一种电离室型直流小电流恒流源装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型实施例涉及一种电离室型直流小电流恒流源装置，包括：环境参数采集装置，对恒流源装置所在环境的环境参数数据进行采集；γ射线辐射场，用于产生辐照射线；空腔电离室，接收辐照射线的辐照，使空腔电离室的空气电离产生电子和正离子，并在施加在空腔电离室的两极的直流极化电压作用下形成恒定电场，使电子和正离子分别向两极移动形成电离电流信号；增益反馈装置，将电离电流信号进行增益反馈降噪处理；处理设备，根据温度数据、气压数据和湿度数据，以及预设的标准环境参数，对降噪处理后的电离电流信号进行修正，输出直流恒流电流信号；IEEE488总线，用于处理设备与环境参数采集装置和增益反馈装置之间的信号传输。
【专利说明】
一种电离室型直流小电流恒流源装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种电学装置，尤其涉及一种电离室型直流小电流恒流源装置。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，在我国航天、核工业、兵器等国防工业领域，以及科学研究、 教学实验中都存在着大量的直流小电流信号。直流小电流源经过多年的发展，已经有多种 类型的产品得以广泛的应用。
[0003] 目前比较常用的是电阻式直流小电流恒流源，通过采用精密程控电压源和精密高 值电阻器产生直流小电流的输出。
[0004] 然而，直流小电流源的电流输出，随着环境因素的变化，也发生着相应变化。温度、 湿度、气压甚至静电都对直流小电流源的稳定性有着比较大的影响，特别是在对精度要求 高的工作环境下，这一问题更为突出。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种电离室型直流小电流恒流源 装置，采用空腔电离室受γ射线辐照，使得电离室内部空气电离产生电离电流信号，并对环 境参数数据进行采集，对电离电流信号进行修正，从而输出具有良好稳定性和精度的直流 小电流恒流信号。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种电离室型直流小电流恒流源装置，所述 恒流源装置包括：
[0007] 环境参数采集装置，对所述恒流源装置所在环境的环境参数数据进行采集;所述 环境参数数据包括:温度数据、湿度数据和气压数据；
[0008] γ射线辐射场，用于产生辐照射线；
[0009] 空腔电离室，接收所述辐照射线的辐照，使所述空腔电离室的空气电离产生电子 和正离子，并在施加在所述空腔电离室的两极的直流极化电压作用下形成恒定电场，使所 述电子和正离子分别向所述两极移动形成电离电流信号；
[0010]增益反馈装置，将所述电离电流信号进行增益反馈降噪处理；
[0011] 处理设备，根据所述温度数据、气压数据和湿度数据，以及预设的标准环境参数， 对所述降噪处理后的电离电流信号进行修正，输出所述直流恒流电流信号；
[0012] ΙΕΕΕ488总线，连接所述处理设备与所述环境参数采集装置和所述增益反馈装置， 用于所述处理设备与所述环境参数采集装置和所述增益反馈装置之间的信号传输。
[0013] 优选的，所述γ射线辐射场具体为:Cs-137 γ射线辐射场或C0-60 γ射线辐射场。 [0014]优选的，所述环境参数采集装置包括：
[0015] 温度计，对所述环境的温度数据进行采集；
[0016] 气压计，对所述环境的气压数据进行采集；
[0017]湿度计，对所述环境的湿度数据进行采集。
[0018]优选的，所述增益反馈装置由静电计和精密电容组成。
[0019] 进一步优选的，所述静电计为Keithley 6517静电计。
[0020] 进一步优选的，所述静电计还用于所述空腔电离室的电压源。
[0021] 优选的，当调整所述空腔电离室的体积和/或调整所述空腔电离室接收到的电离 辐射强度时，所述直流恒流电流信号的大小也相应改变。
[0022] 本实用新型实施例提供的电离室型直流小电流恒流源装置，采用空腔电离室受γ 射线辐照，使得电离室内部空气电离产生电离电流信号，并对环境参数数据进行采集，对电 离电流信号进行修正，从而输出具有良好稳定性和精度的直流小电流恒流信号。
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型实施例提供的恒流源装置的结构框图；
[0024] 图2为本实用新型实施例提供的采用电离电流方式形成的小电流恒流源的原理示 意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0026] 图1为本实用新型实施例提供电离室型直流小电流恒流源装置的结构框图。如图 所示，恒流源装置包括:环境参数采集装置1，γ射线辐射场2，空腔电离室3，增益反馈装置 4,处理设备5和ΙΕΕΕ488总线6。
[0027] 环境参数采集装置1对恒流源装置所在环境的环境参数数据进行采集。在具体的 实现方式中，环境参数数据至少包括:温度数据、湿度数据和气压数据；因此相应的，环境参 数采集装置1至少包括:温度计11、气压计12和湿度计13。
[0028] 温度计11对环境的温度数据进行采集；
[0029] 气压计12对环境的气压数据进行采集；
[0030] 湿度计13对环境的湿度数据进行采集。
[0031] γ射线辐射场2用于产生辐照射线；具体的，γ射线辐射场2可以具体为Cs-137 γ 射线福射场或C0-60 γ射线福射场。
[0032]空腔电离室3,接收辐照射线的辐照，使空腔电离室的空气电离产生电子和正离 子，并在施加在空腔电离室3的两极的直流极化电压作用下形成恒定电场，使电子和正离子 分别向两极移动形成电离电流信号。
[0033] 具体的，通过γ射线辐射场对空腔电离室辐射可以使空腔电离室内空气电离，并 在恒定电场作用下产生电离电流信号。
[0034] 空腔电离室3是一种用于探测电离辐射的气体探测器，其工作原理是当接收到射 线辐照时，射线与空腔电离室3中气体分子发生作用，产生电子-正离子对。因此通过γ射线 辐射场的辐照，空腔电离室3内空气电离。同时在空腔电离室的收集极和高压极上加直流极 化电压形成电场，使气体分子电离形成的电子和正离子会两极移动，形成电离电流信号。 [0035]通常情况下，空腔电离室3工作在正比区，即电离电流大小正比于射线产生的初始 离子对数目，也即正比于射线强度。
[0036]图2示出了采用电离电流方式形成的小电流恒流源的原理图。
[0037] 如图所示，运算放大器正向输入端接地，负压加到反向输入端。由于运算放大器的 输入电阻非常高，使得经过运算放大器的电流很小，可以忽略不计。此外，运算放大器的增 益通常可达IO 5倍，则传输电离电流信号的电缆在输出端产生的等效电容将是本身实际电 容值的I /105，因此外接精密电容上的电压与输出电压一致，则电离室产生的电离电流可以 按下式表示：
[0038] 1 )
[0039] 兵〒：173电尚电m，单位为pA; C为精密电容，单位为pF; Δ Vu为时间间隔Δ t内测 量得到的输出电压Vu的变化值，单位为V。
[0040] 在实际应用中，电离电流与温度、湿度、气压等参数都相关。考虑到这些因素，空腔 电离室3实际产生的电离电流可如式2所示。
[0042] 其中，I为电离室空腔中空气产生的电离电流，单位为A;Kf为电离室中心所处位 置处的γ射线剂量率，单位为Gy/h; V为空腔电离室内部可容纳空气的体积，单位为m3; Po为 (式2)
[0041] 标准条件下的干燥空气密度，所述标准条件为0°C，101.325kPa，单位为
与空 气与石墨的质能吸收系数之比；为石墨和空气的阻止本领之比;W/e为干燥空气中，一 个电子产生一个离子对时所消耗的平均能量，单位为(J · C_1);T为环境空气温度，单位为 °C;P为环境气压，单位为kPa;^为消耗于轫致辐射的能量占其初始能量的分额;K为对电离 电流加以修正的全部修正因子的乘积，该值在电离室制作完毕之后即可确定。
[0043] 当更换不同体积的空腔电离室3,或者改变空腔电离室3所在位置的电离辐射强度 (即剂量率)大小时，即可改变电离电流信号的输出值，因此可以通过上述调整实现电离电 流在一定范围内的精确调节。
[0044] 增益反馈装置4,将电离电流信号进行增益反馈降噪处理；
[0045] 在具体的例子中，增益反馈装置4由Keithley 6517静电计和精密电容组成，其中 Keithley 6517静电计和精密电容组成增益反馈装置4,通过高增益反馈可减小电离电流信 号传输电缆自身电容的影响和电路本身噪声的影响，同时Keithley 6517静电计作为空腔 电离室3的电压源，为空腔电离室3提供工作电压。
[0046] 处理设备5,根据温度数据、气压数据和湿度数据，以及预设的标准环境参数，对降 噪处理后的电离电流信号进行修正，输出直流恒流电流信号。
[0047] 具体的，标准环境参数是预先规定好的，比如0°C，Iatm，湿度20 %。并且该标准环 境参数存储于恒流源装置中，具体可以存储于单独的存储模块(图中未示出）中由处理设备 5调用，也可以是处理设备5本身包括存储模块(图中未示出），在使用时调出该参数。
[0048]处理设备5根据所采集到的环境参数数据与标准环境参数之间的差异，对降噪处 理后的电离电流信号进行修正，产生直流小电流的恒流信号输出。
[0049] IEEE488总线6,连接处理设备5与环境参数采集装置1和增益反馈装置4,用于处理 设备5与环境参数采集装置I，以及处理设备5和增益反馈装置4之间的信号传输。
[0050] 在本实用新型实施例中，由于空腔电离室3本身具有良好的稳定性（通常好于 0.2% )，Cs-137放射源和Co-60放射源的半衰期都很长，分别达30.071年和5.274年，因此在 空腔电离室3周边环境稳定的条件下，空腔电离室3在γ射线辐射场2中同一位置产生的电 离电流随放射源衰变的变化可以忽略不计，尤其是采用Cs-137 γ射线辐射场。在其他条件 不变的情况下，空腔电离室3所产生的电离电流只是按照放射源衰变规律变化，电离电流可 以完全归一到同一时刻。因此，经过环境参数修正后，输出的直流小电流为稳定恒流输出。
[0051] 上述的气压计、温度计、湿度计、静电计均可溯源至国家基准，以保持良好的稳定 性和精度，同时也保证了恒流源装置的精确输出。
[0052] 此外，通过改变辐射场剂量率和电离室体积，可以改变输出的直流电流值，具体的 可以产生ρΑ-ηΑ级稳定的直流电流。
[0053] 本实用新型实施例提供的恒流源装置，通过空腔电离室受γ射线辐照，使得电离 室内部空气电离产生电离电流信号，并对环境参数数据进行采集，根据采集到的环境参数 数据对电离电流信号进行修正，从而输出具有良好稳定性和精度的直流小电流恒流信号， 并且在一定范围内可精确调节输出电流大小，有效的解决了直流小电流源输出电流噪声和 稳定性的问题。
[0054] 专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的 单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬 件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。 这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。 专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现 不应认为超出本实用新型的范围。
[0055] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的 软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器 (ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、⑶-ROM、或技术领域 内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0056] 以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进 一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限 定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替 换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种电离室型直流小电流恒流源装置，其特征在于，所述恒流源装置包括： 环境参数采集装置，对所述恒流源装置所在环境的环境参数数据进行采集;所述环境 参数数据包括:温度数据、湿度数据和气压数据； γ射线辐射场，用于产生辐照射线； 空腔电离室，接收所述辐照射线的辐照，使所述空腔电离室的空气电离产生电子和正 离子，并在施加在所述空腔电离室的两极的直流极化电压作用下形成恒定电场，使所述电 子和正离子分别向所述两极移动形成电离电流信号； 增益反馈装置，将所述电离电流信号进行增益反馈降噪处理； 处理设备，根据所述温度数据、气压数据和湿度数据，以及预设的标准环境参数，对所 述降噪处理后的电离电流信号进行修正，输出所述直流恒流电流信号； ΙΕΕΕ488总线，连接所述处理设备与所述环境参数采集装置和所述增益反馈装置，用于 所述处理设备与所述环境参数采集装置和所述增益反馈装置之间的信号传输。2. 根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于，所述γ射线辐射场具体为:Cs-137 γ射线辐射场或C0-60 γ射线辐射场。3. 根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于，所述环境参数采集装置包括： 温度计，对所述环境的温度数据进行采集； 气压计，对所述环境的气压数据进行采集； 湿度计，对所述环境的湿度数据进行采集。4. 根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于，所述增益反馈装置由静电计和精密 电容组成。5. 根据权利要求4所述的恒流源装置，其特征在于，所述静电计为Keithley 6517静电 计。6. 根据权利要求4所述的恒流源装置，其特征在于，所述静电计还用于所述空腔电离室 的电压源。7. 根据权利要求1所述的恒流源装置，其特征在于，当调整所述空腔电离室的体积和/ 或调整所述空腔电离室接收到的电离辐射强度时，所述直流恒流电流信号的大小也相应改 变。
【文档编号】G05F1/56GK205540375SQ201620082896
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月27日
【发明人】李德红, 王培玮, 吴笛, 郭彬, 黄建微, 李兴东
【申请人】中国计量科学研究院