信号放大器及其正电子湮没寿命测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种信号放大器及其正电子湮没寿命测量系统，属于核探测技术领域。该信号放大器包括：信号处理模块，所述信号处理模块的第一端电连接所述信号放大器的第一输入端；第一输出路径，所述第一输出路径的第一端电连接所述信号处理模块的第二端，且所述第一输出路径的第二端电连接所述信号放大器的第一输出端；第二输出路径，所述第二输出路径的第一端电连接所述信号处理模块的第二端，且所述第二输出路径的第二端电连接所述信号放大器的第二输出端；其中，所述第一输出路径和所述第二输出路径是自带功率输出的，所述第二输出路径中包括一延时电路。本发明能够实现对电信号的放大。
【专利说明】
信号放大器及其正电子湮没寿命测量系统
技术领域
[0001]本发明涉及核探测技术领域，尤其涉及一种信号放大器及其正电子湮没寿命测量系统。【背景技术】
[0002]正电子湮没谱学(Positron annihilat1n spectroscopy，PAS)研究方法是一种探测正电子在材料中发生湮没后产生的伽马辐射的核谱学方法，它具有高的缺陷灵敏性和原子尺度缺陷微探测的优点，可以直观和半定量地提供材料中微观缺陷尺寸、浓度及分布的信息，已经成为研究材料微结构以及正电子及电子偶素化学的独特分析方法。
[0003]正电子湮没寿命谱(positron annihilat1n lifetime spectrum，PALS)是正电子湮没谱学中最基本最重要的一种测量方法。其通常使用半衰期为2.6年的22Na正电子源， 特点是在其发生y衰变而放出一个正电子的同时还发射出一个y光子，这个y光子的能量为1.28MeV，因此这个y光子的出现可看作为时间零点，测量这个能量为1.28MeV的y光子与正电子湮没后产生的能量为0.51 IMeV的y光子之间的时间间隔就可得到正电子的寿命。 对每个湮没事件的湮没过程所需时间的测量，当湮没事件数累积到足够数量时，就可以得到一个符合一定统计误差要求的正电子湮没寿命谱。通常选取1〇6事件数。由于闪烁体探测器具有高时间分辨率，因此，采用闪烁体探测器实现正电子湮没时间信号的探测。
[0004]闪烁体探测器正电子寿命谱仪的设计，包括了对时间的起始信号和终止信号的判别选择，通常使用能量阈值选通Y信号的方法，因此，对Y信号的分辨率和稳定性有较高要求，涉及用于闪烁体探测器输出信号放大的放大器。放大器要求长时间保证稳定的输出，避免外接电路、温度等外界条件的改变对输出信号幅值的影响，最重要的一点是能够对放大信号进行精确标定，使之与被探测的Y信号的能量形成对应关系。
[0005]因此，需要一种新的信号放大器及其正电子湮没寿命测量系统。
[0006]在所述【背景技术】部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种能够实现电信号放大的信号放大器及应用该信号放大器的正电子湮没寿命测量系统。
[0008]本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
[0009]根据本发明的一方面，提供一种信号放大器，包括:信号处理模块，所述信号处理模块的第一端电连接所述信号放大器的第一输入端;第一输出路径，所述第一输出路径的第一端电连接所述信号处理模块的第二端，且所述第一输出路径的第二端电连接所述信号放大器的第一输出端;第二输出路径，所述第二输出路径的第一端电连接所述信号处理模块的第二端，且所述第二输出路径的第二端电连接所述信号放大器的第二输出端;其中，所述第一输出路径和所述第二输出路径是自带功率输出的，所述第二输出路径中包括一延时电路。
[0010]于一实施例中，其中所述信号处理模块包括:第一级放大单元，所述第一级放大单元的第一端电连接所述信号放大器的第一输入端;第二级放大单元;第三级放大单元，所述第三级放大单元的第二端电连接所述第一输出路径和所述第二输出路径的并联连接点；其中，所述第一级放大单元、第二级放大单元和第三级放大单元依次串联。
[0011]于一实施例中，其中所述信号处理模块还包括:极零相消电路，所述极零相消电路的第一端电连接所述第二级放大单元的第二端，且所述极零相消电路的第二端电连接所述第三级放大单元的第一端。
[0012]于一实施例中，其中所述信号处理模块还包括:基线恢复电路，所述基线恢复电路的第一端电连接所述第三级放大单元的第二端，且所述基线恢复电路的第二端电连接所述第一输出路径和所述第二输出路径的并联连接点。
[0013]于一实施例中，其中所述第一输出路径包括一第四放大单元，所述第四放大单元用于将所述信号处理模块的输出信号进行放大后直接从所述第一输出端输出。
[0014]于一实施例中，其中所述第二输出路径还包括一第五放大单元，所述第五放大单元的第一端电连接所述延时电路的第二端，且所述第五放大单元的第二端电连接所述信号放大器的第二输出端。
[0015]于一实施例中，其中所述延时电路采用电容电感延时法和/或延时芯片延时法。
[0016]于一实施例中，将所述信号放大器制成核电子学插件形式，其中所述插件包括两个所述信号放大器。[0〇17]根据本发明的再一方面，提供一种正电子湮没寿命测量系统，包括:第一闪烁体探测器，所述第一闪烁体探测器包括第一输入端、第一阳极和第一打拿极；第二闪烁体探测器，所述第二闪烁体探测器包括第二输入端、第二阳极和第二打拿极，其中所述第一闪烁体探测器的第一输入端和所述第二闪烁体探测器的第二输入端分别接收一放射源发射的伽马光子;第一恒比定时甄别器;第二恒比定时甄别器;延时器，其中所述第二恒比定时甄别器的两端分别电连接所述第二阳极和所述延时器的第一端;如上述信号放大器结构的第一信号放大器和第二信号放大器;第一定时单道分析器，其中所述第一信号放大器的两端分别电连接所述第一打拿极和所述第一定时单道分析器的第一端;第二定时单道分析器，其中所述第二信号放大器的两端分别电连接所述第二打拿极和所述第二定时单道分析器的第一端，所述第一定时单道分析器的第二端连接所述第二定时单道分析器的第三端，所述第二定时单道分析器的第二端电连接所述时间幅度转换器的第三端;时间幅度转换器，所述时间幅度转换器包括一起始道和一终止道，其中所述第一恒比定时甄别器的两端分别电连接所述第一阳极和所述时间幅度转换器的起始道，所述延时器的第二端电连接所述时间幅度转换器的终止道;多道分析器;其中所述时间幅度转换器的输出端连接所述多道分析器的输入端。
[0018]于一实施例中，其中所述第一闪烁体探测器和所述第二闪烁体探测器包括氟化钡闪烁体。[〇〇19]综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。本发明通过将信号放大器的输出分为两路输出，其中一路直接输出，另一路经过延时后输出，能够满足核电子学插件的信号输入阈值要求，尤其是能够针对正电子湮没寿命测量系统中的氟化钡闪烁体探测器的输出信号实现快速放大，实现高探测效率、高时间分辨的信号测量。【附图说明】
[0020]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0021]图1示意性示出根据本发明示例实施方式的一种信号放大器的结构示意图；
[0022]图2示意性示出采用图1所述的信号放大器制成的插件的结构示意图；[〇〇23]图3示意性示出示意性示出根据本发明示例实施方式的一种正电子湮没寿命测量系统的结构示意图；
[0024]图4示意性示出氟化钡闪烁体探测器的能谱图；
[0025]图5示意性示出根据本发明示例实施方式的信号放大器的输出信号标定的原理图；
[0026]图6示意性示出根据本发明示例实施方式的闪烁体探测器的全能谱图；
[0027]图7示意性示出根据本发明示例实施方式的第二闪烁体探测器的全能谱图。【具体实施方式】
[0028]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。[〇〇29]此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
[0030]以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0031]于实施方式与申请专利范围中，除非文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“所述”可泛指单一个或多个。
[0032]图1示意性示出根据本发明示例实施方式的信号放大器的结构示意图。[〇〇33]如图1所示，该信号放大器100包括:信号处理模块110,所述信号处理模块的第一端P1电连接所述信号放大器100的第一输入端IN;第一输出路径120，所述第一输出路径120 的第一端电连接所述信号处理模块110的第二端，且所述第一输出路径120的第二端电连接所述信号放大器1 〇〇的第一输出端0UT1;第二输出路径130，所述第二输出路径130的第一端电连接所述信号处理模块110的第二端，且所述第二输出路径130的第二端电连接所述信号放大器100的第二输出端0UT2;其中，所述第一输出路径120和所述第二输出路径130是自带功率输出的，所述第二输出路径130中包括一延时电路131。[〇〇34]其中，所述信号放大器100的输出是带功率输出的，即每一路输出不会相互影响， 不管哪一路有无负载，其他路都是稳定输出其电压值，这能够区别于使用分路器对常规放大器输出信号进行的分路输出，由分路器输出的信号幅值随外接负载的等效阻值的变化而发生变化，因此，即使标定了信号放大器的输出幅值，例如当将该信号放大器应用于一正电子湮没寿命测量系统中时，在对正电子湮没的起始时间信号和终止时间信号进行能窗选择时，该信号放大器的输出幅值会偏离所选能窗，导致选择的起始时间信号和终止时间信号不准确。[〇〇35]在示例性实施例中，其中所述信号处理模块110包括:第一级放大单元111，所述第一级放大单元111的第一端电连接所述信号放大器100的第一输入端IN;第二级放大单元 112;第三级放大单元113,所述第三级放大单元113的第二端电连接所述第一输出路径120 和所述第二输出路径130的并联连接点N;其中，所述第一级放大单元111、第二级放大单元 112和第三级放大单元113依次串联。
[0036]在示例性实施例中，其中所述信号处理模块110还包括:极零相消电路114,所述极零相消电路114的第一端电连接所述第二级放大单元112的第二端，且所述极零相消电路 114的第二端电连接所述第三级放大单元113的第一端。[〇〇37]在示例性实施例中，其中所述信号处理模块110还包括:基线恢复电路115，所述基线恢复电路115的第一端电连接所述第三级放大单元113的第二端，且所述基线恢复电路 115的第二端电连接所述第一输出路径120和所述第二输出路径130的并联连接点N。
[0038]在核探测系统的数字电子学中，需要对前端探测器输出的信号中提取出的核事例的时间、位置、能量等信息进行处理。但是当外部的工作条件发生改变时，例如温度发生改变，前端探测器输出的信号基线则会发生漂移，这将会不可避免地引入噪声，从而直接影响核探测系统的探测效果并影响系统的各项重要指标。
[0039]针对信号基线漂移的现象，可以在前端探测器的模拟电路上设计电容和二极管等元件，形成基线恢复电路，以跟踪基线的变化，记录有效信号到达之前的基线电平，当有效信号到达时，该电路将有效信号减去其到达之前的基线电平;或者，在后端设备中，定期地通过软件辅助工具在程序中人工修改基线数值。
[0040]在示例性实施例中，所述基线恢复电路可以采用下述方法实现基线恢复，包括:采用逻辑器件对前端设备输出的信号进行处理，获取信号的非有效信号平均值，将该非有效信号平均值作为基线估计值;判断前端设备输出的信号的极性;根据信号的极性，将信号的信号值与上述基线估计值进行减法运算，进行基线恢复。
[0041]本发明实施例提供的基线恢复方法，采用逻辑器件实时对前端设备输出的信号进行基线估计及基线恢复，避免了在模拟电路上设计基线恢复电路而加大系统噪声的缺陷， 同时减少了由固定基线恢复而引起的计算误差，提高了基线恢复的精度、稳定性和可靠性。
[0042]另外，本发明实施例提供的基线恢复方法可以在系统上电或复位时执行。实时地更新信号数据，增加了信号的可靠性和稳定性。当实际需要对多路信号同时进行处理时，利用本发明实施例提供的方法同样适用于对多通道信号并行进行基线恢复，具有很好的通用性。
[0043]上述步骤也可以在系统运行的过程中执行，所有操作自动完成，实现信号基线的实时恢复，避免外界环境以及各种意外情况发生导致的基线漂移而引入的误差，减少了人为操作的麻烦。优选地，本发明实施例中所采用的逻辑器件可以为现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)，在FPGA中通过状态机的跳转执行上述步骤，FPGA可以直接实现加减运算，简单方便，更加灵活地适用于不同工作状态下的前端设备中的多通道信号采集，提升了信号处理的可靠性。
[0044]在示例性实施例中，其中所述第一输出路径120包括一第四放大单元121，所述第四放大单元121用于将所述信号处理模块110的输出信号进行放大后直接从所述第一输出端0UT1输出。
[0045]在示例性实施例中，其中所述第二输出路径130还包括一第五放大单元132,所述第五放大单元132的第一端电连接所述延时电路131的第二端，且所述第五放大单元132的第二端电连接所述信号放大器100的第二输出端0UT2。
[0046]在示例性实施例中，其中所述延时电路131采用电容电感延时法和/或延时芯片延时法。
[0047]所述信号放大器100可以采用电容电感延时法和/或延时芯片延时法，达到闪烁体探测器输出信号的延时作用。特别是延时芯片延时法的采用，使得所述信号放大器1〇〇在长时间稳定运行、解决温度引起的延时漂移等方面，具有特别优异的性能。[0〇48]在不例性实施例中，将所述信号放大器100制成核电子学插件形式，其中所述插件包括两个所述信号放大器，例如第一信号放大器和第二信号放大器。如图2所示，该插件220 包括第一输入端221、第一输出端222和第二输出端223,还包括第二输入端224、第三输出端 225和第四输出端226。其中所述第一输出端222和第三输出端225为上述信号放大器100的非延时输出端0UT1，所述第二输出端223和第四输出端226为上述信号放大器100的延时输出端0UT2。
[0049]本发明实施例提供的信号放大器能实现对输入信号进行放大和延时的功能:其中一个输入信号对应着两个输出信号，一个放大输出，一个放大延时输出。在不例性实施例中，延时时间可以通过内部跳线的方式改变延时时间。
[0050]在示例性实施例中，所述插件220还可以包括固定螺丝228和多个多圈电位器，所述多个多圈电位器仅漏出一个小头的电位器，制作上要求不容易导致误操作，即不易被触碰，可以采用凹陷在面板内的形式。
[0051]其中所述多个多圈电位器在图2中示出两排，每排三个，其中第一排的三个多圈电位器分别对应于所述第一信号放大器中的增益调节旋钮、极零相消电路的调节旋钮和基线恢复电路的调节旋钮;第二排的三个多圈电位器分别对应于所述第二信号放大器中的增益调节旋钮、极零相消电路的调节旋钮和基线恢复电路的调节旋钮。采用多圈电位器可以提高调节的精确度。在一些实施例中，对精确度要求不太高的场合，也可以采用单圈电位器。 [〇〇52]需要说明的是，上述插件的示意图仅是用于示例性说明的，实际上一个插件上的信号放大器数量是不作限定的，可以根据具体设计需求进行选择的。[〇〇53]在示例性实施例中，所述插件220用作要放大的电信号的主放大器，在主放大器之前还可以电连接一前置放大器210(1个小盒子，放在闪烁体探测器附近)，所述前置放大器 210包括电源接口、独立的两路输入(A_ir#PB_IN)和两路输出(A_0UI^PB_0UT)。前置放大器的供电通过一前放电源线L由主放大器的后面板采用标准的接口(例如，DB9)连接。主放大器可以插入NIM(Nuclear Instrument Module)机箱中。每个插件同时处理两路信号，输出4 路信号，占用一个插道的宽度。其他所有信号接头都采用标准的50欧姆阻抗的BNC(Q9)。 [〇〇54]在示例性实施例中，当所述信号放大器100应用于正电子湮没寿命测量系统时，闪烁体探测器探测放射源放出的伽马射线，产生的信号经过该闪烁体探测器的光电倍增管放大，所述信号放大器100接收从闪烁体探测器的PMT(photomultiplier tube，光电倍增管) 最后几个打拿极输出的脉冲(幅度约10?100mV)，传输到所述第一级放大单元111和第二级放大单元112放大后，传输到所述极零相消电路114,再经第三级放大单元113放大，到达所述基线恢复电路115。经过基线恢复后，信号分两路输出(正脉冲)，一路直接经驱动后输出； 另外一路，经〇.5us或lus延时后输出，输出脉冲幅度约为2?3V。
[0055]图3示意性示出示意性示出根据本发明示例实施方式的正电子湮没寿命测量系统的结构示意图。[〇〇56]如图3所示，该正电子湮没寿命测量系统包括:第一闪烁体探测器310,所述第一闪烁体探测器310包括第一输入端311、第一阳极312和第一打拿极313;第二闪烁体探测器 320,所述第二闪烁体探测器320包括第二输入端321、第二阳极322和第二打拿极323,其中所述第一闪烁体探测器310的第一输入端311和所述第二闪烁体探测器320的第二输入端 321分别接收一放射源3120发射的伽马光子；第一恒比定时酿别器(Constant-Fract1n Differential Discriminator，CFD，这里采用的型号为583)330;第二恒比定时酿别器340， 所述第一恒比定时甄别器330和所述第二恒比定时甄别器340用于获取定时信号；延时器 350,用于进行信号的延迟处理，其中所述第二恒比定时甄别器340的两端分别电连接所述第二阳极322和所述延时器350的第一端;如上述权利要求1-8中任一所述信号放大器结构的第一信号放大器360和第二信号放大器370 ;第一定时单道分析器(Timing Single-Channel Analyzer，这里采用的型号为551)380,其中所述第一信号放大器360的两端分别电连接所述第一打拿极313和所述第一定时单道分析器380的第一端;第二定时单道分析器 390,其中所述第二信号放大器370的两端分别电连接所述第二打拿极323和所述第二定时单道分析器390的第一端，所述第一定时单道分析器380的第二端连接所述第二定时单道分析器390的第三端Gate;时间幅度转换器(Time-to-Amplitude Converters，TAC)3100，用于将正电子湮没的起始-终止时间间隔转换为信号幅度，即时间信号，所述时间幅度转换器 3100包括一起始道3101和一终止道3102,其中所述第一恒比定时甄别器330的两端分别电连接所述第一阳极312和所述时间幅度转换器3100的起始道3101，所述延时器350的第二端电连接所述时间幅度转换器3100的终止道3102,所述第二定时单道分析器390的第二端电连接所述时间幅度转换器3100的第三端Strobe ;多道分析器(Multichannel Analyzer， MCA)3110,用于进行模数转换、信号的采集和符合处理，实现时间信号和能量信号的关联测量;其中所述时间幅度转换器3100的输出端连接所述多道分析器3110的输入端。其中，图示中的-HV代表负高电压。[〇〇57]该系统由二个闪烁体探测器及相应的电子学插件构成。符合事例的信号传输至计算机(PC)以记录和保存。[〇〇58]其中所述第一闪烁体探测器310和所述第二闪烁体探测器320安装于射线屏蔽体上，包括:闪烁体，用于接收放射性射线并发出闪烁光;光导，其一端连接至该闪烁体的小端面，用于接收并传输从该闪烁体发出的闪烁光;光电倍增管，其连接至该光导的另一端，用于收集从该光导传输来的闪烁光。
[0059]于一实施例中，其中所述第一闪烁体探测器310(也可以称为起始探测器)和所述第二闪烁体探测器320 (也可以称为终止探测器)包括氟化钡(BaF2)闪烁体。
[0060]—般的，闪烁体探测器选用塑料闪烁体作为光致发光材料，具有发光相应快的特点，但能量分辨率差，对于正电子湮没测量时，1.28MeV和0.51 IMev的y射线无法得到全能峰，对有效事例进行判选时无法排除散射信号的干扰，对探测器的时间分辨率和探测效率产生影响。而本发明式双离合中采用的BaF2无机晶体闪烁体具有双闪烁发光成分，分别为 180?240nm波长范围的0.6ns快发光成分和310nm波长的660ns慢发光成分，其中慢发光成分占据了发光总量的80%。利用BaF2的快发光成分，从光电倍增管阳极引出信号，有效提高了探测器的时间分辨率;利用BaF2的慢发光成分，从光电倍增管打拿极引出具有良好能量分辨率的信号，对有效事例进行时间甄别，从而提高了探测效率。以BaF2无机晶体双闪烁发光成分为特点的闪烁体探测器，成为正电子湮没时间测量方法发展的关键技术。
[0061]所述第一闪烁体探测器310和所述第二闪烁体探测器320分别用以探测正电子湮没寿命起始和终止时间信号。测量时，该TAC3100首先将所述第一闪烁体探测器310和所述第二闪烁体探测器320的时间信号进行符合，得到正电子湮没的时间信号，再通过MCA3110 进行正电子湮没时间与能量信号的符合。为使谱仪达到较高的符合计数率，正电子源紧贴所述第一闪烁体探测器310和所述第二闪烁体探测器320。
[0062]快-慢符合正电子湮没寿命测量技术涉及时间信号的两个通道，一个起始道，一个终止道，每个通道又有两个信号，一个是阳极时间信号，即快道;另一个是打拿极能量信号， 即慢道。
[0063]其中所述快道的功能包括:快道中的阳极时间信号从阳极引出先进入所述第一恒比定时甄别器330和所述第二恒比定时甄别器340甄别出起始时间信号(F-Start)和终止时间信号(F-Stop)，再将终止时间信号F-Stop经过所述延时器350延时，然后分别将起始时间信号F-Start和终止时间信号F-Stop送进所述时间幅度转换器TAC3100的起始道3101和终止道3102,最后由TAC 3100输出一个与起始时间信号F-Start和终止时间信号F-Stop之间的时间差成正比的电压。所述第二定时单道分析器390输出的逻辑信号Gate对TAC 3100选通，从而保证了起始道3101上的快道只对起始时间信号F-Start有效，终止道310 2上的快道只对终止时间信号F-Stop有效，并且与相应的慢道对应。[〇〇64]其中，所述终止道3102中快道的延时器350是为了配合时间幅度转换器3100而设置的，目的是通过选择延时时间来让时间幅度转换器TAC3100工作在线性良好的区域。 [〇〇65]其中所述慢道的功能包括:慢道能量信号(S-Start和S-Stop) —般先由前置放大器(图中未示出)、主放大器(即图示中的第一信号放大器360和第二信号放大器370)放大， 再经551(即图示中的第一定时单道分析器380和第二定时单道分析器390)甄别，得到的逻辑信号再经符合后送入时间幅度转换器TAC 3100作为选通信号Strobe。慢道的作用主要是选取能量为1.28MeV和0.51 IMeV的y光子信号。它是保证起始道只让1.28MeV的y射线产生的起始时间信号通过，而终止道只让〇.511MeV的y射线产生的终止时间信号通过，然后经过符合后选取具有因果关系的信号，即同一个正电子的湮没事件的信号通过，并去选通时间幅度转换器TAC，从而保证了最终测量得到的信号为正电子湮没寿命信息。如图4所示，其中S1为终止道能窗选择范围，光电峰为0.51 lMeV;S2为起始道能窗选择范围，光电峰为 1.28MeV〇[〇〇66]在图3中，当放射源3120 (例如，Na22)放出1.28MeV的y光子被起始探测器310所探测到，从第一阳极312输出的信号经第一恒比定时甄别器330定时后，进入时间幅度转换器 3100的起始道3101。因为放射源Na22放出起始信号一1.28MeV的y光子的“同时”放出正电子，正电子进入样品经过一段时间后湮没放出0.51 IMev的y光子，把这个0.51 IMev的y光子产生的信号作为终止时间信号，同样经过第二恒比定时甄别器340定时后进入时间幅度转换器3100的终止道3102。两个信号的时间差在时间幅度转换器3100的工作量程之内时， 可以转换成一个电压脉冲，它的值正比两个信号时间差，同时经过慢道能量信号(S-Start 和S-Stop)的选择并符合出的逻辑信号Strobe输入时间幅度转换器3100,时间幅度转换器 3100将输出脉冲送入到多道分析器3110进行幅度分析并记录。从核事件统计学上讲，至少经1〇6个信号的分析记录，获得的正电子湮没寿命谱才具统计性。[〇〇67]快-慢符合正电子湮没时间信号测量利用BaF2闪烁探测器双闪烁发光成分的特点，同时提高了快信号的时间响应和慢信号的能量分辨，但对相应的电子学插件、多参数符合板卡、信号放大器等器件有了新的要求，首先，对于慢信号的放大，需要与快信号同步进行;其次，对慢信号的能窗范围选择精度有待提高，因为BaF2闪烁探测器可以获得伽马射线的光电峰，原则上可以从信号放大器出来的信号幅值获得BaF2闪烁探测器的能谱图，直接从能谱图上观测光电峰的位置，选择比光电峰面积稍大的范围即可，快道信号选择可用此方法，但慢道需要对信号的幅值进行判别选择，因此慢道信号能窗必须精确选择，这对信号放大器的输出信号稳定性提出了更高要求。
[0068]为实现上述目的，本发明实施例采用了上述发明实施例提供的针对氟化钡闪烁体探测器的双输出信号进行放大的信号放大器，尤其针对正电子湮没谱学测量方法中，氟化钡闪烁体探测器的双输出信号的快速响应放大，实现高探测效率、高时间分辨的信号测量技术。
[0069]图5示意性示出根据本发明示例实施方式的信号放大器的输出信号标定的原理图。
[0070]如图5所示，对信号放大器的输出信号进行能窗标定的方法:氟化钡闪烁体探测器 510包括输入端511、阳极512和打拿极513,打拿极513输出S-Start信号至信号放大器520的输入端，所述信号放大器520的第一输出端0UT1电连接一定时单道分析器530 (例如，型号为 551)的输入端，所述定时单道分析器530的输出端电连接一多道分析器MCA 540的第一输入端，用于输出一选通信号Gate选通所述多道分析器MCA 540,所述信号放大器520的第二输出端0UT2电连接所述多道分析器MCA 540的第二输入端，MCA 540采用符合模式。其中所述第一输出端0UT1对应上述实施例中的信号放大器的非延时输出端，所述第二输出端0UT2对应上述实施例中的信号放大器的延时输出端。
[0071]在示例性实施例中，还包括一PC 550,其电性连接所述多道分析器540,用于对符合事例的信号进行记录和保存。[〇〇72] 对于BaF2闪烁体探测器正电子湮没寿命谱仪，起始道选择y射线能量为1.28MeV 的信号，终止道选择Y射线能量为〇.511MeV的信号，起始时间信号和终止时间信号的选择主要依赖于551阈值的选择。
[0073]将551的阈电位器全部放开，测得闪烁体探测器的全能谱图(如图6所示)，然后，调节上下阈相应的电位器，分别对起始探测器和停止探测器进行调节，分别选取1.28MeV和 0.51 IMeV(如图7所示)对应的光电峰面积，确定551的能窗选择范围。其中，图6和图7中的峰值(peak值，用于选择能窗范围)为1.28MeV和0.511MeV在MCA的道宽位置。MCA的工作原理是，将能量分成宽度一样的多道，每一道代表相同的能量范围，类似于微分，每一次测得的能量会在对应的道宽中计数一次，多次测量后，道宽的总计数会形成一个概率分布，概率最大的道宽代表对应的光电峰出现的概率大。除了peak能，其他参数对本专利中的内容无意义。
[0074]本发明公开的信号放大器及其正电子湮没寿命测量系统，通过将氟化钡闪烁体探测器的双输出能量信号进行放大，其中该信号放大器中的每一路输入均包括两路输出，其中一路输出是放大后直接输出，而另一路输出是经延时后输出，大大提高了信号放大器的输出稳定性，当其应用于正电子湮没寿命测量时，能够满足核电子学插件的信号阈值要求， 实现慢道信号能窗的精确选择。
[0075]以上阐述了本发明的原理和较佳实施例，上述较佳实施例应被认为是说明性的， 而不是限制性的。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0076]以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法;相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
【主权项】
1.一种信号放大器，其特征在于，包括:信号处理模块，所述信号处理模块的第一端电连接所述信号放大器的第一输入端； 第一输出路径，所述第一输出路径的第一端电连接所述信号处理模块的第二端，且所 述第一输出路径的第二端电连接所述信号放大器的第一输出端；第二输出路径，所述第二输出路径的第一端电连接所述信号处理模块的第二端，且所 述第二输出路径的第二端电连接所述信号放大器的第二输出端;其中，所述第一输出路径和所述第二输出路径是自带功率输出的，所述第二输出路径中包括 一延时电路。2.根据权利要求1所述的信号放大器，其特征在于，其中所述信号处理模块包括:第一级放大单元，所述第一级放大单元的第一端电连接所述信号放大器的第一输入 端；第二级放大单元；第三级放大单元，所述第三级放大单元的第二端电连接所述第一输出路径和所述第二 输出路径的并联连接点;其中，所述第一级放大单元、第二级放大单元和第三级放大单元依次串联。3.根据权利要求2所述的信号放大器，其特征在于，其中所述信号处理模块还包括: 极零相消电路，所述极零相消电路的第一端电连接所述第二级放大单元的第二端，且所述极零相消电路的第二端电连接所述第三级放大单元的第一端。4.根据权利要求2或3所述的信号放大器，其特征在于，其中所述信号处理模块还包括: 基线恢复电路，所述基线恢复电路的第一端电连接所述第三级放大单元的第二端，且所述基线恢复电路的第二端电连接所述第一输出路径和所述第二输出路径的并联连接点。5.根据权利要求1所述的信号放大器，其特征在于，其中所述第一输出路径包括一第四 放大单元，所述第四放大单元用于将所述信号处理模块的输出信号进行放大后直接从所述 第一输出端输出。6.根据权利要求1所述的信号放大器，其特征在于，其中所述第二输出路径还包括一第 五放大单元，所述第五放大单元的第一端电连接所述延时电路的第二端，且所述第五放大 单元的第二端电连接所述信号放大器的第二输出端。7.根据权利要求1所述的信号放大器，其特征在于，其中所述延时电路采用电容电感延 时法和/或延时芯片延时法。8.根据权利要求1所述的信号放大器，其特征在于，将所述信号放大器制成核电子学插 件形式，其中所述插件包括两个所述信号放大器。9.一种正电子湮没寿命测量系统，其特征在于，包括:第一闪烁体探测器，所述第一闪烁体探测器包括第一输入端、第一阳极和第一打拿极； 第二闪烁体探测器，所述第二闪烁体探测器包括第二输入端、第二阳极和第二打拿极， 其中所述第一闪烁体探测器的第一输入端和所述第二闪烁体探测器的第二输入端分别接 收一放射源发射的伽马光子；第一恒比定时甄别器；第二恒比定时甄别器；延时器，其中所述第二恒比定时甄别器的两端分别电连接所述第二阳极和所述延时器的第一端；如上述权利要求1-8中任一所述信号放大器结构的第一信号放大器和第二信号放大 器；第一定时单道分析器，其中所述第一信号放大器的两端分别电连接所述第一打拿极和 所述第一定时单道分析器的第一端；第二定时单道分析器，其中所述第二信号放大器的两端分别电连接所述第二打拿极和 所述第二定时单道分析器的第一端，所述第一定时单道分析器的第二端连接所述第二定时 单道分析器的第三端，所述第二定时单道分析器的第二端电连接所述时间幅度转换器的第—-上山二栖；时间幅度转换器，所述时间幅度转换器包括一起始道和一终止道，其中所述第一恒比 定时甄别器的两端分别电连接所述第一阳极和所述时间幅度转换器的起始道，所述延时器 的第二端电连接所述时间幅度转换器的终止道；多道分析器;其中所述时间幅度转换器的输出端连接所述多道分析器的输入端。10.根据权利要求9所述的正电子湮没寿命测量系统，其特征在于，其中所述第一闪烁 体探测器和所述第二闪烁体探测器包括氟化钡闪烁体。
【文档编号】H03F1/34GK105958955SQ201610389612
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】曹兴忠, 况鹏, 王宝义, 张鹏, 姜小盼, 王英杰, 李道武, 章志明, 李高峰, 魏龙
【申请人】中国科学院高能物理研究所