ピーク検出回路、マルチチャネルアナライザおよび放射線測定システム
【課題】パルス信号のピーク到達時刻を正確に計測することができるピーク検出回路、マルチチャネルアナライザおよび放射線測定システムを実現することにある。
【解決手段】被測定信号のピーク値を検出するピーク検出回路に改良を加えたものである。本回路は、被測定信号をサンプリングするＡＤ変換器と、被測定信号の振幅がしきい値を超えたことを検出するしきい値検出部と、このしきい値検出部がしきい値を超えたことを検出してから所定の時間の間にＡＤ変換器から入力されたデジタルデータのなかからピーク値となる最大値を検出するピーク検出部と、このピーク検出部が最大値を検出したときの時刻を出力するタイマ部とを設けたことを特徴とするものである。
【解決手段】被測定信号のピーク値を検出するピーク検出回路に改良を加えたものである。本回路は、被測定信号をサンプリングするＡＤ変換器と、被測定信号の振幅がしきい値を超えたことを検出するしきい値検出部と、このしきい値検出部がしきい値を超えたことを検出してから所定の時間の間にＡＤ変換器から入力されたデジタルデータのなかからピーク値となる最大値を検出するピーク検出部と、このピーク検出部が最大値を検出したときの時刻を出力するタイマ部とを設けたことを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定信号をＡＤ変換器でサンプリングし、ピーク値を検出するピーク検出回路、マルチチャネルアナライザおよび放射線測定システムに関し、詳しくは、パルス信号のピーク到達時刻を正確に計測することができるピーク検出回路、このピーク検出回路を用いたマルチチャネルアナライザおよびこのマルチチャネルアナライザを用いた放射線測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ピーク検出回路は、パルス信号などの波形解析を行なう測定装置などの入力部に用いられる。例えば、放射線の研究分野等において用いられる計測器のマルチチャネルアナライザ（以下、ＭＣＡ（Multichannel Analyzer）と略す）の入力部に用いられたりする。
【０００３】
また、ＭＣＡは、試料から出力される放射線それぞれの発生回数を計数して、放射線源の種類等の同定や放射線源の強度の時間変動、半減期等を解析するためのヒストグラム（エネルギースペクトル）等を作成する。
【０００４】
図４は、測定すべき試料からの放射線のエネルギーを測定し、放射線源の種類等を同定する従来の放射線測定システムの構成を示した図である（例えば、特許文献１、２参照）。図４において、試料１０から出力される放射線が検出器１１に入力される。そして、検出器１１が、放射線のエネルギーに対応した電荷量を出力するが、放射線のエネルギーは放射線源によって固有であるため、検出器１１が出力する電荷量も放射線源によって固有となる。さらに、前置増幅器（例えば、チャージアンプ）１２が、検出器１１からの電荷量を、この電荷量に比例した電圧値に変換する。さらに、波形整形増幅器１３が、前置増幅器１２からの信号を、幅の狭いパルス信号（一般的には、信号幅ＦＷＨＭ（full width half maximum）＝〜１［μｓ］のガウス形状）に変換する。従って、波形整形増幅器１３からのパルス信号のピーク値（波高値）と検出器１１からの電荷量は比例している。
【０００５】
そして、ＭＣＡ１４が、波形整形増幅器１３から入力されるパルス信号を測定することにより、試料の放射線源（核種）の種類等を同定する。すなわち、パルス信号のピーク値（電圧値）には、試料からの放射線のエネルギー等の情報が含まれるので、ピーク値を求めることにより、どの種類の放射線源からの出力であるかを判断する。さらに、ピーク値それぞれの発生回数をカウントし、横軸をチャネル番号、縦軸を度数（頻度）のヒストグラム（エネルギースペクトル）を作成する。ここで、チャネル番号とはピーク値と一対一に対応する番号である。また、ＭＣＡ１４が、パルス信号のピークを検出した時刻を求め、ピーク値とともにピーク時刻を組にしたリストを作成する。
【０００６】
図５は、ＭＣＡ１４等の測定装置の入力部に用いられるピーク検出回路の従来の構成を示した図である（例えば、特許文献３、４参照）。図５において、入力端子２１に入力される入力信号Ｖｉは、ピークホールド回路２２でそのピーク値がホールドされる。そして、ピークホールド回路２２からのピークホールド信号Ｖｏが、ＡＤ変換器２３に加えられてデジタルデータに変換される。さらに、ＡＤ変換器２３の出力データはメモリ２４に書き込まれる。そして、ピーク検出回路の後段の解析部（図示せず）が、メモリ２４から出力データを読み出し、上述の解析（放射線源の種類等を同定、リスト作成等）を行なう。
【０００７】
次に、ピークホールド回路の詳細を説明をする。演算増幅器ＩＣ１の非反転入力端子は、入力端子２１に接続されて入力信号Ｖｉが加えられ、その出力端子にはダイオードＤ１のアノードが接続されている。また、算増幅器ＩＣ１の反転入力端子には、ダイオードＤ１のカソードが接続されるとともにコンデンサＣを介してアースに接続されている。そして、これら演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子とダイオードＤ１のカソード及びコンデンサＣの接続点には演算増幅器ＩＣ２の非反転入力端子が接続されている。なお、演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子はその出力端子に接続され、出力端子からピークホールド信号Ｖｏが出力される。スイッチＳＷは、コンデンサＣと並列に設けられ、コンデンサＣを放電させる。
【０００８】
このような装置の動作を説明する。
ここで、図６は、入力信号Ｖｉとピークホールド信号Ｖｏの関係を図示した図であり、横軸は時間であり、縦軸は振幅である。パルス信号が２個入力される例で説明する。
【０００９】
入力信号Ｖｉによって、コンデンサＣに充電が行なわれるが、入力信号Ｖｉの電圧が充電電圧より下がったとしても、ダイオードＤ１が、放電を阻止するので、結果的に入力信号Ｖｉの最大値に比例した充電電圧がコンデンサＣにホールドされる。そして、図示しないしきい値検出部が、入力信号Ｖｉの電圧を監視し、しきい値を超えると、所定時間Δτ時間経過後にＡＤ変換器２３にタイミング信号を出力する。
【００１０】
さらに、ＡＤ変換器２３が、タイミング信号のタイミングに基づき、ピークホールド信号ＶｏをＡＤ変換した出力データをメモリ２４に格納する。なお、しきい値検出部が、所定時間Δτが経過し、さらにＡＤ変換器２３のＡＤ変換が終了した時間経過した後、放電用のスイッチＳＷの接続をＯＮしてコンデンサを放電し、放電後、スイッチＳＷをオフする。
【００１１】
一方、しきい値検出部（図示せず）が、タイマ（図示せず）にもタイミング信号を出力し、タイマが、メモリ２４内の対応するデジタルデータに時刻を付加する。
【００１２】
【特許文献１】特許第２５７７３８６号
【特許文献２】特許第２６４５１９６号
【特許文献３】特開平５−２６４６１０号公報
【特許文献４】特開平５−２９１８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、ピークホールド回路２２がパルス信号のピークとなる電圧をホールドする。そして、このホールドされている電圧を、タイミング信号に基づいてＡＤ変換器２３がＡＤ変換すると共に、同じタイミング信号に基づいてタイマが時刻を出力し、デジタルデータに関連付けする。
【００１４】
放射線測定システムでは、検出器１１を複数個用いる場合、それぞれのエネルギー測定データ間の時間的な関係を確保せねばならず、ピーク到達時刻を正確に計測する（パルス幅ＦＷＨＴ＝〜１［μｓ］なので数［ｎｓ］〜数百［ｎｓ］の精度）ことが必要である。
【００１５】
また、放射線源からの放射線出力時に、その放射線のエネルギー測定データと、放射線出力に付随して起こる他の現象に関係した物理量の測定データとの、時間的な関係を確保する必要もある。
【００１６】
しかしながら、しきい値を超えてから時間Δτ後にタイミング信号が出力されるため、ＡＤ変換器２３が、パルス信号のピークが到達した時刻と同時にＡＤ変換しておらず、パルス信号のピーク到達時刻を正確に計測することが困難であるという問題があった。
【００１７】
また、増幅器に入力する信号の波高値によってパルス信号のパルス幅、ピーク値も異なるため、しきい値を超えた点とピーク値との関係も異なり、ピーク到達時刻を正確に計測することが困難であるという問題があった。
【００１８】
そこで本発明の目的は、パルス信号のピーク到達時刻を正確に計測することができるピーク検出回路、このピーク検出回路を用いたマルチチャネルアナライザおよびこのマルチチャネルアナライザを用いた放射線測定システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１記載の発明は、
被測定信号のピーク値を検出するピーク検出回路において、
前記被測定信号をサンプリングするＡＤ変換器と、
前記被測定信号の振幅がしきい値を超えたことを検出するしきい値検出部と、
このしきい値検出部がしきい値を超えたことを検出してから所定の時間の間に前記ＡＤ変換器から入力されたデジタルデータのなかから前記ピーク値となる最大値を検出するピーク検出部と、
このピーク検出部が最大値を検出したときの時刻を出力するタイマ部と
を設けたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
ピーク検出部は、
前記ＡＤ変換器からのデジタルデータと他方のデジタルデータとを比較するデジタル比較回路と、
前記デジタル比較回路の比較結果によって、保持するデジタルデータを前記ＡＤ変換器からのデジタルデータに更新し、更新したデジタルデータを前記他方のデジタルデータとして前記デジタル比較回路に出力するデータ保持回路と、
を有し、タイマ部は、
所定の周期でカウントし、カウント値を出力するカウンタと、
前記デジタル比較回路の比較結果によって、保持するカウント値を前記カウンタからのカウント値に更新するカウント値保持回路と
を有することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
ピーク検出部のデータ保持回路とタイマ部のカウント値保持回路のそれぞれは、前記所定の時間の経過時に保持しているデジタルデータ、カウント値を前記最大値、前記時刻として出力することを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、
放射線のエネルギーに対応したピーク値をもつパルス信号に基づいて放射線源の解析を行なうマルチチャネルアナライザにおいて、
請求項１〜３のいずれかに記載のピーク検出回路と、
このピーク検出回路からの最大値と時刻とからヒストグラムやリストを作成する解析部と
を有することを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、
試料から出力される放射線の測定を行なう放射線測定システムにおいて、
前記試料からの放射線を検出する検出器と、
この検出器からの信号を、検出された物理量の大きさに対応するピーク値を持つパルス形状の被測定信号に変換する信号変換手段と、
この信号変換手段からの被測定信号が入力される請求項４記載のマルチチャネルアナライザと
を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜３によれば、ＡＤ変換器が、被測定信号をＡＤ変換し、ピーク検出部が、所定の時間の間にＡＤ変換器から入力されたデジタルデータのなかからピーク値となる最大値を検出し、タイマ部が、ピーク検出部によって最大値が検出されたときの時刻を出力するので、パルス信号のピーク到着時刻を正確に計測することができる。
請求項４によれば、請求項１〜３のいずれかに記載のピーク検出回路からの時刻を用いるので、解析部が、正確な到着時刻でリストを作成することができ、測定精度が向上する。
請求項５によれば、請求項４記載のマルチチャネルアナライザを用いることにより、他の物理量や他の検出器の検出結果との時間的な関係を確保することができ、放射線測定システムとしての測定精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を示したＭＣＡの構成図である。ＭＣＡは、ピーク検出回路１００、解析部４０、メモリ５０を有し、波形整形増幅器１３から入力されるパルス信号のピーク値等を測定することにより、試料の放射線源（核種）の種類等を同定する。さらに、エネルギースペクトルやピーク値と時刻とを組にしたリスト等を作成する。
【００２２】
解析部４０は、ピーク検出回路１００からのピーク値、時刻等に基づいて、エネルギースペクトル、リスト等を作成し、メモリ５０に格納する。
【００２３】
ピーク検出回路１００は、ＭＣＡの入力部であり、入力端子２１、バッファ３０、しきい値検出部３１、スタート信号出力部３２、クロック部３３、ＡＤ変換器３４、制御信号出力部３５、タイマ部３６、ピーク検出部３７を有し、波形増幅器１３からのパルス信号が入力され、パルス信号それぞれのピーク値、ピーク検出した時刻、ピーク検出終了の信号を解析部４０に出力する。
【００２４】
入力端子２１は、波形増幅器１３から入力信号Ｖｉが入力される。なお、入力信号Ｖｉは、ピーク値を持ったパルス信号を含む被測定信号である。
【００２５】
バッファ３０は、入力端子２１から入力信号Ｖｉが入力され、入力信号Ｖｉの雑音除去、波形整形等を行なって、しきい値検出部３１、ＡＤ変換器３４に出力する。
【００２６】
しきい値検出部３１は、入力信号Ｖｉの振幅を監視し、所定のレベル（しきい値）を超えた場合、検出信号（トリガ信号）を制御信号出力部３５に出力する。一般的にＭＣＡでは、興味のあるスペクトル部分のみを選択したり、ノイズ領域を除去するために、所望のスペクトル幅（下限値をＬＬＤ（Lower Level Discrimination）、上限値をＵＬＤ（Upper Level Discrimination））となるＲＯＩ（Region Of Interest）を設定することが多い。従って、しきい値は、ＬＬＤに設定するとよい。
【００２７】
スタート信号出力部３２は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、測定をスタートさせるためのスタート信号Ｓｔを制御信号出力部３５、タイマ部３６に出力する。
【００２８】
クロック部３３は、クロック信号Ｃｌｋをスタート信号出力部３２、ＡＤ変換器３４、制御信号出力部３５、タイマ部３６、ピーク検出部３７に出力し、各部３２、３４〜３７間の同期を図る。
【００２９】
ＡＤ変換器３４は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、入力信号Ｖｉをサンプリング（例えば、サンプリング速度１００［ＭＳ／ｓ］、分解能１４［ｂｉｔ］等）して、デジタルデータに変換してピーク検出部３７に出力する。
【００３０】
制御信号出力部３５は、しきい値検出部３１からトリガ信号が入力される。また、制御信号出力部３５は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、ピーク検出部３７にリセット信号Ｒｓ、トリガ信号が入力してから所定の時間Δｔ（この場合、所定のクロック数）内であることを示す信号（ここでは、ホールド信号Ｈｄと呼ぶ）、トリガ信号が入力してから所定の時間Δｔが経過したことを示す信号（ここでは、検出終了信号Ｅｎｄと呼ぶ）をピーク検出部３７に出力する。また、制御信号出力部３５は、検出終了信号Ｅｎｄを、タイマ部３６、解析部４０に出力する。
【００３１】
タイマ部３６は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、スタート信号Ｓｔが入力されると共にカウントを開始し、ピーク検出部３７からの信号Ｃｏｍｐ、制御信号出力部３５からの検出終了信号Ｅｎｄに基づいてカウント値を解析部４０に出力する。この場合、スタート信号Ｓｔが入力された時が、カウント値の基準時刻となる。
【００３２】
ピーク検出部３７は、ＡＤ変換器３４からデジタルデータが入力される。また、ピーク検出部３７は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、制御信号出力部３５からの信号Ｒｓ、Ｅｎｄ、Ｈｄに基づいて、所定の時間内に入力されたデジタルデータのなかから最大値を検出して解析部４０に出力し、最大値を検出したタイミングで信号Ｃｏｍｐをタイマ部３６に出力する。
【００３３】
このような装置の動作を説明する。
なお、測定時間ΔＴとは、エネルギースペクトルおよびリストを作成するために検出回路１００で複数のパルス信号を検出するための時間のことであり、スタート信号Ｓｔを基準とする。一方、所定の時間Δｔとは、ピーク検出部３７がデジタルデータの最大値を検出するための時間のことであり、しきい値検出部３１からのトリガ信号を基準とする。従って、（ΔＴ＞＞Δｔ）である。
【００３４】
クロック部３３が、入力端子２１に入力されるパルス信号の有無、スタート信号出力部３２からのスタート信号Ｓｔの有無に関わらず、クロック信号Ｃｌｋを、各部３２、３４〜３７に出力する。また、ＡＤ変換器３４が、パルス信号、スタート信号Ｓｔの有無に関わらず、クロック信号Ｃｌｋのクロック周波数で常時ＡＤ変換を行ない、ピーク検出部３７にデジタルデータを出力する。
【００３５】
そして、スタート信号出力部３２が、制御信号出力部３５とタイマ部３６にスタート信号Ｓｔを出力する。このスタート信号Ｓｔによって、タイマ部３６がカウント値をゼロにリセットしてクロック周波数でカウントを開始し、制御信号出力部３５がリセット信号Ｒｓを出力してピーク検出部３７の保持するデータをリセット(データ値をゼロ)する。
【００３６】
さらに、スタート信号が入力され、測定時間ΔＴが経過するまでの間、パルス信号が入力されるごとに下記の動作を行なう。
【００３７】
入力端子２１、バッファ３０を介してパルス信号がしきい値検出部３１、ＡＤ変換器３４に入力される。そして、しきい値検出部３１が、パルス信号の振幅（電圧レベル）が、ＬＬＤに相当する電圧レベルを超えると、トリガ信号を制御信号出力部３５に出力する。さらに、制御信号出力部３５が、トリガ信号が入力されるとリセット信号Ｒｓをピーク検出部３７に出力し、ピーク検出部３７の保持するデータをリセット（データ値をゼロ）する。また、制御信号出力部３５が、トリガ信号を基準とした所定の時間Δｔの間、ホールド信号Ｈｄをピーク検出部３７に出力し、最大値を検出させる。さらに、所定の時間Δｔ経過後に検出終了信号Ｅｎｄをピーク検出部３７、タイマ部３６に出力する。この検出終了信号Ｅｎｄが入力されると、タイマ部３６、ピーク検出部３７のそれぞれが、保持しているデータ（カウント値、最大値）を解析部４０に出力する。
【００３８】
具体的には、ピーク検出部３７が、所定の時間Δｔの間、現在保持しているデータのデジタル値よりも大きな値を持つデータがＡＤ変換器３４から入力されるごとに、保持するデータを新たなデータに更新すると共に、データを更新した旨の信号Ｃｏｍｐをタイマ部３６に出力する。この結果信号Ｃｏｍｐに基づいてタイマ部３６が、保持しているカウント値を現在のカウント値に更新する。
【００３９】
そして、所定の時間Δｔが経過すると、タイマ部３６が、保持しているカウント値を解析部４０に出力し、ピーク検出部３７が、保持している最大値（つまり、ピーク信号のピーク値）を解析部４０に出力する。
【００４０】
さらに、解析部４０が、ピーク値とカウント値とを組にして、メモリ５０に格納しリストを作成する。また、解析部４０が、ピーク値から、割り振る先のチャネルを判別し、各チャネルあたりのパルス信号の発生頻度のヒストグラムをメモリ５０に記憶する。
【００４１】
また、表示処理部（図示せず）が、メモリ５０のヒストグラムをエネルギースペクトルとして、表示部（図示せず）に表示したり、スタート信号の出力された時刻を基準とし、カウント値およびクロック信号の周波数から時刻を求め、表示部にリストを表示する。
【００４２】
次に、図２は、図１に示す装置のピーク検出回路１００の詳細を示した図であり、図３は、図２に示すピーク検出回路１００の動作を説明したタイミングチャートである。ここで、図１と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
図２において、スタート信号出力部３２は、信号生成回路３２ａ、変換回路３２ｂを有する。信号生成回路３２ａは、クロック信号Ｃｌｋに同期して動作し、測定時間ΔＴの間、Ｈｉｇｈレベル（以下、Ｈレベル）の信号を出力し、それ以外の間はＬｏｗレベル（以下、Ｌレベル）の信号を出力する。変換回路３２ｂは、信号生成回路３２ａから信号が入力され、Ｌ→Ｈレベルの信号を検出すると、クロック部３３のクロック信号Ｃｌｋの２クロック幅未満のＨレベルの信号を出力する。
【００４４】
制御信号出力部３５は、Δｔ計測回路３５ａ、オア回路３５ｂ、ラッチ回路３５ｃを有する。Δｔ計測回路３５ａは、しきい値検出部３１からトリガ信号Ｔｒｉｇが入力され、ホールド信号Ｈｄをアンド回路（後述）３７ｄ、検出終了信号Ｅｎｄを出力する。
【００４５】
オア回路３５ｂは、Δｔ計測回路３５ａからトリガ信号に同期した信号が入力され、変換回路３２ｂから信号が入力され、それぞれのＯＲ（論理和）結果の信号（リセット信号Ｒｓ）を出力する。
【００４６】
ラッチ回路３５ｃは、データ入力端子にΔｔ計測回路３５ａから信号Ｅｎｄが入力され、クロック信号Ｃｌｋに同期して入力された信号Ｅｎｄを解析部４０に出力する。
【００４７】
タイマ部３６は、カウンタ３６ａ、ラッチ回路３６ｂ、３６ｃを有する。カウンタ３６ａは、イネーブル端子に生成回路３２ａからスタート信号が入力され、リセット端子に変換回路３２ｂからの信号が入力され、カウント値Ｔｃｏｕｎｔを出力する。なお、イネーブル端子がＨレベルになるとカウントを開始し、リセット信号にＨレベルの信号が入力されるとカウント値をゼロにリセットする。
【００４８】
ラッチ回路３６ｂは、カウント値保持回路であり、データ入力端子にカウンタ３６ａからカウント値Ｔｃｏｕｎｔが入力され、イネーブル端子にデジタル比較回路３７ａ（後述）から比較結果の信号Ｃｏｍｐが入力され、保持しているカウント値Ｔ＿Ｈｄを出力する
【００４９】
ラッチ回路３６ｃは、データ入力端子にラッチ回路３６ｂからカウント値Ｔ＿Ｈｄが入力され、イネーブル端子にΔｔ計測回路３５ａから検出終了信号Ｅｎｄが入力され、保持しているデータＴｐｅａｋを解析部４０に出力する。
【００５０】
ピーク検出部３７は、デジタル比較回路３７ａ、ラッチ回路３７ｂ、３７ｃ、アンド回路３７ｄを有する。デジタル比較回路３７ａは、一方のデータ入力端子にＡＤ変換器３２からのデジタルデータＤａｔａが入力され、他方の入力端子にラッチ回路３７ｄからデータＶ＿Ｈｄが入力され、入力されたデータの値を比較し比較結果の信号Ｃｏｍｐ（ただし、（Ｄａｔａ）≧（Ｖ＿Ｈｄ）の場合Ｈレベル、（Ｄａｔａ）＜（Ｖ＿Ｈｄ）の場合Ｌレベル）をアンド回路３７ｄ、ラッチ回路３６ｂに出力する。
【００５１】
ラッチ回路３７ｂは、データ入力端子にＡＤ変換器３２からのデータＤａｔａが入力され、イネーブル端子にアンド回路３７ｄからの信号が入力され、リセット端子にオア回路３５ｂからの信号Ｒｓが入力され、保持しているデータＶ＿Ｈｄをラッチ回路３７ｃ、デジタル比較回路３７ａの他方の入力端子に出力する。
【００５２】
ラッチ回路３７ｃは、データ入力端子にラッチ回路３７ｂからのデータＶ＿Ｈｄが入力され、イネーブル端子にΔｔ計測回路３５ａからの信号Ｅｎｄが入力され、保持しているデータＶｐｅａｋを解析部４０に出力する。
【００５３】
なお、回路３５ａ、３５ｃ、３６ａ〜３６ｃ、３７ｂ、３７ｃのそれぞれは、クロック信号Ｃｌｋに同期している。また、ラッチ回路３６ｂ、３６ｃ、３７ｂ、３７ｃは、イネーブル端子にＨレベルの信号が入力されると、保持するデータを、データ入力端子に入力されたデータに更新する。そして、ラッチ回路３７ｂは、Ｈレベルの信号が入力されると、保持するデータをゼロにリセットする。
【００５４】
このような回路１００の動作を説明する。
クロック信号Ｃｌｋが各回路３２、３５ａ、３５ｃ、３６ａ〜３６ｃ、３７ｂ、３７ｃに供給され（図３（ａ））、ＡＤ変換器３２からのデータＤａｔａがデジタル比較回路３７ａ、３７ｂに入力される（図３（ｂ））。
【００５５】
そして、時刻ｔ０にて生成回路３２ａから、Ｌ→Ｈレベルへのスタート信号Ｓｔが変換回路３２ｂ、カウンタ３６ａに出力される（図３（ｃ））。さらに、変換回路３２ｂが、スタート信号ＳｔをＨレベルの幅が狭い信号に変換し、オア回路３５ｂ、カウンタ３６ａに出力する。これによって、カウンタ３６ａが、カウント値”０”からカウントを開始し、カウント値Ｔｃｏｕｎｔをラッチ回路３６ｂに出力する（図３（ｉ））。また、オア回路３５ｂが、リセット信号Ｒｓ（図３では図示せず）をラッチ回路３７ｂに出力する。
【００５６】
しきい値検出部３１が、パルス信号のレベルがしきい値を超えたことを検出すると、トリガ信号（Ｈレベルの幅は、１クロック以上Δｔ未満）をΔｔ計測回路３５ａに出力する（図３（ｄ））。これによって時刻ｔ１において、Δｔ計測回路３５ａが、オア回路３５ｂを介してリセット信号Ｒｓをラッチ回路３７ｂに出力する。また、Δｔ計測回路３５ａが、内部のカウンタ回路（図示せず）にてカウント値”０”からカウントを開始し（図３（ｆ））、所定の時間Δｔが経過するまでホールド信号Ｈｄをアンド回路３７ｄに出力する（図３（ｅ））。
【００５７】
そして、デジタル比較回路３７ａが、入力されるデータＤａｔａ、Ｖ＿Ｈｄを比較し、データＤａｔａが大きい場合、Ｈレベルの信号Ｃｏｍｐをラッチ回路３６ｂ、アンド回路３７ｄを介してラッチ回路３７ｂに出力する（図３（ｈ））。
【００５８】
これによって比較結果の信号ＣｏｍｐがＨレベルの場合、ラッチ回路３７ｂが、保持するデータを、ＡＤ変換器３２からの新たなデータＤａｔａに更新し、保持しているデータをラッチ回路３７ｃに出力する（図３（ｇ））。もちろん、ラッチ回路３７ｂは、アンド回路３７ｄを介して比較信号Ｃｏｍｐが入力されるので、保持するデータを更新するのは、所定の時間Δｔの間のみである。
【００５９】
また、比較信号ＣｏｍｐがＨレベルの場合、ラッチ回路３６ｂが、タイマ用のカウンタ３６ａからのカウント値Ｔ＿ｃｏｕｎｔで保持するカウント値を更新し、保持している値Ｔ＿Ｈｄをラッチ回路３６ｃに出力する（図３（ｊ））
【００６０】
すなわち、比較回路３７ａが、ＡＤ変換器３２からのデータＤａｔａとラッチ回路３７ｂの保持するデータＶ＿Ｈｄとを比較し、データＤａｔａの方が大きい場合、Ｈレベルの信号Ｃｏｍｐを出力し、ラッチ回路３７ｂが新たなデータＤａｔａに更新し、ラッチ回路３６ｂが新たなカウント値Ｔｃｏｕｎｔに更新する。これにより、所定の時間Δｔにおける最大値、この最大値がサンプリングされたときのカウント値をラッチ回路３７ｂ、３６ｂが保持する（図３（ｇ）、（ｊ））。
【００６１】
そして、Δｔ計測回路３５ａが、所定の時間Δｔ経過を示すため、検出終了信号Ｅｎｄをラッチ回路３５ｃ、３６ｃ、３７ｃを出力する（図３（ｋ）、図３の時刻ｔ２）。これによってラッチ回路３７ｃが、最大値Ｖｐｅａｋを解析部４０に出力する（図３（ｍ））。また、ラッチ回路３６ｃが、この最大値ＶｐｅａｋをＡＤ変換した時刻のカウント値Ｔｐｅａｋを解析部４０に出力する（図３（ｌ））。また、ラッチ回路３５ｃが、ラッチ回路３６ｃ、３７ｃに同期して、ピーク検出が終了した旨の信号（Ｈレベル）を解析部４０に出力する。
【００６２】
さらに、スタート信号ＳｔがＬレベルになるまで、次のパルス信号のレベルがしきい値を超えるごと（図３の時刻ｔ３）に、ピーク値の検出、ピーク検出時のカウント値を解析部４０に出力する。
【００６３】
このように、図５に示すようなピークホールド回路２２を用いずに、ＡＤ変換器３２が、パルス信号をクロック周波数で直接ＡＤ変換して比較回路３７ａ、ラッチ回路３７ｂに出力する。そして、比較回路３７ａが、比較結果（Ｄａｔａ≧Ｖ＿Ｈｄ）をラッチ回路３７ｂ、３６ｂに出力し、回路３６ｂ、３７ｂそれぞれが比較結果に基づいてデータの更新を行なう。すなわち、ラッチ回路３７ｂが、保持するデータを新たなデータＤａｔａに更新し、ラッチ回路３６ｂが、ラッチ回路３７ｂに同期して保持するカウント値を更新する。これにより、パルス信号の波形情報をクロック周波数ごとに取得できるので、パルス信号のピーク到着時刻も正確に計測することができる。従って、解析部４０も正確な到着時刻を用いてリストを作成することができ、ＭＣＡとしての測定精度が向上される。
【００６４】
さらに、ピーク検出回路１００を用いた図１に示すＭＣＡを、図４に示すような放射線測定システムに用いることにより、他の物理量や他の検出器１１の検出結果との時間的な関係を確保することができ、放射線測定システムとしての測定精度も向上する。
【００６５】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
トリガ信号Ｔｒｉｇが入力されると、Δｔ計測回路３５ａ、オア回路３５ｂによってリセット信号Ｒｓを出力してラッチ回路３７ｂをリセットする構成を示したが、オア回路３５ｂに検出終了信号Ｅｎｄを入力し、所定の時間Δｔ経過後にラッチ回路３７ｂの値をリセットしてもよい。
【００６６】
図１に示す装置のおいて、ピーク検出回路１００を、ＭＣＡのデータ入力部に用いる例を示したが、被測定信号のピーク値を測定する装置、例えば、波形測定装置の測定装置に用いてもよい。また、放射線スペクトラム測定のほかにも、精密時間間隔測定、各種エネルギー測定等において、波高ピーク値を測定する測定装置に用いてよい。例えば、精密時間間隔測定では、時間間隔情報を、検出器１１で電荷へ変換し、信号変換手段で電荷量に比例した振幅をもつ電圧に変換し、ピーク検出回路でピーク値を検出するとよい。
【００６７】
図２に示す装置において、データ保持回路やカウント値保持回路の一例として、ラッチ回路３５ｃ、３６ｂ、３６ｃ、３７ｂ、３７ｃを用いる構成を示したが、デジタルデータを保持できるものならばどのようなものでもよく、例えば、Ｄ−ＦＦ（Delay flip-flop）等でもよい
【００６８】
図２に示す装置において、保持するデータＶｐｅａｋ、Ｔｐｅａｋの同期の確保を容易にするためラッチ回路３５ｃ、３６ｃ、３７ｃを設ける構成を示したが、これらのラッチ回路３５ｃ、３６ｃ、３７ｃは、設けなくともよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】図１に示すピーク検出回路の詳細を示した図である。
【図３】図２に示す回路のタイミング図である。
【図４】従来の放射線測定システムの構成を示した図である。
【図５】従来のピーク検出回路の構成を示した図である。
【図６】図５に示す装置のタイミング図である。
【符号の説明】
【００７０】
３１ しきい値検出部
３４ ＡＤ変換器
３５ｃ、３６ｂ、３６ｃ、３７ｂ、３７ｃ ラッチ回路
３６ タイマ部
３６ａ カウンタ
３７ ピーク検出部
３７ａ デジタル比較回路
４０ 解析部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定信号をＡＤ変換器でサンプリングし、ピーク値を検出するピーク検出回路、マルチチャネルアナライザおよび放射線測定システムに関し、詳しくは、パルス信号のピーク到達時刻を正確に計測することができるピーク検出回路、このピーク検出回路を用いたマルチチャネルアナライザおよびこのマルチチャネルアナライザを用いた放射線測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ピーク検出回路は、パルス信号などの波形解析を行なう測定装置などの入力部に用いられる。例えば、放射線の研究分野等において用いられる計測器のマルチチャネルアナライザ（以下、ＭＣＡ（Multichannel Analyzer）と略す）の入力部に用いられたりする。
【０００３】
また、ＭＣＡは、試料から出力される放射線それぞれの発生回数を計数して、放射線源の種類等の同定や放射線源の強度の時間変動、半減期等を解析するためのヒストグラム（エネルギースペクトル）等を作成する。
【０００４】
図４は、測定すべき試料からの放射線のエネルギーを測定し、放射線源の種類等を同定する従来の放射線測定システムの構成を示した図である（例えば、特許文献１、２参照）。図４において、試料１０から出力される放射線が検出器１１に入力される。そして、検出器１１が、放射線のエネルギーに対応した電荷量を出力するが、放射線のエネルギーは放射線源によって固有であるため、検出器１１が出力する電荷量も放射線源によって固有となる。さらに、前置増幅器（例えば、チャージアンプ）１２が、検出器１１からの電荷量を、この電荷量に比例した電圧値に変換する。さらに、波形整形増幅器１３が、前置増幅器１２からの信号を、幅の狭いパルス信号（一般的には、信号幅ＦＷＨＭ（full width half maximum）＝〜１［μｓ］のガウス形状）に変換する。従って、波形整形増幅器１３からのパルス信号のピーク値（波高値）と検出器１１からの電荷量は比例している。
【０００５】
そして、ＭＣＡ１４が、波形整形増幅器１３から入力されるパルス信号を測定することにより、試料の放射線源（核種）の種類等を同定する。すなわち、パルス信号のピーク値（電圧値）には、試料からの放射線のエネルギー等の情報が含まれるので、ピーク値を求めることにより、どの種類の放射線源からの出力であるかを判断する。さらに、ピーク値それぞれの発生回数をカウントし、横軸をチャネル番号、縦軸を度数（頻度）のヒストグラム（エネルギースペクトル）を作成する。ここで、チャネル番号とはピーク値と一対一に対応する番号である。また、ＭＣＡ１４が、パルス信号のピークを検出した時刻を求め、ピーク値とともにピーク時刻を組にしたリストを作成する。
【０００６】
図５は、ＭＣＡ１４等の測定装置の入力部に用いられるピーク検出回路の従来の構成を示した図である（例えば、特許文献３、４参照）。図５において、入力端子２１に入力される入力信号Ｖｉは、ピークホールド回路２２でそのピーク値がホールドされる。そして、ピークホールド回路２２からのピークホールド信号Ｖｏが、ＡＤ変換器２３に加えられてデジタルデータに変換される。さらに、ＡＤ変換器２３の出力データはメモリ２４に書き込まれる。そして、ピーク検出回路の後段の解析部（図示せず）が、メモリ２４から出力データを読み出し、上述の解析（放射線源の種類等を同定、リスト作成等）を行なう。
【０００７】
次に、ピークホールド回路の詳細を説明をする。演算増幅器ＩＣ１の非反転入力端子は、入力端子２１に接続されて入力信号Ｖｉが加えられ、その出力端子にはダイオードＤ１のアノードが接続されている。また、算増幅器ＩＣ１の反転入力端子には、ダイオードＤ１のカソードが接続されるとともにコンデンサＣを介してアースに接続されている。そして、これら演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子とダイオードＤ１のカソード及びコンデンサＣの接続点には演算増幅器ＩＣ２の非反転入力端子が接続されている。なお、演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子はその出力端子に接続され、出力端子からピークホールド信号Ｖｏが出力される。スイッチＳＷは、コンデンサＣと並列に設けられ、コンデンサＣを放電させる。
【０００８】
このような装置の動作を説明する。
ここで、図６は、入力信号Ｖｉとピークホールド信号Ｖｏの関係を図示した図であり、横軸は時間であり、縦軸は振幅である。パルス信号が２個入力される例で説明する。
【０００９】
入力信号Ｖｉによって、コンデンサＣに充電が行なわれるが、入力信号Ｖｉの電圧が充電電圧より下がったとしても、ダイオードＤ１が、放電を阻止するので、結果的に入力信号Ｖｉの最大値に比例した充電電圧がコンデンサＣにホールドされる。そして、図示しないしきい値検出部が、入力信号Ｖｉの電圧を監視し、しきい値を超えると、所定時間Δτ時間経過後にＡＤ変換器２３にタイミング信号を出力する。
【００１０】
さらに、ＡＤ変換器２３が、タイミング信号のタイミングに基づき、ピークホールド信号ＶｏをＡＤ変換した出力データをメモリ２４に格納する。なお、しきい値検出部が、所定時間Δτが経過し、さらにＡＤ変換器２３のＡＤ変換が終了した時間経過した後、放電用のスイッチＳＷの接続をＯＮしてコンデンサを放電し、放電後、スイッチＳＷをオフする。
【００１１】
一方、しきい値検出部（図示せず）が、タイマ（図示せず）にもタイミング信号を出力し、タイマが、メモリ２４内の対応するデジタルデータに時刻を付加する。
【００１２】
【特許文献１】特許第２５７７３８６号
【特許文献２】特許第２６４５１９６号
【特許文献３】特開平５−２６４６１０号公報
【特許文献４】特開平５−２９１８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、ピークホールド回路２２がパルス信号のピークとなる電圧をホールドする。そして、このホールドされている電圧を、タイミング信号に基づいてＡＤ変換器２３がＡＤ変換すると共に、同じタイミング信号に基づいてタイマが時刻を出力し、デジタルデータに関連付けする。
【００１４】
放射線測定システムでは、検出器１１を複数個用いる場合、それぞれのエネルギー測定データ間の時間的な関係を確保せねばならず、ピーク到達時刻を正確に計測する（パルス幅ＦＷＨＴ＝〜１［μｓ］なので数［ｎｓ］〜数百［ｎｓ］の精度）ことが必要である。
【００１５】
また、放射線源からの放射線出力時に、その放射線のエネルギー測定データと、放射線出力に付随して起こる他の現象に関係した物理量の測定データとの、時間的な関係を確保する必要もある。
【００１６】
しかしながら、しきい値を超えてから時間Δτ後にタイミング信号が出力されるため、ＡＤ変換器２３が、パルス信号のピークが到達した時刻と同時にＡＤ変換しておらず、パルス信号のピーク到達時刻を正確に計測することが困難であるという問題があった。
【００１７】
また、増幅器に入力する信号の波高値によってパルス信号のパルス幅、ピーク値も異なるため、しきい値を超えた点とピーク値との関係も異なり、ピーク到達時刻を正確に計測することが困難であるという問題があった。
【００１８】
そこで本発明の目的は、パルス信号のピーク到達時刻を正確に計測することができるピーク検出回路、このピーク検出回路を用いたマルチチャネルアナライザおよびこのマルチチャネルアナライザを用いた放射線測定システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１記載の発明は、
被測定信号のピーク値を検出するピーク検出回路において、
前記被測定信号をサンプリングするＡＤ変換器と、
前記被測定信号の振幅がしきい値を超えたことを検出するしきい値検出部と、
このしきい値検出部がしきい値を超えたことを検出してから所定の時間の間に前記ＡＤ変換器から入力されたデジタルデータのなかから前記ピーク値となる最大値を検出するピーク検出部と、
このピーク検出部が最大値を検出したときの時刻を出力するタイマ部と
を設けたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
ピーク検出部は、
前記ＡＤ変換器からのデジタルデータと他方のデジタルデータとを比較するデジタル比較回路と、
前記デジタル比較回路の比較結果によって、保持するデジタルデータを前記ＡＤ変換器からのデジタルデータに更新し、更新したデジタルデータを前記他方のデジタルデータとして前記デジタル比較回路に出力するデータ保持回路と、
を有し、タイマ部は、
所定の周期でカウントし、カウント値を出力するカウンタと、
前記デジタル比較回路の比較結果によって、保持するカウント値を前記カウンタからのカウント値に更新するカウント値保持回路と
を有することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
ピーク検出部のデータ保持回路とタイマ部のカウント値保持回路のそれぞれは、前記所定の時間の経過時に保持しているデジタルデータ、カウント値を前記最大値、前記時刻として出力することを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、
放射線のエネルギーに対応したピーク値をもつパルス信号に基づいて放射線源の解析を行なうマルチチャネルアナライザにおいて、
請求項１〜３のいずれかに記載のピーク検出回路と、
このピーク検出回路からの最大値と時刻とからヒストグラムやリストを作成する解析部と
を有することを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、
試料から出力される放射線の測定を行なう放射線測定システムにおいて、
前記試料からの放射線を検出する検出器と、
この検出器からの信号を、検出された物理量の大きさに対応するピーク値を持つパルス形状の被測定信号に変換する信号変換手段と、
この信号変換手段からの被測定信号が入力される請求項４記載のマルチチャネルアナライザと
を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜３によれば、ＡＤ変換器が、被測定信号をＡＤ変換し、ピーク検出部が、所定の時間の間にＡＤ変換器から入力されたデジタルデータのなかからピーク値となる最大値を検出し、タイマ部が、ピーク検出部によって最大値が検出されたときの時刻を出力するので、パルス信号のピーク到着時刻を正確に計測することができる。
請求項４によれば、請求項１〜３のいずれかに記載のピーク検出回路からの時刻を用いるので、解析部が、正確な到着時刻でリストを作成することができ、測定精度が向上する。
請求項５によれば、請求項４記載のマルチチャネルアナライザを用いることにより、他の物理量や他の検出器の検出結果との時間的な関係を確保することができ、放射線測定システムとしての測定精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を示したＭＣＡの構成図である。ＭＣＡは、ピーク検出回路１００、解析部４０、メモリ５０を有し、波形整形増幅器１３から入力されるパルス信号のピーク値等を測定することにより、試料の放射線源（核種）の種類等を同定する。さらに、エネルギースペクトルやピーク値と時刻とを組にしたリスト等を作成する。
【００２２】
解析部４０は、ピーク検出回路１００からのピーク値、時刻等に基づいて、エネルギースペクトル、リスト等を作成し、メモリ５０に格納する。
【００２３】
ピーク検出回路１００は、ＭＣＡの入力部であり、入力端子２１、バッファ３０、しきい値検出部３１、スタート信号出力部３２、クロック部３３、ＡＤ変換器３４、制御信号出力部３５、タイマ部３６、ピーク検出部３７を有し、波形増幅器１３からのパルス信号が入力され、パルス信号それぞれのピーク値、ピーク検出した時刻、ピーク検出終了の信号を解析部４０に出力する。
【００２４】
入力端子２１は、波形増幅器１３から入力信号Ｖｉが入力される。なお、入力信号Ｖｉは、ピーク値を持ったパルス信号を含む被測定信号である。
【００２５】
バッファ３０は、入力端子２１から入力信号Ｖｉが入力され、入力信号Ｖｉの雑音除去、波形整形等を行なって、しきい値検出部３１、ＡＤ変換器３４に出力する。
【００２６】
しきい値検出部３１は、入力信号Ｖｉの振幅を監視し、所定のレベル（しきい値）を超えた場合、検出信号（トリガ信号）を制御信号出力部３５に出力する。一般的にＭＣＡでは、興味のあるスペクトル部分のみを選択したり、ノイズ領域を除去するために、所望のスペクトル幅（下限値をＬＬＤ（Lower Level Discrimination）、上限値をＵＬＤ（Upper Level Discrimination））となるＲＯＩ（Region Of Interest）を設定することが多い。従って、しきい値は、ＬＬＤに設定するとよい。
【００２７】
スタート信号出力部３２は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、測定をスタートさせるためのスタート信号Ｓｔを制御信号出力部３５、タイマ部３６に出力する。
【００２８】
クロック部３３は、クロック信号Ｃｌｋをスタート信号出力部３２、ＡＤ変換器３４、制御信号出力部３５、タイマ部３６、ピーク検出部３７に出力し、各部３２、３４〜３７間の同期を図る。
【００２９】
ＡＤ変換器３４は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、入力信号Ｖｉをサンプリング（例えば、サンプリング速度１００［ＭＳ／ｓ］、分解能１４［ｂｉｔ］等）して、デジタルデータに変換してピーク検出部３７に出力する。
【００３０】
制御信号出力部３５は、しきい値検出部３１からトリガ信号が入力される。また、制御信号出力部３５は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、ピーク検出部３７にリセット信号Ｒｓ、トリガ信号が入力してから所定の時間Δｔ（この場合、所定のクロック数）内であることを示す信号（ここでは、ホールド信号Ｈｄと呼ぶ）、トリガ信号が入力してから所定の時間Δｔが経過したことを示す信号（ここでは、検出終了信号Ｅｎｄと呼ぶ）をピーク検出部３７に出力する。また、制御信号出力部３５は、検出終了信号Ｅｎｄを、タイマ部３６、解析部４０に出力する。
【００３１】
タイマ部３６は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、スタート信号Ｓｔが入力されると共にカウントを開始し、ピーク検出部３７からの信号Ｃｏｍｐ、制御信号出力部３５からの検出終了信号Ｅｎｄに基づいてカウント値を解析部４０に出力する。この場合、スタート信号Ｓｔが入力された時が、カウント値の基準時刻となる。
【００３２】
ピーク検出部３７は、ＡＤ変換器３４からデジタルデータが入力される。また、ピーク検出部３７は、クロック信号Ｃｌｋを基準にし、制御信号出力部３５からの信号Ｒｓ、Ｅｎｄ、Ｈｄに基づいて、所定の時間内に入力されたデジタルデータのなかから最大値を検出して解析部４０に出力し、最大値を検出したタイミングで信号Ｃｏｍｐをタイマ部３６に出力する。
【００３３】
このような装置の動作を説明する。
なお、測定時間ΔＴとは、エネルギースペクトルおよびリストを作成するために検出回路１００で複数のパルス信号を検出するための時間のことであり、スタート信号Ｓｔを基準とする。一方、所定の時間Δｔとは、ピーク検出部３７がデジタルデータの最大値を検出するための時間のことであり、しきい値検出部３１からのトリガ信号を基準とする。従って、（ΔＴ＞＞Δｔ）である。
【００３４】
クロック部３３が、入力端子２１に入力されるパルス信号の有無、スタート信号出力部３２からのスタート信号Ｓｔの有無に関わらず、クロック信号Ｃｌｋを、各部３２、３４〜３７に出力する。また、ＡＤ変換器３４が、パルス信号、スタート信号Ｓｔの有無に関わらず、クロック信号Ｃｌｋのクロック周波数で常時ＡＤ変換を行ない、ピーク検出部３７にデジタルデータを出力する。
【００３５】
そして、スタート信号出力部３２が、制御信号出力部３５とタイマ部３６にスタート信号Ｓｔを出力する。このスタート信号Ｓｔによって、タイマ部３６がカウント値をゼロにリセットしてクロック周波数でカウントを開始し、制御信号出力部３５がリセット信号Ｒｓを出力してピーク検出部３７の保持するデータをリセット(データ値をゼロ)する。
【００３６】
さらに、スタート信号が入力され、測定時間ΔＴが経過するまでの間、パルス信号が入力されるごとに下記の動作を行なう。
【００３７】
入力端子２１、バッファ３０を介してパルス信号がしきい値検出部３１、ＡＤ変換器３４に入力される。そして、しきい値検出部３１が、パルス信号の振幅（電圧レベル）が、ＬＬＤに相当する電圧レベルを超えると、トリガ信号を制御信号出力部３５に出力する。さらに、制御信号出力部３５が、トリガ信号が入力されるとリセット信号Ｒｓをピーク検出部３７に出力し、ピーク検出部３７の保持するデータをリセット（データ値をゼロ）する。また、制御信号出力部３５が、トリガ信号を基準とした所定の時間Δｔの間、ホールド信号Ｈｄをピーク検出部３７に出力し、最大値を検出させる。さらに、所定の時間Δｔ経過後に検出終了信号Ｅｎｄをピーク検出部３７、タイマ部３６に出力する。この検出終了信号Ｅｎｄが入力されると、タイマ部３６、ピーク検出部３７のそれぞれが、保持しているデータ（カウント値、最大値）を解析部４０に出力する。
【００３８】
具体的には、ピーク検出部３７が、所定の時間Δｔの間、現在保持しているデータのデジタル値よりも大きな値を持つデータがＡＤ変換器３４から入力されるごとに、保持するデータを新たなデータに更新すると共に、データを更新した旨の信号Ｃｏｍｐをタイマ部３６に出力する。この結果信号Ｃｏｍｐに基づいてタイマ部３６が、保持しているカウント値を現在のカウント値に更新する。
【００３９】
そして、所定の時間Δｔが経過すると、タイマ部３６が、保持しているカウント値を解析部４０に出力し、ピーク検出部３７が、保持している最大値（つまり、ピーク信号のピーク値）を解析部４０に出力する。
【００４０】
さらに、解析部４０が、ピーク値とカウント値とを組にして、メモリ５０に格納しリストを作成する。また、解析部４０が、ピーク値から、割り振る先のチャネルを判別し、各チャネルあたりのパルス信号の発生頻度のヒストグラムをメモリ５０に記憶する。
【００４１】
また、表示処理部（図示せず）が、メモリ５０のヒストグラムをエネルギースペクトルとして、表示部（図示せず）に表示したり、スタート信号の出力された時刻を基準とし、カウント値およびクロック信号の周波数から時刻を求め、表示部にリストを表示する。
【００４２】
次に、図２は、図１に示す装置のピーク検出回路１００の詳細を示した図であり、図３は、図２に示すピーク検出回路１００の動作を説明したタイミングチャートである。ここで、図１と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
図２において、スタート信号出力部３２は、信号生成回路３２ａ、変換回路３２ｂを有する。信号生成回路３２ａは、クロック信号Ｃｌｋに同期して動作し、測定時間ΔＴの間、Ｈｉｇｈレベル（以下、Ｈレベル）の信号を出力し、それ以外の間はＬｏｗレベル（以下、Ｌレベル）の信号を出力する。変換回路３２ｂは、信号生成回路３２ａから信号が入力され、Ｌ→Ｈレベルの信号を検出すると、クロック部３３のクロック信号Ｃｌｋの２クロック幅未満のＨレベルの信号を出力する。
【００４４】
制御信号出力部３５は、Δｔ計測回路３５ａ、オア回路３５ｂ、ラッチ回路３５ｃを有する。Δｔ計測回路３５ａは、しきい値検出部３１からトリガ信号Ｔｒｉｇが入力され、ホールド信号Ｈｄをアンド回路（後述）３７ｄ、検出終了信号Ｅｎｄを出力する。
【００４５】
オア回路３５ｂは、Δｔ計測回路３５ａからトリガ信号に同期した信号が入力され、変換回路３２ｂから信号が入力され、それぞれのＯＲ（論理和）結果の信号（リセット信号Ｒｓ）を出力する。
【００４６】
ラッチ回路３５ｃは、データ入力端子にΔｔ計測回路３５ａから信号Ｅｎｄが入力され、クロック信号Ｃｌｋに同期して入力された信号Ｅｎｄを解析部４０に出力する。
【００４７】
タイマ部３６は、カウンタ３６ａ、ラッチ回路３６ｂ、３６ｃを有する。カウンタ３６ａは、イネーブル端子に生成回路３２ａからスタート信号が入力され、リセット端子に変換回路３２ｂからの信号が入力され、カウント値Ｔｃｏｕｎｔを出力する。なお、イネーブル端子がＨレベルになるとカウントを開始し、リセット信号にＨレベルの信号が入力されるとカウント値をゼロにリセットする。
【００４８】
ラッチ回路３６ｂは、カウント値保持回路であり、データ入力端子にカウンタ３６ａからカウント値Ｔｃｏｕｎｔが入力され、イネーブル端子にデジタル比較回路３７ａ（後述）から比較結果の信号Ｃｏｍｐが入力され、保持しているカウント値Ｔ＿Ｈｄを出力する
【００４９】
ラッチ回路３６ｃは、データ入力端子にラッチ回路３６ｂからカウント値Ｔ＿Ｈｄが入力され、イネーブル端子にΔｔ計測回路３５ａから検出終了信号Ｅｎｄが入力され、保持しているデータＴｐｅａｋを解析部４０に出力する。
【００５０】
ピーク検出部３７は、デジタル比較回路３７ａ、ラッチ回路３７ｂ、３７ｃ、アンド回路３７ｄを有する。デジタル比較回路３７ａは、一方のデータ入力端子にＡＤ変換器３２からのデジタルデータＤａｔａが入力され、他方の入力端子にラッチ回路３７ｄからデータＶ＿Ｈｄが入力され、入力されたデータの値を比較し比較結果の信号Ｃｏｍｐ（ただし、（Ｄａｔａ）≧（Ｖ＿Ｈｄ）の場合Ｈレベル、（Ｄａｔａ）＜（Ｖ＿Ｈｄ）の場合Ｌレベル）をアンド回路３７ｄ、ラッチ回路３６ｂに出力する。
【００５１】
ラッチ回路３７ｂは、データ入力端子にＡＤ変換器３２からのデータＤａｔａが入力され、イネーブル端子にアンド回路３７ｄからの信号が入力され、リセット端子にオア回路３５ｂからの信号Ｒｓが入力され、保持しているデータＶ＿Ｈｄをラッチ回路３７ｃ、デジタル比較回路３７ａの他方の入力端子に出力する。
【００５２】
ラッチ回路３７ｃは、データ入力端子にラッチ回路３７ｂからのデータＶ＿Ｈｄが入力され、イネーブル端子にΔｔ計測回路３５ａからの信号Ｅｎｄが入力され、保持しているデータＶｐｅａｋを解析部４０に出力する。
【００５３】
なお、回路３５ａ、３５ｃ、３６ａ〜３６ｃ、３７ｂ、３７ｃのそれぞれは、クロック信号Ｃｌｋに同期している。また、ラッチ回路３６ｂ、３６ｃ、３７ｂ、３７ｃは、イネーブル端子にＨレベルの信号が入力されると、保持するデータを、データ入力端子に入力されたデータに更新する。そして、ラッチ回路３７ｂは、Ｈレベルの信号が入力されると、保持するデータをゼロにリセットする。
【００５４】
このような回路１００の動作を説明する。
クロック信号Ｃｌｋが各回路３２、３５ａ、３５ｃ、３６ａ〜３６ｃ、３７ｂ、３７ｃに供給され（図３（ａ））、ＡＤ変換器３２からのデータＤａｔａがデジタル比較回路３７ａ、３７ｂに入力される（図３（ｂ））。
【００５５】
そして、時刻ｔ０にて生成回路３２ａから、Ｌ→Ｈレベルへのスタート信号Ｓｔが変換回路３２ｂ、カウンタ３６ａに出力される（図３（ｃ））。さらに、変換回路３２ｂが、スタート信号ＳｔをＨレベルの幅が狭い信号に変換し、オア回路３５ｂ、カウンタ３６ａに出力する。これによって、カウンタ３６ａが、カウント値”０”からカウントを開始し、カウント値Ｔｃｏｕｎｔをラッチ回路３６ｂに出力する（図３（ｉ））。また、オア回路３５ｂが、リセット信号Ｒｓ（図３では図示せず）をラッチ回路３７ｂに出力する。
【００５６】
しきい値検出部３１が、パルス信号のレベルがしきい値を超えたことを検出すると、トリガ信号（Ｈレベルの幅は、１クロック以上Δｔ未満）をΔｔ計測回路３５ａに出力する（図３（ｄ））。これによって時刻ｔ１において、Δｔ計測回路３５ａが、オア回路３５ｂを介してリセット信号Ｒｓをラッチ回路３７ｂに出力する。また、Δｔ計測回路３５ａが、内部のカウンタ回路（図示せず）にてカウント値”０”からカウントを開始し（図３（ｆ））、所定の時間Δｔが経過するまでホールド信号Ｈｄをアンド回路３７ｄに出力する（図３（ｅ））。
【００５７】
そして、デジタル比較回路３７ａが、入力されるデータＤａｔａ、Ｖ＿Ｈｄを比較し、データＤａｔａが大きい場合、Ｈレベルの信号Ｃｏｍｐをラッチ回路３６ｂ、アンド回路３７ｄを介してラッチ回路３７ｂに出力する（図３（ｈ））。
【００５８】
これによって比較結果の信号ＣｏｍｐがＨレベルの場合、ラッチ回路３７ｂが、保持するデータを、ＡＤ変換器３２からの新たなデータＤａｔａに更新し、保持しているデータをラッチ回路３７ｃに出力する（図３（ｇ））。もちろん、ラッチ回路３７ｂは、アンド回路３７ｄを介して比較信号Ｃｏｍｐが入力されるので、保持するデータを更新するのは、所定の時間Δｔの間のみである。
【００５９】
また、比較信号ＣｏｍｐがＨレベルの場合、ラッチ回路３６ｂが、タイマ用のカウンタ３６ａからのカウント値Ｔ＿ｃｏｕｎｔで保持するカウント値を更新し、保持している値Ｔ＿Ｈｄをラッチ回路３６ｃに出力する（図３（ｊ））
【００６０】
すなわち、比較回路３７ａが、ＡＤ変換器３２からのデータＤａｔａとラッチ回路３７ｂの保持するデータＶ＿Ｈｄとを比較し、データＤａｔａの方が大きい場合、Ｈレベルの信号Ｃｏｍｐを出力し、ラッチ回路３７ｂが新たなデータＤａｔａに更新し、ラッチ回路３６ｂが新たなカウント値Ｔｃｏｕｎｔに更新する。これにより、所定の時間Δｔにおける最大値、この最大値がサンプリングされたときのカウント値をラッチ回路３７ｂ、３６ｂが保持する（図３（ｇ）、（ｊ））。
【００６１】
そして、Δｔ計測回路３５ａが、所定の時間Δｔ経過を示すため、検出終了信号Ｅｎｄをラッチ回路３５ｃ、３６ｃ、３７ｃを出力する（図３（ｋ）、図３の時刻ｔ２）。これによってラッチ回路３７ｃが、最大値Ｖｐｅａｋを解析部４０に出力する（図３（ｍ））。また、ラッチ回路３６ｃが、この最大値ＶｐｅａｋをＡＤ変換した時刻のカウント値Ｔｐｅａｋを解析部４０に出力する（図３（ｌ））。また、ラッチ回路３５ｃが、ラッチ回路３６ｃ、３７ｃに同期して、ピーク検出が終了した旨の信号（Ｈレベル）を解析部４０に出力する。
【００６２】
さらに、スタート信号ＳｔがＬレベルになるまで、次のパルス信号のレベルがしきい値を超えるごと（図３の時刻ｔ３）に、ピーク値の検出、ピーク検出時のカウント値を解析部４０に出力する。
【００６３】
このように、図５に示すようなピークホールド回路２２を用いずに、ＡＤ変換器３２が、パルス信号をクロック周波数で直接ＡＤ変換して比較回路３７ａ、ラッチ回路３７ｂに出力する。そして、比較回路３７ａが、比較結果（Ｄａｔａ≧Ｖ＿Ｈｄ）をラッチ回路３７ｂ、３６ｂに出力し、回路３６ｂ、３７ｂそれぞれが比較結果に基づいてデータの更新を行なう。すなわち、ラッチ回路３７ｂが、保持するデータを新たなデータＤａｔａに更新し、ラッチ回路３６ｂが、ラッチ回路３７ｂに同期して保持するカウント値を更新する。これにより、パルス信号の波形情報をクロック周波数ごとに取得できるので、パルス信号のピーク到着時刻も正確に計測することができる。従って、解析部４０も正確な到着時刻を用いてリストを作成することができ、ＭＣＡとしての測定精度が向上される。
【００６４】
さらに、ピーク検出回路１００を用いた図１に示すＭＣＡを、図４に示すような放射線測定システムに用いることにより、他の物理量や他の検出器１１の検出結果との時間的な関係を確保することができ、放射線測定システムとしての測定精度も向上する。
【００６５】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
トリガ信号Ｔｒｉｇが入力されると、Δｔ計測回路３５ａ、オア回路３５ｂによってリセット信号Ｒｓを出力してラッチ回路３７ｂをリセットする構成を示したが、オア回路３５ｂに検出終了信号Ｅｎｄを入力し、所定の時間Δｔ経過後にラッチ回路３７ｂの値をリセットしてもよい。
【００６６】
図１に示す装置のおいて、ピーク検出回路１００を、ＭＣＡのデータ入力部に用いる例を示したが、被測定信号のピーク値を測定する装置、例えば、波形測定装置の測定装置に用いてもよい。また、放射線スペクトラム測定のほかにも、精密時間間隔測定、各種エネルギー測定等において、波高ピーク値を測定する測定装置に用いてよい。例えば、精密時間間隔測定では、時間間隔情報を、検出器１１で電荷へ変換し、信号変換手段で電荷量に比例した振幅をもつ電圧に変換し、ピーク検出回路でピーク値を検出するとよい。
【００６７】
図２に示す装置において、データ保持回路やカウント値保持回路の一例として、ラッチ回路３５ｃ、３６ｂ、３６ｃ、３７ｂ、３７ｃを用いる構成を示したが、デジタルデータを保持できるものならばどのようなものでもよく、例えば、Ｄ−ＦＦ（Delay flip-flop）等でもよい
【００６８】
図２に示す装置において、保持するデータＶｐｅａｋ、Ｔｐｅａｋの同期の確保を容易にするためラッチ回路３５ｃ、３６ｃ、３７ｃを設ける構成を示したが、これらのラッチ回路３５ｃ、３６ｃ、３７ｃは、設けなくともよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】図１に示すピーク検出回路の詳細を示した図である。
【図３】図２に示す回路のタイミング図である。
【図４】従来の放射線測定システムの構成を示した図である。
【図５】従来のピーク検出回路の構成を示した図である。
【図６】図５に示す装置のタイミング図である。
【符号の説明】
【００７０】
３１ しきい値検出部
３４ ＡＤ変換器
３５ｃ、３６ｂ、３６ｃ、３７ｂ、３７ｃ ラッチ回路
３６ タイマ部
３６ａ カウンタ
３７ ピーク検出部
３７ａ デジタル比較回路
４０ 解析部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定信号のピーク値を検出するピーク検出回路において、
前記被測定信号をサンプリングするＡＤ変換器と、
前記被測定信号の振幅がしきい値を超えたことを検出するしきい値検出部と、
このしきい値検出部がしきい値を超えたことを検出してから所定の時間の間に前記ＡＤ変換器から入力されたデジタルデータのなかから前記ピーク値となる最大値を検出するピーク検出部と、
このピーク検出部が最大値を検出したときの時刻を出力するタイマ部と
を設けたことを特徴とするピーク検出回路。
【請求項２】
ピーク検出部は、
前記ＡＤ変換器からのデジタルデータと他方のデジタルデータとを比較するデジタル比較回路と、
前記デジタル比較回路の比較結果によって、保持するデジタルデータを前記ＡＤ変換器からのデジタルデータに更新し、更新したデジタルデータを前記他方のデジタルデータとして前記デジタル比較回路に出力するデータ保持回路と、
を有し、タイマ部は、
所定の周期でカウントし、カウント値を出力するカウンタと、
前記デジタル比較回路の比較結果によって、保持するカウント値を前記カウンタからのカウント値に更新するカウント値保持回路と
を有することを特徴とする請求項１記載のピーク検出回路。
【請求項３】
ピーク検出部のデータ保持回路とタイマ部のカウント値保持回路のそれぞれは、前記所定の時間の経過時に保持しているデジタルデータ、カウント値を前記最大値、前記時刻として出力することを特徴とする請求項２記載のピーク検出回路。
【請求項４】
放射線のエネルギーに対応したピーク値をもつパルス信号に基づいて放射線源の解析を行なうマルチチャネルアナライザにおいて、
請求項１〜３のいずれかに記載のピーク検出回路と、
このピーク検出回路からの最大値と時刻とからヒストグラムやリストを作成する解析部と
を有することを特徴とするマルチチャネルアナライザ。
【請求項５】
試料から出力される放射線の測定を行なう放射線測定システムにおいて、
前記試料からの放射線を検出する検出器と、
この検出器からの信号を、検出された物理量の大きさに対応するピーク値を持つパルス形状の被測定信号に変換する信号変換手段と、
この信号変換手段からの被測定信号が入力される請求項４記載のマルチチャネルアナライザと
を設けたことを特徴とする放射線測定システム。
【請求項１】
被測定信号のピーク値を検出するピーク検出回路において、
前記被測定信号をサンプリングするＡＤ変換器と、
前記被測定信号の振幅がしきい値を超えたことを検出するしきい値検出部と、
このしきい値検出部がしきい値を超えたことを検出してから所定の時間の間に前記ＡＤ変換器から入力されたデジタルデータのなかから前記ピーク値となる最大値を検出するピーク検出部と、
このピーク検出部が最大値を検出したときの時刻を出力するタイマ部と
を設けたことを特徴とするピーク検出回路。
【請求項２】
ピーク検出部は、
前記ＡＤ変換器からのデジタルデータと他方のデジタルデータとを比較するデジタル比較回路と、
前記デジタル比較回路の比較結果によって、保持するデジタルデータを前記ＡＤ変換器からのデジタルデータに更新し、更新したデジタルデータを前記他方のデジタルデータとして前記デジタル比較回路に出力するデータ保持回路と、
を有し、タイマ部は、
所定の周期でカウントし、カウント値を出力するカウンタと、
前記デジタル比較回路の比較結果によって、保持するカウント値を前記カウンタからのカウント値に更新するカウント値保持回路と
を有することを特徴とする請求項１記載のピーク検出回路。
【請求項３】
ピーク検出部のデータ保持回路とタイマ部のカウント値保持回路のそれぞれは、前記所定の時間の経過時に保持しているデジタルデータ、カウント値を前記最大値、前記時刻として出力することを特徴とする請求項２記載のピーク検出回路。
【請求項４】
放射線のエネルギーに対応したピーク値をもつパルス信号に基づいて放射線源の解析を行なうマルチチャネルアナライザにおいて、
請求項１〜３のいずれかに記載のピーク検出回路と、
このピーク検出回路からの最大値と時刻とからヒストグラムやリストを作成する解析部と
を有することを特徴とするマルチチャネルアナライザ。
【請求項５】
試料から出力される放射線の測定を行なう放射線測定システムにおいて、
前記試料からの放射線を検出する検出器と、
この検出器からの信号を、検出された物理量の大きさに対応するピーク値を持つパルス形状の被測定信号に変換する信号変換手段と、
この信号変換手段からの被測定信号が入力される請求項４記載のマルチチャネルアナライザと
を設けたことを特徴とする放射線測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１２２１６７（Ｐ２００８−１２２１６７Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０４６３９（Ｐ２００６−３０４６３９）
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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