带温度效应矫正的闪烁探测器的制造方法
【专利摘要】带温度效应矫正的闪烁探测器，属于辐射探测【技术领域】。为了解决目前NaI闪烁探测器在解决受温度的影响精度时，存在体积大或成本高的问题。它包括脉冲信号采集单元、脉冲信号比较处理单元、判断比较电路、运算控制电路和电源供应单元；脉冲信号采集单元采集信号，脉冲信号比较处理单元利用两个阈值比较电路，其中一路的阈值设定为V1-Vp，另一路的阈值设定为Vp-V2，相对应的单道分析器采集的脉冲为N1和N2，运算控制电路控制两个阈值比较电路的阈值区间在特征峰内相等时，通过脉冲信号比较处理单元的第三个阈值比较电路输出电压V0对应的脉冲数为探测器的输出。用于核检测探测器。
【专利说明】带温度效应矫正的闪烁探测器
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于辐射探测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]NaI闪烁探测器作为目前应用最广泛的核检测探测器，在石油测井、工业检测、物位测量等核技术应用领域发挥着举足轻重的作用。但是在应用过程中，由于NaI (TI)闪烁晶体的发光效率、光电倍增管的光阴极的热发射效率及打拿极的二次发射系统、电子学系统、输入高压的电压都会受到环境温度变化的影响，将会影响仪表在实际应用过程中出现测量误差。探测器受温度的影响在实际工作中将引起零点和增益的变化，造成信号能量谱(脉冲计数的变化)的偏移，使计数能量窗阈值相对于能量偏移，使脉冲计数与实际有偏差，出现温漂现象。NaI(TI)闪烁探测器在使用中容易受各种因素的影响产生脉冲谱漂移，如何提高由此引起仪表的稳定性成为工程应用首要解决的问题。因此，为了提高闪烁探测器在实际应用过程中的稳定性和仪表测量精度，人们对闪烁探测器的温度变化补偿及矫正的研究越来越多，目前应用较广泛的主要有恒温补偿、高压硬件补偿、计算机软件补偿、设置参考源等方法。以上方法都存在着一些不足，如恒温法结构比较大，不适于便携应用；软件法成本低，节省资源，但对处理器的要求比较高，不适合制备便携式的。参考源法增加成本，在应用过程中对技术人员要求较高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决目前NaI闪烁探测器在解决受温度的影响精度时，存在体积大或成本高的问题，本发明提供一种带温度效应矫正的闪烁探测器。
[0004]本发明的带温度效应矫正的闪烁探测器，它包括脉冲信号采集单元、脉冲信号比较处理单元、判断比较电路、运算控制电路和电源供应单元；
[0005]脉冲信号比较处理单元包括第O阈值比较电路、第I阈值比较电路、第2阈值比较电路、第O单道分析器、第I单道分析器和第2单道分析器；
[0006]脉冲信号米集单兀输出的光电子信号同时发送给第O阈值比较电路、第I阈值比较电路和第2阈值比较电路，第O阈值比较电路输出的脉冲发送给第O单道分析器，第I阈值比较电路输出的脉冲发送给第I单道分析器，第2阈值比较电路输出的脉冲发送给第2单道分析器；
[0007]第O阈值比较电路用于输出阈值电压大于VO的脉冲,第O单道分析器用于输出阈值电压大于VO的脉冲总数NO ；
[0008]第I阈值比较电路用于输出阈值电压在Vl-Vp之间的脉冲，第I单道分析器用于统计阈值电压在Vl-Vp之间的脉冲总数NI ；
[0009]第2阈值比较电路用于输出阈值电压在Vp-V2之间的脉冲，第2单道分析器用于统计阈值电压在Vp-V2之间的脉冲总数N2 ；Vp为采集的光电子信号的能谱的峰值；
[0010]电压Vl = V0+Va,电压 Vp = VO+Vb,电压 V2 = V0+Vc, Va、Vb 和 Vc 均为闪烁探测器发出的核素射线在某固定温度下，当NI = N2时，测量得到的阈值电压值常量，Vc>Vb>Va ；第I单道分析器输出的脉冲总数NI和第2单道分析器输出的脉冲总数N2同时发送给判断比较电路，判断比较电路用于输出脉冲总数NI和脉冲总数N2之差作为判断信号，
[0011]判断比较电路输出的判断信号发送给运算控制电路；脉冲总数NO发送给运算控制电路；
[0012]运算控制电路，用于当NI大于N2或NI小于N2时，增加或降低阈值电压VO的值，并将增加或降低后的阈值电压VO同时发送给第O阈值比较电路、第I阈值比较电路和第2阈值比较电路，当NI等于N2时，输出脉冲总数NO作为闪烁探测器的输出值；
[0013]电源供应单元为脉冲信号采集单元、脉冲信号比较处理单元、判断比较电路和运算控制电路提供工作电源。
[0014]本发明的有益效果在于，本发明是将理想状态下(基数温度20°C )的脉冲计数特征峰看成正态分布(高斯)函数，并将其按特征峰位为中心分成两部分，在基数温度时，调整阈值保证左右两部分的脉冲计数相等，本发明采用两路单独进行脉冲信号采集并通过对两路测量脉冲信号进行运算比较，当环境温度变化引起两部分计数发生变化时，利用运算控制电路调节阈值比较电路里的数字式电位器，调节数字式电位器的大小，保证左右两部分的脉冲计数相等，使特征峰位与变化峰位进行实时跟踪，来保持闪烁探测器测量稳定性。本发明降低环境温度变化对测量结果的影响，提高测量过程的测量精度和准确性，同时体积小且成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的带温度效应矫正的闪烁探测器的原理示意图。
[0016]图2为【具体实施方式】一中射线能谱图。
[0017]图3为【具体实施方式】一中温度变化能谱图对比示意图。
[0018]图4为【具体实施方式】一中当VlVp = VpV2，NI = N2时的能谱图。
[0019]图5为【具体实施方式】一中随动阈值调节的原理不意图。
【具体实施方式】
[0020]【具体实施方式】一:结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述的带温度效应矫正的闪烁探测器，它包括脉冲信号采集单元1、脉冲信号比较处理单元2、判断比较电路15、运算控制电路16和电源供应单元4 ；
[0021]脉冲信号比较处理单元2包括第O阈值比较电路11、第I阈值比较电路9、第2阈值比较电路10、第O单道分析器14、第I单道分析器12和第2单道分析器13 ；
[0022]脉冲信号采集单元I输出的光电子信号同时发送给第O阈值比较电路11、第I阈值比较电路9和第2阈值比较电路10，第O阈值比较电路11输出的脉冲发送给第O单道分析器14，第I阈值比较电路9输出的脉冲发送给第I单道分析器12，第2阈值比较电路10输出的脉冲发送给第2单道分析器13 ；
[0023]第O阈值比较电路用于输出阈值电压大于VO的脉冲,第O单道分析器用于输出阈值电压大于VO的脉冲总数NO ；
[0024]第I阈值比较电路用于输出阈值电压在Vl-Vp之间的脉冲，第I单道分析器用于统计阈值电压在Vl-Vp之间的脉冲总数NI ；
[0025]第2阈值比较电路用于输出阈值电压在Vp_V2之间的脉冲，第2单道分析器用于统计阈值电压在Vp-V2之间的脉冲总数N2 ；Vp为采集的光电子信号的能谱的峰值；
[0026]电压Vl = V0+Va,电压 Vp = VO+Vb,电压 V2 = VO+Vc, Va、Vb 和 Vc 均为闪烁探测器发出的核素射线在某固定温度下，当NI = N2时，测量得到的阈值电压值常量，Vc>Vb>Va ；第I单道分析器12输出的脉冲总数NI和第2单道分析器13输出的脉冲总数N2同时发送给判断比较电路15，判断比较电路15用于输出脉冲总数NI和脉冲总数N2之差作为判断信号，
[0027]判断比较电路15输出的判断信号发送给运算控制电路；
[0028]脉冲总数NO发送给运算控制电路；
[0029]运算控制电路，用于当NI大于N2或NI小于N2时，增加或降低阈值电压VO的值，并将增加或降低后的阈值电压VO同时发送给第O阈值比较电路11、第I阈值比较电路9和第2阈值比较电路10，当NI等于N2时，输出脉冲总数NO作为闪烁探测器的输出值；
[0030]电源供应单元4为脉冲信号采集单元1、脉冲信号比较处理单元2、判断比较电路15和运算控制电路16提供工作电源。
[0031]由于闪烁探测器的主要组成单元，闪烁晶体、光电倍增管以及电子学电路都会受理环境温度变化的影响，而产生温度效应，当温度变化时其测量结果受发生变化，这样闪烁探测器测量的结果就发生偏移变化，引起测量误差。
[0032]针对于固定的同能量的放射性核素发出的射线数是相同的，与环境温度变化无关，在实际的应用过程中，脉冲的变化主要由温度效应引起。
[0033]按照核物理理论，针对某一特定辐射源，放射源与物质相互作用后，其能谱图如图2所示，其特征峰为高斯(正态分布)函数。特征峰的位置只与放射源的种类有关，在进行核素能谱分析探测时，探测到特征峰后即可分析出为哪类辐射源。
[0034]通常，在做强度探测时，设定一个阈值Vtl，低于Vtl以下的脉冲信号不采集，Vtl与峰包围的面积作为闪烁探测器探测到的强度(计数率)。在环境温度变化时，对晶体发光效率、光阴极的热发射及各打拿极的二次发射系数及电子元器件会产生影响，将使峰的位置随温度变化左右变化，也即使探测到的强度变化，温度变化能谱图对比示意图如图3所示。
[0035]理想状态下，V0与峰包围的面积作为闪烁探测器探测到的强度(计数率)为正态分布函数，即其两侧相对于峰位中心是对称的。本实施方式利用两个阈值比较电路，其中一路的阈值设定为Vl-Vp，另一路的阈值设定为Vp-V2，相对应的单道分析器采集的脉冲为NI和N2，同时设定两个阈值比较电路的阈值区间在特征峰内相等，即VlVp = VpV2，即NI =N2，如图4所示。
[0036]在应用过程中，当环境温度发生变化时，NI和N2将发生变化。首先设定公式 N1-N2
N1 + N2，在无环境温度变化情况下，Λ趋近于O。当环境温度发生变化的情况下，Λ将发生变化不趋近于O时，通过数据运算系统对采集到的脉冲信号进行运算处理，判断出Λ的变化情况，通过利用微处理器调节脉冲比较系统中的数字电位器，调节阈值电压W、V1、Vp、V2到VO'Vl'Vp'V〗:使Λ— O,即为变化后的阈值，即保证NI7 = N27, VO/与峰包围的面积内的脉冲计数为实际闪烁探测器探测到的射线强度。随动阈值调节的示意图如图5所/Jn ο
[0037]本实施方式中，首先针对某一固定核素在常温20°C状态工作情况进行阈值和全能峰测量，并确定峰位位置，保证全能峰左右半宽度内的脉冲计数相等(主要是确定V0、V1、VP> V2)。当W、V1、VP、V2的值确定后，由于环境温度发生变化，闪烁探测器测量得到的脉冲数将发生变化，出现测量误差，影响测量的准确性。当温度变化时，全能峰的位置将发生变化，温度升高时，全能峰的位置向靠近阈值VO的移动，温度降低时，移动的方向相反。当峰位的位置不变时，峰位左右半宽度内测量的脉冲计数信号大小将发生变化，全能峰左右半宽度内的计数NI和N2将变化，且不相等，利用判断比较电路针对于第I单道分析器和第2单道分析器测量得到的数据进行测量计算，当NI大于N2时，通过运算控制电路调节阈值比较电路的滑动电位器，逐步降低VO的阈值，使NI = N2，反之也成立，利用第O单道分析器测量此时的脉冲数，即为补偿后的实际脉冲数。
[0038]第I单道分析器和第2单道分析器测量得到的脉冲数NI和N2通过判断比较电路进行运算判断
[0039]运算控制电路主要是:
[0040](I)接收判断阈值比较电路的输出信号，通过输出的结果调节阈值比较电路的数字电位器的电阻值，控制电压阈值VO的大小。
[0041](2)接收调整后第O阈值电路以及第O单道分析器接收的脉冲数，并输出结果NO。
[0042]本实施方式中，NI为峰位左半宽度内测量的脉冲计数，N2为峰位右半宽度内测量的脉冲计数；Va，Vb，Vc三个数值常量是闪烁探测器在常温20°C状态工作情况下，测量得到的阈值电压值.针对于固定的核素射线，其是固定值，可通过实验测量得出。
[0043]【具体实施方式】二:结合图1说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一所述的带温度效应矫正的闪烁探测器的进一步限定，所述脉冲信号采集单元I包括NaI闪烁晶体5、光电倍增管6和分压及信号采集电路7 ；NaI闪烁晶体5产生的光电子发送至光电倍增管6，光电倍增管6发出的光电子信号发送至分压及信号采集电路7，分压及信号采集电路7输出的光电子信号发送给脉冲信号比较处理单元2。
[0044]【具体实施方式】三:结合图1说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】二所述的带温度效应矫正的闪烁探测器的进一步限定，电源供应单元4包括低压输出电路19和高压输出电路18 ;低压输出电路19为脉冲信号采集单元I提供低压工作电源，高压输出电路18为脉冲信号采集单元1、脉冲信号比较处理单元2、判断比较电路15和运算控制电路16提供高压工作电源。
[0045]本实施方式中，高压输出电路18输出供分压电路分压后供给光电倍增管各打拿极使用；低压输出电路19主要提供两路+12V和一路+5V直流输出，+12V电压一路提供高压转换用，一路为脉冲信号采集单元1、脉冲信号比较处理单元2和判断比较电路15用，两路+12V电压由光耦隔离。+5V电压供运算控制电路16用。
[0046]【具体实施方式】四:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的带温度效应矫正的闪烁探测器的进一步限定，它还包括外围辅助电路17，外围辅助电路17的信号输入输出端与运算控制电路16的信号输入输出端连接，所述外围辅助电路17为掉电保护电路、时钟电路、复位电路、通讯电路和显示电路中的一种或几种。
【权利要求】
1.带温度效应矫正的闪烁探测器，其特征在于，它包括脉冲信号采集单元(I)、脉冲信号比较处理单元(2)、判断比较电路(15)、运算控制电路(16)和电源供应单元(4)； 脉冲信号比较处理单元⑵包括第O阈值比较电路(11)、第I阈值比较电路(9)、第2阈值比较电路(10)、第O单道分析器(14)、第I单道分析器(12)和第2单道分析器(13)；脉冲信号米集单兀⑴输出的光电子信号同时发送给第O阈值比较电路(11)、第I阈值比较电路(9)和第2阈值比较电路(10)，第O阈值比较电路(11)输出的脉冲发送给第O单道分析器(14)，第I阈值比较电路(9)输出的脉冲发送给第I单道分析器(12)，第2阈值比较电路(10)输出的脉冲发送给第2单道分析器(13)； 第O阈值比较电路(11)用于输出阈值电压大于VO的脉冲，第O单道分析器用于输出阈值电压大于VO的脉冲总数NO ； 第I阈值比较电路(9)用于输出阈值电压在Vl-Vp之间的脉冲，第I单道分析器用于统计阈值电压在Vl-Vp之间的脉冲总数NI ； 第2阈值比较电路(10)用于输出阈值电压在Vp-V2之间的脉冲，第2单道分析器用于统计阈值电压在Vp-V2之间的脉冲总数N2 ； Vp为采集的光电子信号的能谱的峰值； 电压Vl = V0+Va,电压Vp = V0+Vb,电压V2 = V0+Vc, Va、Vb和Vc均为闪烁探测器发出的核素射线在某固定温度下，当NI = N2时，测量得到的阈值电压值常量，Vc>Vb>Va ； 第I单道分析器(12)输出的脉冲总数NI和第2单道分析器(13)输出的脉冲总数N2同时发送给判断比较电路(15)，判断比较电路(15)用于输出脉冲总数NI和脉冲总数N2之差作为判断信号， 判断比较电路(15)输出的判断信号发送给运算控制电路(16)； 脉冲总数NO发送给运算控制电路； 运算控制电路(16)，用于当NI大于N2或NI小于N2时，增加或降低阈值电压VO的值，并将增加或降低后的阈值电压VO同时发送给第O阈值比较电路(11)、第I阈值比较电路(9)和第2阈值比较电路(10)，当NI等于N2时，输出脉冲总数NO作为闪烁探测器的输出值； 电源供应单元⑷为脉冲信号采集单元(I)、脉冲信号比较处理单元(2)、判断比较电路(15)和运算控制电路(16)提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的带温度效应矫正的闪烁探测器，其特征在于，所述脉冲信号采集单元⑴包括NaI闪烁晶体(5)、光电倍增管(6)和分压及信号采集电路(7) ；NaI闪烁晶体(5)5产生的光电子发送至光电倍增管￠)，光电倍增管(6)发出的光电子信号发送至分压及信号采集电路(7)，分压及信号采集电路(7)输出的光电子信号发送给脉冲信号比较处理单元(2)。
3.根据权利要求2所述的带温度效应矫正的闪烁探测器，其特征在于，电源供应单元(4)包括低压输出电路(19)和高压输出电路(18);低压输出电路(19)为脉冲信号采集单元(I)提供低压工作电源，高压输出电路(18)为脉冲信号采集单元(I)、脉冲信号比较处理单元(2)、判断比较电路(15)和运算控制电路(16)提供高压工作电源。
4.根据权利要求1所述的带温度效应矫正的闪烁探测器，其特征在于，它还包括外围辅助电路(17),外围辅助电路(17)的信号输入输出端与运算控制电路(16)的信号输入输出端连接，所述外围辅助电路(17)为掉电保护电路、时钟电路、复位电路、通讯电路和显示电路中的一种或几种。
【文档编号】G01T1/20GK104199078SQ201410455401
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】李北城, 赵孝文, 万志伟, 高雅娟 申请人:黑龙江省中贝技术有限公司