanmerking komen voor registratie en dus het statistische beeld niet verstoren, ;
V o o r h e t b e p a l e n vi a n d e i n t e n s i t e i t , ,
kan een
worden b i j g e h o u d e n h o e v e e l malen een d e r g e l i j k e zich. h e e f t •
telling
gebeurtenis
voorgedaan.
De uitvinding beoogt een bétere oplossing te geven
van de geschetste''doeleinden, dan tot dusver bekend was. Daartoe
is
een werkwijze voor h e t b e p a l e n van
;energieverdeling volgens kenmerkt,
doordè.t
zowel
rgratie' p l a a t s vindt d u u r T wordt
de i n de a a n h e f v ó ó t
a l s na het
gedurende
onderverdeeld
de
genoemde methode tijdstip
een b e p a a l d e
t
de
t i j d T ei?, d e
i n een voldoend groot
ge-
intetijds-
aantal
di e e l intervallen n, waarbij over elk deelinterval geïntegreerde
wordt, en het resultaat van elke integratie opgeslagen wordt gedurende een tijdsduur T en op het tijdstip t
een signaal
gegeven wordt voor sommatie van de opgeslagen resultaten van .integratie. De u i t v i n d i n g b e r u s t .ruis-verhouding 'is,
dicht b i j het
wanneer v a s t e
tijd
waarbij uit
de s i g n a a l - r u i s - v e r h o u d i n g , 2T, v e r g e l i j k b a a r
verhouding,
7 t 1 0 5 t .6
inzicht,
dat
de
signaal-
t h e o r e t i s c h b e r e i k b a r e - optimum
integratieperioden
s t a p gekozen worden, dat
op h e t
vóór
berekeningen
signaal-
gebleken
v e r k r e g e n i n de t o t a l e
i s met of b e t e r
v e r k r e g e n met de t o t
en n a e e n
is
dan de
dusver bekende
is, meet-
signaal-ruismeetmethoden,
die eveneens een ptilsmeettijd van 2T toepassen» Echter wordt door de werkwijze van de uitvinding de mogelijkheid verkregen per tijdsduur T een meting van een stralingsquant te verrichten, waarbij dus pulsmeettijden elkaar voor bijna 50 $ kunnen overlappen. '
Dooi* een voldoend groot aantal korte integratieperio-
den. n te nemen is een signaalstap met voldoende nauwkéurigheld te bepalen« en is het probleem wanneer met'de integratie begonnen moet worden in afwachting van een komende signaal stap opgelost . Bij een nadere uitwerking van bovengenoemde werkwijze ;wordt volgens de uitvinding bij het sommeren een gewichtsfaktor aan elk'Resultaat van integratie' 'toegekend, die hoger is naarmate het deelinterval 'dichter' bij het tijdstip t
Jr
is gelegen.
Het voordeel hiervan is, dat een extra filterwerking verkregen wordt zonder dat in- en uitslingertijden zoals conventionele r
filters bezitten, het meetresultaat beïnvloeden. De signaalruis- verhouding wordt hiermede verbeterd. Een andere werkwijze volgens de uitvinding is gekenmerkt, dóórdat het resultaat van integratie, verkregen in het deelinterval, waarin het tijdstip t
is gelegen, en de resul-
taten van integratie, verkregen in tenminste één van direkt daaropvolgende aaneengesloten deelintervallen, bij de sommatie .genegeerd worden. Voordelig hiervan is, dat stijgtijden van het stapvormig signaal binnen de grenzen van één integratiedeelinterval buiten beschouwing blijven, en dat onnauwkeurigheden in het detektiecircuit voor het bepalen van de aanwezigheid vaii een signaal'stap, dus de nauwkeurige bepaling van het ^tijdstip t , eveneens geen invloed hebben. |
Indien de 'me et inrichting te traag is om elke T/n
seconden een meting te verrichten, kan aan de meettijd voor de meetinrichting nu de duur van een integratieperiode worden toegevoegd door de meetinrichting e:en vóórinstelwaarde te geven, die gelijk is aan het resultaat yan de meting VEÏn de voorafgaande integratieperiode. Immers, zolang geen signaal-
7 1 1 0 5 16
«• 5' f
•
•
stap optreedt, zijn de veranderingen in de metingen slechts' het gevolg van ruis: Wanneer nu een signaal optreedt, veranderen dei metingen plotseling en kan.de niet in beschouwing genomen meting van de integratieperiode na het optreden v a n
5
'de signaalstap benut worden als vóórinstelwaarde voor de meting van de daaropvolgende integratie periode, Tengevolge van onregelmatigheden in dé kristalstruktuur van halfgeleiderstralingsopnemers kunnen zich ladingen vrijmaketn, die tijdelijk ingevangen worden. Deze lading komt
10
:langzamerhand weer,vrij en komt tot uiting als een ongewenste langzame stijging van de integratieresultaten. Daar deze vrijkomende ladingen de meting verstoren dienen ze gedetecteerd ;te worden.
15
Door een andere werkwijze volgens de uitvinding toe i• 'te passen is deze detectie mogelijk.. Deze werkwijze is daartoe gekenmerkt, doordat de opgeslagen resultaten van integratie ^verkregen in de tijdsduur T met elkaar worden vergeleken om 'een langzame stijging afkomstig van trage ladingsverschijnselen in de stralingsopnemer, te detekteren.
20
Een andere werkwijze volgens de uitvinding gaat van •de gedachtengang uit, dat een juiste en nauwkeurige meting slechts kan plaats vinden, wanneer gedurende een tijdsduur T •de opgeslagen integratiegegevens onveranderd vastliggen. Vooral als de bestralingstijd kort is en de stralingsintensiteit
25
t • hoog, is de kans op snel op elkaar volgen van stralingsqüanten
»
groot en zullen voor een voldoend nauwkeurige
statistische
; waarneming de meetgegevens, die binnen een tijdsduur T elkaar opvolgen, buiten beschouwing moeten blijveni Daartoe is een werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de som- , 30
;rnatie van de opgeslagen resultaten teniet gedaan wordt indien opvolgende tijdstippen t ^, t^^ binnen een tijdsduur T van elkaar gelegen zijn.
«
De apparatuur waarmede de werkwijzen volgens de uitvinding uitgevoerd worden, kan analoog zijn: de meetinrichting, 35'
de geheugens, de sommators en aftrekiririchtingen kunnen bij-
7 1 1 0 5 16
voorbeeld opgebouwd worden met versterkers en kondensatoren, terwijl de besturing kan plaats vinden door halfgeleiderschakelaars en programmeerinrichtingen. Bij voorkeur zal men digitale apparatuur toepassen, omdat deze nauwkeuriger, stabieler en sneller kan werken en eenvoudig gestuurd kan worden via., een computer, zodat de diverse bewerkingen via computerprogrammering plaats vinden. Een inrichting voor het uitvoeren van de eerstgenoemde werkwijze bevat
eeh stralingsopnemer, een ladingsgevoelige
versterker, intégratoren, een meetinrichting een signaalherkenningscircuit en een gegevensverwerkende inrichting en 'volgens de uitvinding is deze inrichting gekenmerkt, doordat de inrichting een eerste schakelinrichting, die de uitgang van de ladingsgevoelige versterker gedurende een tijdsduur T/n achtereenvolgens doorverbindt met iedere integrator, en verder een tweede schakelinrichting bevat, die 'de uitgang van elke integrator doorverbindt met de meetinrichting, waarvan de uitgang enerzijds aangesloten is op een meervoudig geheug'en voor het opslaan van de meetinformaties, anderzijds op .het signaalherkenningscircuit, dat het tijdstip t
bepaalt,
en de gegevensverwerkende inrichting een rekengeheugen bevat, aangesloten op het meervoudige geheugen, teltekens, aangesloten op de uitgang van het signaalherkenningscircuit en op het rekengeheugen, en een eindresultaatgeheugen, dat aangesloten 'is op de teltekens en op het rekengeheugen, voor het bewaren A
van de resultaten van de rekenkundige bewerkingen als maat ; voor
de energie
van elke aan de s.tralingsopnemer toegevoerde
stralingsquant. Door bijvoorbeeld slechts twee integratoren te kiezen, twee omschakelaars, die afwisselend maar in tegengestelde faze de doorverbindingen maken, en één meetinrichting wordt de t
meetperiode reeds optimaal benut omdat integreren, meten en opslaan van informatie in de tijd parallel geschiedt. Aan de hand van de tekening zullen enkelecuitvoeringsvormen van inrichtingen volgens de uitvoering, waarin de werk-
7 110 5 1 6
wijzen van de 'uitvinding toegepast worden, alè voorbeeld en tot nadere toelichting van de voordelen van de uitvinding nog 'nader beschreven worden. In de tekening stelt fig. 1 èen blokschema voor van een bekende spectro: metrisohe
:
inrichting, fig. 2 een blokschema van een inrichting voor stralings
meting volgens' de uitvinding, fig- 3 een blokschema van de gegevensverwerkende inrichting volgens de uitvinding, fig. k een tijdsdiagramr, behorend bij fig. 2, fig. 5 een signaalherkenningscircuit volgens de uitvinding, en , fig. 6 een blokschema van het meet- en gegevensvers ;werkendé deel van een inrichting volgens de uitvinding. De bekende spectrometer van fig. 1 bevat de volgende
!
ibasiselementen: een stralingsopnemer D, een ladingsgevoelige versterker LV, een filternetwerk F en een pulshoogte-analysa-tor PHA, die geaktiveerd wordt door een signaalherkeAnings1
circuit SHC, die zijn informatie krijgt van een pulsvormer PV,
;aangesloten op de uitgang van de ladingsgevoelige versterker LV. ;
De stralingsopnemer D is opgebouwd uit een halfge-
leiderelement 1, waarop de straling k valt waarvan de energieVerdeling en intensiteit gemeten dient te worden. Het halfgeleiderelement
1 is in de sperrichting inge-
steld via een'weerstand 2 door een spanningsbron 3 van hoge •spanning. De stralingsquanten waaruit de straling k opgebouwd is, maken in evenredigheid met hun energie parèn gaten en elektronen vrij. in het halfgeleidermateriaal, die respektievelijk 'door de instelspanning naar de anode 5 en de kathode 6 gedreven worden. Dit-betekent dat er in de opnemerketen stroom •vloeit vajn een impulsvormig karakter, die op het punt 7 te ' meten is door een ladingsgevoelige versterker LV, bestaande uit een versterker 8 en een kondensator 9, die een integrator vormen, waardoor de stroomimpuls aan punt 7 geïntegreerd wordt
.i'
7 1 1 0 5 18
en een ' ladingsbijdrage• levert • voor kondensator
ben, dat de signaal-ruis-verhouding optimaal is. Het signaal wordt via verbinding 15 toegevoerd aan de pulshoogte-analysat •PHA voor een meting van de pulshoogte. De analysator PHA wordt geaktiveerd door een signaalherkenningscircuit 'SHC teneinde,; alleen dan te meten wanneer inderdaad een stapvormig. meetsig:naal aan de uitgang .10 van versterker LV aanwezig is. De meetresultaten komen.op de uitgangslijn 16 ter beschikking ter nadere verwerking en opslag. Het blokschema van fig. 2 toont eveneens
de stralings
opnemer D met opvallende straling k en de ladlngsgevaelige . versterker LV van fig. 1 maar het filter F, de pulshoogteanalysator PHA, de pulsvormer PV en het
signaalherkennings-
circuit SHC zijn vervangen. Het ilitgangssignaal van de versterker LV wordt gedurende een tijdsduur T/h via een doorverbinding 18 van een omschakelaar 17 toegevoerd aan een integrator 20. Door deze'f integratie wordt r.eeds een deel van het ruisspectrum geëlimineerd. Gedurende de daarop volgende periode van T/n secondeii is de verbinding 18 verbroken en de verbinding 19 gemaakt, zodat het signaal op uitgang 10 nu geïntegreerd wordt door integrator 21. De uitgangssignalen van de integratoren worden via doorverbindingen 23 en 24 van een omschakelaar 22 afwisselend toegevoerd aan de ingang 25 van een meetinrichting M, 4
7 1 1 0 5 16
-
9 -
die uitgevoerd, kan zijn' als nauwkeurige
gelijkspanningsver-
sterker of als analoog-digitaalomzet'ter. De gesturing van 'dè omschakelaars 17 en 22 vindt plaats vanuit een besturingseenheid 27, die via leidingen '28, respektievelijk 29 deze zó 5
stuurt, dat verbinding 18 'en 2b gelijktijdig gesloten zijn en verbinding 17 en 23 open en omgekeerd. Het meetsignaal op de uitgang 26 .van dé meetinrichting M wordt toegevoerd aan een meervoudig geheugen MG en aan een signaalherkenningscircuit * SI-IC. Het meervoudig geheugen MG heeft een opslagcapaciteit
10
van n irieetwaardes ën is zo
geschakeld, dat elke meetwaarde
gedurende T seconden bewaard blijft. Aldus staan op elk moment de n meetresultaten van de integraties over T/n seconden van de voorgaande tijdsperiode van T seconden ter beschikking. ;
15
Het signaalherkenningscircuit heeft een beperkte geheugenca-
paciteit van tenminste twee meetresultaten en vergelijkt deze onderling om een signaal te kunnen afgeven, wanneer een sprong in de meetwaardes aanwezig i,s van voldoende hoogte om daaruit de conclusie te kunnen trekken dat de opnemer D een te meten •stralingsquant ontvangen heeft. Dit signaal van het circuit
•20
;SHC op een tijdstip t
wordt toegevoerd aan de gegevensverwer-
kende inrichting C, die daarop begint om de opgeslagen informatie van het meervoudig geheugen MG over te nemen, baarbij de n meetinformaties verzameld'in een tijdsduur T vóór het tijdstip t 25»
en aanwezig in het geheugen MG bij elkaar opge-
teld worden en van een minteken voorzien worden, waarna, n meetinformaties, eveneens verzameld in een tijdsduur T na het tijdstip t • uit het geheugen MG overgenomen worden, bij elkaar P •opgeteld worden.en van een plusteken voorzien worden. Daarna worden beide eindop'tellingen bij elkaar gevoegd, en is een ;
30
maat verkregen voor de hoogte van de signaalstap aan uitgang ( 10
van versterkeir LV. Dit resultaat wordt toegevoegd aan een
eindresultaatregister ER. Door de tijd T een juiste waarde te geven kan een optimale signaalruisverhouding gevonden worden. Door de integratie is hoogfrequente'ruis reeds gedeelte35
lijk uit het resultaat van integratie verdwenen terwijl laag-
V
7 1 1 0 5 1S
-I 10 -
frequente komponenten, of .drift door de optel- en aftrekbewerking het uiteindelijke meetresultaat verzwakt beïnvloeden. Door een juiste onderverdeling in n deelintervallen te maken,. ' kan met voldoende nauwkeurigheid het moment van een opnemer' impuls' gedetèkteerd worden én kan nauwkeuriger het verschijnsel van elkaar snelópeenvolgende impulsen (zogenaamd "pil'e up") gesignaleerd worden. De doorverbindingen 18, 19, 23 en 24 kunnen gemaakt worden .door geschikte halfgeleiderschakelaars. Ook is het mogelijk meerdere integratoren te kiezen in plaats van 2, en de meetinrichting M te voorzien van twee parallel werkende, 'afzonderlijk gestuurde
meetketens. In het schema van fig. 2
is met een verbinding 30, van de•besturingseenheid naar de 'ladingsgevoelige versterker LV, aangegeven dat een terugzetting van het uit gangsniveau..aan uitgang 1.0 naar een startniveau 'op een geschikt moment mogelijk ,is. Eveneens geeft een verbinding 31 naar de integratoren 20 ,en 21 aan, dat deze naar een startniveau terug te zetten zijn, en duiden de verbindingen .'.32, 33, 34 en 35 aan, dat de diverse bewerkingen op de juiste lOgenblikken, gestuurd vanuit de besturingseenheid 2 7 ,
plaats
zullen vinden. Een reden om drie integratoren te kiezen kaft. "bijvoorbeeld zijn een lange terugzettijd van .de integratoren» De cyclus wordt dan: elke integrator is T/n seconden successievelijk zo geschakeld dat hij eerst integreert, daarna de 'meetwaarde doorgeeft en vervolgens teruggezet wordt. Met vier ; integratoren
kan de volgende cyclus gemaakt worden, tvaarbij
eveneens een grotere terugzettijd voor de integratoren beschikbaar Is en waarbij een vdórlnstelling van de meetinrichting plaats'Vindt: een periode T/n integreert de integrator) een daaropvolgende periode wordt de integratiewaarde gebruikt als vóórinstelling van de meetinrichting, die ondertussen wel bezig is een andere meetwaarde te verwerken, de daaropvolgende periode wordt de integratiewaarde inderdaad gemeten met behulp van de reeds ontvangen vóórinstelling, en in de vierde periode wordt de integrator teruggezet.
7 1 1 0 5 16
'-•11 -
Het tijddiagram van fig. 4 geeft aan hoe bij twee int e gr at o'r en, zoals fig. 2'to'ónt, de schakelperioden verlopen. De horizontale tijdas is verdeeld in tijdperiodes van T/n seconden. In dè-eerste périodes worden de integratoren 20 en 5
21 afwisselend op de uitgang 10 geschakeld, die een signaalniveau (l) heeft, zie fig.'4b. Elke integrator integreert d'it niveau periodiek, zie'fig. 4o en. 4d, aangegeven met een dikke lijn, In de « tussenliggende periode blij-ft het uit gang snivèou van de integrator eorist'aiat eii wordt de meetinriohting inge-
'10
schakeld om te metert, zie fig.. 4e. Aan het eind van deze periode valt het uitgangsniveau van de beschouwde integrator terug naar eén startniveau, en is de meetinriohting klaar met meten. In'fi'g."4a. is symbolisch aangegeven, dat op een zeker :tijdstip een str'alirigsquant Q de opnemer D treft. Volgens
15'
fig. 4b wijzigt 'daardoor het'uitgangsniveau aan uitgang 10 •zich van niveau (l) naar n i v e a u ( 2 ) . Dit komt tot uitdrukking bij de integratie, fig.' 4c en 4d,,en in het meetresultaat van . de meetinriohting M, zie fig. 4e. Het
20
signaalherkenningseir-
ïcuit SHÖ detekteert 'op het moment t een niveauverschil en . P geeft een signaal af, zoals weergegeven in fig. 4f. •
ïn een uitvoeringsvorm van het blokschema van fig. 2
;kan op voordelige wijze gebruik gemaakt worden van digitale technieken. De meétinrichting M is daarin een analoog-digitaalomzetter, die de meetwaarde, aangeboden op de ingang 25, om25 •
zet in bijvoorbeeld m bits en deze aan de uitgang parallel • afgeeft. De meetwaardes verschijnen nu om de periode T)/n
aan
de uitgang 26 als een woord van m bits, Het meervoudig geheugen MG- is uitgevoerd als schuifregister van n woorden, waarin •telkens als' een meetwaardewoord aangeboden wordt dit in een 30
eerste geheugenlaag opgenomen wordt, de informatie, die er reeds ingeschreven was, tegelijkertijd doorschuift naar een »
tweede geheugenlaag, de informatie hiervan doorschuift naar een derde, enzovoorts. De laatste geheugenlaag krijgt steeds een nieuw woord toegevoerd en vernietigt daarmede de oude in-* 35
formatie. Dit betekent dat elke meetwaarde, als woord, n maal
7 110 5 16
doorgeschoven wordt en dus een levensduur heeft van n x T/n a T seoonden. Evenzo kan het
signaalherkenningscir-
cult een twee- • of meerlagig woordschuifregister 'bevatten, en een digitale, vergelijker in de vorm van een aftrekschakeling, die steeds de twee of drie woorden van elkaar aftrekt, om te konstateren of er een aftrekresultaat van voldoende digitale waarde overblijft dat bij overschrijding van een referentie een signaal afgeeft op het tijdstip t , hetgeen bete*
•
•
kent dat' er een signaalstap is'. D'it signaal stelt nu telketens in werking, in fig. 2' aangegeven met TK, die het mogelijk maken enerzijds woordschuifregisters in een rekengeheugen RG aan te sluiten op het meervoudig geheugen MG, zodat de wóórden in de laatste geheugenlaag van MG niet meer verloren gaan maar doorgeschoven worden en anderzijds af te tellen is wanneer optel'- en aftrekbewerkingen dienen te geschieden, In fig. 3 is een telketen en een rekengeheugen nader in blokschema weergegeven. Via de,verbinding 36 wordt het uitgangssignaal' van het- signaalherkenningscircuit
(op de momenten
toegevoerd aan een teller 38 met n posities, die zodra hij gestart is via een verbinding 39 een poortschakeling P vrijgeeft, die door middel van een verbinding 37 aangesloten is op het meervoudig geheugen MG, De poortschakeling P kan hierdoor elk woord uit de laatste geheugenlaag van MG doorge'ven haar een aftrek-optel-stuurketen 40, die via'een verbinding 41 in de stand "aftrekken" gezet is door de teller 38, ;De woorden schüiven door via een hulpregister HR naar een ïtussenresultaatregister TR, dat een verbinding 42 heeft met
r
de stuurketen'40, zodat aftrekbewerkingen mogelijk zijn door>J dat hèt tussenresultaat van TR de stuurketen 40 steeds aangeboden wordt, waarvan dan het nieuwe woord uit de poorttechakeling P afgetrokken kan worden met behulp van het hulpregister t HR. Het aftrekresultaat komt daarna in TR en staat ter beschikking op verbinding 42. Inmiddels telt de teller 38 n deelintervallen van T/n seconden af. Zijn deze voorbij, dan blokkeren de verbindingen 39 en 41, en wordt door de aftrekteller
7 1 ? 0 5 16
- 13 -
38 de'optel teller 43 gestart, die via de verbinding 44 de poortschakeling P weer vrijgeeft en via de verbinding 45 de aftrek-optel-stuurketen 40 in de optelstand zet, waardoor nu de van liet meervoudig geheugen afkomstige woorden bij bet ilaatste tussenresultaatwóord van TR opgeteld worden, De optelteller 43 telt eveneens n perioden van T/n seconden af en blokkeert daarna de verbindingen 44 en 45, waardoor de poortschakeling* P gesperd wordt, de toevoer van meetresultaatwoorden ophoudt en het tussenresultaat in TR niet meer verandert. Dit tussenresultaat is evenredig met de nu gemeten en gedigitaliseerde signaalstaphoogte. Op dit' tijdstip geeft de optelteller 43 daarom1 via de verbinding 46 een signaal 1
i het eindresultaatrégister ER, zie fig. 2, om het tussenresul-
.
taat in register TR via verbinding 47 over te hemen. Zodra •dit gebeurd is worden alle tellers en registers op nul teruggezet, fig. 3-
J
•
In fig, 5 is een blokschema weergegeven van een
«
sigh
naalherkenninèscircuit, zoals dat bij een digitale organisatie •van de ketens van fig. Z toepasbaar zou zijn. Door middel van de verbinding 48 met de uitgang 26 van de meetinrichting M worden' de meetwoorden aan een drievoudig woordschuifregis.ter 49 aangeboden, bestaande uit een geheugenlaag a, een tussenlaag b en een laag c, die elk een meetwoord van m bits kunnen bevatten. De woorden, die in a en c staan worden elke periode T/n van elkaar afgetrokken in een aftrekeenheid 50. Zijn ze gelijk dan verschijnt er op de ver-, binding 51 met de vergelijker 52 het digitale gegeven "nul". Zijn de woorden niet gelijk, dan zal de vergelijker 52 de daarvoor in aanmerking komende bits vergelijken met een referentiewaarde en bij overschrijding een signaal geven op de verbinding 53 v °or het inwerking stellen van de rekenkundige bewerkingen. Dit gebeurt dus op het tijdstip t^. Teneinde de inrichtingen, zoals beschreven, van fig. 3 en 5 optimaal te benutten, kunnen enkele eenvoudige toevoegingen gedaan worden.
2,
Zo As het mogelijk om de filterwerking van het systeem van fig. 2 te verhogen'door een gewichtsfaktor toe te kennen aan elk meetresultaat dat via de verbinding 37 aan de poortscliakeling P in fig. 3 wordt toegevoerd. Daartoe is iri fig. 3 aan' dé, pootftèelsakeling P' een- gewichtsfaktorregister G: itoegevoegd,"dat als funktie van de telpositie van aftrektel-. Ier 38 en optelteller 43 een binnenkomend woord met een ge- < :
w.ichtsgetal vermenigvuldigt en wel zo, dat dit getal groter ;
is voor de woorden, dus de metingen, die ontstaan zijn en opgeslagen in de de'eliritervallen in de nabijheid van,, dus zowel vóór als 11a, het tijdstip t . Als voorbeeld wordt genomen .P 'n = 16; de eerste acht woorden blijven onveranderd door keuze van de gewichtsfaktor 1. Komt de aftrekteller in de negende telpositie, dan wordt in het gewichtsregister een gewichtsfaktor 2 ingeschakeld, hetgeen betekent, dat het negende woord met 2 vermenigvuldigd wordt door alle bits in het woord één plaats hoger op te schuiven. Evenzo schuiven de bits van het tiende, elfde en twaalfde woord één plaats op. Bij het bereiken van de dertiende telpositie schakelt het register G een faktor 4 in voor de volgende vier woorden, hetgeen weer betekent dat de bits van deze woorden twee plaatsen hoger opgeschoven worden. Zodra de optelteller geaktiveerd wordt U s de •sturing van het gewichtsfaktorregister G in omgekeerde volgorde: de eerste vier woorden krijgen een faktor 4, de volgende vier woorden een faktor 2, de volgende acht woorden een faktor 1. Ladlngsverzameltijden in de stralingsopnemer bepalen de steilheid van de signaalstap. Voor onderdrukking van de effekten van 'variabele stijgtijden dient de afstemming van het filter F in fig. 1 gewijzigd te worden ten koste van de signaal-ruis-verlioxiding. !
Bij het systeem van de uitvinding kan met minder ver-
lies aan signaal-ruis-verhouding de invloed van stijgtijdvariaties geëlimineerd worden, door de informaties verkregen in het tijdsinterval, waarin de signaalstap gedetekteerd werd,
7 1 1 0 5 16
» 15-
tijdstip t , en tenminste één van de daaropvolgende aaneengesloten intervallen, niet bij de gegevensverwerking in aanmerking te nemen. Dit kan eenvoudig gerealiseerd worden door de .sommaties, optellen, en aftrekken, tenminste twee periodes 5
T/n te onderbreken. Daartoe iS' in fig. 3 een teller met ten'minste twee posities geschakeld tussen de aftrekteller 38 en •de optelteller k3, aangegeven door het blok Het signaalherkenningscircuit kan uitgerust worden ;met
10
een "bewakingsketen om het nagenoeg samenvallen van twee
. signaalstappen te signaleren. Het stralingsmeetsysteem kan 'namelijk alleen nauwkeurig meten, wanneer het achterniveau ;(2) volgens fig. 2b ongestoord gedurende een tijdsduur T is ;gemeten en dus ook opgeslagen is in het meervoudig geheugen
15
MG. Daarom is in fig. 5 een tijdklok 55» bijvoorbeeld een i • imonostabiele multivibrator, met eert triggeringang verbonden met de uitgangslijn 53 > waardoor deze tijdklok telkens gejstart kan worden wanneer een signaal op de lijn 53 aanwezig jis. Vanaf elk startmoment zal een signaal aanwezig zijn gejdurende een tijdsduur T, verlengd met het tijdsverloop tussen
20
jOptellen en aftrekken, op de tijdsignaaluitgang 56, waardoor i : een coïncidentieschakeling 57 voorbereid wordt. Komt er een itweede signaal binnen deze tijdsperiode op de lijn 53> dan iwordt dit via de verbinding 58 ook aan de coïncidentiescha-
25•
keling 57 toegevoerd, waardoor deze een terugzet signaal aan ;zijn uitgang op de lijn 59 aflevert. Door deze lijn te verbinj : den met terugzet ingangen van tellers en registers in de gejgevensverwerkende inrichting C in fig. 2,
bijvoorbeeld de
.tellers en registers zoals in fig. 3"aangegeven zijn, wordt • vermeden, dat''onjuiste informatie het eindresultaatregister 30
:ER bereikt. Het aantal malen dat het terugzet signaal op lijn \59 aanwezig isjcan bovendien geteld worden. ;
Eén van de voordelen van de genoemde spectrometer-"
'. S3>"stemen volgens de uitvinding komt naar voren in het blok*
schema Tan.fig, 6. Hierin is een flipflop FF geschakeld tussen
35
de uitgang van het signaalherkenningseiaréuit SBC eft t©lk®'i
7 t 1 G 5 16
TK, Op elk ogenblik t
schakelt de flipflop schakeling' FF om
en schakelt daarmee èf de telketens TK^ in öf de telketens TK^ door respektievelijk een startsignaal op de verbinding 60 of op de verbinding 61 te geven. Hoewel de meet- en bewerkingstijd van één stralingsquant '2T seconden
bedraagt kunnen to,ch om de T seconden stra-
lingsquanten gemeten en verwerkt worden, zodat de nauwkeurigheid van de stralingsenergieverdeling groter is, namelijk de informatieuitval door de zogenmaade "pile up" is gereduceerd. Is er "pile up" binnen T seconden dan reageert het bewakings, circuit in het circuit SHC door een .terugzetsignaal te geven :
op de verbinding 62.
CONCLUSIES: 1,
Werkwijze voor het bepalen van de energieverdeling
van ioniserende straling, waarbij de straling toegevoerd wordt aan een strallngsopnemer, die stralingsquanten omzet in stroom-» impulsen, waarvan de inhoud door een ladingsgevoelige verster!
ker omgezet wordt in een stapvormig signaal en de staphoogte hiervan bepaald wordt door zowel vóór als na het tijdstip t , jwaarop een stroornimpuls opgewekt wordt, het uitgangssignaal 'van de ladingsgevoelige versterker te integreren en het result a a t van Integratie vóór het tijdstip t af te trekken van het Jr resultaat van integratie na dit tijdstip,,met het kenmerk, dat 'zowel vóór als na het tijdstip t
de integratie plaats vindt
gedurende een bepaalde tijd T en de tijdsduur T wordt onderverdeeld in een voldoend groot aantal deelintervallen n, waarb i j over elk deelinterval geïntegreerd wordt, en het resultaat •van elke integratie opgeslagen wordt gedurende een tijdsduur ;"T en op het tijdstip t
een signaal gegeven' wordt voor sommaP » rfcie van de opgeslagen resultaten van integratie. 1 2.
Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat
bij de sommatie aan elk opgeslagen resultaat van integratie een gewichtsfaktor wordt toegekend, die hoger is naarmate het deelinterval dichter bij het tijdstip t
7 1 1 0 5 16
is gelegen.
3,
,
Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk,
dat het resultaat van integratie, verkregen in het deelinter. val., waarin het tijdstip t is gelegen, en de resultaten van P integratie, verkregen in tenminste één van direkt daaropvolgende aaneengesloten deèlintervallen, bij de sommatie genegeerd !worden, Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3» met het ken,merk, dat de opgeslagen resultaten van integratie verkregen :in de tijdsduur T met elkaar worden vergeleken om een lang.zame stijging afkomstig van trage ladingsverschijnselen in de stralingsopnemer, te detekteren. :5.
Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met
het kenmerk, dat de sommatie van de opgeslagen resultaten te .niet gedaan wordt indien opvolgende tijdstippen t 1 , t „ bin: PI P^ nen een tijdsduur T vanrelkaar gelegen zijn.' 6,
Inrichting ,;voor het uitvoeren van de werkwijze vol-
;gens conclusie 1, bevattende een stralingsopnemer, een ladingsi gevoelige versterker, integratoren, een meetinrichting, een i signaalherlcenningscircuit en een gegevensverwerkende inrich'ting, met het kenmerk, dat de inrichting een eerste schakelinrichting, die de uitgang van de ladingsgevoelige' versterikers gedurende een'tijdsduur T/n achtereenvolgens doorverbindt i met iedere integrator, eih verder een tweede
schakelinrichting
bevat, die de uitgang van elke integrator doorverbindt met de meetinrichting, waarvan de uitgang enerzijds aangesloten isop een meervoudig geheugen voor het opslaan van de meetinformatiés, anderzijds op het signaalherkenningscircuit, dat het ' tijdstip t bepaalt, en de gegevensverwerkende inrichting een P . rekengeheugen b'evat, aangesloten op het meervoudig* geheugen, telketens, aangesloten, op de uitgang van het signaalherkenningscircuit en,.op het rekengeheugen, en een eindresultaatgeheugen, dat aangesloten is op de telketens en op het rekengeheugen, voor het bewaren van de resultaten van de rekenkundige bewerkingen als maat voor de energie van elke aan de stralingsopnemer toegevoerde
stralingsquant.
:7.
Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat
de meetinrichting een analoog-digitaalomzetter is, die per meting de meetinformatie in m bits parallel afgeeft, het meervoudig geheugen een digitaal woordschuifregister is, dat n ! • i .woorden van m bits bevat,-en het signaalherkenningscircuit j 'een' woordschuifregister van tenminste 2 woorden van m bits en seen digitale vergelijker bevat, die een signaal afgeeft, op het tijdstip t , bij overschrijding van een referentiewaarde. Inrichting volgens de conclusies 6 'en 7, met het ken-
•8,
'merk, dat het rekengeheugen de achtereenvolgens op elkaar ;aangesloten kétens bevat: een poortschakeling,
aangesloten
«op het digitaal woordschuifreglster en voorzien van stuurin:gangen, een aftrek-optel-stuurketen, een hulpregister en een ;tussenresultaatregistër, verbonden met het eindresultaatre:
gister, en dat de telketens' een af trekt ellei4 bevatten voox-
'n aftrekbewerkingssignalen; die aangesloten is op de uitgang van het signaalherkenningsTjircuit, op een eerste stuuringang van de poortschakeling en op een aftrekstuuringang van de aftrek-optel-stuurketen, en die verder een optelteller bevatten Ivoor n optelbewerkingssignalen, die verbonden is met de1 afjtrekteller voor het ontvangen van een startimpuls en verder aangesloten is op een tweede stuuringang van de poortschake;ling, op een optelstuuringang van de aftrek-optel-stuurketen jen op het 19.
eindresultaatregister.
Inrichting volgens conclusie 8 voor. hét toepassen van
Ide werkwijze van conclusie 2, met het- kenmerk, dat de poort!schakeling een gewichtsfaktorregister bevat voorzien van de [eerste stuuringang, waarop de aftrekteller is aangesloten, ! en voorzien vaii de tweede stuuringang, waarop de optelteller , lis aangesloten, welk register de woorden uit het woordschuif'1 ' jregister, ontvangen in de poortschakeling, vermenigvuldigt 'met een binair getal, dat een funktie is van de op de stuur-' |ingangen toegevoerde telimpulsen. |10•
;
Inrichting volgens conclusie 8 of 9 voor het toepassen
van de werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat d e telketens'verder een büffertellerc bevatten voor tenminste
7 1 1 0 5 16
! twee tellingen, opgenomen tussen de aftrektellers en de optelteller. 11.
Inrichting volgens één der conclusies 6 tot en met 10
voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 5> met ihet kenmerk, dat het signaalherkenningscircuit een tijdklok, ;
die start op elk tijdstip t^, en een colncidentieschakeling
•met twee ingangen en een uitgang bevat, waarbij een eerste I < ingang van de colncidentieschakeling aangesloten is op een , i tijdsignaalüitgang van de tijdklok, de tweede ingang en een ' startingang van de tijdklok aangesloten is op de uitgang van !
.het signaalherkenningscircuit en de uitgang van de coïnciden-
;tieschakeling verbonden is' met terugzetingangen van de tel'ketens en het rekengeheugen, I ' |Eindhoven, 29 juli 1971 .
7 V 1 0 5 1 6.
»
10
18 > 2 ( K
TK
M
1o5
SL 12
23
SHC
j 1 i o S 18
