устройство для определения местоположения точечных источников излучения

Формула изобретения

Устройство для определения местоположения точечных источников излучения, состоящее из трех одинаковых одномерных кодирующих масок, каждая из которых представляет собой последовательность элементов, непрозрачных для данного вида излучения, соответствующих нулям, и отверстий, соответствующих единицам в двоичной псевдослучайной последовательности, с общим количеством элементов m в каждой маске, расположенных в одной плоскости под углом друг к другу по сторонам равностороннего или равнобедренного прямоугольного треугольника, ограничивающего поле зрения устройства вписанной окружностью, трех одинаковых одномерных позиционно чувствительных детекторов, содержащих чувствительные элементы в виде светоизолированных друг от друга сцинтилляционных пластинок или пленок, количество которых в каждом детекторе равно m расположенных на расстоянии a от соответствующих кодирующих масок, определяемом масштабом требуемого изображения, в плоскости, параллельной плоскости расположения кодирующих масок, выходы чувствительных элементов детекторов подключены ко входу устройства сбора и преобразования информации, выходы которого подключены к входам вычислительного устройства, в которое введена программа, выходы вычислительного устройства подключены к входам дисплея, отличающееся тем, что устройство содержит три одинаковые экранные линейки, экран, детекторные световоды в количестве 3m штук, экранные световоды и одномерные восстанавливающие маски в количестве 3m штук, каждая из которых состоит из элементов, представляющих светоизолированные между собой красный и синий светофильтры, последовательность расположения которых в восстанавливающей маске получена заменой элементов, соответствующих единицам и нулям кодирующей маски, на красный и синий светофильтры соответственно, в каждой группе из m восстанавливающих масок последовательность расположения элементов в каждой последующей маске сдвинута циклически на один элемент, каждая из трех экранных линеек представляет собой светоизолированные между собой элементы сложения цветов, например из матового белого стекла, с количеством элементов m, экран представляет собой сетку на плоскости, образованную выходными световодами трех групп по m штук в каждой, перпендикулярных к экранным линейкам соответственно, экранные световоды представляют собой совокупность световолокон, при этом входы одномерных восстанавливающих масок в каждой группе из m штук подключены каждая к выходу соответствующего детекторного световода, входы которых подключены каждый к выходу чувствительного элемента соответствующих детекторов, выходы каждого из чувствительных элементов каждой из восстанавливающей маски в каждой из трех групп восстанавливающих масок подключены к входу соответствующего световолокна экранных световодов, выходы экранных световодов, входы которых подключены к выходам элементов восстанавливающих масок в каждой группе, имеющих одинаковые порядковые номера в масках, подключены к входам элементов с такими же порядковыми номерами в экранных линейках соответственно, выходы всех элементов трех экранных линеек устройства подключены к сетке экрана из световодов каждый к световоду, расположенному в направлении, перпендикулярном каждой экранной линейке соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам регистрации точечных источников излучения и может быть применено для выявления визуально скрытых источников ионизирующего излучения как при регистрации на местности, так и на движущихся объектах и тем самым осуществлять контроль экологического состояния среды по ионизирующему излучению, причем регистрации можно производить с большой скоростью и на относительно больших расстояниях.

Известно устройство регистрации точечных источников, в котором регистрация осуществляется детектором с применением маски, чувствительные элементы которого расположены в одной плоскости и образуют двухмерную матрицу с примерно равными сторонами: количество элементов в матрице равно m₁ rS или m₂ r(S + 2). Указанной матрице соответствует маска, состоящая из отверстий "1" и непрозрачных для данного вида излучения участков "0", представляющих псевдослучайную маску.

С чувствительных элементов детектора снимаются электрические сигналы, которые преобразуются в цифровую форму в блоке пересчета, представляемую в виде массива чисел P_k,l, где k,l дискретные координаты сигналов соотнесенные с плоскостью детектора.

Сигналы, соответствующие массиву чисел P_k,l запоминаются в ЗУ устройства, затем при соответствующей обработке по запомненному массиву получается информация об источниках в виде массива чисел F_i,j по соотношению



где G восстанавливающий массив чисел, состоящий из "1" и "-1", полученный из матрицы заменой "0" на "-1";

i,j дискретные координаты источников в плоскости источников.

Причем обработка указанной информации производится при помощи ЭВМ, скорость этой обработки и вывод информации определяется соответствующими характеристиками ЭВМ.

Массив чисел F имеет максимумы на плоскости матрицы F, каждый из которых соответствует определенному точечному источнику, и таким образом получают информацию о количестве источников и их взаимном расположении. Полученная информация представляется на экране дисплея.

Недостатками этого устройства являются малая точность регистрации, малая надежность из-за большого необходимого количества элементов схемно-технического решения, большое потребление энергии питания.

Наиболее близким техническим решением к заявленному по большому количеству сходных существенных признаков является способ и устройство регистрации точечных источников излучения. Устройство содержит основные составные части (блоки): три одинаковые одномерные кодирующие маски, каждая из которых представляет собой последовательность элементов, непрозрачных для данного вида излучения, что соответствует нулям, и отверстий, что соответствует единицам в двоичной псевдослучайной последовательности, с общим количеством элементов m, расположенных в одной плоскости под углами друг к другу по сторонам, например равностороннего или равнобедренного прямоугольного треугольника, ограничивающего поле зрения устройства вписанной окружностью; три одинаковые одномерные позиционно чувствительные детекторы, содержащие чувствительные элементы, например сцинтилляционные, количество элементов каждого детектора равно количеству элементов кодирующей маски m; выходы чувствительных элементов детекторов подключены к устройству сбора и преобразования информации, выходы которого подключены к входам вычислительного устройства, в которое введена программа, выходы вычислительного устройства подключены к входам дисплея. Каждая пара маска-детектор образуют три детекторных линейки соответственно. Информацию об источниках излучения в виде дискретной последовательности чисел F получают для каждой линейки по соотношению



где P дискретная последовательность, состоящая из нулей и положительных чисел, формируемая на детекторе; G матрица, полученная из кодирующей маски заменой нулей на "-1"; i,k дискретные координаты элементов последовательностей F и P соответственно.

Указанное устройство имеет ряд существенных недостатков:

во-первых, недостаточное быстродействие из-за сравнительно большого времени обработки информации электронным вычислительным устройством и вывода информации на дисплей;

во-вторых, большое потребление энергии питания, высокая сложность схемного построения на активных элементах и недостаточная надежность.

Технической задачей изобретения является уменьшение потребляемой энергии питания при одновременном повышении быстродействия обработки и вывода информации и надежности устройства.

Техническая задача изобретения в устройстве для определения местоположения точечных источников излучения, состоящем из трех одинаковых одномерных кодирующих масок, каждая из которых представляет собой последовательность элементов (участков), непрозрачных для данного вида излучения, что соответствует нулям, и отверстий, что соответствует единицам в двоичной псевдослучайной последовательности с общим количеством элементов m, расположенных в одной плоскости под углами друг к другу по сторонам, например равностороннего или равнобедренного прямоугольного треугольника, ограничивающего поле зрения устройства вписанной окружностью; трех одинаковых одномерных позиционно чувствительных детекторов, содержащих чувствительные элементы, например из светоизолированных между собой сцинтилляторов, количество которых в каждом из детекторов равно m (количеству элементов в каждой из кодирующих масок), расположенных на некотором расстоянии a от соответствующих масок, значение которого определяется требуемым масштабом изображения в плоскости, параллельной плоскости расположения кодирующих масок, достигается тем, что устройство сбора и преобразования информации, вычислительное устройство с программой и дисплеем согласно изобретению выполнены в виде:

одномерных восстанавливающих масок в количестве 3 m штук, каждая из которых состоит из m элементов, имеющих порядковые номера в маске, представляющих собой светофильтры, разнесенные по спектру пропускания, например красный и синий, последовательность расположения цветных фильтров (элементов) в восстанавливающей маске получена из кодирующей маски заменой элементов "0" и "1" на синий и красный элементы (светофильтры) соответственно, при этом в каждой группе, состоящей из m восстанавливающих масок, последовательность расположения элементов в каждой последующей восстанавливающей маске сохраняется, но начало сдвинуто циклически на один элемент;

трех одинаковых экранных линеек, представляющих собой каждая линейку светоизолированных между собой элементов сложения цветов, например из матового белого стекла, с количеством элементов m, имеющим порядковые номера в линейке;

экрана, представляющего собой сетку на плоскости, образованную выходными световодами из трех групп по m штук в каждой, расположенных перпендикулярно к экранным линейкам соответственно;

детекторных световодов в количество 3 m штук, которые могут быть сплошными или пустотелыми;

экранных световодов, представляющих собой совокупность волоконных линий.

При этом входы одномерных восстанавливающих масок в каждой группе, состоящей из m штук, подключены каждая к выходу соответствующего детекторного световода, входы которых подключены каждый к выходу чувствительного элемента соответствующих детекторов, выход каждого чувствительного элемента каждой восстанавливающей маски каждой из трех групп восстанавливающих масок подключен к входу соответствующей волоконной линии экранных световодов, выходы экранных световодов, входы которых подключены к выходам элементов восстанавливающих масок (в каждой группе из m масок), имеющих одинаковые порядковые номера в масках, подключены к входам элементов с такими же порядковыми номерами в экранных линейках соответственно, выходы всех элементов трех экранных линеек устройства подключены к сетке экрана из световодов (каждый к световоду), расположенных в направлении, перпендикулярном каждой экранной линейке соответственно.

На фиг. 1 представлена функциональная схема одного из трех одинаковых каналов устройства; на фиг. 2 схема экрана; на фиг. 3 структурная схема устройства.

На фиг. 1 обозначено:

1 одномерная кодирующая маска;

2 одномерный позиционно чувствительный детектор;

3 детекторные световоды;

4 одномерные восстанавливающие маски;

5 экранные световоды;

6 экранная линейка.

На фиг. 2 обозначено:

6₁, 6₂, 6₃ экранные линейки;

6_1-1, 6_1-2, 6_2-1, 6_2-2, 6_3-1, 6_6-2 места расположения максимальных значений дискретной последовательности F на соответствующих линейках;

И₁, И₂ места пересечения трех перпендикуляров, восстановленных к экранным линейкам в точках расположения максимумов F, определяющие местоположение точечных источников в поле зрения устройства;

7 экран, состоящий из сетки световодов.

На фиг. 3 обозначено:

1₁, 1₂, 1₃ одномерные кодирующие маски;

2₁, 2₂, 2₃ одномерные позиционно чувствительные детекторы;

3_1,1 3_1,m; 3_2,1 3_2,m; 3_3,1 - 3_3,m детекторные световоды;

4_1,1, 4_1,m; 4_2,1 4_2,m; 4_3,1 - 4_3,m восстанавливающие одномерные маски;



6₁, 6₂, 6₃ экранные линейки;

7 экран.

Как следует из фиг. 3 устройство состоит из трех одинаковых каналов, включенных на один экран 7, являющийся выходным блоком.

Выход кодирующей одномерной псевдослучайной маски 1 непосредственно связан с входом одномерного позиционно чувствительного детектора 2 с количеством чувствительных элементов m. Выход каждого из чувствительных элементов детектора подключен к входу детекторного световода 3, выход каждого из m детекторных световодов подключен к входу каждой из m восстанавливающей маски 4, в свою очередь каждая из восстанавливающих масок 4 содержит m элементов и соответственно m выходов, имеющих порядковые номера в маске. Выход каждого элемента каждой восстанавливающей маски подключен к входу экранного световода 5, выходы экранных световодов 5, входы которых подключены к элементам восстанавливающих масок 4, имеющих одинаковые порядковые номера в масках, подключены к входам элементов с такими же порядковыми номерами в экранной линейке 6. Выходы всех элементов трех экранных линеек 6₁, 6₂, 6₃ подключены к сетке из световодов, расположенных в направлении, перпендикулярном каждой экранной линейке 7 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

Излучение точечных источников, находящихся в поле зрения устройства, рентгеновского, гамма или др. излучения проходит через кодирующую маску 1, претерпевает кодирование по координате, с выхода маски в виде соответствующей тени, состоящей из m участков различной интенсивности, поступает на одномерный позиционно чувствительный детектор 2, содержащий чувствительные элементы, например сцинтиляционные, выполненные в виде светоизолированных между собой пластинок или пленок, или рентгеновского усиливающего экрана (ЭУ-И4, ЭУ-В2А, ЭУ-ФХ и др. для регистрации рентгеновского излучения). Те элементы детектора, на которые излучение не попадает, не светятся, элементы, на которые излучение попадает, светятся в соответствии с интенсивностью падающего излучения. Таким образом на детекторе формируется дискретная последовательность Р, состоящая из нулей и положительных чисел. В случае недостаточной интенсивности свечения детектора, это свечение может быть усилено усилителем света, например типа ЭОП: CПО8, СПР36 и др. выполненных на основе использования фотокатода, усилительной микроканальной пластины и люминесцентного экрана. Усилитель света может быть единственным элементом, требующим для работы питающего напряжения.

Световые сигналы с выхода каждого чувствительного элемента детектора одновременно поступают на вход детекторных световодов 3 и с их выхода на вход восстанавливающих одномерных масок 4, каждый элемент которых представляет собой синий или красный светофильтр. Те элементы восстанавливающей маски, на которые по детекторным световодам 3 свет не поступает, не светятся, что в данном случае соответствует "0", те элементы восстанавливающей маски, на которые по детекторным световодам 3 свет поступает, светятся красным или синим светом, что сопоставляется с "1" и "-1" соответственно.

Прохождение световых сигналов последовательности P через восстанавливающие маски G равнозначно операции умножения:



Полученные световые сигналы с выхода каждого элемента каждой восстанавливающей маски поступают одновременно на входы экранных световодов 5 и по ним поступают на входы элементов экранных линеек 6, где объединяются на одном элементе экранной линейки все выходы, имеющие одинаковый порядковый номер во всех восстанавливающих масках 4 и тот же порядковый номер элемента экранной линейки 6.

Объединение световых сигналов различных цветов на одном элементе из диффузного материала равнозначно операции сложения по закону сложения цветов [3, c. 13-15]

1(кр.) + 1 (кр.) 2 (красн.)

1 (кр.) 1 (син.) 0 (пурпурн.)

0 (черн.) + 1 (кр.) 1 (кр.)

0 (черн.) 1 (син.) -1 (син.)

По визуальному восприятию пурпурный цвет ближе к черному или синему, чем к красному, поэтому его можно соотнести с "0" c учетом того, что в реальной промежуточной последовательности Р не может быть отрицательных чисел.

Таким образом в устройстве выполняется вычисление интенсивности и координаты местоположения F по формуле



Из точек расположения максимумов красного свечения элементов на экранных линейках 6₁, 6₂ и 6₃ (точки 6_1-1, 6_2-1, 6_3-1 и 6_1-2, 6_2-2, 6_3-2) (фиг. 2), расположенных в соответствии с расположением кодирующих масок 1₁, 1₂ и 1₃ по сетке экрана, составленной из прямых линий световодов перпендикулярно экранным линейкам, светящихся соответствующим цветом при прохождении по ним света, например красного, определяется наличие и место расположения точечных источников в плоскости в точках пересечения трех перпендикуляров, восстановленных к экранным линейкам 7 в точках максимумов (фиг. 2, точки И₁ и И₂).