Brevet FR2569013A1 — publié le 19860214

DISPOSITIF DE MESURE DE RADIATIONS A SCINTILLATEUR ET TUBE PHOTOMUL TIPLICATEUR, ET CAMERA A SCINTILLATION EQUIPEE D'UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif de mesure de radiations à scintillateur et tube photomultiplicateur, ainsi qu'une caméra à scintillation équipée d'un tel dispositif. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 186 307 délivré le 29 janvier 1980 au nom de la société cessionnaire Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd., Kavasaki, Japon, décrit un appareil de mesure de scintillation comprenant essentiellement les éléments suivants : un scintillateur pour la détection des radiations, optiquement couplé à la fenêtre d'entrée d'un photodétecteur tel qu'un tube photomultiplicateur pour la conversion en courant de ces radiations, un amplificateur de courant destiné à délivrer des signaux proportionnels à l'intensité de ce courant, un circuit de mise en forme de ces signaux, une ligne à retard, un intégrateur, et un circuit d'échantillonnage de la sortie de cet intégrateur (on se reportera à la figure 1 de ce brevet cité).A ces éléments sont en outre associés, en parallèle, un circuit de détection de courant, pour la commande d'une bascule, et un circuit logique commandé à son tour par ladite bascule pour délivrer des instructions de contrôle du fonctionnement de l'intégrateur et du circuit d'échantillonnage en rapport avec la durée des intervalles entre les signaux délivrés par l'amplificateur de courant. Dans des appareils de ce type, on peut mettre en évidence l'inconvénient suivant, à savoir qu'il n'est pas possible d'effectuer une mesure relative à une nouvelle radiation avant que l'appareil n'ait été remis à zéro, ce qui fixe la cadence maximale de fonctionnement de l'appareil. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de mesure de radiations évitant la nécessité d'une remise à zéro complète avant toute nouvelle mesure. L'invention concerne, à cet effet, un dispositif de mesure de radiations comprenant pour la détection des radiations un scintillateur, optiquement couplé à la fenêtre d'entrée d'un photodétecteur tel qu'un tube photomultiplicateur, et un circuit de préamplification et de filtrage destiné à délivrer des signaux proportionnels à l'intensité du courant de sortie du photodétecteur, caractérisé en ce qu'il comprend, en sortie de ce circuit, un circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique, un additionneur, un premier registre de stockage de la sortie de l'additionneur, dont la sortie est renvoyée vers une deuxième entrée de l'additionneur, et un deuxième registre de stockage de la sortie de l'additionneur, dont la sortie constitue la sortie du dispositif de mesure, et en ce qu'il comprend également, en sortie du photodétecteur ou du circuit de préamplification et de filtrage, un détecteur de début d'impulsion, un circuit d'horloge, un compteur des signaux d'horloge, et un circuit de test du nombre de ces signaux dont la sortie est envoyée vers le deuxième registre pour validation de la sortie de celui-ci et vers le premier registre pour sa remise à zéro, la sortie du circuit d'horloge étant également envoyée vers le circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique et vers le premier registre de stockage de la sortie de l'additionneur. Les particularités de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus précise dans la description qui suit et dans la figure annexée, donnée à titre d'exemple non limitatif et qui montre un exemple de réalisation du dispositif de mesure de radiations selon l'invention. Le dispositif de mesure de radiations représenté sur la figure 1 comprend tout d'abord, pour la détection des radiations relativement auxquelles on veut effectuer des mesures d'énergie et d'intensité, un scintillateur 10 qui convertit chaque photon reçu en scintillation et qui est optiquement couplé à la fenêtre d'entrée d'un photodétecteur constitué ici par un tube photomultiplicateur 20. Celui-ci convertit chaque scintillation en un courant qui est alors transformé par un circuit de préamplification et de filtrage 30 en des signaux dont l'amplitude est liée à celle du courant de sortie du tube photomultiplicateur 20 et donc à la scintillation initiale (ce circuit 30 adapte donc le niveau du signal qu'il reçoit, tout en réalisant un léger filtrage de façon à lisser le signal).Le circuit 30 est suivi, en série, d'un amplificateur non linéaire 35, ici un amplificateur logarithmique, puis d'un circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique 40 et d'un transcodeur 45. L'utilisation d'un convertisseur analogique-numérique introduit inévitablement un bruit dit de quantification, qui entraîne une perte de résolution dans la chaîne de mesure et qu'il est souhaitable de réduire autant que possible. Ce bruit dépend du nombre de bits du convertisseur et de la dynamique des signaux. Dans le cas présent d'une caméra à scintillation, si l'on choisit par exemple le cas d'une caméra à 37 tubes photomultiplicateurs, un seul des signaux -celui fourni par le tube photomultiplicateur le plus proche de la scintillation- se situe dans la partie haute de la dynamique des signaux.Les signaux fournis par les tubes photomultiplicateurs entourant immédiatement le précédent -au maximum six- sont nettement plus faibles, et les autres signaux, fournis par tous les autres tubes, n'occupent qu'une très faible partie de la dynamique I1 en résulte que les niveaux de quantification du circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique 40 ne sont pas utilisés de façon optimale si ladite conversion est linéaire. L'utilisation d'un circuit non linéaire, l'amplificateur 35 dans le cas présent, permet d'effectuer un codage non linéaire et donc d'utiliser de façon améliorée les niveaux de quantification. Bien entendu, le transcodeur 45 prévu en sortie du circuit 40 permet de rétablir après conversion analogique-numérique la linéarité supprimée pour les besoins de cette conversion. Le transcodeur 45 est suivi en série d'un additionneur 50, à la suite duquel sont prévus un premier registre 60 de stockage de la sortie de l'additionneur, dont la sortie est renvoyée vers une deuxième entrée de l'additionneur, et un deuxième registre 70 également de stockage de la sortie de l'additionneur, mais dont la sortie n'est validée que sous condition comme on le voit plus loin. On réalise ainsi, par addition et mémorisation cumulatives au fur et à mesure de l'arrivée des échantillons, une détermination progressive de l'énergie associée à chaque radiation, sous le contrôle d'un circuit d'horloge 90 qui est initialisé par un détecteur de début d'impulsion 80, tel qu'un circuit à seuil. Ce circuit d'horloge génère les signaux périodiques fournis au circuit 40, et assure la synchronisation de celui-ci et du registre 60. Le circuit d'horloge 90 commande également un compteur 100 des signaux d'horloge, le nombre ainsi compté étant soumis à un circuit de test 110 dont la sortie est envoyée vers le deuxième registre 70 afin de valider la sortie de celui-ci si le nombre d'échantillons est jugé suffisant.La sortie du circuit de test 110 est également fournie au premier registre 60 pour commander la remise à zéro de ce dernier en fin de mesure lorsque le nombre d'échantillons a été estimé suffisant. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, à partir duquel des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Par exemple, il serait équivalent, pour le fonctionnement du détecteur de début d'impulsion 80, de le raccorder en un autre point, et par exemple en sortie du circuit 30. De même, le type de conversion choisi, non linéaire ou au contraire linéaire dans le cas où l'on ne prévoit pas l'amplificateur 35 ni le transcodeur 45, ne modifie pas le principe de fonctionnement du dispositif de mesure. Dans le cas d'une conversion non linéaire, l'ensemble constitué par l'élément non-linéaire (ici l'amplificateur logarithmique 35) et le circuit 40 peut être remplacé par un circuit unique tel qu'un convertisseur non linéaire, par exemple le convertisseur TDC 1007 J ou TDC 1048 de la société TRbJ (associé à un pont de deux- résistances relié à une tension négative et raccordé sur les entrées signal et alimentation du convertisseur). On notera enfin que l'invention s'applique à tout appareil comprenant respectivement un ou plusieurs détecteurs de radiations équipés de ce dispositif, tel que notamment les détecteurs simples du type sonde gamma et les caméras à scintillation. REVENDICATIONS : 1. Dispositif de mesure de radiations comprenant pour la détection des radiations un scintillateur, optiquement couplé à la fenêtre d'entrée d'un photodétecteur tel qu'un tube photomultiplicateur, et un circuit de préamplification et de filtrage destiné à délivrer des signaux dont l'amplitude est liée à celle du courant de sortie du photodétecteur, caractérisé en ce qu'il comprend en série, en sortie de ce circuit, un circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique et un additionneur, à la suite duquel sont prévus un premier registre de stockage de la sortie de l'additionneur, dont la sortie est renvoyée vers une deuxième entrée de l'additionneur, et un deuxième registre de stockage de la sortie de l'additionneur, dont la sortie constitue la sortie du dispositif de mesure, et en ce qu'il comprend également en série, en sortie du photodétecteur ou du circuit de préamplification et de filtrage, un détecteur de début d'impulsion, un circuit d'horloge, un compteur des signaux d'horloge, et un circuit de test du nombre de ces signaux dont la sortie est envoyée vers le deuxième registre pour validation de la sortie de celui-ci et vers le premier registre pour sa remise à zéro, la sortie du circuit d'horloge étant également envoyée vers le circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique et vers le premier registre de stockage de la sortie de l'additionneur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique est un convertisseur non linéaire et est suivi en série d'un transcodeur destiné à rétablir la linéarité après conversion. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique est linéaire, et en ce qu'il est précédé d'un circuit non linéaire et suivi d'un transcodeur destiné à rétablir la linéarité après conversion. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit non linéaire est un amplificateur logarithmique. 5. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans un appareil du type sonde gamma comprenant au moins un détecteur de radiation équipé de ce dispositif. 6. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans une caméra à scintillation comprenant un ou plusieurs détecteurs de radiations équipés de ce dispositif.