剂量率测量系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请是2015年11月13日提交并且题为“doseratemeasurementsystemsandmethods”的美国临时专利申请no.62/255,332的继续申请，其通过引用整体并入本文。

本申请是2016年5月25日提交并且题为“sipm-basedradiationdetectionsystemsandmethods”的美国专利申请no.15/164,775的部分继续申请，美国专利申请no.15/164,775是2014年11月25日提交并且题为“sipm-basedradiationdetectionsystemsandmethods”的国际专利申请no.pct/us2014/067489的继续申请，国际专利申请no.pct/us2014/067489要求于2013年11月16日提交并且题为“sipm-basedradiationdetectionsystemsandmethods”的美国临时专利申请no.61/909,311的优先权和权益，通过引用将上述所有申请整体并入本文。

本实用新型的一个或多个实施例总体上涉及辐射检测系统，并且更具体地，涉及例如用于检测放射性环境中的剂量率的系统和方法。

背景技术：

传统上使用辐射检测器来测量检测到的辐射的能量和计数率，以便识别辐射源或计算剂量率。例如，传统的辐射检测器通常使用耦合到光电倍增器的闪烁体以将入射辐射转换成电脉冲，并且可以根据脉冲的特征确定入射辐射的能量。入射辐射的能量可以用来识别其来源，并且可以使用事件计数结合它们的比能量来确定剂量率。

每个脉冲具有特征形状，其长度可以达到几微秒，因此每个测量通常仅花费一样长的时间。在脉冲测量过程中，传统的辐射检测器忽略后续信号，直到当前测量结束，并且因此较少的事件被处理，由此导致辐射检测器的仪器死区时间(deadtime)。这样的死区时间要么产生不准确的能量和/或剂量率测量，要么需要长时间暴露于辐射环境以提高一个或其他测量的统计准确度，这两种情况都不可取，特别是在高放射性环境中。因此，需要用于检测辐射的改进的方法，其特别是在高放射性环境中确定能量检测、源识别和/或剂量率时减少仪器的死区时间。

技术实现要素：

公开了用于特别是在高放射性环境中准确检测辐射的系统和方法的技术。在一个实施例中，一种系统包括用于辐射检测器的检测器模块，其中检测器模块被配置为提供对应于入射电离辐射的辐射检测事件信号；以及并行信号分析器，其被配置为接收辐射检测事件信号并提供光谱输出和剂量率输出。并行信号分析器可以被配置为根据相应的第一和第二测量时间在第一和第二分析通道中并行分析辐射检测事件信号；并且基于根据相应的第一测量时间和第二测量时间而确定的辐射检测事件能量来确定光谱输出和剂量率输出。

在另一个实施例中，一种方法包括：接收来自用于辐射检测器的检测器模块的对应于入射电离辐射的辐射检测事件信号；根据相应的第一和第二测量时间在第一和第二分析通道中并行分析辐射检测事件信号；以及基于根据相应的第一测量时间和第二测量时间而确定的辐射检测事件能量来确定光谱输出和剂量率输出。

在进一步的实施例中，辐射检测器模块包括外壳；通过一个或多个阻尼插入件与外壳分开的辐射传感器；读出电子器件，其被配置为提供对应于所述辐射传感器中的入射电离辐射的辐射检测事件信号；以及盖，其包括被配置为耦合到所述读出电子器件的内部接口和被配置为耦合到辐射检测器的外部接口，其中所述盖被配置成将所述辐射传感器气密地密封在所述外壳内。

在另一个实施例中，一种方法包括提供外壳；将辐射传感器和读出电子器件放置在外壳内，其中辐射传感器通过一个或多个阻尼插入件与外壳分离，并且其中读出电子器件被配置为提供对应于辐射传感器中的入射电离辐射的辐射检测事件信号；以及使用盖将所述辐射传感器气密密封在所述外壳内以形成辐射检测器模块，其中所述盖包括被配置为耦合到所述读出电子器件的内部接口和被配置为耦合到辐射检测器的外部接口。

在再一实施例中，一种剂量率测量系统包括：用于辐射检测器的检测器模块，其中，所述检测器模块提供对应于入射电离辐射的辐射检测事件信号；和并行信号分析器，所述并行信号分析器接收所述辐射检测事件信号并且根据相应的第一测量时间和第二测量时间在第一分析通道和第二分析通道中并行分析辐射检测事件信号，以便基于根据相应的第一测量时间和第二测量时间而确定的辐射检测事件能量来提供光谱输出和剂量率输出。

并行信号分析器可以从辐射检测事件信号确定计数率；确定所述计数率高于预设阈值；和减少所述第一测量时间和/或所述第二测量时间。

并行信号分析器可以至少部分地基于辐射检测事件信号的计数率和相应的第一测量时间或第二测量时间来确定与第一分析通道或第二分析通道相关联的仪器死区时间；确定仪器死区时间高于预设阈值；和减少第一测量时间或第二测量时间以将仪器死区时间降低到所述预设阈值或低于所述预设阈值。

第一分析通道可以包括光谱脉冲分析器。第二分析通道可以包括剂量率脉冲分析器。光谱脉冲分析器和/或剂量率脉冲分析器可以包括用以分析辐射检测事件信号内的各个脉冲以确定对应于各个脉冲的辐射检测事件的能量的积分器、脉冲形状检测器和/或多极滤波器。

积分器可以对相应的第一测量时间或第二测量时间的各个脉冲进行积分以确定能量。脉冲形状检测器可以沿着对应的第一测量时间或第二测量时间将特征线形与每个单独脉冲的线形进行比较以确定能量。多极滤波器可以沿着对应的第一测量时间或第二测量时间对脉冲进行滤波和/或成形以确定能量。

第二测量时间可以小于所述第一测量时间。并行信号分析器可以使用光谱输出的至少一部分来校准剂量率输出。

第二测量时间可以不同于所述第一测量时间。第二测量时间可以被配置为减小第二分析通道的仪器死区时间。

并行信号分析器可以包括一个或多个现场可编程门阵列。

该系统还可以包括：存储识别库的存储器；逻辑器件，所述逻辑器件将光谱输出与存储在存储器中的识别库进行比较以识别入射电离辐射的源，并且在光谱输出上执行能量加窗以从光谱输出过滤出选定的能量和/或光谱；和显示器，所述显示器显示识别的源和/或光谱输出的至少一部分和/或剂量率输出。

该系统还可以包括所述辐射检测器，其中，所述辐射检测器包括个人辐射检测器或光谱个人辐射检测器。

检测器模块可以包括闪烁体传感器、半导体传感器、气体比例传感器和盖革-穆勒计数器中的一个或多个，并且检测伽马辐射和/或中子辐射。

本实用新型的范围由权利要求限定，所述权利要求通过引用而并入本部分。通过考虑以下对一个或多个实施例的详细描述，本领域技术人员将会获得对本实用新型的实施例的更完整的理解以及其附加优点的实现。将参考将首先简要描述的附图。

附图说明

图1示出了根据本公开实施例的辐射检测系统的框图。

图2示出了根据本公开实施例的用于辐射检测系统的信号分析器的框图。

图3a示出了根据本公开实施例的用于辐射检测系统的检测器模块的透视横截面图。

图3b示出了根据本公开实施例的用于辐射检测系统的检测器模块的分解图。

图4a示出了根据本公开实施例的辐射检测系统的透视图。

图4b示出了根据本公开实施例的辐射检测系统的侧视图。

图5示出了根据本公开实施例的提供基本上同时的光谱和剂量率输出的各种操作的流程图。

图6示出了根据本公开实施例的提供辐射检测器模块的各种操作的流程图。

通过参考下面的详细描述可以最好地理解本实用新型的实施例及其优点。应该理解的是，相似的附图标记用于识别在一个或多个附图中示出的相似元件。

具体实施方式

本公开的实施例能够在高辐射环境中提供基本上同时且可靠的光谱和剂量率测量。具体而言，实施例对与辐射检测事件对应的信号执行并行光谱和剂量率分析。根据强调准确确定辐射检测事件的能量的第一测量延迟(例如，电荷积分时间和/或脉冲成形时间)来执行光谱分析，并且根据第二测量延迟来执行剂量率分析，第二测量延迟可以被调整(例如基于辐射检测事件率)以相对于准确度强调吞吐量并减少与剂量率测量相关联的有效死区时间。结果，实施例在可变和/或高辐射环境中提供准确和可靠的光谱和剂量率测量，其中要不是这样的话辐射检测事件率会导致大量仪器死区时间以及差的光谱保真度或不准确的剂量率报告。在一些实施例中，如本文所述，并行处理允许通过重合的光谱测量而至少部分地校准剂量率测量。

辐射检测器测量辐射的能量和计数率，以识别放射性同位素并计算剂量率。通常需要个人辐射检测器(prd)和/或光谱prd(sprd)来在所有环境(包括放射性检测事件的总计数率相对较高的高放射性环境)中提供同位素识别和当前剂量率。通常，辐射检测器采用检测器模块将入射辐射转换为电脉冲。辐射检测事件的能量可以通过对脉冲的电荷进行积分或将脉冲成形为用于脉冲高度测量的适当形式并与校准进行比较来确定。

对于每种类型的检测器模块(例如，对于每种类型的闪烁体和/或闪烁体/读出对)，存在对应于用于所得测量的最佳能量分辨率的最佳电荷积分或脉冲成形时间(例如，较短的时间导致相对较差的能量分辨率和/或测量准确度，较长的时间不会明显提高分辨率或准确度)。最佳分析时间(例如，电荷积分或脉冲成形时间)通常与脉冲衰减时间成比例，脉冲衰减时间是用于闪烁体的材料以及用于检测器模块的光电倍增器的类型或布置的特征。在分析过程中，后续的重叠信号可能会被忽略，直到分析完成，忽略的事件会导致仪器死区时间(例如，拒绝/忽略信号与接收信号总数的比率)。

当计数率低时(例如在低放射性环境中)，可以使用相对较长的分析时间来保持最佳能量分辨率，而没有很多仪器死区时间的风险。但是，当遇到高放射性源时，使用长的分析时间会导致大量的仪器死区时间，这是不希望的。本公开的实施例可以检测死区时间或计数速率何时高于预设阈值，并动态地减少分析时间，以使相应的仪器死区时间低于阈值。在各种实施例中，用户可以选择阈值来平衡用于同位素识别的较差的能量分辨率对于延长的测量的潜在影响。

本公开的实施例旨在通常在辐射检测器中实现，并且更特定地，在通常为便携式的prd和sprd中实现。辐射检测器的典型元件包括检测器模块，诸如放大器、模数转换器(adc)和/或偏置电源的各种电子部件以及各种信号处理电子器件。例如，在一些实施例中，入射辐射的能量可以使用实施为驻留在微处理器、现场可编程门阵列(fpga)和/或其他电子设备中的电路和/或软件的信号处理来分析由检测器模块提供的电子脉冲而获得。

在各种实施例中，便携式辐射检测器可以包括两种普通类型的检测器模块：基于闪烁体(例如，nai，csi，labr，clyc)的检测器模块和基于半导体(例如，ge，cdznte)的检测器模块。当辐射射到闪烁体时，会产生光子，并且通过光电倍增管和/或硅光电倍增器(sipm)等光电倍增器将光子转换为光电子。在基于半导体的检测器模块的情况下，通过半导体材料与入射辐射的相互作用产生电子-空穴对，并且可以使用用于分析由光电倍增器产生的信号的相同技术来分析所得到的信号。例如，由光电倍增器或半导体产生的电荷可形成脉冲，其可通过前置放大器放大、数字化并提供给信号分析器。

脉冲的幅度是入射辐射的能量的量度，其可用于同位素识别(例如，通过将测量的能量谱的能量和/或分布与已知的能量谱匹配)。为了确定入射辐射的能量，信号分析器可以例如将脉冲随时间积分以获得总电荷，或者将脉冲成形为特定的特征线形(例如，高斯和/或其他线形，这可能是所使用的检测器模块的类型所固有的)以用于峰值检测，这两者都可以用于确定测量事件的能量。例如，光谱分析可以包括测量过程的校准和/或稳定、能量峰值检测、噪声降低、源识别和/或被配置为例如提供入射辐射能谱的其他光谱分析和/或处理。剂量率分析可以包括类似光谱分析，该类似光谱分析与例如事件计数、吸收的统计估计和/或被配置成提供通过入射辐射而赋予物质的能量的量度的其他剂量率分析和/或处理相结合。

图1示出了根据本公开实施例的辐射检测系统100的框图。如图1中呈现的实施例所示，辐射检测器101可以包括如在此描述的适于检测由源120产生的电离辐射122并将检测、光谱测量和/或剂量率测量报告给其他设备或用户的各种部件。例如，系统100可以通过聚集检测数据以提供由系统100检测到的辐射的累积剂量、光谱图或材料识别并且然后将辐射数据发送到显示器(例如显示器116)来报告辐射的检测。在其他实施例中，系统100可通过激励led指示器(例如，用户接口114)和/或向通知系统的部件(例如警报器或电开关或中继器)发送警报或通知信号(例如，使用通信模块112)来报告检测。

在图1所示的实施例中，辐射检测器101包括检测器模块102。检测器模块102可以用适于与电离辐射122相互作用以产生电信号或脉冲的各种结构和材料来实现，所述电信号或脉冲转而可以被分析(例如，由adc130、并行信号分析器140和/或控制器110)以提供光谱测量、剂量率测量和/或其他辐射数据，如本文所述。通常，检测器模块102可以被配置为例如从偏置电源150、控制器110和/或系统100的其他元件接收偏置154和/或其他控制信号，并且向adc130、并行信号分析器140和/或控制器110提供辐射检测事件信号104。

在各种实施例中，检测器模块102可以用闪烁体传感器和光电倍增器和/或半导体传感器来实现，该闪烁体传感器和光电倍增器和/或半导体传感器被配置为提供对应于由电离辐射122与检测器模块102的闪烁体传感器和/或半导体传感器相互作用而引起的辐射检测事件的模拟电信号104。如本文更全面描述的，检测器模块102在一些实施例中可以实施为可移除和/或可替换的盒，或者可以被配置为与辐射检测器101的壳体108和/或其他元件连接。

如果可选地被包括在检测器101中，则控制器110、存储器111、用户接口114、通信模块112、显示器116、其他部件118、adc130、并行信号分析器140和/或偏置电源150中的每一个可以例如耦合到公共pcb或壳体108，这取决于辐射检测器101的期望应用和/或总体尺寸。在其他实施例中，任何一个或这样的部件的组可以例如在辐射检测器101的外部实现和/或以分布式或分组方式实现(例如，多个控制器110操作辐射检测器101或由单个控制器110操作多个辐射检测器101)。

在各种实施例中，控制器110可以被实现为可由系统100使用以执行适当的指令的任何适当的逻辑器件(例如，微控制器、处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他逻辑器件)，所述指令例如用于使用检测器模块102来检测辐射的软件指令和/或信号处理操作。此外，控制器110可以用各种信号处理设备来实现，例如模数转换器(adc)，触发器输入、定时电路以及本文所述的其他信号处理设备。

在各种实施例中，控制器110的至少某部分或一些功能可以是单独的系统的其他现有逻辑器件的一部分或用其来实现，单独的系统可以例如是服务器、个人电子设备(例如，移动电话、智能手机、平板设备、膝上型计算机、台式计算机)和/或可用于处理、报告或作用于由系统100检测到的辐射的任何其他设备。在其他实施例中，控制器110可适用于与各种外部逻辑器件和关联部件连接和通信和/或以分布式方式执行各种操作(例如，使用通信模块112)。

一般而言，控制器110可适用于与系统100的其他部件连接和通信以执行本文所述的方法和过程。例如，如本文所述，控制器110可适用于执行总计数操作、光谱测定法和/或各种稳定/校准方法。在一个实施例中，控制器110可以适用于使用通信模块112将辐射检测报告给显示器116，并且例如显示剂量或计量率或警报通知，或者显示源120的光谱图的图像。在另一个实施例中，控制器110可以例如适用于使用通信模块112来建立与外部通知系统的有线或无线通信链路，并且报告检测到的辐射的计数、能量、瞬态特征、剂量率和/或其他特征。

adc130可以被实现为被配置为任何模数转换器和/或任何适当的逻辑器件和/或模拟电路，其从检测器模块102接收模拟辐射检测事件信号104并且将数字化的辐射检测事件信号132提供给并行信号分析器140。

并行信号分析器140可以被实现为任何模拟和/或数字设备和/或电路，其被配置为接收辐射检测事件信号132并分析至少两个并行分析通道的信号以向控制器110提供光谱输出141和剂量率输出142。例如，在一些实施例中，并行信号分析器140可以由fpga实现，其中fpga的一些部分被分配成使用例如光谱脉冲分析器来分析辐射检测事件信号132，并且fpga的其他部分被分配成使用剂量率脉冲分析器来分析辐射检测事件信号132，其中可以调整(例如通过控制器110使用控制信号143)剂量率脉冲分析器和/或光谱脉冲分析器的测量时间，以调整一个或两个分析器的相应的仪器死区时间。在各种实施例中，并行信号分析器140可以被配置为基本上同时执行这样的分离、双重或并行的分析。在一些实施例中，如本文所述，同时的并行分析允许通过重合的光谱测量至少部分地或周期性地校准剂量率测量。

偏置电源150可以被实现为任何适当的逻辑器件和/或模拟电路，其被配置为从控制器110接收偏置控制信号152并向检测器模块102提供偏置154。例如，偏置电源150可以被配置为产生并提供偏置电压到检测器模块102以帮助检测器模块102提供基本上与入射辐射122的能量成比例的响应。在各种实施例中，偏置电源150还可以被配置为提供电力和/或其他信号和/或控制信号(例如，通过控制器110)到检测器模块102。

虽然在图1中被示出为分离，但是控制器110、adc130、并行信号分析器140和/或偏置电源150可以部分或全部集成到一个或多个单片逻辑器件和/或模拟部件中。在一些实施例中，adc130和/或偏置电源150可以与检测器模块102集成，以便降低进入测量过程中的模拟信号干扰和/或噪声注入的风险。

存储器111通常至少与控制器110通信并且可以包括用于存储信息的一个或多个存储器设备(例如存储器部件)，所述信息包括辐射检测数据、校准数据、其他类型的传感器数据和/或软件指令。例如，存储器111可以包括同位素识别库，其可以由用户通过与用户接口114的交互来更新、调整和/或以其他方式管理。这样的存储器设备可以包括各种类型的易失性和非易失性信息存储设备，例如ram(随机存取存储器)、rom(只读存储器)、eeprom(电可擦除只读存储器)、闪存、磁盘驱动器和/或其他类型的存储器。在一个实施例中，存储器111可以包括便携式存储器设备，其可以从系统100中移除并且用于将存储的数据传送到其他系统供进一步处理和检查。

通信模块112可以被配置为促进系统100的各种部件(例如，在控制器110和存储器111和/或显示器116之间)和/或各种外部设备(例如无线接入点、个人电子设备、服务器和/或其他检测器)之间的通信和连接。例如，诸如用户接口114和显示器116的部件可以通过通信模块112向控制器110发送数据和从控制器110接收数据，通信模块112可以适用于管理各种部件之间的有线和/或无线通信链路。这样，通信模块112可以支持用于本地系统联网的各种接口、协议和标准，例如控制器区域网络(can)总线、本地互联网络(lin)总线、面向媒体的系统传输(most)网络、或iso11738(或iso总线)标准。

在一些实施例中，控制器110可以适于经由通信模块112与远程用户接口、通知系统或其他检测系统通信，以例如汇总来自多个系统或传感器的报告和/或实现特定的检测和/或通知方法。这样，通信模块112可以包括无线通信部件(例如，基于ieee802.11wifi标准、蓝牙^tm标准、zigbee^tm标准或其他适当的短程无线通信标准)、无线宽带部件(例如，基于wimax技术)、移动蜂窝部件、无线卫星部件或其他适当的无线通信部件。通信模块112还可以被配置为经由有线通信部件(例如以太网接口)与有线网络和/或设备连接。

用户接口114提供用户与检测器101的交互，并且可以包括一个或多个按钮、指示器(例如led)、键盘、轨迹球、旋钮、操纵杆、显示器(例如，液晶显示器、触摸屏显示器)和/或适于接受用户输入和/或提供用户反馈的其他类型的用户接口。在一个实施例中，用户接口114可以包括电源按钮、振动电机、指示辐射检测事件(例如计数)的led和/或提供检测事件和/或剂量或剂量率的可听指示(例如，可见、触觉和/或可听指示器)的扬声器。在各种实施例中，如本文所述，用户接口114可以用于输入各种系统配置设置，例如稳定/校准参数。在一些实施例中，用户接口114可以用于查看由系统100捕获的和/或根据本文描述的各种操作处理的一个或多个报告、图表和/或其他辐射检测数据。

显示器116可以被配置为呈现、指示或以其他方式传达辐射检测(例如，由控制器110产生)的警报、通知、计数、剂量率和/或其它报告。显示器116可以用例如液晶显示器(lcd)、阴极射线管(crt)或各种其他类型的通常已知的视频显示器和监视器(包括触敏显示器)的电子显示屏来实现。显示器116可适用于呈现辐射检测数据、图形、图像、报告或本文所述的其他信息。

其他部件118可以如本文所述包括各种稳定/校准设备，例如温度传感器/探头(例如热电偶，红外温度计)、led或激光二极管(例如，提供已知的光子源)、环境光传感器、电压调节器和/或滤波器、可变电压源和/或可用于促进稳定或校准的其他类型的设备。来自这样的传感器的传感器数据可以被控制器110用来检测与检测器101有关的稳定/校准参数，并且由此产生更可靠的检测辐射报告。在一些实施例中，其他部件118可以包括能够感测检测器101的位置和/或定向的gps、加速度计、罗盘和/或其它定向传感器。其他部件118可以另外包括实现为电池、电力适配器、充电电路、电力接口、电力监视器和/或提供固定或移动电源的其他类型的电力供应的电源模块。在一些实施例中，电力模块可以适于提供不间断电力和/或电力调节以保护检测器101的连续操作。在各种实施例中，其他部件118可以包括到可移除或可替换的检测器模块102的接口。

其他部件118还可以包括布置在检测器模块102的端部和/或联接到壳体108和/或由壳体108支撑的各种其它电气和/或电子部件上方的遮板。在一些实施例中，遮板可以实现为机械的或可移除的辐射屏蔽，其适于选择性地阻挡或大大减少电离辐射122的一个或多个分量。例如，遮板可以用能够基本上阻挡α、β和相对低能量γ辐射进入检测器模块102但允许中子和/或高能量γ辐射进入的高z材料来实现。在各种实施例中，例如，可以通过控制器110以电子方式致动(例如打开和/或关闭)遮板。例如，这样的遮板可以耦合到壳体108/由壳体108支撑，并且壳体108可以适于相对于遮板提供类似或差异化的辐射屏蔽。在一些实施例中，可以至少部分地使用如本文所述的引线和/或钨板、箔片和/或其他结构来实现遮板和/或壳体108。在一些实施例中，壳体108可以适用于例如保护系统100免受与太空或大气飞行相关的环境条件和/或其他室外环境条件的影响，例如静止或铰接安装在陆地结构上。在其他实施例中，壳体108可以适用于手持使用。

图2示出了根据本公开的实施例的用于辐射检测系统100的并行信号分析器140的框图。如图2所示，并行信号分析器140例如可以用fpga240来实现，并且可以包括并行分析通道241和242，其被配置为接收辐射检测事件信号132并且提供所示光谱输出141和剂量率输出142。分析通道241可以对应于例如光谱分析通道，并且包括可选地耦合到死区时间检测器243的光谱脉冲分析器244和光谱分析器245。分析通道242可以对应于例如剂量率分析通道，并且包括耦合到死区时间检测器243的剂量率脉冲分析器246和剂量率分析器247。

死区时间检测器243可以被实现为任何数字和/或模拟电路和/或由fpga240执行的软件，其被配置为检测和计数辐射检测事件信号132中的辐射检测事件的数量以确定辐射检测事件信号132的计数率，将该数量与剂量率脉冲分析器246和/或光谱脉冲分析器244的分析吞吐量进行比较，以确定剂量率脉冲分析器246和/或光谱脉冲分析器244的相应的仪器死区时间，并基于所述比较、死区时间和/或由控制器110提供的一个或多个控制信号143来向剂量率脉冲分析器246和/或光谱脉冲分析器244提供测量时间。例如，在一些实施例中，控制信号143可以包括阈值死区时间或计数率、测量时间调整、选择要调整的分析通道、和/或其他控制信号。在各种实施例中，死区时间检测器243可以被配置为向脉冲分析器244和246中的任一个或两个动态地提供测量时间，以将脉冲分析器244和/或246的仪器死区时间减小到阈值死区时间以下。

光谱脉冲分析器244和/或剂量率脉冲分析器246可以实现为积分器、脉冲形状检测器、各种滤波器和变换(例如，多极滤波器)和/或任何数字和/或模拟电路和/或由fpga执行的软件240，其被配置为确定与辐射检测事件的能量对应的辐射检测事件信号132的特征。在各种实施例中，剂量率脉冲分析器246(并且可选地，光谱脉冲分析器244)可以被配置为确定受由死区时间检测器243提供和/或调整的设定的测量时间约束的特征。

例如，脉冲分析器244和246可以被实现为积分器，其被配置为对设定的测量时间(例如，由控制信号143和/或死区时间检测器243提供)的辐射检测事件信号132的脉冲进行积分以确定脉冲的能量(例如，对应于脉冲的辐射检测事件的能量)。例如，可以从检测到的脉冲峰值来测量这样的设定的测量时间。在其他实施例中，脉冲分析器244和246可以被实现为脉冲形状检测器，其被配置为沿设定的测量时间比较特征线形和每个脉冲并使特征线性与每个脉冲一致(例如，通过改变线形的增益和/或其他参数并且最小化线形和脉冲之间的误差)，以确定脉冲的能量。

在进一步的实施例中，脉冲分析器244和246可以被实现为可用于在脉冲上操作并确定脉冲的能量的一个或多个滤波器和/或变换。例如，这样的滤波器可以包括一个或多个梯形滤波器、高斯成形滤波器、不对称滤波器、和/或其他滤波器和/或变换，其可以被应用于脉冲并用于沿着设定的测量时间对脉冲进行成形，以促进测量或恢复脉冲的峰值振幅并确定脉冲的能量。这样的分析可以被称为多极滤波(例如，包括一个或多个滤波器，每个滤波器都以一个或多个极为特征)。在一些实施例中，这样的处理可以包括一个或多个卷积滤波器，其被配置为沿着设定的测量时间将每个脉冲与已知脉冲形状进行卷积以确定脉冲的能量。

通常，脉冲分析器244和246被配置为接收辐射检测事件信号132，并且通过由分析通道241的光谱脉冲分析器244执行的相对长的测量时间分析和由分析通道242的剂量率脉冲分析器246执行的相对短的测量时间分析来执行辐射检测事件信号132的并行分析。长测量时间(例如，慢速)分析积分产生可用于精确高分辨率和可靠光谱的高保真度信息。短测量时间(例如，快速)分析有助于完成的测量的吞吐量以实现更高的有效剂量率范围。较长的测量时间/分析有效地收集更多从闪烁体传感器发射的光和/或更多由半导体传感器发射的信号，其中较短的测量时间/分析有效地收集大部分光/信号，但以吞吐量的检测保真度和仪器死区时间的减少为交换。

光谱分析器245可以被实现为任何数字和/或模拟电路和/或由fpga240执行的软件，其被配置为接收来自光谱脉冲分析器244的辐射检测事件的能量并且提供光谱输出141。光谱输出141可以包括辐射检测事件的光谱图、同位素识别、校准和/或稳定的光谱数据、和/或与由辐射系统100检测到的辐射相关联的其他光谱数据。

在一些实施例中，光谱分析器245(和/或控制器110)可以被配置为对由光谱脉冲分析器244提供的能量进行能量加窗，以例如从光谱输出141过滤出选定的能量和/或谱(例如，天然存在的放射性物质的能量和/或谱)，由此减少骚扰警报和/或改善光谱输出141和/或由辐射检测器101提供或显示的检测数据的操作灵敏度。

剂量率分析器247可以被实现为任何数字和/或模拟电路和/或由fpga240执行的软件，其被配置为接收来自剂量率脉冲分析器246的辐射检测事件的能量并提供剂量率输出142。剂量率输出142可以包括累积和/或吸收剂量和/或剂量率、光谱输出141的一个或多个方面、和/或与由辐射系统100检测到的辐射相关联的其它剂量率数据。

尽管图2中的并行信号分析器140示出了第一和第二分析通道241和242，但是在其他实施例中，并行信号分析器140可以包括三个或更多个不同的并行分析通道，例如，其中每个并行分析通道可以被配置为执行光谱分析、剂量率分析和/或其他类型的分析，每个分析根据不同的测量时间(例如，由其各个脉冲分析器、死区时间检测器243和/或控制器110设定和/或控制)。

图3a示出了根据本公开的实施例的用于辐射检测系统的检测器模块102a的透视横截面图。特别地，图3a所示的实施例提供了一种解决方案，以解决在相对便宜、易于制造的坚固壳体中气密密封吸湿材料(例如，各种不同类型的闪烁体和/或半导体传感器材料)的问题，其省略了传统的硅酮密封剂，要不然硅酮密封剂会漏气并且使传感器材料降解，并且随着时间的流逝通常会劣化。

在各种实施例中，检测器模块102a示出用于坚固地封装包括吸湿材料(例如，其中传感器性能随着其含水量增加而降低)的辐射检测器传感器的系统和方法。例如，如图3a所示，检测器模块102a包括金属到印刷电路板(pcb)的气密密封件(例如，总体上示为焊缝310)，其通过将金属外壳/壳体302焊接到边缘电镀的板盖pcb309而形成，边缘电镀的板盖pcb309包括相对较大(例如，宽和/或厚)接地平面312，其被构造成便于形成气密密封/焊缝310并促进pcb上和/或pcb与金属外壳之间的温度均衡。

盖309可以包括与接地平面312绝缘的各种导电通孔，其耦合在盖309的相对侧上的多个导体接口/连接器314和316。传感器304(例如，闪烁体和/或半导体传感器)和耦合的读出电路(例如，sipm311和/或读出pcb306)可以通过阻尼插入件301,305和308(例如泡沫、橡胶和/或其他相对低硬度的阻尼材料垫或插入件)保持就位，阻尼插入件可以配置成为外壳提供热障并提供减震。在各种实施例中，围绕传感器304的基本上所有材料可以被指定为具有低z值，以便使对入射在传感器304上的电离辐射的光子能量通量分布的干扰最小化。在其他实施例中，检测器模块102a的各种元件的一些部分(例如，外壳302、阻尼插入件301,305和308和/或检测器模块102a的其他元件的一些部分)可以用相对高z值的材料来实现，以便在空间上限制通过传感器304的辐射通量，例如用相对较高的z材料形成和/或电镀外壳302的除了端表面320之外的所有表面。

在一个实施例中，检测器模块102a可以用耦合到sipm311的相对小的基本上立方体的闪烁晶体(例如传感器304)来实现，其中sipm311被实现为安装到读出pcb306的光电倍增器或sipm像素的阵列。读出pcb306可以不硬安装到外壳302，而是通过形状配合的阻尼插入件301,305和/或308与外壳302分离，所述阻尼插入件帮助将反射器303(例如，聚四氟乙烯(ptfe)反射器带或goredrp^tm反射器材料)结合到传感器304，将传感器304结合到sipm311，并且将传感器304和读出pcb306在外壳302内保持就位。在各种实施例中，读出pcb306和盖309/气密密封件310之间的唯一电气和物理连接是柔性电缆307，其被配置为衰减和/或阻挡机械冲击或热梯度的传输。

通常，检测器模块102a的内部组件能够通过依靠阻尼插入件的压缩阻力吸收来自多个方向的相对较大的机械冲击，该阻尼插入件可以被配置为完全覆盖传感器304的外表面并读取pcb306。如此，与传统的螺旋弹簧相比，本公开的实施例提供显著增加的机械减震，传统的螺旋弹簧通常不能被构造成利用相同的空间并提供类似的机械减震。在一些实施例中，阻尼插入件中的一个或多个可以通过覆盖和/或横跨传感器304的一个或多个表面的表面积的一半以上、70％以上、80％以上和/或90％以上而设置来提供增加的机械减震。通常，这样的阻尼插入件(例如阻尼插入件301,305和/或308)可以由相对低硬度的材料形成，其可以被限定为肖氏a值近似等于或小于40的材料。

在图3a所示的实施例中，如图所示，气密密封件310由边缘电镀盖309实现，其包括在相对侧上的外部接口314和内部接口316。盖309的边缘电镀允许将盖309直接焊接到金属外壳302。在组装之前可以对盖309和/或金属外壳302镀锡以有利于形成焊缝/气密密封件310。在各种实施例中，盖309可以包括连接到盖309的电镀边缘并且可以基本跨越盖309的整个平面范围(例如，除了盖309中的允许接口314和316的电耦合的通孔)的接地平面312(例如，设置在盖309的表面内和/或之上)。在这样的实施例中，接地平面312可以被配置为提供盖309的与气密密封件310和外壳302基本均衡的热膨胀，由此使得检测器与传统的硅酮对金属或玻璃气密密封件相比能够在更多的温度循环内保持可靠的气密密封。

图3b示出了根据本公开实施例的用于辐射检测系统的检测器模块102a的分解图。如图3a和3b所示，检测器模块102a包括通过焊缝310气密地密封到盖309的金属外壳302。在组件内部，传感器304可以包裹在反射器303中并且用阻尼插入件(例如泡沫填充物)301和305保持就位。如图所示，基于硅的读出(例如，sipm311)可以被表面安装在读出pcb306上并且通过阻尼插入件305和308牢固地保持就位并且与盖309物理分离。可以用光学粘合剂将sipm311永久地安装到传感器304。传感器304和读出pcb306不被刚性地连接到金属外壳302的任何部分，而是依赖于阻尼或泡沫插入件(例如阻尼插入件301,305和308)作为在突然的机械冲击期间能够分散组件的动能的减震器。柔性电缆307连接读出pcb306和盖309并且被配置成帮助物理隔离传感器304免受机械冲击和/或热梯度的影响。

如本文所述，sipm311可以实施为适于将进入像素的光子(例如，具有与由传感器/闪烁体304发射的波长相对应的波长)转换为与辐射检测事件对应的每像素的电信号的任何基于硅的像素化半导体器件。例如，读出pcb306可以是传统的印刷电路板，并且适于提供对sipm311的电接入(例如，通过各种金属迹线和/或读出接口318)以及对sipm311和/或读出接口318的物理支持。接口314,316和/或318可以被实现为适于支持到读出pcb306和/或sipm的模拟和/或数字耦合的相对较小(例如，相对于用于接入pmt的连接器)的电接口311。

可选地，检测器模块102a可以包括适于促进sipm311的操作和对其的电接入的各种部件。例如，检测器模块102a可以包括设置在sipm311和传感器304和/或反射器303之间的光导，以将在传感器/闪烁体304内生成的光子(例如，闪烁体光子)引导到sipm311的接口表面。在各种实施例中，光导可适于补偿传感器304与sipm311之间的表面失配，并且反射器107可适于朝向sipm311反射光子。

在传感器304被实现为闪烁体的实施例中，可以使用各种闪烁体材料，例如nai(tl)，csi(tl)，labr3(ce)，sri2(eu)，bgo，pvt，zns(ag)，cs2liycl6:ce(clyc)，cllb，cllbc，cebr3(ce)，任何类型的铝石榴石闪烁体(例如yag，luag，gag，gygag等，统称为xag)，各种碱金属卤化物，⁶lii(eu)(其可嵌入光纤内)和/或其他闪烁体材料。在其中传感器304被实现为半导体传感器(例如，用其他非光学读出电子器件(例如低噪声放大器)和/或其他读出电子器件代替sipm311)的实施例中，可以使用各种半导体材料，例如czt和/或tlbr。更一般地，传感器304可以用一种或多种材料来实现，这些材料可能对各种不同类型的辐射敏感，包括伽玛辐射和中子辐射。在进一步的实施例中，传感器可以用气体比例传感器和/或盖革-穆勒计数器/传感器来实现。

阻尼插入件301,305和/或308可以由橡胶、泡沫、气凝胶和/或其它阻尼材料形成，其被配置为在外壳302和传感器304、sipm311和/或读出pcb306之间提供物理减震和/或热绝缘。读出pcb306可以由玻璃纤维和/或其他相对刚性的材料形成，其被配置为物理地支撑sipm311和/或提供sipm311和读出接口318之间的电互连，读出接口318可以设置在读出pcb306的相对侧上。在各种实施例中，读出pcb306可以由热循环时相对耐脱气的材料形成。柔性电缆307可以是带状电缆和/或其他柔性电缆，其被配置为电耦合接口316和318，同时衰减或阻挡到读出pcb306的物理冲击和/或热梯度的传输。在各种实施例中，柔性电缆307可以包括多个导体和同轴电缆，其彼此绝缘并且被配置为在接口316和318之间为模拟和/或数字信号(例如，检测器事件信号、电力信号、控制信号)提供低噪声信号路径。

在一些实施例中，盖309可以由类似于用于形成读出pcb306的刚性材料形成。在其他实施例中，盖309可以主要由具有多个同轴通孔(例如，基本上填充有绝缘材料的通孔以及通过绝缘材料与盖309的其余部分绝缘的中心导体)的金属材料板形成(例如，类似于用于形成金属外壳的金属材料板)，该金属材料板被配置为将外部接口314电耦合到内部316。在各种实施例中，盖309、接口314和316和/或对应的通孔、绝缘材料和/或导电迹线可以被配置为帮助将检测器模块102a的内部部分与外部环境的气密密封。

图4a示出了根据本公开实施例的辐射检测系统101a的透视图。特别地，辐射检测系统101a可以被实现为光谱个人辐射检测器(sprd)。在图4a所示的实施例中，辐射检测系统101a包括坚固壳体108、用户接口114(例如，包括各种按钮)和显示器116。图4b示出了根据本公开实施例的辐射检测系统101a的侧视图。在图4b中，阴影框402指示检测器模块102a的实施例在辐射检测系统101a内的一般布置。

在各种实施例中，检测器模块102a例如可以是可移除的和/或可替换的，并且可以通过打开壳体108并且将检测器模块102a移入/插入凹部402中并且将接口314与壳体108内的对应接口(例如，总体上指示为辐射检测系统101a的接口414)接合来与/从辐射检测系统101a接合/脱离(例如，使用接口314)。在一些实施例中，检测器模块102a可通过将检测器模块102a滑入或滑出形成在壳体108中的槽或凹部中并且可在不打开壳体108的情况下接近，而与/从辐射检测系统101a接合/脱离。因此，检测器模块102a可被配置为使用检测器模块102a的外部接口314和辐射检测器101a的对应接口414物理和/或电耦合到辐射检测器101a或在辐射检测器101a内。在一些实施例中，接口314和414可以形成公/母接口对。

图5图示了根据本公开实施例的提供光谱数据和/或剂量率数据的过程500的流程图。在一些实施例中，图5的操作可以被实现为由用于实现辐射检测系统的一个或多个逻辑器件执行的软件指令。更一般地，图5的操作可以用软件指令、电子硬件(例如，电感器、电容器、放大器或其他模拟和/或数字部件)和/或与辐射检测系统一起使用的机械硬件的任何组合来实现。应该意识到，可以按与图5所示的实施例不同的顺序或布置来执行过程500的任何步骤、子步骤、子过程或区块。尽管参照系统100描述了过程500，过程500可以根据与系统100不同的系统执行并且包括模块和/或部件的不同选择和/或数量。

在框502中，接收来自检测器模块的辐射检测事件信号。例如，系统100的并行信号分析器140可以被配置为从检测器模块102接收与检测器模块102中的入射电离辐射相对应的辐射检测事件信号。在一些实施例中，并行信号分析器140可以适于接收来自多个不同检测器模块102的辐射检测事件信号。在其它实施例中，并行信号分析器140和/或控制器110可被配置为根据辐射检测事件信号来确定计数率和/或仪器死区时间。在这样的实施例中，并行信号分析器140和/或控制器110可以被配置成将计数率和/或仪器死区时间与预设阈值(例如，由用户通过用户接口114提供)进行比较并且调整或减少测量时间，从而减少仪器的死区时间。

在框504中，根据相应的第一和第二测量时间来分析辐射检测事件信号。例如，并行信号分析器140可以被配置为根据相应的第一测量时间和第二测量时间在第一分析通道241和第二分析通道242中并行地分析在框502中接收到的辐射检测事件信号。这样的分析可以提供相应的辐射检测事件能量。在一些实施例中，并行信号分析器140可以被配置为根据三个或更多个不同测量时间分析辐射检测事件信号，例如以帮助选择特定测量时间或帮助校准和/或稳定辐射检测器101的操作。

在框506中，确定光谱输出和剂量率输出。例如，并行信号分析器140可以被配置为基于根据在框504中参考的相应第一和第二测量时间确定的辐射检测事件能量来确定光谱输出和剂量率输出。在一些实施例中，在第二测量时间小于第一测量时间(例如，为了减少第二分析通道的仪器死区时间)，并行信号分析器140可以被配置成检测由第一和第二分析通道二者分析的辐射检测事件，并且使用由第一分析通道(例如，光谱分析通道)确定的能量来校准或以其他方式调整由第二分析通道执行的分析(例如，剂量率分析通道)，其在一些情况下可以为第二个分析通道补偿缩短的测量时间。

通过提供同时的光谱和剂量率输出，本公开的实施例提供了实质上更快、更可靠和更安全的使用辐射检测器，特别是在其中可靠性和测量速度是最重要的高度辐射环境的情况下。

图6示出了根据本公开实施例的提供光谱数据和/或剂量率数据的过程600的流程图。在一些实施例中，图6的操作可以被实现为由用于实现辐射检测系统的一个或多个逻辑器件执行的软件指令。更一般地，图6的操作可以用软件指令、电子硬件(例如电感器、电容器、放大器或其他模拟和/或数字部件)和/或与辐射检测一起使用的机械硬件的任意组合来实现系统。应该理解，过程600的任何步骤、子步骤、子过程或区块可以按与图6所示的实施例不同的次序或布置来执行。虽然参照检测器模块102描述过程600，但是过程600可以根据与检测器模块102不同的系统执行并且包括不同选择和/或数量的模块和/或部件。

在框602中，提供了外壳。例如，在一些实施例中，可以提供金属化和/或镀锡外壳302以形成检测器模块102的外壳。在框604中，将辐射传感器和读出电子器件放置在框602中提供的外壳内。例如，传感器304和sipm311以及读出pcb306可以放置在外壳302内，其中传感器304通过一个或多个阻尼插入件301,305和/或308与外壳分离，并且其中sipm311和/或读出pcb306被配置为提供对应于传感器304中的入射电离辐射的辐射检测事件信号104/132。在框606中，使用盖将辐射传感器密封在框602中提供的外壳内。例如，使用盖309将传感器304、sipm311和/或读出pcb306气密地密封在外壳302内以形成辐射检测器模块102a，其中盖309包括被配置为耦合到读出pcb306和/或sipm的内部接口316311和被配置为耦合到辐射检测器101a的外部接口314。

通过提供良好绝缘和金属气密密封的检测器模块，本公开的实施例提供了与常规检测器模块相比可在极端环境中以更长的产品寿命使用的更加坚固且成本有效的检测器模块。

在适用的情况下，可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现由本公开提供的各种实施例。同样在适用的情况下，在不背离本公开的精神的情况下，可将本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件组合成包括软件、硬件和/或两者的复合部件。在适用的情况下，在不背离本公开的精神的情况下，本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以被分成包括软件、硬件或两者的子部件。另外，在适用的情况下，可以预期软件部件可以被实现为硬件部件，反之亦然。

根据本公开的软件(例如非暂时性指令、程序代码和/或数据)可以存储在一个或多个非暂时性机器可读介质上。还可以预期的是，可以使用一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统以网络和/或其他方式来实现本文中所识别的软件。在适用的情况下，本文描述的各种步骤的顺序可以被改变、组合成复合步骤，和/或分成子步骤以提供本文描述的特征。

以上描述的实施例说明但不限制本实用新型。还应该理解的是，根据本实用新型的原理可以进行许多修改和变化。因此，本实用新型的范围仅由以下权利要求限定。