(57)【要約】【課題】本発明は、環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路を提供する。【解決手段】積分ユニットと、積分ユニットに連接される第一のダイオードと、積分ユニットに連接される第二のダイオードと、積分ユニットに連接される比較器と、比較器に連接されるフリップフロップと、フリップフロップに連接される否定ゲートと、フリップフロップと否定ゲートに連接される否定論理積素子と、否定論理積素子に連接されるスィッチ素子と、否定論理積素子とスィッチ素子との間に連接される出力駆動ユニットと、が含有される。これにより、類似した温度特性を有しながら、入力電流に並列に接続された調整可能の電流源を利用して、寄生リーク電流に対して補償でき、また、補償した後、最も低い適用可能の電流が、フェムトアンペア(10-15A)になり、また、温度無感覚測定が、50℃を超えるようになり、有効に、表面のリーク電流問題を解消でき、バイアス電流の影響の排除や耐環境大気性の強化が得られる。【選択図】図１
2014153352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積分ユニットと、
積分ユニットに連接される第一のダイオードと、
積分ユニットに連接される第二のダイオードと、
積分ユニットに連接される比較器と、
比較器に連接されるフリップフロップと、
フリップフロップに連接される否定ゲートと、
フリップフロップと否定ゲートに連接される否定論理積素子と、
否定論理積素子に連接されるスィッチ素子と、
否定論理積素子とスィッチ素子との間に連接される出力駆動ユニットと、
が含有される、
ことを特徴とする環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【請求項２】
上記積分ユニットに、充放容量量と演算増幅器とが備えられることを特徴とする請求項１に記載の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【請求項３】
上記充放電容量が、超低リーク電流のガラス充放電容量であることを特徴とする請求項２に記載の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【請求項４】
上記演算増幅器が、CMOS演算増幅器であることを特徴とする請求項２に記載の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【請求項５】
上記第一のダイオードが、低リーク電流ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【請求項６】
上記第二のダイオードが、超低リーク電流ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【請求項７】
上記第二のダイオードが、限流抵抗器により積分ユニットに連接されることを特徴とする請求項１に記載の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【請求項８】
上記スィッチ素子が、CMOSスィッチであることを特徴とする請求項１に記載の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【請求項９】
上記CMOSスィッチが、並列に接続されたNMOSトランジスターとPMOSトランジスターとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【請求項１０】
上記フリップフロップと否定ゲートとの間に、更に、アナログ式スィッチが連接されることを特徴とする請求項１に記載の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路に関し、特に、類似した温度特性を有しながら、入力電流に並列に接続される調整可能の電流源を利用して、寄生リーク電流に対して補償し、また、補償した後、最も低い適用可能の電流が、フェムトアンペア(10-15A)になり、また、温度無感覚測定が、50℃を超えるようになり、有効に、表面のリーク電流問題を解消でき、バイアス電流の影響の排除や耐環境大気性の強化が得られるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
γ線チャンバーは、最も簡単でありながら、最も早く登場した放射線検出器であり、チャンバーの正常仕事の原理は、電界で、気体に直接的に電離したことにより生成した全部の電荷を集中する。それの標準構造は、二つの基本電極から構成され、その一つが、高圧電極で、もう一つが、集中電極であり、チャンバー内に、高圧気体であるアルゴンガスが充填され、その外部が、封止されたケーシングになる。入射したγ線が、チャンバー感度領域に入射すると、電極やチャンバーの壁から、二次電子（光電子とコンプトン電子）を打ち出し、二次電子により、気体が電離されて、陽陰イオン対が生成される。電界が存在する時（二つの電極に、分極電圧がある時）、イオンと電子とは、正電荷が、陰極へ向かってコースティングして、負電荷が、陽極へ向かってコースティングすることにより電流が構成される。所定の体積を有する気体が、所定のγ線によって照射されると、イオン対の生成率が、一定になる。
【０００３】
チャンバーの利点は、構造が簡単で、長期の仕事安定性が優れて、耐用寿命が長く、使用中、メンテナンスを必要しないため、悪い仕事環境でも安定的に稼動できる。そのため、核放射線ダッシュボードに使用される放射線検出器が、多種類になるが、その大部は、例えば、イオン化放射線校正や核医学設備放射線品質測定、高エネルギーX放射線コンテナ検知機、ミル用厚み計、連続スチール注湯の液面制御装置、原子力尺度及び連続液面検知器などには、様々の体積のチャンバーを検知器として使用される。
【０００４】
1981年アメリカ合衆国GE会社とアメリカ合衆国エネルギー省の環境サーベイランス実験室とが、提携して、世界初めの高圧チャンバー(High Pressure Ion Chamber, HPIC)を適用したオンライン環境放射線監視システムを開発したが、GEのHPIC環境監視器が、HPICや微弱電流計及びデータプロセッサからなり、それは、内部に25大気圧のアルゴンガスを有するステンレス球体があって、球体の中央に、直径2インチの小さい玉があり、その支持枠と球体との間において、セラミックによって封止され、それと球体自身とが、それぞれ、検知器の陽陰極になる。γ線検知器として、稼動する時、負電位陰極プラグが、-400Volt電圧に接続され、陽極とリーク電流抑制電極リングが、グラウンド電位に接続される。高エネルギーガンマ線が、HPICに入射した時、チャンバーの壁やアルゴンガスと作用してイオン化させ、正電荷のアルゴンイオンと負電荷の電子を生成する。荷電粒子が、内部電界によって加速され、陽極と陰極に吸収され、電流が形成されて静電荷が堆積され、その物理量が、ガンマ線のエネルギーと流量とは、正比例になる。
【０００５】
GE会社によって発表された資料によれば、当該HPIC放射線感度が、2.6x10-14アンペア/(μR/h)であり、推定環境背景放射線(~10μR/h)の下であれば、その出力電流が、約0.26pAであり、また、従来のGEのHPIC環境監視器微弱電流計である場合、照射量に対比したアナログ出力信号を提供する時、高絶縁度且つ気密的に、直接に、HPIC電極プラグに実装することが必要になり、これにより、空間リーク電流騒音を低減し、また、チャンバーの電流出力が、10-14~10-11アンペアの範囲(約100倍以下の背景環境放射線強度)である時、5x1011オームの極めて高い抵抗値の抵抗で、微弱電流を、電圧に変換して出力する。10-10乃至10-8アンペアの範囲は、109オームで、電圧に変換されて出力される。
【０００６】
しかしながら、従来の高抵抗値の抵抗で、微弱電流を電圧に変換してから、アナログ／ディジタル変換を行う既存の設計は、ADC集積回路素子特性に合わせて、先端に、2-3の電磁スィッチの機械動作を利用して、測量範囲を切り替えることが必要になり、台湾の蒸し暑い気候で適用される実務経験によれば、接点が、酸化やリーク電流による故障率が極めて高いだけでなく、ADCへ送られる高抵抗値の電圧信号が、容易に干渉され、そのため、よく異常のサージ電圧が侵入して、測量データの解析が難しくなる。
【０００７】
本発明者は、上記欠点を解消するため、慎重に研究し、また、学理を活用して、有効に上記欠点を解消でき、設計が合理である環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路の本発明を提案する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主な目的は、類似した温度特性を有しながら、入力電流に並列に接続される調整可能の電流源を利用して、寄生リーク電流について補償し、また、補償した後、最も低い適用可能の電流が、フェムトアンペア(10-15A)になるようにして、また、温度無感覚測定が、50℃を超えるようにして、有効に、表面のリーク電流問題を解消でき、バイアス電流の影響の排除や耐環境大気性の強化が得られる環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路であり、積分ユニットと、積分ユニットに連接される第一のダイオードと、積分ユニットに連接される第二のダイオードと、積分ユニットに連接される比較器と、比較器に連接されるフリップフロップと、フリップフロップに連接される否定ゲートと、フリップフロップと否定ゲートとを連接する否定論理積素子と、否定論理積素子に連接されるスィッチ素子と、否定論理積素子とスィッチ素子との間に連接される出力駆動ユニットとが、含有される。
【００１０】
本発明の実施例によれば、上記積分ユニットは、充放電容量と演算増幅器とが備えられる。
【００１１】
本発明の実施例によれば、上記充放電容量は、超低リーク電流のガラス充放電容量である。
【００１２】
本発明の実施例によれば、上記演算増幅器は、CMOS演算増幅器である。
【００１３】
本発明の実施例によれば、上記第一のダイオードは、低リーク電流ダイオードである。
【００１４】
本発明の実施例によれば、上記第二のダイオードは、超低リーク電流ダイオードである。
【００１５】
本発明の実施例によれば、上記第二のダイオードは、限流抵抗器により積分ユニットに連接される。
【００１６】
本発明の実施例によれば、上記スィッチ素子は、CMOSスィッチである。
【００１７】
本発明の実施例によれば、上記CMOSスィッチは、並列に接続されたNMOSトランジスターとPMOSトランジスターとから構成される。
【００１８】
本発明の実施例によれば、上記フリップフロップと否定ゲートとの間に、更に、アナログ式スィッチが連接される。
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の特徴や技術内容について、詳しく説明するが、それらの図面等は、参考や説明のためであり、本発明は、それによって制限されることが無い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の基本構造概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の基本構造概念図である。図のように、本発明は、環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路であり、少なくとも、積分ユニット１と第一のダイオード２、第二のダイオード３、比較器４、フリップフロップ５、否定ゲート６、否定論理積素子７、スィッチ素子８及び出力駆動ユニット９から構成される。
【００２２】
上記の積分ユニット１は、充放電容量１１と演算増幅器１２が備えられ、上記充放電容量１１は、超低リーク電流のガラス充放電容量であり、上記演算増幅器１２は、CMOS演算増幅器である。
【００２３】
上記第一のダイオード２は、積分ユニット１に連接され、低リーク電流ダイオードである。
【００２４】
上記第二のダイオード３は、限流抵抗器３１によって積分ユニット１に連接され、超低リーク電流ダイオードである。
【００２５】
上記比較器４は、積分ユニット１に連接される。
【００２６】
上記フリップフロップ５は、比較器４に連接される。
【００２７】
上記否定ゲート６は、フリップフロップ５に連接され、上記フリップフロップ５と否定ゲート６との間に、更に、アナログ式スィッチＡが連接される。
【００２８】
上記否定論理積素子７には、フリップフロップ５と否定ゲート６とが連接される。
【００２９】
上記スィッチ素子８は、否定論理積素子７に連接され、CMOSスィッチであり、また、上記CMOSスィッチは、並列に接続されたNMOSトランジスターとPMOSトランジスターとからなる。
【００３０】
上記出力駆動ユニット９は、否定論理積素子７とスィッチ素子８との間に連接される。上記の設計により、新規の環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路が構成される。
【００３１】
本発明によれば、上記高エネルギーガンマ線が、高圧チャンバーに入射する時、チャンバーの壁やアルゴンガスと作用してイオン化させ、正電荷のアルゴンイオンと負電荷の電子を生成し、荷電粒子が、内部電界によって加速され、陽極と陰極に吸収され、電流が形成されて靜電荷が堆積され、その物理量が、ガンマ線のエネルギーと流量とは、正比例になり、チャンバーにおいて、イオン流が、積分ユニット１の充放電容量１１を介して充電を行い、積分ユニット１の出力が、チャンバー電流による充電によって上昇し、電圧が、所定のレベルまで上昇すると、下級の比較器４を駆動して正論理の出力信号を生成させ、比較器４の出力ゲート(Gate)の大きさを決める。
【００３２】
精密な発振器Bによって生成された高、中、低周波数のタイミングは、同時に、仕事タイミングとして、フリップフロップ５と否定ゲート６に供給され、比較器４は、チャンバー電流の積分ユニット１の回路が、所定のレベルに上昇すると、正論理出力信号を生成する時、上記論理出力信号が、フリップフロップ５によって変調された後、否定ゲート６によって遅延されたタイミングと、同期に、否定論理積素子７へ送られ、フリップフロップ５の出力が、ハイ電位に維持される間において、否定論理積素子７が、持続に、タイミングをアナログ式スィッチＡへ出力し、フリップフロップ５が、ロー電位を出力する時、否定論理積素子７が、タイミングの出力を停止させる。
【００３３】
否定論理積素子７から出力されたタイミングは、出力駆動ユニット９を経由して、パルスカウントを行うために、下級の32bits高速加算カウンターへ出力され、単位時間に発生した放電パルス数は、チャンバー電流と、正比例になり、『電流/周波数変換』のディジタル検知機能が実現され、また、固定周期のタイミングで、スィッチ素子８を制御し、第二のダイオード３で、一方向に、充放電容量１１に対して、定量にパルス放電を行って、積分ユニット１の出力が、ロー電圧になるまでに、上記安定パルス電流の大きさが、限流抵抗器３１の値の大きさとVref参考電圧によって決定され、また、イオン流の大きさにより、スィッチ素子８の放電周波数が決定される。
【００３４】
電流/周波数アナログディジタル変換電流計は、温度の上昇により、第二のダイオード３の順電圧が低減されると、充放電容量１１の絶縁特性の抵抗が低下され、容量値も低下され、容量値が低下されると、充電効率に悪い影響を与え、それは、容量のバリューと媒体散逸率(Dissipation Factor, D.F.)の積分特性が、温度の変化に伴って、変動し、そのため、放電回路において、本発明は、放電切り替え素子として、CMOSスィッチのスィッチ素子８を使用し、これにより、遮断状態では、主として、リーク電流が、閾下リーク電流(Sub-threshold
leakage Current)からなり、温度の上昇とともに、VG=0Vの時、遮断リーク電流と閾下勾配St(Sub-threshold Slope)が素早く増加する。温度が、0℃から50℃に上昇した時、リーク電流が、20倍に増加する。
【００３５】
第一のダイオード２を、温度補償電流源とする電流周波数変換設計回路では、背景輻射下(信号電流が約0.2pAである)で、リサイクリング高圧チャンバーに連接され、第一のダイオード２に補償する電圧Vcと異なる電圧に変調し、リーク電流補償が、低Vc電圧に適用し、高電圧で働く時、リーク電流と補償電流とが、室温において、バラスを取って、温度が高くなると、補償電流の上昇速度が、リーク電流よりも速く、特性反転現象が発生する。低電圧(例えば、65mV)下で、リーク電流と補償電流とが、４０-４５℃の温度で、バラスをとり、この時、簡単な補償回路の追加により、電流周波数変換設計回路の温度上昇による飽和遮断現象を防止できる。
【００３６】
以上のように、本発明に係る環境監視用のリサイクリング高圧チャンバー付のディジタル回路は、有効に、従来の諸欠点を解消でき、類似した温度特性を有しながら、入力電流に並列に接続された調整可能の電流源を利用して、寄生リーク電流に対して補償でき、また、補償した後、最も低い適用可能の電流が、フェムトアンペア(10-15A)になり、また、温度無感覚測定が、50℃を超えるようになり、有効に、表面のリーク電流問題を解消でき、バイアス電流の影響の排除や耐環境大気性の強化が得られ、そのため、本発明は、より進歩的かつより実用的で、法に従って特許出願をする。
【００３７】
以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１    積分ユニット
１１  充放電容量
１２  演算増幅器
２    第一のダイオード
３    第二のダイオード
３１  限流抵抗器
４    比較器
５    フリップフロップ
６    否定ゲート
７    否定論理積素子
８    スィッチ素子
９    出力駆動ユニット
Ａ    アナログ式スィッチ
Ｂ    精密な発振器
【図１】
2014153352.tif 000003