专利名称：一种移动式数字正电子寿命谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种移动式数字正电子寿命谱仪。
背景技术：
正电子寿命谱仪是表征材料微结构的有力手段，在金属、半导体材料、超导材料、高分 子材料和多孔材料等材料研究中有着广泛应用。传统的正电子寿命谱仪主要由两个闪烁光 电探测器，两个恒比定时甑别器，时幅转换器，多道分析器，高压电源以及若干导线组成。由 于传统的正电子寿命谱仪电子元器件较多，以及电子元器件的精度限制，仪器相对庞大，很 难移动。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种移动式数字正电子寿命谱仪，该谱仪构造简 单，极易组装和使用，并具有较高的仪器分辨率和性价比。本发明提供的技术方案是一种移动式数字正电子寿命谱仪，包括有数字示波器、 两个相对设置的光电探测器、高压电源，所述数字示波器设置有数字正电子寿命谱分析绘 制系统；高压电源向光电探测器输出加速电压；光电探测器接受正电子湮没辐射伽马光 子，将光能转换为电能并输出正比于伽马光能量的波形脉冲，并传送至数字示波器；数字示 波器接收并处理波形脉冲，由数字正电子寿命谱分析绘制系统分析处理波形脉冲后，绘成 正电子寿命谱图。而且，所述数字示波器包含波形数据采集模块、模数转换模块、数据缓存模块和数 据存储模块，光电探测器传送至数字示波器的波形脉冲经波形数据采集模块采集后送入模 数转换模块，模数转换模块将波形脉冲从模拟信号转换为数字信号后，经数据缓存模块送 入数据存储模块；所述数字正电子寿命谱分析绘制系统从数据存储模块中提取波形脉冲进 行分析处理，绘成正电子寿命谱图。而且，所述数字正电子寿命谱分析绘制系统从数据存储模块中提取波形脉冲后， 在对波形脉冲进行脉冲甑别和脉冲定时后生成正电子寿命谱图。而且，所述脉冲甑别的实现方式为，预设阈值区间.波形脉冲的参数在阈值区间 内时，该脉冲被接受，并被定时分析处理，并绘成正电子寿命谱图；所述参数包含脉冲面积、 脉冲幅度、脉冲面积幅度比率和脉冲上升时间。而且，所述光电探测器由快闪烁体和光电倍增管通过硅油耦合组成。本发明的数字式正电子寿命谱仪的突出特点是
1.该移动式数字正电子寿命谱仪元部件少，运输方便，极易组装和使用。2.该移动式数字式正电子寿命谱仪具有较高的仪器分辨率。3.数字正电子寿命谱分析绘制系统中可以实现脉冲幅度、脉冲面积幅度比率和 上升时间共同甑别，获得最佳的仪器分辨函数。4.具有价格优势，因而性价比高。
图1为本发明实施例的结构示意图
具体实施例方式
以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案
参见图1，实施例的移动式数字正电子寿命谱仪，包括有数字示波器、两个相对设置的 光电探测器、高压电源。光电探测器接受正电子湮没辐射伽马光子，将光能转换为电能并输 出正比于伽马光能量的波形脉冲，并传送至数字示波器。两个相对设置的光电探测器，一为 起始道光电探测器，一为终止道光电探测器，实施例还在两者中间设阻隔铅板吸收在起始 道光电探测器发生背散射后反射回终止道探测器方向的伽马光(若起始道探测器背散射伽 马光被终止道探测器接受会产生错误的符合事件，正电子寿命谱会因此变形失真)。实施例 还在终止道光电探测器和数字示波器之间设置了延时器，使得起始道信号先于终止道信号 进入示波器中，并可方便调节从两探测器出来的信号时间差。高压电源连接到两个光电探 测器的阳极，以便提供加速电压。实施例的光电探测器由快闪烁体(BaF2)和光电倍增管通 过硅油耦合组成，其中起始道光电探测器的BaF2晶体为30mm直径、20 mm厚度的圆柱体， 图中记为30ΦΧ20 mm;终止道光电探测器的BaF2晶体为30mm直径、10 mm厚度的圆柱体， 图中记为30Φ X 10 mm。闪烁体在正电子湮没辐射伽马光作用下发射荧光光子，荧光光子被 收集到光电倍增管的光阴极上并在光阴极上打出光电子，光电倍增管通过多级打拿级(倍 增级)将光电子数目增加几个数量级，在阳极负载上产生正比于伽马光能量的电信号。硅油 耦合剂的作用是防止荧光光子被光电倍增管窗口反射。具体实施时，快闪烁体还可以采用 塑料闪烁体。高压电源可以为光电探测器提供稳定的负高压。由于输出电流小，高压电源 处于低功率工作状态。数字示波器的实现可以从硬件和软件两个方面综合设计。实施例的硬件包含波形 数据采集模块、模数转换模块、数据缓存模块和数据存储模块，光电探测器传送至数字示波 器的波形脉冲经波形数据采集模块采集后送入模数转换模块，模数转换模块将波形脉冲从 模拟信号转换为数字信号后，经数据缓存模块送入数据存储模块。数据存储模块采用高速 内存单元实现，有利于提供系统效率。各模块的具体实现属于电路常规技术，本发明不予赘 述。实施例的软件方面提供了数字正电子寿命谱分析绘制系统，该系统的功能是分析处理 硬件所得波形脉冲，绘成正电子寿命谱图。具体来说，是从数据存储模块中提取波形脉冲进 行分析处理，绘成正电子寿命谱图。本发明进一步提出，数字正电子寿命谱分析绘制系统从数据存储模块中提取波形 脉冲后，在对波形脉冲进行脉冲甑别和脉冲定时后，才生成正电子寿命谱图。所述脉冲甑别 的实现方式为，预设阈值区间，波形脉冲的参数在阈值区间内时才用来做脉冲定时分析处 理并绘成正电子寿命谱图；所述参数包含脉冲面积、脉冲幅度、脉冲面积幅度比率和脉冲上 升时间。这样，脉冲甑别方式包含脉冲面积甑别、脉冲幅度甑别、脉冲面积幅度比率甑别和 脉冲上升时间甑别，以及几种脉冲甑别的联合甑别。可根据具体情况，自由选择不同的甑别 方式和甑别参数。预设阈值区间时，可以由实施人员选取合适的阈值上下限。所述脉冲定时 的实现方式为，通过数值计算在脉冲前沿寻找一点，使其幅值为脉冲幅度的一恒定比例(如 30%)，该点即为脉冲的定时点，脉冲定时即求该点的时间值。实施例通过数字正电子寿命谱分析软件绘制起始道探测器中的1.274 MeV γ射
4线信号和终止道探测器中的0.511 MeV Y射线的信号时间差的统计分布图而生成正电子 寿命谱图。Na22源在β +衰变时发射一个1.274 MeV的、光子，这个、光子作为正电子 起始信号。正电子入射到材料中经过扩散慢化后，被中性或负电性空位缺陷捕获，并最终与 该处电子湮没发射两个0.511 MeV的Y光子，并作为正电子终止信号。正电子寿命谱为 1.274 MeV的、光子和0. 511MeV的、光子的时间间隔的统计分布。两个闪烁体光电探 测器将接受的、光能量转换为电能量，输出正比于、光能量的电脉冲，并将脉冲信号输送 至数字示波器的不同通道。两个闪烁体光电探测器分别工作为起始道和终止道，正电子寿 命分析绘制系统只需处理起始道中的1.274 MeV Y射线信号和在终止道中的0. 511 meV Y射线信号。延时器延时使得起始道信号先于终止道信号到达，并调节两者信号时间差。 在数字示波器中，将触发选为限定触发或共同触发模式，从而使得每次触发两探测器都有 信号到达，保证每次触发事件都是符合事件。通过设定合适的触发电平，可以预先对脉冲进 行初步的幅度甑别，这样可以有效提高计数率。在实施正电子寿命谱测量时，需先在数字示 波器中设置外部函数入口供供外部应用程序访问，并为数字正电子寿命谱分析绘制软件写 入接口文件名，随后可开启数字正电子寿命谱分析绘制软件进行在线或离线正电子寿命测 量。在设置数字示波器软件系统外部函数端口号和正电子寿命谱分析绘制系统函数读取端 口号一致后，正电子寿命谱分析绘制系统与示波器软件系统同步，便能访问示波器高速内 存单元中的波形数据。正电子寿命分析绘制软件对脉冲波形进行脉冲甑别和脉冲定时后， 可确定起始道中的1.274 MeV γ射线信号和终止道探测器中的0. 511 MeV γ射线信号 的时间差值，最终对该时间差值绘统计分布图而成正电子寿命谱图。为了方便实施，本发明建议如下
1.数字示波器宜采用高带宽高采样率的数字示波器。2.闪烁体光电探测器采用BaF2和具有快上升时间的光电倍增管通过光耦合剂耦 合组装而成。3.在数字示波器通道设置中，宜充分使得脉冲尽可能占满屏幕垂直空间，即 让脉冲具有最大的垂直分辨率和近可能小的扫描时间，当然首先要保证两通道脉冲波形都 能正确显示在屏幕中。4.在选择限定触发设置触发电平时，通过设定合适的电平初步实现脉冲幅度甑 别，并能有效提高计数率。5.在使用时，使用脉冲幅度、脉冲面积幅度比率和脉冲上升时间功能甑别能显著 提高仪器分辨率。
权利要求
一种移动式数字正电子寿命谱仪，其特征在于包括有数字示波器、两个相对设置的光电探测器、高压电源，所述数字示波器设置有数字正电子寿命谱分析绘制系统；高压电源向光电探测器输出加速电压；光电探测器接受正电子湮没辐射伽马光子，将光能转换为电能并输出正比于伽马光能量的波形脉冲，并传送至数字示波器；数字示波器接受并处理波形脉冲，由数字正电子寿命谱分析绘制系统分析处理波形脉冲后，绘成正电子寿命谱图。
2.根据权利要求1所述的移动式数字正电子寿命谱仪，其特征是所述数字示波器包 含波形数据采集模块、模数转换模块、数据缓存模块和数据存储模块，光电探测器传送至数 字示波器的波形脉冲经波形数据采集模块采集后送入模数转换模块，模数转换模块将波形 脉冲从模拟信号转换为数字信号后，经数据缓存模块送入数据存储模块；所述数字正电子 寿命谱分析绘制系统从数据存储模块中提取波形脉冲进行分析处理，绘成正电子寿命谱 图。
3.根据权利要求2所述的移动式数字正电子寿命谱仪，其特征是所述数字正电子寿 命谱分析绘制系统从数据存储模块中提取波形脉冲后，在对波形脉冲进行脉冲甑别和脉冲 定时后生成正电子寿命谱图。
4.根据权利要求3中所述的移动式数字正电子寿命谱仪，其特征是所述脉冲甑别的 实现方式为，预设阈值区间，波形脉冲的参数在阈值区间内时才用来做脉冲定时分析处理 并绘成正电子寿命谱图；所述参数包含脉冲面积、脉冲幅度、脉冲面积幅度比率和脉冲上升 时间。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的移动式数字正电子寿命谱仪，其特征是所述 光电探测器由快闪烁体和光电倍增管通过硅油耦合组成。
全文摘要
本发明涉及一种移动式数字正电子寿命谱仪，包括设置有数字正电子寿命谱分析绘制系统的数字示波器、两个相对设置的光电探测器、高压电源。本发明设计的数字正电子寿命谱仪元部件少，运输方便，极易组装和使用，并能软件中实现脉冲幅度、脉冲面积幅度比率和上升时间共同甑别。该移动式数字式正电子寿命谱比传统的寿命谱仪具有更高的仪器分辨率，同时也具有价格优势，因而性价比高。
文档编号G01N23/08GK101923062SQ201010270450
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者李辉, 王少阶, 王柱, 邵云东 申请人:武汉大学