Сбор и обработка измерительной информации

Полученные в аналоговой форме координатные и энергетический сигналы нуждаются в дополнительной коррекции. Координатные сигналы требуют введения поправок, учитывающих систематические линейные искажения, а энергетические – поправок на неравномерность чувствительности детектора. Кроме того, Z-сигналы должны пройти амплитудную селекцию и отбор сигналов, попавших в заданное энергетическое окно, дл

я формирования команд для ввода информации. К задачам сбора и обработки можно также отнести сбор информации о характеристиках ФЭУ (спектрах) с целью их последующей коррекции в случае необходимости. Все эти задачи решаются с помощью блока управления и обработки (БОУ). Это название достаточно условно, так как управляющие функции выполняют и другие узлы, например, блок управления приводами. В основном данный блок выполняет задачи коррекции систематических искажений сигналов, подготовку и выдачу измерительной информации для ЭВМ, а также очень важную функцию коррекции режимов ФЭУ, обеспечивающую выравнивание их коэффициентов усиления. Структурная схема этого блока приведена на рис.1.

Территориально этот блок расположен в нижней части 6 аппарата. Сюда поступают аналоговые координатные и энергетические сигналы из блока детектора и преобразуются в цифровую форму с помощью трех АЦП. В выпускаемой модели ГКС-301Т коррекция осуществляется смешанным способом – цифровым и аналоговым, и, в конечном итоге, измерительные сигналы в ЭВМ поступают в аналоговом виде, где они, естественно, снова преобразуются в цифровую форму. Эта особенность преобразования еще будет обсуждаться.

Анализатор спектра, или амплитудный селектор, регистрирует импульсы, попадающие в установленное энергетическое окно, и вырабатывает логические сигналы, управляющие различными узлами. Некоторые из них используются также в качестве командных при вводе аналоговых измерительных сигналов в ЭВМ. Анализатор спектра проектируется с учетом возможности использования радионуклидов с различными энергиями g-квантов. Наиболее сложным и важным узлом БОУ является система автоматического накопления и стабилизации (САНС), которая служит для установки и периодической коррекции режимов ФЭУ.

Эта система в значительной мере автономна. Ее работа протекает в основном под управлением собственного контроллера, и только на стадии математической обработки результатов, полученных в системе, используется ЭВМ. Поскольку запуску в эксплуатацию комплекса ЭКТ предшествует его настройка, в которой важнейшую роль играет САНС, изучение блока обработки и управления начнем именно с этой системы.

Напомним, что выходные сигналы в гамма-камере формируются из линейных комбинаций сигналов всех ФЭУ. Изменение коэффициентов усиления ФЭУ приводит к пропорциональному изменению их сигналов, а значит, и общего сигнала гамма-камеры. Эту зависимость можно записать в виде системы уравнений

,

, (1)

. . . . . . . . . . . . .

,

где – сигнал на входе к-го ФЭУ от вспышки в i-й точке отсчета с известными координатами; Gi – коэффициент усиления i-го ФЭУ; Zк – общий выходной сигнал от вспышки в i-й точке. Все величины в системе (1) могут быть представлены в относительных единицах.

Вклады отдельных ФЭУ определяют во время предварительной настройки. Для этого набирают спектр детектора в известной точке поверхности. Спектр получают, перемещая энергетическое окно вдоль диапазона энергий и подсчитывая число вспышек за определенный интервал времени в каждом положении окна. Типичный вид спектра детектора с коллиматором показан на рис.2. При низких энергиях наблюдается подъем за счет шумов и фонового излучения, затем – небольшой пик, обусловленный вторичным излучением свинца коллиматора (его называют переизлучением) и основной фотопик. Вклад отдельных ФЭУ в общий сигнал определяют, поочередно отключая их от источника питания. При этом происходит смещение фотопика влево (тонкая линия). Величина смещения DА и является мерой вклада ФЭУ. Из этих величин составляют файл, который хранится в памяти ЭВМ и используется при решении системы (1). Эту систему можно записать в матричном виде

С´G = Z,

где С – матрица вкладов ФЭУ в точках сцинтилляций с известными координатами, Z – векторобщих сигналов для тех же точек, G – вектор коэффициентов усиления. Решая это уравнение относительно G, получим

G = C-1Z.

Решение этого матричного уравнения занимает много времени и требует большого объема памяти. Поэтому оно выполняется в ЭВМ, куда после накопления спектра засылаются исходные данные – С и Z .

Рассмотрим, как формируется спектр с помощью структурной схемы накопителя САНС (рис.3). В режиме автоматической настройки детектор облучается точечным источником, расположенным на некотором расстоянии от поверхности детектора.

Собственно спектры ФЭУ накапливаются в ОЗУ, общий объем памяти которого разбит на несколько областей по количеству ФЭУ. В свою очередь, каждая область содержит несколько ячеек (128 – 256), в которых содержатся отсчеты спектра данного ФЭУ. Адреса ОЗУ составляются из выходных данных специального ПЗУ и нескольких старших разрядов Z-сигнала DZ. В ПЗУ записаны номера ФЭУ, которые извлекают, используя в качестве адресов цифровые координаты DX и DY (несколько старших разрядов). Номер каждого ФЭУ в ПЗУ занимает некоторую зону. Соответственно имеется определенный диапазон координат DX и DY, попадающих в данную зону. Таким образом, задается адрес области, занимаемой некоторым ФЭУ, и ячейки в этой области с известной энергией импульса. Теперь остается записать в эту ячейку единицу. Это делается с помощью цифрового компаратора.

Контроллер САНС формирует некоторое энергетическое окно неизменной ширины. Оно задается верхним и нижним уровнями, которые поступают на цифровой компаратор. Окно перемещается вдоль диапазона энергий. На вход сравнения компаратора подаются те же разряды Z-сигнала, которые используются для адресации ОЗУ. Когда Z-сигнал попадает в энергетическое окно, компаратор выдает сигнал чтения/записи ОЗУ и ряд других управляющих сигналов. По этим командам из ОЗУ по установленному адресу вызывается ячейка памяти, к содержимому которой в инкременторе добавляется единица. Затем новое значение через буферный регистр снова записывается в ту же самую ячейку. Этот процесс и представляет собой накопления спектра. В качестве инкрементора можно использовать сумматор или счетчик с входами параллельной загрузки.

 Скачать реферат