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Schaltungsanordnung zur Dosiszählung von kurzzeitig abgegebenen Strahlungsmengen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Dosiszählung von kurzzeitig
abgegebenen Strahlungsmengen, insbesondere zur Dosiszählung von Röntgenstrahlen
bei röntgendiagnostischen Untersuchungsgeräten, mittels eines sich über eine Ionisationskammer
nach Maßgabe der Strahlungsmenge aufladenden Meßkondensators.
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Zur Registrierung abgegebener Strahlungsmengen ist es üblich, in
dem Strahlungsbereich lonisationskammern anzuordnen. Die durch eine solche Kammer
fließende Ladung dient dann als Maß für die abgegebene Strahlungsmenge. Es ist bekannt,
diese Ladung mengenmäßig zu messen, indem mit ihr ein Meßkondensator aufgeladen
wird. Hat der Meßkondensator durch die Aufladung eine vorgegebene positive Meßspannung
erreicht, dann wird an einer Kippschaltung ein Schaltimpuls ausgelöst, der an einem
Zählwerk eine Dosis zählt. Gleichzeitig wird der Meßkondensator mittels eines Relaiskontaktes
bis auf sein Anfangspotential entladen, so daß die Aufladung von neuem beginnen
kann.
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Es ist ferner bekannt, einen Kondensator für eine bestimmte Zeit
durch den Strom eines Multipliers aufzuladen. Danach wird die Ladespannung des Kondensators
verglichen mit einer sich streng linear aufbauenden Spannung. Mittels eines elektronischen
Zählers wird die Zeit gemessen, die verstreicht vom Beginn des Vergleichs bis zu
dem Augenblick, in dem beide Spannungen eine vorgegebene Beziehung zueinander haben.
Dabei wird die Differenz beider Spannungen gebildet.
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Diese Dosiszählung eignet sich jedoch nur für Messungen, wie diese
beispielsweise bei Röntgendurchleuchtungen gebraucht werden, bei denen die Meßimpulse
nicht zu schnell aufeinanderfolgen. Bei zu schnell aufeinanderfolgenden Impulsen,
wie sie im Aufnahmebetrieb auftreten, sprechen die mechanischen Zähler nicht an.
Es wäre zwar möglich, elektronische Zählgeräte zu verwenden, die auch großen Zählgeschwindigkeiten
folgen; der damit verbundene Aufwand ist aber nicht immer zu rechtfertigen.
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Gemäß der Erfindung wird die Verwendung eines üblichen mechanischen
Zählwerkes mit einer Schaltungsanordnung ermöglicht. Diese Schaltungsanordnung dient
zur Dosiszählung von kurzzeitig abgegebenen Strahlungsmengen, insbesondere zur Dosiszählung
von Röntgenstrahlen bei Röntgendiagnostikapparaten, mittels eines sich über eine
Tonisationskammer nach Maßgabe der Strahlungsmenge aufladenden Meßkondensators und
einer Vorrichtung, die nach dem Abschalten der Strahlungsquelle den
Ladungsinhalt
des Meßkondensators durch die Anzahl von Impulsen mißt, die ein Impulsgeber während
des Anlegens einer sich allmählich aufbauenden Kompensationsspannung bis zum Erreichen
eines vorgegebenen Spannungswertes aus der Meßkondensatorspannung und der Kompensationsspannung
abgibt, derart, daß erfindungsgemäß zum Meßkondensator einerseits ein gesondert
aufladbarer Kompensationskondensator in Serie schaltbar ist und am Meßkondensator
andererseits eine Elektrometerröhre mit nachfolgendem Transistorschaltverstärker
angeschlossen ist, in dessen Kollektorkreis eine Relaiswicklung liegt, deren Kontakt
den zur Impulszählung dienenden Zeitmesser abschaltet, sobald die aus Meßkondensator
und Kompensationskondensator resultierende Spannung am Gitter der Elektrometerröhre
einen den Verstärker auslösenden Wert erreicht hat, und daß außerdem ein Relais
vorhanden und so geschaltet ist, daß sein Kontakt beim Anschalten der Strahlungsquelle
eine feste Gittervorspannung der Elektrometerröhre abschaltet und diese Spannung
nach dem Abschalten des Zeitmessers wieder an das Gitter legt.
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Die Schaltungsanordnung findet insbesondere bei der Herstellung von
Röntgenaufnahmen Verwendung, da bei diesen immer nur begrenzte Strahlungsmengen
abgegeben werden.
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Der Vorteil der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung besteht darin,
daß kurze Bestrahlungsmeßzeiten mit großen Strahlendosen, die zu schnelle, von den
mechanischen Zählern nicht erfaßbare Zählimpulsfolgen erfordern, nachträglich durch
den Spannungsrücklauf verlängert wiederholt werden.
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Die Impulsfolge wird damit verlangsamt und von den mechanischen Zählern
erfaßbar.
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Während der Aufnahme wird bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
lediglich eine dem
Meßwert entsprechende Elektrizitätsmenge auf
dem Meßkondensator gespeichert, wobei die Meßkondensatorspannung ein Maß für die
abgegebene Strahlungsmenge ist. Zum Messen der Kondensatorspannung wird dann nach
Beendigung der Aufnahme das Nullpotential des Meßkondensators angehoben, indem zwischen
den Kondensator und Masse beispielsweise ein über einen Widerstand an eine hohe
Spannung gelegter weiterer Kondensator geschaltet wird, an dem sich die Kompensationsspannung
aufbaut.
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Während der Zeitdauer, während der sich die Kompensationsspannung
aufbaut und die der Höhe der Meßkondensatorspannung proportional ist, gibt ein Multivibrator
Impulse ab, die von einem Zählwerk gezählt werden. Es ist auch möglich, die Zeitdauer
mit einer Uhr zu messen, deren Zifferblatt oder Zählwerk in Strahlendosen geeicht
ist. Unabhängig von der Bestrahlungszeit wird damit der Meßwert der während der
kurzzeitigen Bestrahlung gespeicherten Elektrtzitätsmenge nachträglich in eine Zeitdauer
transformiert, die ohne Schwierigkeiten ausgemessen werden kann.
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Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung; Fig.2 zeigt
den Stromspannungsverlauf an der Kippschaltung der Schaltungsanordnung an Hand eines
Diagrammes.
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Zur Bestrahlungsvorbereitung werden die Klemmen 1 eines Transformators
2 an Netzspannung gelegt. Über den Kontakt 1 und das Relais E schließt sich dann
ein Steuerkreis 3. Das Relais E zieht damit an und schließt den Kontakte. Eine Belegung
des Kondensators C, und das Steuergitter 4 einer zu einer Kippschaltung 5 gehörigen
Elektrometerröhre 7 liegen damit im Gegensatz zu den bekannten Schaltungsanordnungen
an einem negativen Potential Uv.
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Die Ionisationskammer 8 liegt ebenfalls an einem gegenüber der Basisleitung
0 negativen Potential.
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Bei Beginn der Aufnahme zieht ein im Leitungszug 9 der nicht dargestellten
Strahlungsquellen befindliches Kommandorelais B an, das Kontakte bs, b2 und b8 umlegt.
Über den Kontakt bs schließt sich dabei ein weiterer Steuerkreis 10, in dem sich
die Relais F und G befinden. Beim Anziehen von F legen sich Kontaktes, und 12 um.
Der Kontakt ! schließt einen Haltekreis für die Relais F und G.
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Das Relais G legt seinerseits den Kontakt um.
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Der Kontakt öffnet dabei den Steuerkreis 3, wodurch das Relais E abfällt
und sich der Kontakte öffnet. Der Kondensator C4 ist damit nicht mehr mit der Vorspannungsquelle
verbunden. Da beim Anziehen von Relais auch der Kontakt bs umgelegt wurde, ist der
Meßkondensator C4 über einen Schaltpunkt und einen Widerstand 11 mit der Basisleitung
0 verbunden. Der gestrichelt dargestellte Kondensator C und der ebenfalls gestrichelt
dargestellte Widerstand 11 zwischen dem Schaltpunkt P und der Basisleitung 0 dienen
als Entstörglieder zum Ausgleich von Schaltspitzen. Für das Schaltungsprinzip sind
diese unwichtig.
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Vom Zeitpunkt des Aufnahmebeginns beim Anziehen des Relais an, wenn
also die lonisationskammer 8 von Strahlung getroffen wird, fließt ein negativer
Ladestrom über die Kammer 8 und den
Kondensator C4. Der Kondensator C4 wird dadurch
aufgeladen, und das Gitterpotential der Röhre 7 wird immer negativer. Die am Schluß
der Aufnahme in dem Kondensator C4 aufgeladene negative Spannung Um ist ein Maß
für die Strahlungsmenge, die die Kammer 8 getroffen hat.
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Ist die Bestrahlung beendet, dann fällt das Relais B im Leitungszug
9 der Strahlungsquelle automatisch oder nach einem besonderen Kommando ab, wodurch
sich die Kontakte bs, b2 und bs wieder umlegen. Die Relais F und G bleiben angezogen,
da der Steuerkreis 10 über den Kontakte, geschlossen bleibt.
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Der Kondensator C4 liegt nunmehr nicht mehr direkt, sondern über
einen Kondensator C5 und eine diesem parallelgeschaltete Reihenschaltung aus einem
Kondensator C6 und einem Widerstand und über die Steuerleitung 3 und eine Relaiswicklung
D am Basispotential. Außerdem liegt am Schaltungspunkt über einen Widerstand ein
positives Potential. Mit dieser Schaltungsanordnung wird eine allmähliche Verschiebung
des Potentials am Gitter 4 in positiver Richtung eingeleitet. Das positivePotential
ist so hoch zu wählen, daß der Potentialanstieg infolge des praktisch als konstant
anzusehenden Ladestromes als linear betrachtet werden kann.
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Während an dem Kondensator Q unter Aufbau einer Ladung eine positive
Kompensationsspannung Uk aufläuft, arbeitet ein Multivibrator 13, der durch das
Umlegen des Kontaktes b1 in Tätigkeit gesetzt wurde. Dieser Multivibrator 13 liefert
Impulse, die nach einer Verstärkung an einem Verstärker 14 von einem mechanischen
Zählwerk 15 gezählt werden.
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Die SummenspannungUv+Um+Uk am Gitter 4 überschreitet nach einer gewissen
Zeit das Potential Uy. Zwischen dem Potential Uv und dem Potential Us, bei dem die
Röhre 7 und damit die Kippschaltung 5 leitend wird, muß eine ausreichende große
Potentialdifferenz liegen, damit verhütet wird, daß infolge von Störungen beispielsweise
das Gitterpotential das Potential U5 vorzeitig erreicht. Um die ausreichende Potentialdifferenz
und eine ausreichende Auflaufzeit zu garantieren, ist es notwendig, die Vorspannung
Uv entsprechend hoch zu wählen.
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Auch ist zu beachten, daß durch die Wahl der Differenz zwischen den
Potentialen Uv und U5 die Länge der Auflaufzeit geändert wird. Diese Sperrspannung
Uv - U5 ist wiederum eine Grundvoraussetzung für das einwandfreie Arbeiten der Schaltungsanordnung.
Da die Sperrspannung aber als additiver Meßfehler in die Schaltung eingeht, muß
sie durch ein Korrekturglied beseitigt werden. Der Ausgleich erfolgt mit Hilfe der
bei Aufnahmeende parallel zum Kondensator C5 zwischen den Schaltpunkt P und die
Steuerleitung 3 geschalteten Reihenschaltung aus dem Kondensator C6 und einem Widerstand.
Dieser Kondensator C6 legt die Sperrspannung Uv - U5 im Augenblick des Umlegens
des Kontaktes b2 über den Leitungszug 23 an den Kondensator C Nach Oberschreiten
des Potentials Up steigt die Summenspannung aus dem Potential Uv gegen das Basispotential
der Ladespannung Um und der Kompensationsspannung Uk weiter bis zur Kippspannung
U5 an, bei der die Röhre 7 leitend wird. Die an die Röhre 7 angeschaltete Transistorverstärkerschaltung
5 verstärkt den Röhrenstrom. Damit wird die
Kollektorleitung 15
des Schalttransistors 17 stromführend. Über den Punkt K der Schaltungsanordnung
und die Kondensatoren C5 und C4 erfolgt eine positive Rückkopplung vom Ausgang des
Verstärkers auf dessen Eingangskreis. Die Spannung am Gitter 4 steigt dadurch mit
der Eigenzeitkonstante des Verstärkers an.
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Im Leitungszug 19 fließt daraufhin ein Schaltstrom, der das Relais
D anziehen läßt, das den Kontakt d umlegt. Der Schalttransistor 17 wird damit entlastet,
weil der Strom durch das Relais D über den Kontakt direkt vom Stromversorgungsteil2
geliefert wird. Gleichzeitig wird auch die Steuerleitung 10 stromlos, so daß die
Relais F und G abfallen und der Multivibrator abgeschaltet wird.
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Durch das Abfallen von Relais F legen sich auch die Kontaktes und
2 um, so daß nunmehr auch der Leitungszug des Relais D stromlos wird und das Relais
D abfällt. Das Relais G fällt, um Schaltstörungen zu vermeiden, mit Zeitverzögerung
ab und legt schließlich den Kontakt um. Kontakt schließt dabei erneut den Stromkreis
für die Steuerleitung 3. Der Strom in der Steuerleitung 3 läßt daraufhin das Relais
E anziehen und schließt den Kontakt e, wodurch auch eine Belegung des Kondensators
C4 und das Gitter 4 der Röhre 7 wieder am negativen Potential Uv liegen. Die vorbereitenden
Maßnahmen für eine neue Aufnahme sind damit abgeschlossen.
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An Stelle des Multivibrators 13 kann ohne weiteres auch eine Uhr
verwendet werden, deren Zifferblatt oder Zählwerk nach Strahlendosen geeicht ist.
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Diese Uhr wird wie der Multivibrator mittels des Kontaktes b1 an-
und abgeschaltet.
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Auch ist es möglich, den Kondensator C5 durch ein anderes linear
regelbares Glied zu ersetzen. Ein solches Glied ist beispielsweise ein Regelwiderstand,
an dem ein motorisch angetriebener Zeiger entlangläuft und die gewünschte Spannung
Uk ab greift.
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In dem in F i g. 2 dargestellten Diagramm ist über der Spannungsverteilung
Ug am Gitter 4 der Kippröhre 7 der Strom am Ausgang der Kippschaltung 5 aufgetragen.
An Hand dieses Diagrammes ist der für die Erfindung wesentliche Spannungsverlauf
am Gitter 4 deutlich zu erkennen. In der Schaltstellung zu Beginn der Bestrahlung
liegt das Gitter 4 am negativen Potential Uv. Während der Aufladung des Meßkondensators
C4 erniedrigt sich dieses Potential um einen angenommenen Betrag Um, der der bis
zum Ende der Bestrahlung abgegebenen Strahlungsmenge proportional ist.
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Der Strom durch die Kippschaltung 5 schnellt beim Erreichen der Kippspannung
Us in die Höhe.
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Dieser Stromimpuls führt zum Abschalten der Kippschaltung 5 und zum
Rückgang des Potentials am Kondensator C4 auf den Wert Uv. Während der Zeit des
Auflaufens der Spannung Uk zählt das Zählwerk die Impulse des Multivibrators.
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Die Höhe der Ladespannung Um des Kondensators C4, die sich in der
Zeitdauer des Auflaufens der diese über das Potential Uv bis zu einer Kippspannung
U5 kompensierenden Spannung Uk wieder-
spiegelt, ist damit durch eine entsprechende
Anzahl von Impulsen auf dem Zählwerk 15 registriert.