專利名稱：穩(wěn)定led的光輻射的溫度相關(guān)性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于校正由發(fā)光二極管(LED)所發(fā)射的且在光檢測(cè)器中所測(cè)量的光量的溫度相關(guān)性的方法，該發(fā)光二極管以脈沖持續(xù)時(shí)間基本上恒定的脈沖模式工作。
LED的所發(fā)射的光量取決于其溫度。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中，其中LED被用作參考光源，因而調(diào)節(jié)LED的溫度并且可能調(diào)節(jié)與LED相連的測(cè)量設(shè)備的溫度，以致結(jié)果保持溫度恒定并且因此保持LED的所發(fā)射的光量恒定。
在應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室之外時(shí)，其中這樣的空氣調(diào)節(jié)是不可能的或者僅在提高成本的情況下是可能的，因而必要的是，所測(cè)量的光量的值相對(duì)于溫度引起的影響被校正，以便如此減小測(cè)量結(jié)果的誤差。如果將這樣的LED例如用作光源以穩(wěn)定光電倍增管，該光電倍增管例如在閃爍檢測(cè)器(例如用于識(shí)別放射性同位素的移動(dòng)檢測(cè)器(手持式放射性同位素識(shí)別裝置RID(Radioisotope Identification Device)))中被用作光檢測(cè)器，則LED遭受在-20℃至+50℃的范圍中的溫度波動(dòng)。在此，光檢測(cè)器的系統(tǒng)放大可立即波動(dòng)20％和更多，以致必需穩(wěn)定光檢測(cè)器的放大，以便RID的能量放大和能量分辨率保持得足夠好。為了利用LED穩(wěn)定這樣的光檢測(cè)器，因此必需的是識(shí)別由LED所發(fā)射的光量的溫度相關(guān)性。
公知多種用于進(jìn)行穩(wěn)定的方法，其中測(cè)量檢測(cè)器上或者檢測(cè)器中的溫度，并且借助事先所測(cè)量的校準(zhǔn)表來調(diào)整溫度引起的影響?？墒?，這些方法有以下缺點(diǎn)，即在溫度快速變化時(shí)的溫度測(cè)量只不過很難實(shí)現(xiàn)，特別是因?yàn)樵跈z測(cè)器中期待常常還不均勻的溫度分布。此外，例如光電倍增管的放大不僅取決于其溫度，而且還取決于當(dāng)前計(jì)數(shù)率及其以前的情況(也就是其磁滯和年齡)。已顯示出，在考慮到所有參數(shù)的情況下足夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)放大是不可能的。
因此，為了穩(wěn)定，在實(shí)際測(cè)量期間常常采用有源的方法。在大多數(shù)情況下，應(yīng)用放射性的校準(zhǔn)源或者天然的背景輻射，以便實(shí)現(xiàn)這種有源的穩(wěn)定?？墒?，這導(dǎo)致優(yōu)化問題，因?yàn)楸仨氄业阶銐蚨糖疫€要足夠準(zhǔn)確地進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量的折衷。此外，每次附加的放射性輻射都導(dǎo)致系統(tǒng)的整個(gè)靈敏度的減小。
一種替換方案是，分開地使光檢測(cè)器和閃爍器穩(wěn)定(后者例如在PCT/EP2004/050754中被公開)。公知的是，為了穩(wěn)定光檢測(cè)器，將脈動(dòng)的光源(例如LED)用作校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。也公知的是，以這種方式在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中穩(wěn)定或者監(jiān)控光檢測(cè)器的放大。現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)是，LED的光輻射取決于其溫度，更準(zhǔn)確地說取決于其阻擋層溫度TLED。因此，在公知的方法中必需或者保持溫度恒定或者至少對(duì)該溫度進(jìn)行監(jiān)控，或者精確地利用獨(dú)立的測(cè)量設(shè)備對(duì)由LED分別發(fā)射的光量進(jìn)行監(jiān)控。這樣的結(jié)構(gòu)不僅在技術(shù)上是昂貴的和高成本的，而且還必需額外的能量和額外的空間，這使得在電池驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)RID中采用變得困難。
由傳感器技術(shù)公知一種方法，在保持恒定的工作電壓的情況下通過電流測(cè)量或者在保持恒定的電流的情況下通過測(cè)量磁通電壓來測(cè)量半導(dǎo)體組件(例如二極管)的溫度。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種方法，該方法避免了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，以便借助脈沖的LED來降低用于穩(wěn)定光檢測(cè)器的成本。
此外，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種光檢測(cè)器，借助脈沖的LED相對(duì)于與溫度相關(guān)的和以其它方式引起的波動(dòng)來校正光檢測(cè)器的信號(hào)，這些信號(hào)包括由所屬的電子設(shè)備所產(chǎn)生的脈沖振幅譜在內(nèi)，并且因此可使光檢測(cè)器的信號(hào)穩(wěn)定。此外，本發(fā)明的任務(wù)還在于，提供一種用于測(cè)量輻射、優(yōu)選地測(cè)量電離輻射的檢測(cè)器，可利用脈沖的LED來穩(wěn)定該檢測(cè)器。
該任務(wù)首先通過根據(jù)權(quán)利要求所述的方法和裝置來解決。因此，提供一種方法，根據(jù)該方法，在應(yīng)用預(yù)定的、與LED的溫度T成預(yù)定比例的參數(shù)X的情況下來校正發(fā)光二極管的與溫度相關(guān)的所發(fā)射的光量L。在此，根據(jù)參數(shù)X，優(yōu)選地在應(yīng)用校準(zhǔn)表的情況下，特別優(yōu)選地在應(yīng)用閉合的(geschlossen)、預(yù)定函數(shù)的情況下確定校正因數(shù)K，利用該校正因數(shù)K相對(duì)于所發(fā)射的光量的溫度引起的波動(dòng)來校正所測(cè)量的所發(fā)射的光量L。在此，二極管以脈沖持續(xù)時(shí)間tP基本上恒定的脈沖模式來工作。在此，該參數(shù)X由LED本身的至少兩個(gè)輸出信號(hào)來確定，這些輸出信號(hào)以預(yù)定的方式相互相關(guān)。
在此，已證明有利的是，首先根據(jù)所測(cè)量的參數(shù)X確定LED的溫度，其中可應(yīng)用校準(zhǔn)表。優(yōu)選地，也能應(yīng)用閉合的、預(yù)定函數(shù)。接著，根據(jù)溫度T確定校正因數(shù)K，其中同樣優(yōu)選地應(yīng)用校準(zhǔn)表或者閉合的、預(yù)定函數(shù)。
此外，提供一種用于使發(fā)光二極管(LED)的溫度穩(wěn)定的方法，其中LED以脈沖持續(xù)時(shí)間tP基本上恒定的脈沖模式來工作，其中預(yù)定的、與LED的溫度T成預(yù)定比例的參數(shù)X被用作指令變量，其中根據(jù)LED的至少兩個(gè)輸出信號(hào)來確定參數(shù)X，這些輸出信號(hào)以預(yù)定的方式相互相關(guān)。
已證明有利的是，LED如此工作，以致脈沖持續(xù)時(shí)間tP是基本上恒定的，可是施加在LED上的電壓在至少一個(gè)第一電壓UP1與至少一個(gè)不同于UP1的第二電壓UP2之間變化。在該脈沖期間，電壓分別基本上是恒定的。接著，測(cè)量具有不同電壓UP的脈沖的平均光量L(UP)、即至少測(cè)量具有電壓UP1的脈沖的平均光量L(UP1)和具有電壓UP2的脈沖的平均光量L(UP2)。因此，根據(jù)光量L(UP)相互間的比例實(shí)現(xiàn)參數(shù)X的確定。在恒定的脈沖持續(xù)時(shí)間但是不同的電壓的情況下應(yīng)用至少兩個(gè)光量的比例導(dǎo)致，由于溫度波動(dòng)或者由于其它效果引起的光檢測(cè)器的放大波動(dòng)對(duì)參數(shù)X的確定沒有影響。
該方法也可以如此來制定，以致，在同樣恒定的脈沖持續(xù)時(shí)間tP時(shí)，周期地在至少一個(gè)第一值IP1與至少一個(gè)不同于IP1的第二值IP2之間變化的電流被施加到處于脈沖工作的LED上。在該脈沖期間，流經(jīng)LED的電流分別基本上是恒定的。接著，測(cè)量具有不同的電流IP的脈沖的平均光量L(IP)，即至少測(cè)量具有電流IP1的脈沖的平均光量L(IP1)和具有電流IP2的脈沖的平均光量L(IP2)。因此，根據(jù)光量L(IP)相互間的比例來確定參數(shù)X。
為了抑制接通效果和斷開效果的影響或者類似的對(duì)于LED的光輻射的影響，已證明特別有利的是，如下確定參數(shù)XLED以脈沖模式工作，以致脈沖持續(xù)時(shí)間tP采用基本上兩個(gè)不同的、基本上恒定的值tPS和tPL，并且LED上的電壓周期地在至少一個(gè)第一電壓UP1與至少一個(gè)不同于UP1的第二電壓UP2之間變化，測(cè)量至少電壓為UP1和UP2而脈沖持續(xù)時(shí)間為tPS和tPL的脈沖的平均光量L(UP；tPS)和L(UP；tPL)，確定光量L(UP1；tPL)和L(UP1；tPS)以及L(UP2；tPL)和L(UP2；tPS)的差DP1和DP2，以及根據(jù)光量的差的比例來確定參數(shù)X。
同樣好地是能如下來確定參數(shù)XLED以脈沖模式工作，以致脈沖持續(xù)時(shí)間tP采用基本上兩個(gè)不同的、基本上恒定的值tPS和tPL，并且流經(jīng)LED的電流周期地在至少一個(gè)第一值IP1與至少一個(gè)不同于IP1的第二值IP2之間變化，測(cè)量至少電流為IP1和IP2而脈沖持續(xù)時(shí)間為tPS和tPL的脈沖的平均光量L(IP；tPS)和L(IP；tPL)，確定光量L(IP1；tPL)和L(IP1；tPS)以及L(IP2；tPL)和L(IP2；tPS)的差DP1和DP2，以及根據(jù)光量的差的比例來確定參數(shù)X。
此外，如果光量L(UP)或L(IP)(也就是至少光量L(UP1)和L(UP2)或者L(IP1)和L(IP2))利用光檢測(cè)器、優(yōu)選地利用光電倍增管、混合光電倍增管、雪崩光電二極管或者具有放大器的光電二極管來確定，則證明為是有利的。由光檢測(cè)器所測(cè)量的光量優(yōu)選地通過應(yīng)用一個(gè)或者多個(gè)以下的方法步驟來確定執(zhí)行檢測(cè)器信號(hào)的脈沖振幅光譜測(cè)量法，和/或測(cè)量光檢測(cè)器中的平均通過電流，和/或測(cè)量在光檢測(cè)器的光敏層中通過LED脈沖所產(chǎn)生的電荷量，測(cè)量優(yōu)選地通過對(duì)優(yōu)選地已經(jīng)被放大的、由LED脈沖所觸發(fā)的電荷信號(hào)的光譜測(cè)量法所產(chǎn)生的電荷量。
此外，如果LED包括串聯(lián)電阻，則是有利的，其中特別有利地如此選擇串聯(lián)電阻，以致其電阻不是線性地與溫度T相關(guān)，特別優(yōu)選地以這種方式與溫度T相關(guān)，即該相關(guān)性或者至少與溫度T的校正因數(shù)K的相關(guān)性的非線性近似地通過串聯(lián)電阻的溫度相關(guān)性得到補(bǔ)償。
此外，要求保護(hù)一種用于穩(wěn)定光檢測(cè)器、優(yōu)選地穩(wěn)定光電倍增管、混合光電倍增管、雪崩光電二極管或者具有放大器的光電二極管的方法，其中光檢測(cè)器與至少一個(gè)LED光學(xué)相連，其中至少一個(gè)LED以脈沖模式工作，并且其中光檢測(cè)器的輸出信號(hào)利用穩(wěn)定因數(shù)來穩(wěn)定，其中根據(jù)由至少一個(gè)LED所發(fā)射的信號(hào)來產(chǎn)生該穩(wěn)定因數(shù)，并且其中至少一個(gè)LED的光輻射的溫度相關(guān)性利用上述方法來校正。
此外，要求保護(hù)一種用于穩(wěn)定由用于測(cè)量輻射、優(yōu)選地測(cè)量電離輻射的閃爍檢測(cè)器通過在檢測(cè)器中至少部分被吸收的輻射所產(chǎn)生的和與檢測(cè)器的工作參數(shù)相關(guān)的信號(hào)的方法，其中閃爍檢測(cè)器具有至少一個(gè)光檢測(cè)器和至少一個(gè)與該光檢測(cè)器光學(xué)相連的LED，其中用于穩(wěn)定閃爍檢測(cè)器的穩(wěn)定因數(shù)根據(jù)由至少一個(gè)LED所發(fā)射的信號(hào)來產(chǎn)生，并且其中該LED的光輻射的溫度相關(guān)性根據(jù)上述的和在權(quán)利要求1至11中所述的方法之一來校正。如果LED與閃爍檢測(cè)器之間的至少一個(gè)(優(yōu)選地為光學(xué)的)連接導(dǎo)熱地被構(gòu)造，則是有利的，因?yàn)閷?dǎo)熱地與閃爍檢測(cè)器相連的LED的溫度接著基本上與閃爍器的溫度相對(duì)應(yīng)。
在所有所說明的方法中，優(yōu)選地?cái)?shù)字地進(jìn)行信號(hào)處理。
此外，還要求保護(hù)一種具有信號(hào)處理裝置的光檢測(cè)器，優(yōu)選的是光電倍增管、混合光電倍增管、雪崩光電二極管或者具有放大器的光電二極管，其中至少一個(gè)LED與該光檢測(cè)器光學(xué)相連，其中至少一個(gè)LED以脈沖模式工作并且利用穩(wěn)定因數(shù)來穩(wěn)定該光檢測(cè)器的輸出信號(hào)，其中根據(jù)由至少一個(gè)LED所產(chǎn)生的信號(hào)來產(chǎn)生穩(wěn)定因數(shù)，并且其中至少一個(gè)LED的光輻射的溫度相關(guān)性根據(jù)上述的并且在權(quán)利要求1至11中所要求保護(hù)的方法之一來校正。此處也優(yōu)選地?cái)?shù)字地進(jìn)行信號(hào)處理。
此外，要求保護(hù)一種用于測(cè)量輻射、優(yōu)選地測(cè)量電離輻射的閃爍檢測(cè)器，其中該閃爍檢測(cè)器具有至少一個(gè)上述光檢測(cè)器，該光檢測(cè)器至少部分地測(cè)量由閃爍檢測(cè)器所產(chǎn)生的光。在特定的實(shí)施形式中，測(cè)量通過在檢測(cè)器中至少部分被吸收的輻射所產(chǎn)生的并且與檢測(cè)器的工作溫度相關(guān)的信號(hào)，以及利用與閃爍器的溫度T成預(yù)定比例的穩(wěn)定因數(shù)S來穩(wěn)定，其中光檢測(cè)器的至少一個(gè)LED與閃爍檢測(cè)器導(dǎo)熱地相連，并且其中根據(jù)至少一個(gè)與閃爍檢測(cè)器導(dǎo)熱相連的LED的參數(shù)X按照上述方法步驟之一來確定與溫度相關(guān)的穩(wěn)定因數(shù)S，該穩(wěn)定因數(shù)S用于優(yōu)選地在應(yīng)用校準(zhǔn)表的情況下，特別優(yōu)選地在應(yīng)用預(yù)定的函數(shù)相關(guān)性的情況下以預(yù)定方式穩(wěn)定閃爍檢測(cè)器。
本發(fā)明提供了一種在技術(shù)上十分簡單且有利的方法，用于使LED參考光源的溫度穩(wěn)定，這些LED參考光源例如被用于穩(wěn)定光檢測(cè)器和/或閃爍檢測(cè)器，其中還分析本來為了進(jìn)行穩(wěn)定而測(cè)量的LED信號(hào)的脈沖振幅譜。因此，必需放射性的校準(zhǔn)源，根據(jù)溫度還必需應(yīng)用額外的光檢測(cè)器，用于監(jiān)控由lED所發(fā)射的光量。本來存在的光檢測(cè)器足夠，只要其放大只在時(shí)間周期變化，就不取決于其穩(wěn)定，該時(shí)間周期大于不同的LED模式的切換間隔。該切換間隔保持得十分小(直至＜1ms)，但是至少與兩個(gè)LED脈沖之間的間隔一樣大。
以下參照下面所描述的附圖來說明優(yōu)選的實(shí)施例。其中

圖1示出了用于校準(zhǔn)LED的測(cè)量設(shè)備；圖2示出了根據(jù)時(shí)間t的LED上的電壓變化曲線UP1和UP2；
圖3a示出了根據(jù)時(shí)間t的在不同的脈沖長度tPS和tPL的情況下的電壓UP的電壓變化曲線；圖3b示出了差DP的示意性圖示，該差DP由兩個(gè)在相同電壓U的情況下不同長度的信號(hào)得出；圖4示出了LED脈沖的脈沖振幅譜；圖5示出了針對(duì)LED的兩個(gè)工作狀態(tài)(Betriebsregime)的光量L和由其導(dǎo)出的校正因數(shù)K與LED溫度的相關(guān)性；圖6示出了光量比例R與LED溫度的相關(guān)性，該光量比例R根據(jù)圖5中所示的測(cè)量值確定；圖7示出了光量L和由此導(dǎo)出的校正因數(shù)K與光量比例R(測(cè)量數(shù)據(jù))的相關(guān)性；圖8示出了由光量差DP1和DP2構(gòu)成的商與LED溫度的相關(guān)性。
在根據(jù)圖1的測(cè)試裝置和校準(zhǔn)裝置中，如此布置LED，以致該LED與由NaI(T1)閃爍器晶體和光電倍增管PMT構(gòu)成的閃爍檢測(cè)器無關(guān)地借助珀耳帖(Peltier)元件P和冷卻體H被加熱或者被冷卻。在此，LED位于被回火的鋁塊中，該鋁塊的溫度利用傳統(tǒng)的溫度傳感器T來測(cè)量。LED的光通過光學(xué)窗口O射入閃爍器晶體中。
由脈沖模式的驅(qū)動(dòng)電路給LED供應(yīng)可調(diào)節(jié)的電壓。驅(qū)動(dòng)電路本身也如整個(gè)其它必要的電子設(shè)備那樣僅僅示意性地被示在圖1中。同樣，脈沖長度是可調(diào)節(jié)的并且通過石英發(fā)生器來進(jìn)行穩(wěn)定。在測(cè)量期間，脈沖長度可編程控制地在多個(gè)固定值之間變化。另一控制設(shè)備允許規(guī)則地自動(dòng)以分別幾秒的間隔使在脈沖期間施加到二極管上的電壓在兩個(gè)預(yù)先選擇的穩(wěn)定值UP1與UP2之間切換。
分別施加到二極管上的脈沖的形狀示意性地被示在圖2、3a和3b中，以下將更詳細(xì)地闡述這些形狀。
為了控制系統(tǒng)的函數(shù)，放射性的137Cs源被固定在NaI(TI)閃爍器上，該閃爍器在閃爍檢測(cè)器中產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。包括電子設(shè)備在內(nèi)的整個(gè)裝置位于空氣調(diào)節(jié)箱中，該空氣調(diào)節(jié)箱的內(nèi)部溫度可編程控制地變化或者保持恒定。
對(duì)于以下所說明的測(cè)量，示例性地應(yīng)用具有藍(lán)色波段中的波長譜的最大值(即大約在430nm)的LED，這例如與NaI(TI)閃爍晶體的發(fā)射光的光譜分布相對(duì)應(yīng)。
公知的是，由LED所發(fā)射的平均光量在其它恒定的工作條件的情況下取決于其溫度。相對(duì)應(yīng)的溫度相關(guān)性借助該裝置如下地進(jìn)行測(cè)量-將空氣調(diào)節(jié)箱保持在恒定的溫度-借助珀耳帖元件提高或者降低LED的溫度TLED-借助溫度傳感器測(cè)量LED的溫度TLED，并且等待直到TLED保持恒定-記錄和分析所選擇的測(cè)量狀態(tài)下的脈沖振幅譜。
圖4示例性地示出了所測(cè)量的脈沖振幅譜。在測(cè)量期間，UP規(guī)則地在值UP1與UP2之間切換，脈沖長度tP規(guī)則地在值tPS與tP1之間切換。UP和tP的任意組合產(chǎn)生光譜中的峰值，該峰值的位置是由二極管平均所發(fā)射的且在檢測(cè)器中被證實(shí)的光量L(UP，tP)的量度。在曲線圖的左邊部分中另外還能識(shí)別由137Cs源在閃爍檢測(cè)器中所產(chǎn)生的脈沖振幅譜。在下面的曲線圖和公式中，由于兩個(gè)變量相互間的固定的關(guān)系，L等同于相對(duì)應(yīng)的峰值的位置。
圖5示出了對(duì)于兩種不同的工作狀態(tài)的所發(fā)射的光量L與溫度TLED的所測(cè)量的相關(guān)性，這兩種工作狀態(tài)通過相同的脈沖長度但是不同的電壓值UP1和UP2來表征。光量L隨著溫度TLED的變化能明顯地被看出。也示出了校正因數(shù)K(UP1)＝L0/L1(TLED)和K(UP2)＝L0/L2(TLED)，其中光量L和因此對(duì)于脈沖以電壓UP1和UP2所測(cè)量的峰值的峰值位置必須被校正，以便校正由溫度引起的LED的光輻射的變化。
相對(duì)應(yīng)的、分別施加到LED上的電壓脈沖示意性地被示在圖2中，在該圖中示出了兩個(gè)電壓UP1和UP2以及脈沖長度tP。在那也示出了有限的信號(hào)上升時(shí)間和下降時(shí)間以及在接通信號(hào)時(shí)的瞬變效應(yīng)。
根據(jù)這兩個(gè)峰值位置可確定比例R＝L(UP1)/L(UP2)。由于LED的特性曲線的非線性，該比例不是恒定的，而是隨著溫度TLED變化，如圖6所示。只要檢測(cè)器信號(hào)與所檢測(cè)到的光量L成比例，如此確定的量R就不與光檢測(cè)器的放大相關(guān)。該比例性(檢測(cè)器響應(yīng)的線性)實(shí)際上被給出并且已在分別的測(cè)量中被證實(shí)。
由此，利用帶有不公知的放大的不穩(wěn)定的檢測(cè)器來測(cè)量R。接著根據(jù)R可以借助二極管的校準(zhǔn)曲線(圖6)來確定溫度TLED。
根據(jù)TLED能利用每個(gè)工作狀態(tài)的相關(guān)性L(TLED)來確定與溫度相關(guān)的因數(shù)K＝L0/L(TLED)，該與溫度相關(guān)的因數(shù)K相對(duì)于溫度引起的波動(dòng)可以校正在檢測(cè)器中所測(cè)量的絕對(duì)光量L(圖5)。L0在這種情況下是參考溫度T0處的相對(duì)應(yīng)的峰值位置。通過知道校正因數(shù)K，盡管溫度TLED變化，LED仍變成用于穩(wěn)定光檢測(cè)器的放大的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。光檢測(cè)器(光電倍增管)的放大可以借助該值被調(diào)節(jié)或者在計(jì)算上如此被校正，以致當(dāng)前所測(cè)量的(例如對(duì)于UP1和tP1的)LED峰值位置被移位到標(biāo)定位置，該LED峰值位置利用相對(duì)應(yīng)的校正因數(shù)K來校正。由此可以保證，由某個(gè)所限定的光量所產(chǎn)生的檢測(cè)器信號(hào)始終在光譜中的保持不變的位置上產(chǎn)生峰值，從而穩(wěn)定光檢測(cè)器的放大。
因此在上述意義上，R是適當(dāng)?shù)膮?shù)X，該參數(shù)X由光檢測(cè)器的信號(hào)導(dǎo)出，這些信號(hào)與LED的不同的工作方式相對(duì)應(yīng)并且允許確定LED的溫度或者校正所發(fā)射的光量的溫度相關(guān)性。
在圖7中示出了針對(duì)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)的作為(分別由相同的脈沖振幅譜所確定的)參數(shù)R的函數(shù)的絕對(duì)峰值位置L和相對(duì)應(yīng)的校正因數(shù)K。該曲線圖示出，省去了溫度TLED的確定并且取代此，決定性的校正因數(shù)K可直接與比例R相關(guān)，并且接著根據(jù)分別當(dāng)前測(cè)量的R來確定該校正因數(shù)K。
在所述的裝置中，利用電壓恒定的脈沖來驅(qū)動(dòng)LED。同樣好地也能利用電流強(qiáng)度恒定的脈沖來驅(qū)動(dòng)二極管，并且接著測(cè)量得到的峰值位置。量IP和UP通過分別所應(yīng)用的LED的二極管特性曲線明顯地相互聯(lián)系。雖然峰值位置L和峰值位置比例R與溫度TLED的相對(duì)應(yīng)的相關(guān)性具有另一種形狀，但是這些相關(guān)性可以相同的方式被用于確定校正K，該校正K校正了二極管的光輻射L的溫度相關(guān)性。
盡管光量比例的構(gòu)成已經(jīng)引起，光檢測(cè)器的放大漂移不影響校正因數(shù)R的確定，但是接通或者斷開過程以不期望的方式影響LED的光輻射及其溫度相關(guān)性。利用其它實(shí)施形式能附加地減小這些效應(yīng)，這些實(shí)施例以測(cè)量多于兩個(gè)的脈沖為基礎(chǔ)。
以下具體地說明一實(shí)施形式，其中，如在圖4中所示的那樣，測(cè)量四個(gè)脈沖，更確切地說是測(cè)量在恒定的電壓UP1且不同的脈沖持續(xù)時(shí)間tPS和tPL的情況下的分別兩個(gè)脈沖以及在同樣恒定的電壓UP2和同樣又不同的脈沖持續(xù)時(shí)間tPS和tP1的情況下的兩個(gè)脈沖?？墒且部蓽y(cè)量和分析更大數(shù)量的脈沖，以便繼續(xù)提高準(zhǔn)確度。
圖3a示意性地示出了在否則相同的邊界條件的情況下(特別是在相同的二極管電壓UP1的情況下)具有不同的脈沖持續(xù)時(shí)間tPS和tPL的兩個(gè)脈沖的電壓變化曲線。由于兩個(gè)脈沖的電壓UP1是相同的，所以脈沖的穩(wěn)定化時(shí)間以及上升時(shí)間基本上也相同。如果現(xiàn)在構(gòu)成具有恒定的邊界條件但不同的脈沖持續(xù)時(shí)間的光量差L0＝L(UP1；tPL)-L(UP1；tPS)，則結(jié)果是相互減去和抑制了相同的對(duì)于二極管典型的參數(shù)，以致光量差基本上對(duì)應(yīng)于由脈沖的平坦區(qū)構(gòu)成的面積并且因此非常準(zhǔn)確地被確定。這示意性地在圖3b中被示出。
現(xiàn)在以所描述的方式和方法對(duì)兩個(gè)不同的電壓UP1和UP2構(gòu)成該光量差，并且緊接著確定LD1與LD2的光量比。該光量比特別好地適用作參數(shù)X，根據(jù)該參數(shù)X確定校正因數(shù)KK＝f(x)其中X=LD1LD2=L(UP1;tPL)-L(UP1;tPS)L(UP2;tPL)-L(UP2;tPS)]]>測(cè)量兩個(gè)不同的電壓和脈沖長度的光量差的比例的結(jié)果表明，該參數(shù)很好地隨著溫度TLED被校正(圖8)。
當(dāng)然，此處也能不僅通過電壓UP而且同樣也通過二極管電流IP的變化來實(shí)現(xiàn)光量的變化。
為了測(cè)量該光量，在本例中采用光電倍增管，其中同樣也能應(yīng)用光電二極管或者其它形式的光檢測(cè)器。
如圖6和圖8所示的那樣，參數(shù)X與二極管參數(shù)T的相關(guān)性通常不是線性的。如果LED利用串聯(lián)電阻來驅(qū)動(dòng)且優(yōu)選地如此選出串聯(lián)電阻，以致該串聯(lián)電阻同樣具有相對(duì)溫度非線性的特性，以電子方式確定校正因數(shù)K因而能被進(jìn)一步簡化。在此，如果如此選擇參數(shù)，以致串聯(lián)電阻的非線性在分別感興趣的溫度范圍中近似補(bǔ)償參數(shù)X的非線性，則最后得到了校正因數(shù)K與二極管溫度T的在感興趣的溫度范圍中近似線性的相關(guān)性，這極大地簡化了測(cè)量結(jié)果的分析和校正。
在實(shí)際的應(yīng)用中，應(yīng)事先確定相對(duì)應(yīng)的相關(guān)性，也就是說通常測(cè)量相對(duì)應(yīng)的相關(guān)性，以致產(chǎn)生對(duì)于具體所采用的LED有效的特性曲線。因此，這可以校準(zhǔn)表的形式或者也可以閉合的函數(shù)的形式來存儲(chǔ)，以致測(cè)量的校正在測(cè)量本身期間甚至實(shí)時(shí)進(jìn)行。
如果參數(shù)X和K每隔一段時(shí)間被確定，則對(duì)于充分的穩(wěn)定是足夠的，這些時(shí)間間隔小于其間發(fā)生相關(guān)的LED的溫度變化的時(shí)間。在此，可看到的是，LED的溫度TLED對(duì)于所測(cè)量的光量的校正不是必需明確已知的，因?yàn)楦鶕?jù)信號(hào)本身進(jìn)行了校正。因此，明顯的是，LED的溫度TLED同樣可以利用該方法來確定，其中校正因數(shù)K的確定作為所導(dǎo)出的量也能根據(jù)二極管溫度TLED來確定。同時(shí)在這種情況下也可以將二極管溫度TLED的測(cè)量用于其它目的。
這種具有LED的溫度測(cè)量例如可被用于校準(zhǔn)閃爍檢測(cè)器。這種閃爍檢測(cè)器通常由固定的、晶體狀或者流體形狀的閃爍器以及光檢測(cè)器組成。光檢測(cè)器(大多為具有光電倍增管或者光電二極管的光電陰極)的特性取決于光電陰極和特別是光電倍增管的溫度。如果恒定的光量L輻射到光檢測(cè)器中，則光檢測(cè)器的輸出信號(hào)可被校準(zhǔn)，以便如此補(bǔ)償溫度引起的波動(dòng)。在此，不一定必要的是，所射入的光量是恒定的，而是當(dāng)其已知時(shí)就足夠了。
如果應(yīng)用被安放在閃爍器上或者否則被安放在光檢測(cè)器的視域中的LED，該LED的所發(fā)射的光量根據(jù)上述方法以溫度來校正并且因此是已知的，則利用整個(gè)光檢測(cè)器的這樣的LED來進(jìn)行校準(zhǔn)，其中這在測(cè)量期間能在線地進(jìn)行。雖然出于上面所闡述的原因能測(cè)量系統(tǒng)的溫度T，但是也不是必要的，因?yàn)樾盘?hào)值的分析對(duì)于校準(zhǔn)是足夠的。
如果所應(yīng)用的、包括光檢測(cè)器在內(nèi)的LED如此與閃爍器耦合，以致LED的溫度基本上與閃爍器的溫度相對(duì)應(yīng)，則此外能借助LED實(shí)現(xiàn)使整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)溫度引起的系統(tǒng)放大的變化穩(wěn)定。
已知的是，閃爍器的光輻射也取決于溫度T。如果閃爍器的溫度例如通過分析由LED所發(fā)出的信號(hào)根據(jù)上述方法之一來識(shí)別，則閃爍器的與溫度相關(guān)的光輸出同樣如光檢測(cè)器與測(cè)量期間的溫度的相關(guān)性一樣被考慮，以致通過分析由LED所發(fā)出的信號(hào)能夠校準(zhǔn)整個(gè)系統(tǒng)。由于閃爍器的光輸出此外基本上與在那里所吸收的輻射的能量相對(duì)應(yīng)，所以由此整個(gè)檢測(cè)器系統(tǒng)的能量校準(zhǔn)通過在光檢測(cè)器的末端由LED所觸發(fā)的信號(hào)的信號(hào)分析來進(jìn)行，而不必應(yīng)用例如用于校準(zhǔn)檢測(cè)器系統(tǒng)可能是必要的放射性校準(zhǔn)源。
權(quán)利要求
1.一種方法，其用于在應(yīng)用預(yù)定的、與發(fā)光二極管(LED)的溫度T成預(yù)定關(guān)系的參數(shù)X的情況下校正由發(fā)光二極管所發(fā)射的且在光檢測(cè)器中被測(cè)量的光量L的溫度相關(guān)性，所述發(fā)光二極管以脈沖持續(xù)時(shí)間tP基本上恒定的脈沖模式工作，其中，優(yōu)選地在應(yīng)用校準(zhǔn)表的情況下，特別優(yōu)選地在應(yīng)用閉合的、預(yù)定函數(shù)的情況下，根據(jù)所述參數(shù)X確定校正因數(shù)K，利用所述校正因數(shù)K相對(duì)于溫度引起的所發(fā)射的光量的波動(dòng)來校正所測(cè)量的所發(fā)射的光量L，其中，所述參數(shù)X根據(jù)所述LED的至少兩個(gè)輸出信號(hào)來確定，所述輸出信號(hào)以預(yù)定的方式相互相關(guān)。
2.一種用于校正由根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管(LED)所發(fā)射的且在光檢測(cè)器中被測(cè)量的光量L的溫度相關(guān)性的方法，其中，首先優(yōu)選地在應(yīng)用校準(zhǔn)表的情況下，特別優(yōu)選地在應(yīng)用閉合的、預(yù)定函數(shù)的情況下，根據(jù)所述所測(cè)量的參數(shù)X來確定所述LED的溫度T；并且接著優(yōu)選地在應(yīng)用校準(zhǔn)表的情況下，特別優(yōu)選地在應(yīng)用閉合的、預(yù)定函數(shù)的情況下，根據(jù)溫度T確定所述校正因數(shù)K。
3.一種用于使發(fā)光二極管(LED)的溫度穩(wěn)定的方法，所述發(fā)光二極管以脈沖持續(xù)時(shí)間tP基本上恒定的脈沖模式工作，其中，預(yù)定的、與LED的溫度T成預(yù)定比例的參數(shù)X被用作指令變量，其中，所述參數(shù)X根據(jù)所述LED的至少兩個(gè)輸出信號(hào)來確定，所述輸出信號(hào)以預(yù)定的方式相互相關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，所述參數(shù)X如下被確定·以脈沖模式驅(qū)動(dòng)LED，以致所述脈沖持續(xù)時(shí)間tP基本上恒定，并且LED上的電壓周期地在至少一個(gè)第一電壓UP1與至少一個(gè)第二電壓UP2之間變化，·測(cè)量至少電壓為UP1和UP2的脈沖的平均光量L(UP)，·根據(jù)所述光量的比例確定所述參數(shù)X。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，所述參數(shù)X如下被確定·以脈沖模式驅(qū)動(dòng)LED，以致所述脈沖持續(xù)時(shí)間tP基本上恒定，并且流經(jīng)所述LED的電流周期地在至少一個(gè)第一值IP1與至少一個(gè)第二值IP2之間變化，·測(cè)量至少電流為IP1和IP2的脈沖的平均光量L(IP)，·根據(jù)所述光量的比例確定所述參數(shù)X。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，所述參數(shù)X如下被確定·以脈沖模式驅(qū)動(dòng)LED，以致所述脈沖持續(xù)時(shí)間tP采用基本上兩個(gè)不同的、基本上恒定的值tPS和tPL，并且所述LED上的電壓周期地在至少一個(gè)第一電壓UP1與至少一個(gè)第二電壓UP2之間變化，·測(cè)量至少電壓為UP1和UP2而脈沖持續(xù)時(shí)間為tPS和tPL的脈沖的平均光量L(UP；tPS)和L(UP；tPL)，·至少確定光量L(UP1；tPL)和L(UP1；tPS)以及L(UP2；tPL)和L(UP2；tPS)的差DP1和DP2，以及·根據(jù)所述光量的差的比例來確定所述參數(shù)X。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，所述參數(shù)X如下被確定·以脈沖模式來驅(qū)動(dòng)LED，以致所述脈沖持續(xù)時(shí)間tP采用基本上兩個(gè)不同的、基本上恒定的值tPS和tPL，并且流經(jīng)所述LED的電流周期地在至少一個(gè)第一值IP1與至少一個(gè)第二值IP2之間變化，·測(cè)量至少電流為IP1和IP2而脈沖持續(xù)時(shí)間為tPS和tPL的脈沖的平均光量L(IP；tPS)和L(IP；tPL)，·至少確定光量L(IP1；tPL)和L(IP1；tPS)以及L(IP2；tPL)和L(IP2；tPS)的差DP1和DP2，以及·根據(jù)所述光量的差的比例確定所述參數(shù)X。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7之一所述的方法，其中，所述光量L(UP)和L(IP)利用光檢測(cè)器來確定，優(yōu)選地利用光電倍增管、混合光電倍增管、雪崩光電二極管或者具有放大器的光電二極管來確定。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，由所述光檢測(cè)器所測(cè)量的光量通過一個(gè)或者多個(gè)以下方法步驟來確定·執(zhí)行檢測(cè)器信號(hào)的脈沖振幅光譜測(cè)量法，·測(cè)量光檢測(cè)器中的平均通過電流，·測(cè)量在光檢測(cè)器的光敏層中通過LED脈沖所產(chǎn)生的電荷量，測(cè)量優(yōu)選地通過對(duì)優(yōu)選地已經(jīng)被放大的、由LED脈沖所觸發(fā)的電荷信號(hào)的光譜測(cè)量法所產(chǎn)生的電荷量。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述LED包括串聯(lián)電阻。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其中，如此選擇所述串聯(lián)電阻，以致電阻與溫度T非線性地相關(guān)，優(yōu)選地以這種方式選擇所述串聯(lián)電阻，以致相關(guān)性或者至少校正因數(shù)K與溫度T的相關(guān)性的非線性近似通過串聯(lián)電阻的溫度相關(guān)性來補(bǔ)償。
12.一種用于使光檢測(cè)器、優(yōu)選地使光電倍增管、混合光電倍增管、雪崩光電二極管或者具有放大器的光電二極管穩(wěn)定的方法，其中，所述光檢測(cè)器與至少一個(gè)LED光學(xué)相連，其中，至少一個(gè)LED以脈沖模式被驅(qū)動(dòng)，并且其中，所述光檢測(cè)器的輸出信號(hào)利用穩(wěn)定因數(shù)來穩(wěn)定，其中，所述穩(wěn)定因數(shù)根據(jù)由至少一個(gè)LED所發(fā)射的信號(hào)來產(chǎn)生，并且其中，至少一個(gè)LED的光輻射的溫度相關(guān)性利用根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的方法來校正。
13.一種方法，其用于穩(wěn)定與由用于測(cè)量輻射、優(yōu)選地測(cè)量電離輻射的閃爍檢測(cè)器通過在檢測(cè)器中至少部分被吸收的輻射所產(chǎn)生的和與檢測(cè)器的工作溫度相關(guān)的信號(hào)，其中，所述閃爍檢測(cè)器具有至少一個(gè)光檢測(cè)器和至少一個(gè)與該光檢測(cè)器光學(xué)相連的LED，其中，用于使閃爍檢測(cè)器穩(wěn)定的穩(wěn)定因數(shù)根據(jù)由至少一個(gè)LED所發(fā)射的信號(hào)被產(chǎn)生，并且其中，至少一個(gè)LED的光輻射的溫度相關(guān)性利用根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的方法來校正。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其中，至少一個(gè)LED與所述閃爍器導(dǎo)熱地相連。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，數(shù)字地進(jìn)行信號(hào)處理。
16.一種具有信號(hào)處理裝置的光檢測(cè)器，特別是光電倍增管、混合光電倍增管、雪崩光電二極管或者具有放大器的光電二極管，其中，至少一個(gè)LED與所述光檢測(cè)器光學(xué)相連，其中，至少一個(gè)LED以脈沖模式被驅(qū)動(dòng)，并且所述光檢測(cè)器的輸出信號(hào)利用穩(wěn)定因數(shù)被穩(wěn)定，其中，所述穩(wěn)定因數(shù)根據(jù)由至少一個(gè)LED所發(fā)射的信號(hào)來產(chǎn)生，以及其中，至少一個(gè)LED的光輻射的溫度相關(guān)性利用根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的方法來校正。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的光檢測(cè)器，其中，數(shù)字地進(jìn)行信號(hào)處理。
18.一種用于測(cè)量輻射、優(yōu)選地測(cè)量電離輻射的閃爍檢測(cè)器，其中，所述閃爍檢測(cè)器具有至少一個(gè)按照權(quán)利要求16或者17之一所述的光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器至少部分地測(cè)量由所述閃爍檢測(cè)器所產(chǎn)生的光。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的閃爍檢測(cè)器，其中，測(cè)量通過在檢測(cè)器中至少部分被吸收的輻射所產(chǎn)生的且與檢測(cè)器的工作溫度相關(guān)的信號(hào)，并且利用與閃爍器的溫度T成預(yù)定比例的穩(wěn)定因數(shù)S來穩(wěn)定所述信號(hào)，其中，所述光檢測(cè)器的至少一個(gè)LED與所述閃爍檢測(cè)器導(dǎo)熱地相連，并且其中，根據(jù)至少一個(gè)與所述閃爍檢測(cè)器導(dǎo)熱相連的LED的參數(shù)X按照上述權(quán)利要求1至11之一所述的那樣來確定與溫度相關(guān)的穩(wěn)定因數(shù)S，所述穩(wěn)定因數(shù)S用于優(yōu)選地在應(yīng)用校準(zhǔn)表的情況下，特別優(yōu)選地在應(yīng)用預(yù)定的函數(shù)相關(guān)性的情況下，以預(yù)定的方式穩(wěn)定所述閃爍檢測(cè)器。
全文摘要
一種方法，其用于在應(yīng)用預(yù)定的、與LED的溫度T成預(yù)定比例的參數(shù)X的情況下校正由發(fā)光二極管(LED)所發(fā)射的且在光檢測(cè)器中被測(cè)量的光量L的溫度相關(guān)性，所述發(fā)光二極管以脈沖持續(xù)時(shí)間t
文檔編號(hào)G12B13/00GK101040567SQ200480043603
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
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