Anordnung zur Messung von radioaktiver bzw. elektromagnetischer Strahlung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Strahlungsmessung.
Derartige Geräte bestehen im allgemeinen aus einer Stromversorgungseinrichtung, die einem Strahlungsdetektor Energie liefert, und einer Anzeigevorrichtung.
Es sind inzwischen zahlreiche Ausführungsformen bekanntgeworden, die es gestatten, mehr oder weniger eng begrenzte Messaufgaben auf dem Gebiet der Kernstrahlungsmesstechnik zu lösen. Alle diese zur Zeit bekanntgewordenen Lösungen genügen aber nicht oder nur unvollständig einer Aufgabenstellung, wie sie z. B. für Zwecke des zivilen Luftschutzes oder des Bevölkerungsschutzes erwachsen und in von behördlicher Seite herausgegebenen Richtlinien festgelegt sind.
Es soll nun eine Anordnung geschaffen werden, die sich besonders wirtschaftlich herstellen und mit hoher Genauigkeit fertigen und abgleichen lässt, wodurch sie wesentlich billiger als selbst Geräte, die nur Teillösungen darstellen, hergestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft demnach eine Anordnung zur Messung von radioaktiver bzw. elektromagnetischer Strahlung, mit impulslieferndem Detektor, dessen Impulse in den einzelnen Messbereichen in ihrer Dauer gedehnt und mit jeweils verschiedener Zeitkonstante integriert werden, wobei die Energieversorgung des Detektors mittels eines Spannungswand- lers erfolgt, der wahlweise mit niedriger oder höherer Leistungsabgabe für sekundären Gleichspannungsbetrieb, aber auch für sekundären Impulsspannungsbetrieb ausgelegt sind, wobei ferner einem jeden Messbereich durch mechanische Mittel eine eigene Anzeigeskala zugeordnet ist.
Diese Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Messbereich die um- bzw. einschaltbaren Schaltungsmittel so ausgewählt bzw. angeordnet sind, dass a) in den Messbereichen mit niedrigen vom Detektor D, So gelieferten Impulszahlen (Impulsdichte) diese in der Impulsdauer gedehnt, mit entspechend grosser Zeitkonstante integriert und auf jeweils einem Bereich zugehöriger eigener Skala A zur Anzeige gebracht werden, wobei gleichzeitig die Leistungsaufnahme des Spannungswandlers V, W auf das zum Betrieb des Detektors D, So notwendige Mindestmass herabgesetzt ist, und b) in den Bereichen mit höherer Impulszahl (Impulsdichte) die Einzelimpulsbreite sowie die Integrationszeitkonstante entsprechend verkleinert und gleichzeitig die Leistungsaufnahme des Spannungswandlers V, W entsprechend heraufgesetzt wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Anordnung, die eine wesentliche Ausdehnung des Anwendungsbereiches für höchste Dosisleistungen zulässt, ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen, in denen die durch die natürlichen oder technischen Eigenschaften des Detektors begrenzte abgebbare Impulszahl ihr Maximum überschreitet, dieser durch den auf Impulsbetrieb geschalteten Spannungswandler regelmässig intermittierend detektionsbereit gehalten wird, wobei die vom Detektor abgegebenen Impulse normiert, integriert und zur Anzeige gebracht werden. Das kann z. B. durch Überlagern der Arbeitsgleichspannung des Detektors mit einer Impulsfolge oder aber durch Impulsbetrieb des Detektors geschehen.
Wird hierbei die Impulsfolgefrequenz ungefähr gleich der reziproken natürlichen Totzeit des Detektors gemacht und die Breite eines Hochspannungsimpulses kleiner als die Breite des Detektorimpulses, wie er sich bei niedrigem Strahlungspegel ergibt, so ergibt sich neben einer Bereichsdehnung um einen Faktor 10 bis 200 noch ein weiterer sehr erwünschter Effekt: Ein Zurückgehen der Anzeige wegen abnehmender angezeigter Impulszahl bei steigendem Strahlungspegel kann nicht mehr erfolgen. Bei zweckmässiger, dem Detektor nachfolgender Schaltungsanordnung ist nämlich die maximale angezeigte mittlere Impulsfolgefrequenz diejenige des Hochspannungsgenerators.
Verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. 1 stellt das Blockschaltbild einer ersten Anordnung dar.
Die Fig. 2 stellt das Blockschaltbild und Fig. 3 das Schaltschema einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung dar.
Die von der Strahlungsquelle Sr ausgehende Kernstrahlung, die a-, fl-, y-Strahlung enthält, trifft auf die Filteranordnung F. Diese enthält z. B. vor oder hinter einer Öffnung des Gerätegehäuses, die zweckmässig durch eine 10 bis 20 z starke Kunst- stoffolie, z. B. aus Hostaphan, gegen Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Gehäuses abgedichtet ist, Filterscheiben aus Zellon, Aluminium, Kupfer oder ähnlichem. Diese Filterscheiben können besonders vorteilhaft mechanisch mit dem Bereichsumschalter gekoppelt sein. Sie können aber auch durch eine zusätzliche mechanische Anordnung betätigt werden, z. B. kann durch Vorschalten eines Zellon Filters die a-Strahlung absorbiert werden, so dass nur f und y-Strahlung den Detektor trifft usw.
Ferner kann in geeigneter Weise vor oder nach den Filtern ein ähnlich wie ein Filter ausgebildeter Eichpräparatträger vor das Detektorfenster geschaltet werden, der zur Kalibrierung des Detektors oder auch nur als Funktionskontrolle eine geringe Menge z. B. 1 C eines radioaktiven yS-Strahlers z. B. Sr90 enthält.
Als Detektor D wird vorzugsweise ein im Auslösebereich arbeitendes Fensterzährohr - möglichst mit Halogenfüllung - benutzt. Für bestimmte Aufgaben lassen sich aber auch vorteilhaft andere impulsgebende Strahlungsdetektoren benutzen, z. B.
Scintillatoren in Verbindung mit Sekundärelektronenvervielfachern. Die Detektorimpulse passieren anschliessend eine Verstärkungs und Formerstufe N, die vorzugsweise aus einem monostabilen Multivibrator besteht, dessen Impulsbreite, dem Messbereich entsprechend, mit dem Bereichsschalter umgeschaltet wird. Es können aber auch andere verstärkende Impulsformer benutzt werden, z. B. monostabile Sperrschwinger. Der normierte und gedehnte Impuls wird nach Integration und Festlegung der maximalen mittleren Impulsfolgefrequenz für jeden Bereich in A durch ein Drehspulinstrument zur Anzeige gebracht.
Hierbei ist jedoch für jeden Bereich eine besondere Anzeigeskala vorgesehen, die mit dem Bereichsschalter gekoppelt ist. Die einzelnen Anzeigeskalen können nach Art der Trommel-, Band- oder Schiebeskalen zusammengefasst sein.
Die Stromversorgung V mit dem Spannungswandler hat z. B., als Sperrschwinger ausgeführt, folgende Funktionsmöglichkeiten, die durch Zu- oder Abschalten von funktionsbestimmenden Bauelemen- ten bewirkt wird, wobei der Schaltvorgang mit dem Bereichsschalter gekoppelt ist: In den Messbereichen mit sehr niedrigem Strahlungspegel schwingt der Sperrschwinger mit einer sehr niedrigen Impulsfolgefrequenz, z. B. 0,1 bis 10 Hz und lädt einen Ladekondensator von z. B. 5 nF auf die Impulsspitzenspannung von z. B. 500 V auf.
Die im Ladekondensator gespeicherte Energie gestattet dem Detektor im skizzierten Fall eine mittlere Zählfolge von 100 Impulsen!sec, von denen bei einer angenommenen fünffachen Bereichsüberlastbarkeit bis zum Zurückgehen der Anzeige nur 20 Impulselsec benötigt werden, um Vollausschlag des Anzeigeinstrumentes zu erhalten. Bei dieser Arbeitsweise hat der Spannungs wandler nur einen sehr geringen Stromverbrauch etwa lmA. Entsprechend ist der Spannungswandler auch in den Bereichen, die einen Vollausschlag des Anzeigeinstrumentes bei z. B. 200 Impulseni'sec und 2000 Impulsenlsec haben, ausgelegt. Dieses kann durch z. B. stufenweise Erhöhung der Sperrschwingerfrequenz geschehen.
Es kann aber auch kontinuierich mit Hilfe der vom Detektor verbrauchten und auf den Sperrschwinger rückgekoppelten Impulse, proportional der verbrauchten Energie, erfolgen. Da in dem skizzierten Fall die Sättigung des Zählrohres, dessen Totzeit bei 100 usec liege, bei etwa 2500 Impulsen sec einsetzt, was einer Dosisleistung von etwa 0,1 r;'h entspricht, wird in dem nun fogenden Messbereich die Impulsfolgefrequenz des Sperrschwingers auf etwa 10 kHz erhöht. Gleichzeitig wird der Energieversorgungskondensator auf etwa 20 pF verkleinert, so dass das Zählrohr nur noch während der Dauer eines Sperrschwingereinzelimpulses (etwa 15 exIsec) betriebsbereit ist.
Hierdurch hat sich der Messbereich auf 50 rjh erhöht, welcher Wert etwa 9 kHz mittlerer Impulsfolgefrequenz bei der Anzeige entspricht.
Das funktionsmässige Zusammenwirken aller Eigenschaften der Anordnung wird durch die gekoppelte Umschaltung K1 aller funktionsbestimmenden Bauelemente für alle Messbereiche bewirkt.
Im Blockschaltbild Fig. 2 und dem zugehörigen Schaltbild nach Fig. 3 ist eine welitere Variante der Anordnung dargestellt. Da im Schaltbild die dem Fachmann geläufigen Schaltsymbole verwendet sind, kann auf eine nähere Beschreibung derjenigen Schaltungsteile verzichtet werden, die dem Fachmann bekannt sind.
Gegenüber Fig. 1 zeigen Fig. 2 und 3 noch einen weiteren Detektor, der als Sonde ausgebildet ist.
Er kann vorzugsweise seine Energie aus dem Versorgungsteil des nun als Grundgerät bezeichneten Teils erhalten, der der Fig. 1 entspricht. Desgleichen erfolgt die Weiterverarbeitung der von der Sonde abgegebenen Impulse im Grundgerät. Die Anzeige des Messergebnisses der Sonde erfolgt ebenfalls über das Messwerk des Grundgerätes. Hierzu sind vor zugsweise die einzelnen Skalenabschnitte der Umschaltskala, die unter dem Skalenfenster erscheinen, als Doppelskala, den verschiedenen Kalibrierungen des Grundgerätes und der Sonde entsprechend, ausgebildet und im allgemeinen verschieden beziffert und z. B. verschiedenfarbig ausgelegt. Hierbei ist ferner vorzugsweise eine Skalenabdeckung vorgesehen, die durch die Umschaltung K2 betätigt wird und, gekoppelt mit der Umschaltung Grundgerät Sonde, nur die jeweils dem eingeschalteten Detektor entsprechende Skala freigibt.
Eine Anordnung nach Fig. 2 lässt wesentliche und vielseitige Erweiterungsmöglichkeiten des Anwendungsbereiches erkennen, z. B. durch Benutzung von mehreren, parallel geschalteten Detektoren als Sonde. Ferner sieht eine weitere Ausgestaltung eine Kombination der mit K1 und K., bezeichneten Kopplung vor, die durch bekannte mechanische Mittel erzielt wird und eine weitere Bedienungsvereinfachung ergibt. Besonders vorteilhaft kann auch für die mit K.2 bezeichnete Umschaltung ein Relais herangezogen werden.
Werden für die Umschaltung K2 drei oder mehrere Schaltstellungen vorgesehen, vor allem bei etwas grösseren transportablen Geräten, und für jeden Skalenabschnitt der Anzahl der Schaltstellungen K2 entsprechende Skalen benutzt, so ergeben sich weitere vorteilhafte Möglichkeiten.
Für 3 stellt das Schaltschema eines ausgeführten Gerätes dar. Die Schaltsegmente 9, 21, 31, 41, 50 sind mit der Umschaltskala des Anzeigeinstrumentes 33 antriebsmässig gekoppelt und werden durch einen Bedienungsknopf so betätigt, dass bei Ruhestellung (Batterie ausgeschaltet) nm Anzeigefenster eine unbezifferte Skala mit der Beschriftung Aus erscheint.
In dieser Stellung kann gleichzeitig der mechanische Nullpunkt des Instrumentes 33 justiert werden. Beim folgenden Schaltschritt des Bereichsschalters erscheint unter dem Anzeigefenster eine Skala mit einer Justiermarke und der Beschriftung Batteriespannungskontrolle . In dieser Schaltstellung misst das Anzeigeinstrument 33 mit selinen Vorwiderständen 34 und 26 die über den Justierwiderstand 19 an dem als monostabilen Multivibrator mit den Transistoren 6 und 16 geschalteten Impulsdehner anliegende Betriebsspannung der Batterie 22. Gleichzeitig liegt die Batteriespannung an dem Spannungswandler mit dem Transistor 46. Dieser erhält in bekannter Weise über den Spannungsteiler 48, 49 eine geringe negative Spannung an der Basis, so dass er anschwingen kann.
Die in Verbindung mit dem Spartransformator 45 erzeugten Impulse haben an der sekundärseitigen Windung eine Spitzenspannung von 500 bis 800 V und sind negativ gerichtet. Sie werden nach Passieren der in positiver Richtung hochsperrenden Siliziumdiode 44 durch die Glimmstabilisatoren 38, 39, 40 auf konstante Amplitude gebracht.
Da der durch das Schaltsegment 41 in den Schalt stellungen 2, 3, 4 den Stabilisatoren parallel geschaltete Lade- und Formkondensator 43 nur etwa 10 bis 30 pF hat, läuft nur ein geringer Gleichspannungsteil an 43 auf, so dass am Zählrohr 1 über den Wahlschalter 37 fast reine Impulsspannung liegt.
Der Impulsoszillator hat eine Impulsfolgefrequenz von etwa 10 kHz, die sich durch den Regler 49 einstellen lässt. Hierbei ist das durch die Systemeigenschaften gegebene Tastverhältnis etwa 1 : 6 bei einer Impulsbreite von etwa 15 usec. Das Zählrohr 1 besitzt ein empfindliches Volumen von etwa 0,5 cm und hat in der Schaltungsanordnung eine Erholungszeit (Recovery-Time) von etwa 80 msec. Bei reinem Gleichspannungsbetrieb liegt die maximal abgebbare Impulszahl in der Schaltungsanordnung bei etwa 12 bis 14 kHz, was einer Dosisleistung von etwa 80 rJh bei Ra-y-Strahlung entspricht. Hierbei ist der angezeigte Messbereich von 10 bis 80 rF auf das letzte Skalenviertel des Anzeigeinstrumentes zusammengedrängt.
Bei der benutzten Impulstastung liegt der Skalenausschlag bei 500 rih, und die Skala ist wesentlich linearer. Die Zählrohrimpulse gelangen über den Widerstand 3 an die Basis des Siliziumtransistors 6. Der Widerstand 4 bewirkt eine zusätzliche Eingangsbedämpfung und Diskriminierung der Eingangsimpulse, so, dass nur Impulse mit einer gewissen Mindesthöhe den monostabilen Multivibrator mit den Teilen 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 entsperren. Durch das Schaltsegment 9 werden in den einzelnen Messbereichen die die Ausgangsimpulsbreite bestimmenden Kondensatoren 10, 11, 12, 13 zugeschaltet. Durch den Gegenkopplungswiderstand 5 lassen sich die Fertigungstoleranzen, die sich durch die Streuung der Einzelteile, vor allem von 1, 6, 14, 16, ergeben, weitgehend verringern.
Hierdurch und durch Anwendung von Siliziumtransistoren lässt sich über einen grossen Temperaturbereich eine sehr grosse Konstanz und Messgenauigkeit erreichen. Die am Ausgangswiderstand 8 erscheinenden positiven, verstärkten und normierten Impulse passieren die Diode 7 und werden, den einzelnen Bereichen entsprechend, in den durch das Schaltsegment 31 betätigten, aus den Widerständen 27, 28, 29, 30 und den Kondensatoren 24, 25, 32 bestehenden Gliedern integriert. Die an 24, 25, 32 anlaufenden Spannungen werden mit dem Anzeigesystem 34, 33 gemessen und als Mass der am Zählrohr 1 herrschenden Dosisleistung auf den einzelnen, den Messbereichen entsprechenden Skalen kalibriert.
Wird der Detektorwahlschalter 37 entsprechend betätigt, so liegt die Hochspannung über die Steckverbindung 56, 57 und ein nicht gezeichnetes Kabel an dem als Sonde ausgebildeten Detektorsystem 53, 54, 55. Gleichzeitig ist der Ladekondensator 58 von etwa 3 bis 5 nF den Stabilisatoren parallel geschaltet.
Hierdurch erhält das Zählrohr 53, das z. B. ein wirksames Volumen von 6 cm3 besitzt, die an 58 auflaufende Gleichspannung auch in den Schaltstellungen 2, 3, 4. Die von ihm abgegebenen Impulse gelangen über den Widerstand 2 an den Eingang der Formerstufe und werden nach Weiterverarbeitung - wie vorgehend beschrieben - zur Anzeige gebracht.
Zu diesem Zweck trägt jeder Skalenbereichsabschnitt neben einer Skala für das Zählrohr 1 eine andersfarbige und verschieden beziffert Skala für das Zählrohr 53, wobei die nicht benötigte Skala bei Betätigung des Schalters 37 durch eine Abdeckung verdeckt werden kann.
In den Schaltstellungen 5, 6 hat die Stromversorgungseinrichtung eine andere Betriebsweise: In diesem Fall schwingt der Sperrschwinger mit einer durch den Kondensator 51 und den Widerstand 52 bestimmte Festfrequenz von etwa 10 Hz. Die Hochspannungsimpulse laden nun den Kondensator 42, der eine Kapazität von 5 nF hat, auf die durch die Stabilisatoren 38, 39, 40 gegebene Spannung auf.
In diesem Fall arbeitet auch das Zählrohr 1 im Gleichsp annungsbetrieb.
Da in den Bereichen 2, 3, 4 der mittlere Stromverbrauch des Sperrschwingers etwa 14 bis 16 mA aus einer 2,5 V Batterie beträgt, stellt diese Betriebsweise in den Bereichen 5, 6, bei der der mittlere Stromverbrauch 1 mA beträgt, bei gleicher Arbeitsweise der Zählrohre einen wesentlichen Vorteil dar.
Infolge des allerdings geringen Ladungstransportes und des grossen Ladekondensators flackern die Stabilisatoren im Betrieb mit 5 bis 100 Lichtblitzen pro Minute. Da die Stabilisatoren auch zur Beleuchtung der Skala benutzt werden, wird durch Betätigung eines als Drucktaste ausgebildeten Schalters 47 auch in den Bereichen 5 und 6 der Betriebsfall der Bereiche 2, 3, 4 ermöglicht, wodurch eine ausreichende und ruhige Beleuchtung erfolgt. Für besondere Anforderung kann durch die gleiche Drucktaste auch der Schalter 20 betätigt werden, wodurch eine normale Glühlampe mit allerdings höherem Stromverbrauch eingeschaltet wird.
Durch zweckmässige Bemessung der einzelnen bereichsbestimmenden Bauelemente konnten mit einer vorstehend beschriebenen Anordnung folgende Ergebnisse erzielt werden: Messbereich Messbereich Messbereich Gesamtstrom Schaltstellung Zählrobr 1 Zählrohr 53 verbrauch
3 1 bis 600 r/h 10 bis 500 mr/h etwa 15 mA
4 0,1 bis 6 rih 1 bis 50 mr/h etwa 15 mA
5 1 bis 100 mr/h 0,1 bis 5 mr/h etwa 2 mA
6 0,1 bis 10 mr/h 5 bis 500 ctr/h etwa 2 mA
Wurde in einer ähnlich bemessenen Schaltung als samen Volumen von 6 cm benutzt, so ergaben sich eingebautes Zählrohr ein Zählrohr mit einem wirk- folgende Werte:
Schaltstellung Messbereich Stromverbrauch
3 0,5 bis 100 rih 12 mA
4 10 bis 1000 mr/h 12 mA
5 1 bis 50 mr/h 2 mA
6 5 bis 500 Durch 2 mA
Da es sich bei den benutzten Zählrohren um dieselbe Type handelt, wie sie in mehreren handels üblichen Geräten mit einem oder zwei gleichzeitig eingebauten Zählrohren zur Erreichung der empfind1i- chen Messbereiche eingebaut sind, bei diesen aber nur 0,5 bis 500 mr/h gemessen werden können, liegt der Vorteil der beschriebenen Anordnung auf der Hand; wird doch, abgesehen von anderen wesentlichen Vorteilen, wie sie durch die eindeutige Ablesung, einfache Bedienung, hohe Genauigkeit bewirkt werden, der mit einem Zählrohr oder ähnlichem Detektor erfassbare Messbereich um mehr als 4 Zehnerpotenzen vergrössert.
Darüber hinaus lässt sich die an Hand der Fig. 1, 2, 3 beschriebene Anordnung auf kleinstem Raum kompakt und funktionssicher unterbringen: Ein ausgeführtes Taschengerät hatte bei den Abmessungen von etwa 14X9,5X4,3 cm ein Gewicht im betriebsbereiten Zustand von etwa 500 g.
Arrangement for measuring radioactive or electromagnetic radiation
The invention relates to an arrangement for measuring radiation.
Such devices generally consist of a power supply which supplies energy to a radiation detector and a display device.
In the meantime, numerous embodiments have become known which allow more or less narrowly limited measurement tasks to be solved in the field of nuclear radiation measurement technology. However, all of these solutions that have become known at the time do not, or only incompletely, meet a task, as they are e.g. B. for purposes of civil air protection or civil protection and are specified in guidelines issued by the authorities.
The aim is now to create an arrangement which can be manufactured particularly economically and manufactured and calibrated with high accuracy, whereby it can be manufactured significantly more cheaply than even devices that only represent partial solutions.
The invention therefore relates to an arrangement for measuring radioactive or electromagnetic radiation, with a pulse-delivering detector, the duration of which is stretched in the individual measurement areas and integrated with different time constants, the energy being supplied to the detector by means of a voltage converter which optionally designed with lower or higher power output for secondary DC voltage operation, but also for secondary pulse voltage operation, each measuring range being assigned its own display scale by mechanical means.
This arrangement is characterized in that the switchable or switchable circuit means are selected or arranged for each measuring range in such a way that a) in the measuring ranges with low pulse numbers (pulse density) supplied by the detector D, So these are expanded in the pulse duration, with corresponding integrated with a large time constant and displayed on a range of its own scale A, whereby at the same time the power consumption of the voltage converter V, W is reduced to the minimum required for operating the detector D, So, and b) in the ranges with a higher number of pulses ( Pulse density) the individual pulse width and the integration time constant are reduced accordingly and at the same time the power consumption of the voltage converter V, W is increased accordingly.
A particularly advantageous embodiment of the arrangement according to the invention, which allows a substantial expansion of the area of application for the highest dose rates, is characterized in that in the areas in which the number of pulses that can be emitted, which is limited by the natural or technical properties of the detector, exceeds its maximum, it is increased by the Pulse mode switched voltage converter is regularly held intermittently ready for detection, the pulses emitted by the detector being normalized, integrated and displayed. This can e.g. B. can be done by superimposing the working DC voltage of the detector with a pulse train or by pulsing the detector.
If the pulse repetition frequency is made approximately equal to the reciprocal natural dead time of the detector and the width of a high-voltage pulse is smaller than the width of the detector pulse, as is the case with a low radiation level, then, in addition to a range expansion by a factor of 10 to 200, another very desirable one results Effect: The display can no longer go back due to the decreasing number of pulses displayed with increasing radiation level. With an expedient circuit arrangement following the detector, the maximum indicated mean pulse repetition frequency is that of the high-voltage generator.
Various embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
1 shows the block diagram of a first arrangement.
FIG. 2 shows the block diagram and FIG. 3 shows the circuit diagram of a further embodiment of the arrangement.
The nuclear radiation emanating from the radiation source Sr, which contains a-, fl-, y-radiation, hits the filter arrangement F. This contains z. B. in front of or behind an opening in the device housing, which is expediently covered by a 10 to 20 z thick plastic film, z. B. made of Hostaphan, is sealed against the ingress of moisture into the interior of the housing, filter discs made of Zellon, aluminum, copper or the like. These filter disks can particularly advantageously be mechanically coupled to the range switch. But they can also be operated by an additional mechanical arrangement, e.g. B. by connecting a Zellon filter upstream the a-radiation can be absorbed so that only f and y-radiation hits the detector etc.
Furthermore, before or after the filters, a similarly designed calibration specimen carrier can be connected in front of the detector window, which can be used to calibrate the detector or just as a functional check. B. 1 C of a radioactive yS emitter z. B. Sr90 contains.
A window metering tube - preferably with halogen filling - working in the triggering area is preferably used as detector D. For certain tasks, however, other pulse-generating radiation detectors can also be used advantageously, e.g. B.
Scintillators in connection with secondary electron multipliers. The detector pulses then pass through an amplification and shaping stage N, which preferably consists of a monostable multivibrator, the pulse width of which is switched with the range switch according to the measuring range. However, other amplifying pulse shapers can also be used, e.g. B. monostable blocking oscillator. After integration and definition of the maximum mean pulse repetition frequency for each area in A, the normalized and expanded pulse is displayed by a moving-coil instrument.
Here, however, a special display scale is provided for each area, which is coupled to the area switch. The individual display scales can be combined according to the type of drum, tape or sliding scales.
The power supply V with the voltage converter has z. B., designed as a blocking transducer, the following functional options, which is caused by switching on or off function-determining components, the switching process is coupled with the range switch: In the measuring areas with a very low radiation level, the blocking transducer oscillates with a very low pulse repetition frequency, z . B. 0.1 to 10 Hz and charges a charging capacitor of z. B. 5 nF to the pulse peak voltage of z. B. 500 V.
In the case outlined, the energy stored in the charging capacitor allows the detector an average counting sequence of 100 pulses! Sec, of which, assuming a five-fold range overload capacity, only 20 pulse seconds are required to obtain the full scale of the display instrument before the display goes back. In this mode of operation, the voltage converter has only a very low power consumption of around 1 mA. Correspondingly, the voltage converter is also in the areas that have a full deflection of the display instrument at z. B. 200 Impulseni'sec and 2000 Impulsenlsec have designed. This can be done by e.g. B. gradually increase the blocking frequency.
However, it can also take place continuously with the aid of the pulses consumed by the detector and fed back to the blocking oscillator, proportional to the energy consumed. Since, in the case outlined, the saturation of the counter tube, whose dead time is 100 usec, begins at around 2500 pulses sec, which corresponds to a dose rate of around 0.1 r; 'h, the pulse repetition frequency of the blocking oscillator in the measuring range that follows is about 10 kHz increased. At the same time, the energy supply capacitor is reduced to around 20 pF, so that the counter tube is only ready for operation for the duration of a single blocking oscillator pulse (around 15 exIsec).
As a result, the measuring range has increased to 50 rjh, which value corresponds to about 9 kHz mean pulse repetition frequency on the display.
The functional interaction of all properties of the arrangement is brought about by the coupled switchover K1 of all function-determining components for all measuring ranges.
In the block diagram of FIG. 2 and the associated circuit diagram of FIG. 3, another variant of the arrangement is shown. Since the circuit symbols familiar to the person skilled in the art are used in the circuit diagram, a more detailed description of those circuit parts known to the person skilled in the art can be dispensed with.
Compared to FIG. 1, FIGS. 2 and 3 show yet another detector which is designed as a probe.
It can preferably receive its energy from the supply part of the part now referred to as the basic device, which corresponds to FIG. The impulses emitted by the probe are also processed further in the basic unit. The measurement result of the probe is also displayed via the measuring mechanism of the basic device. For this purpose, the individual scale sections of the switching scale, which appear under the scale window, are preferably designed as a double scale, corresponding to the various calibrations of the basic device and the probe, and are generally numbered differently and z. B. designed in different colors. In this case, a scale cover is also preferably provided, which is actuated by the switchover K2 and, coupled with the switchover of the basic device probe, only releases the scale corresponding to the detector that is switched on.
An arrangement according to FIG. 2 reveals essential and versatile expansion options for the area of application, e.g. B. by using several detectors connected in parallel as a probe. Furthermore, a further embodiment provides a combination of the coupling marked K1 and K., which is achieved by known mechanical means and results in a further simplification of operation. A relay can also be used particularly advantageously for the switchover designated with K.2.
If three or more switch positions are provided for the switchover K2, especially in the case of somewhat larger portable devices, and scales corresponding to the number of switch positions K2 are used for each scale section, further advantageous possibilities arise.
For 3 shows the circuit diagram of an executed device. The switching segments 9, 21, 31, 41, 50 are drivingly coupled to the switchover scale of the display instrument 33 and are operated by a control button so that when the battery is in the rest position (battery switched off), the display window shows an undefined scale with the label Off appears.
In this position, the mechanical zero point of the instrument 33 can be adjusted at the same time. With the next switching step of the range switch, a scale with an adjustment mark and the label Battery voltage control appears under the display window. In this switching position, the display instrument 33 measures with selective series resistors 34 and 26 the operating voltage of the battery 22 applied via the adjustment resistor 19 to the pulse stretcher connected as a monostable multivibrator with the transistors 6 and 16. Simultaneously, the battery voltage is applied to the voltage converter with the transistor 46. receives a low negative voltage at the base in a known manner via the voltage divider 48, 49, so that it can start to oscillate.
The pulses generated in connection with the autotransformer 45 have a peak voltage of 500 to 800 V on the secondary-side winding and are directed negatively. After they have passed the silicon diode 44, which has high blocking power in the positive direction, they are brought to constant amplitude by the glow stabilizers 38, 39, 40.
Since the charging and shaping capacitor 43 connected in parallel to the stabilizers by the switching segment 41 in the switching positions 2, 3, 4 has only about 10 to 30 pF, only a small DC voltage component runs on 43, so that on the counter tube 1 via the selector switch 37 is almost pure impulse voltage.
The pulse oscillator has a pulse repetition frequency of about 10 kHz, which can be set by the controller 49. The pulse duty factor given by the system properties is about 1: 6 with a pulse width of about 15 usec. The counter tube 1 has a sensitive volume of about 0.5 cm and, in the circuit arrangement, has a recovery time of about 80 msec. With pure DC voltage operation, the maximum number of pulses that can be emitted in the circuit arrangement is approximately 12 to 14 kHz, which corresponds to a dose rate of approximately 80 rJh for Ra-y radiation. The displayed measuring range from 10 to 80 RH is squeezed to the last quarter of the scale of the display instrument.
With the pulse sensing used, the scale deflection is 500 rih, and the scale is much more linear. The counter tube pulses reach the base of the silicon transistor 6 via the resistor 3. The resistor 4 causes additional input damping and discrimination of the input pulses so that only pulses with a certain minimum height cause the monostable multivibrator with parts 4, 5, 6, 7, 8 , 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 unlock. By means of the switching segment 9, the capacitors 10, 11, 12, 13 which determine the output pulse width are switched on in the individual measuring ranges. By means of the negative feedback resistor 5, the manufacturing tolerances that result from the scatter of the individual parts, especially from 1, 6, 14, 16, can be largely reduced.
In this way and through the use of silicon transistors, very high constancy and measurement accuracy can be achieved over a large temperature range. The positive, amplified and normalized pulses appearing at the output resistor 8 pass through the diode 7 and are made up of the resistors 27, 28, 29, 30 and the capacitors 24, 25, 32 in the areas actuated by the switching segment 31 Integrated links. The voltages starting at 24, 25, 32 are measured with the display system 34, 33 and are calibrated as a measure of the dose rate prevailing at the counter tube 1 on the individual scales corresponding to the measuring ranges.
If the detector selector switch 37 is actuated accordingly, the high voltage is connected to the probe system 53, 54, 55 via the plug connection 56, 57 and a cable (not shown). At the same time, the charging capacitor 58 of about 3 to 5 nF is connected in parallel with the stabilizers.
This gives the counter tube 53, the z. B. has an effective volume of 6 cm3, the DC voltage accumulating at 58 also in switch positions 2, 3, 4. The pulses emitted by it reach the input of the former stage via resistor 2 and, after further processing - as described above - for Display brought.
For this purpose, each scale area section carries, in addition to a scale for the counter tube 1, a differently colored and differently numbered scale for the counter tube 53, the scale that is not required being covered by a cover when the switch 37 is operated.
In the switch positions 5, 6, the power supply has a different mode of operation: In this case, the blocking oscillator oscillates at a fixed frequency of about 10 Hz determined by the capacitor 51 and the resistor 52. The high-voltage pulses now charge the capacitor 42, which has a capacitance of 5 nF has on the voltage given by the stabilizers 38, 39, 40.
In this case, the counter tube 1 also works in DC voltage operation.
Since in areas 2, 3, 4 the average current consumption of the blocking oscillator is around 14 to 16 mA from a 2.5 V battery, this mode of operation is in areas 5, 6, in which the average current consumption is 1 mA, with the same mode of operation of the counter tubes is a significant advantage.
Due to the low charge transport and the large charging capacitor, the stabilizers flicker with 5 to 100 light flashes per minute during operation. Since the stabilizers are also used to illuminate the scale, actuation of a switch 47 in the form of a pushbutton enables areas 2, 3, 4 to operate in areas 5 and 6, which results in sufficient and calm lighting. For special requirements, the switch 20 can also be actuated by the same pushbutton, whereby a normal incandescent lamp with a higher power consumption is switched on.
By appropriate dimensioning of the individual range-defining components, the following results could be achieved with an arrangement described above: Measuring range Measuring range Measuring range Total current Switching position Counter tube 1 Counter tube 53 consumption
3 1 to 600 r / h 10 to 500 mr / h about 15 mA
4 0.1 to 6 rih 1 to 50 mr / h about 15 mA
5 1 to 100 mr / h 0.1 to 5 mr / h about 2 mA
6 0.1 to 10 mr / h 5 to 500 ctr / h about 2 mA
If a similarly dimensioned circuit was used as a total volume of 6 cm, the built-in counter tube resulted in a counter tube with the following values:
Switch position measuring range power consumption
3 0.5 to 100 rih 12 mA
4 10 to 1000 mr / h 12 mA
5 1 to 50 mr / h 2 mA
6 5 to 500 through 2 mA
Since the counter tubes used are of the same type as are installed in several commercially available devices with one or two counter tubes installed at the same time to achieve the sensitive measuring ranges, but only 0.5 to 500 mr / h are measured can, the advantage of the arrangement described is obvious; Apart from other essential advantages, such as the clear reading, simple operation and high accuracy, the measuring range that can be recorded with a counter tube or similar detector is increased by more than 4 powers of ten.
In addition, the arrangement described with reference to FIGS. 1, 2, 3 can be accommodated in a compact and functionally reliable manner in the smallest of spaces: A pocket device with dimensions of approximately 14X9.5X4.3 cm weighed approximately 500 g when ready for operation.