Вы здесь

Засоби опрацювання сигналів дозиметричних детекторів

Автор: 
Лопачак Олег Миколайович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2003
Артикул:
3403U004286
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2
РОЗШИРЕННЯ ДИНАМІЧНОГО ТА ЕНЕРГЕТИЧНОГО ДІАПАЗОНІВ ВИМІРЮВАННЯ ПЕД ТА ЕД ІВ
2.1. Розширення динамічного діапазону вимірювання
ПЕД і ЕД ІВ.
2.1.1. Лінеаризація характеристик блоків детектування
за допомогою число-імпульсних функціональних перетворювачів.
Потреба компенсації мертвого часу детекторів іонізуючого випромінювання виникає переважно при побудові радіометричних та дозиметричних пристроїв із широким динамічним діапазоном, коли ці детектори працюють у нелінійній частині своєї динамічної характеристики. У цих випадках виникає значна похибка, зумовлена нелінійністю залежності вихідної частоти детектора від вимірюваної ПЕД ІВ, причиною чого є мертвий час детектора [2,55,104].
Середня частота імпульсів на виході детектора пов'язана з інтенсивністю ПЕД іонізуючого випромінювання формулою [99]:
, (2.1)
де - інтенсивність ПЕД іонізуючого випромінювання;
- чутливість детектора;
- мертвий час детектора.
Абсолютну похибку, спричинену наявністю мертвого часу, можна визначити за формулою:
?f()=. (2.2)
Тоді відносна похибка
. (2.3)
Підставивши вираз (2.2) у рівняння (2.3) отримаємо:
. (2.4)

З формули (2.4) видно, що функція є зростаючою і при %.
Приклад побудови графіків функцій , та наведено на рис.2.1, рис.2.2 та рис.2.3. З наведених графіків видно, що нехтувати похибкою нелінійності можна лише при роботі детектора у відносно вузькій частині динамічного діапазону.
Для розширення динамічного діапазону детекторів, потрібно скомпенсувати нелінійність їх характеристик, зумовлену мертвим часом. Компенсація мертвого часу детекторів може здійснюватися за допомогою обчислень, що виконуються мікропроцесором, або апаратними засобами.
Серед пристроїв для апаратної компенсації мертвого часу слід відзначити пристрої для відновлення пуассонівського імпульсного потоку, в основі яких є багаторозрядний регістр зсуву [16], головним недоліком яких є складність у настроюванні і регулюванні, та пристрої побудовані з використанням число-імпульсних функціональних перетворювачів [76]. Перевагою пристроїв побудованих із використанням число-імпульсних функціональних перетворювачів є простота схемної реалізації, простота розрахунку основних параметрів цих пристроїв та мала відносна похибка перетворення.
Структурна схема пристрою для компенсації мертвого часу детектора у найзагальнішому вигляді наведена на рис.2.4, де Д - детектор, КБ - компенсуючий блок.

При повній компенсації мертвого часу детектора частота імпульсів g на виході КБ повинна бути рівною

. (2.5)

Для цього потрібно, щоб блок КБ мав передаточну функцію F згідно рівняння

. (2.6)

З рівняння (2.1) знайдемо

. (2.7)

Отриманий вираз для підставимо у рівняння (2.6). Одержимо

. (2.8)

Перетворимо вираз (2.8) у більш зручний для реалізації за допомогою ЧІФП вигляд.

, (2.9)

де n - кількість двійкових розрядів структурних елементів ЧІФП.
В переважній більшості випадків с, оскільки величина складає одиниці або десятки мікросекунд. Тому для реалізації виразу потрібно використати дільник частоти f слідування імпульсів. Оскільки величина змінюється в певних межах навіть для детекторів іонізуючого випромінювання одного типу, то цей дільник повинен мати можливість управління своїм коефіцієнтом ділення (рис. 2.5). У цьому випадку

, (2.10)
де - код ділення;
m - кількість розрядів керованого подільника частоти.
Комбінаційний суматор КС, регістр Рг та логічний елемент "І" (рис.2.5) утворюють нагромаджуючий суматор коефіцієнт ділення якого задається кодом ділення . Результат вимірювання N підраховується лічильником Лч.
З виразу (2.10) задаючий код ділення є рівним:

. (2.11)

Для апаратної реалізації рівняння (2.9) можна було використано керований помножувач частоти з додатним зворотним зв'язком [8] та керований двійковий дільник частоти [13]. На рис.2.6 наведено один із варіантів апаратної реалізації виразу (2.9) на ЧІФП.

Схема функціонує наступним чином. Комбінаційний суматор КС1, регістр Рг1, логічний елемент "І" І1 складають нагромаджуючий суматор, який, використовуючи двійковий код , здійснює масштабування вхідного імпульсного потоку. Кількість імпульсів за час підраховується лічильником Лч1. Цій кількості імпульсів відповідає код на виході лічильника, який в кінці часу записується в регістр Рг2. Після цього лічильник Лч1 обнулюється. Числове значення коду визначається виразом

, (2.12)

де - операція заокруглення до меншого цілого значення;
- керуючий код керованого дільника частоти;
f - частота імпульсів на виході ОВ;
m - кількість двійкових розрядів КС1 та Рг1.
Кількість імпульсів на виході логічного елемента "І" І2 дорівнює

, (2.13)

де - час вимірювання.
Схема додавання імпульсів СД, регістр Рг3, комбінаційний суматор КС2, логічний елемент "І" І3 та елемент затримки ЕЗ складають нагромаджуючий суматор з імпульсним додатним зворотним зв'язком. Частота імпульсів g на його виході визначається формулою

, (2.14)

де n - кількість двійкових розрядів КС2 та Рг3.
Кожному імпульсу на виході детектора Д відповідає один або кілька імпульсів на виході блоку СД. Одновібратор ОВ формує імпульси короткої тривалості, які відповідають початку імпульсу на виході Д. Завдяки цьому, "додаткові" імпульси на виході СД формуються протягом вихідного імпульсу детектора і, тому, мертвий час детектора не збільшується. Код результату підраховується лічильником Лч2.
Для правильної роботи схеми компенсації мертвого часу наведеній на рис.2.6 необхідно, щоб за час формування управляючого коду в Лч1 не відбулося переповнення цього лічильника. Для цього потрібно щоб виконувалася наступна умова:

. (2.15)

Знаючи максимальне вимірюване значення ПЕД ІВ , для конкретного типу детекторів можна виз