本发明涉及计数显示设备领域，具体而言，涉及一种坪曲线测量装置及实验平台。
背景技术：
盖革计数器是一种专门探测电离辐射(α粒子、β粒子、γ射线和x射线)强度的记数仪器。其由充气的管或小室作探头，当向探头施加的电压达到一定范围时，电离辐射形成的射线将在管内产生电离效应，并且每电离产生一对离子，就能放大产生一个相同大小的电脉冲并被相连的电子装置所记录，由此测量得到单位时间内的射线数。
现有的基于盖革计数器辐射测量仪器主要针对音响效果和计数显示而设计的单一计数装置，通过单片机对盖革管信号进行检测计数，最后显示在显示屏上。但是，现有的盖革计数器仍然存在一些缺陷，例如，难以获得测量坪曲线的较好的实现，为了能够更好地进行测量，需要复杂的结构改进，且过程较为繁琐，拆卸麻烦，不便安放，对盖革管的使用过程中也没有很好的保护，造成盖革管的损坏，影响实验的进程。
技术实现要素：
基于现有技术的不足，本发明提供了一种能自动测量显示气体坪曲线的计数装置。
本发明是这样实现的：
一种坪曲线测量装置，包括：
盖革管，盖革管被构造成接收粒子使内部的气体放电产生脉冲电流信号；
检测处理器，检测处理器被配置成对盖革管产生的脉冲电流信号进行检测和处理，检测处理器具有稳压模块、电信号取样模块以及数据处理单元，稳压模块被配置成向盖革管提供稳定且可调大小的输入电压，电信号取样模块被配置成检测脉冲电流信号，所述数据处理单元根据脉冲电流信号输出坪曲线信号；
与检测处理器匹配连接的显示器，显示器被配置为接受并图形化显示检测处理器输出的坪曲线信号；
电源，电源被配置来向盖革管、检测处理器、显示器提供电能；
具有可选的开启状态和关闭状态的装置箱，装置箱包括箱盖和箱座，箱盖铰接于箱座，箱座设置有容置腔，电源、显示器以及检测处理器均集成设置于箱座的容置腔内。
在其他的一个或多个示例中，稳压模块包括依次电连接的变压器、电位器以及高压电源模块；
变压器被配置来将电源的输入电压降低至第一期望电压值；
电位器将第一期望电压值降低至第二期望电压值；
高压电源模块被配置来使第二期望电压值调节为第三期望电压值，第三期望电压值选自预设高电压和预设低电压之间的任意电压。
在其他的一个或多个示例中，检测处理器还包括与高压电源模块匹配的电压选择开关，电压选择开关配置来调节第三期望电压值的数值，且数值由显示器显示。
在其他的一个或多个示例中，稳压模块还包括ac/dc转换模块，ac/dc转换模块被配置为将交流电转换为直流电。
在其他的一个或多个示例中，电信号取样模块还包括信号放大模块，信号放大模块被配置来对检测到的脉冲电流信号进行稳定和放大。
在其他的一个或多个示例中，检测处理器的数据处理单元包括单片机、可编程逻辑控制器、微处理器、微控制器中的任一种。
在其他的一个或多个示例中，检测处理器还包括被配置来与计算机进行数据交换连接的usb接口。
在其他的一个或多个示例中，坪曲线测量装置还包括隔板，隔板设置于箱座内并将容置腔分割为相对且邻近的第一腔体和第二腔体，第二腔体远离箱盖，检测处理器和电源均设置于第二腔体内，盖革管、显示器设置于隔板。
在其他的一个或多个示例中，检测处理器具有可选的自动检测工作模式和手动检测工作模式；
在自动检测工作模式下，检测处理器对工作于由预设阈值限定的电压范围内的盖革管所对应产生的多个脉冲电流信号分别独立地进行检测；
在手动检测工作模式下，检测处理器对工作于任意一个预设电压值下的盖革管所对应产生的脉冲电流信号进行检测。
一种实验平台，包括前述的坪曲线测量装置。
有益效果：
本发明实施例提供的坪曲线测量装置可以测量显示坪曲线的计数，能进行相对自动化的测量，并且将坪曲线自动拟合后显示出来。本发明提供的坪曲线测量具有结构操作简单的优点，且结构紧凑，方便携带，各个部件时装置置于一个箱座中使用方便，不用拆卸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的坪曲线测量装置的原理框图；
图2示出了本发明实施例提供的测量装置的结构示意图；
图3示出了图2提供的测量装置的内部的结构示意图；
图4示出了图2提供的测量装置的原理框图；
图5示出了本发明第二实施例提供的盖革计数器中处于拆卸状态的接线组的结构示意图；
图6示出了本发明第二实施例提供的盖革计数器中处于安装状态的接线组的结构示意图。
图标：100-坪曲线测量装置；101-盖革管；102-检测处理器；103-显示器；104-电源；1-箱体；3-指示灯；4-控制选择开关；5-电压调节旋钮；6-电源开关；7-数字按键；8-液晶显示屏；9-电源插座；10-usb接口；11-手柄；12-变压器；13-主板；14-高压电源模块；15-固定片；16-支撑架；17-固定螺丝；18-泡沫板保护垫；19-面板；601-凹槽；602-第一接线座；603-第二接线座；600-接线组。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本发明中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本发明公开的内容自制。在本发明中，为了突出本发明的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。
现有的盖革管101的功能相对单一，且具有使用不便的问题，特别是在进行坪曲线测量时，常常需要进行辅助的线路组装连接，且不便于对测量过程进行控制，不能实现更好的坪曲线测量。
本实施例提供了的坪曲线测量装置100是一种基于盖革管101的测量设备。所述的坪曲线测量装置100是一种集成化的设备，其结构紧凑，便于携带，同时也不易被损坏。
本发明提供的坪曲线测量装置100能够直接通过显示器103显示坪曲线，从而也能更直观地对测量结果进行分析等。
本实施例中，坪曲线测量装置100主要由各大功能件构成。主要包括核心部件——盖革管101。盖革管101的结构通常可以由以下叙述被阐明：一根两端用绝缘物质密闭的金属管，沿金属管的轴线安装有一根金属丝电极，且金属管内充入稀薄气体(通常是掺加了卤素的稀有气体，如氦、氖、氩等)。
工作状态下，在金属管壁和金属丝电极之间加上略低于金属管内气体击穿电压的电压。这样的状态下，金属管内的气体不放电。但是，当有高速粒子射入金属管内时，高速粒子的能量使金属管内气体被电离而导电，从而在金属丝电极与金属管壁之间的高电压下产生迅速的气体放电现象，进而输出一个脉冲电流信号使外电路连通。在盖革管101的金属管壁和金属丝电极连接外部电路和相应的器件，进行适当的设置可实现对脉冲电流信号的检测。
由于不同的高能粒子在金属管内引起放电的能力不同，因此，通过外接电路检测相应的电信号即可实现对不同粒子的检测。因此，通过适当地选择加在金属丝极与金属管壁之间的电压，可以对能够被探测粒子的最低能量进行限制，从而对粒子的种类加以甄选。
在存在待检测的高速粒子的环境中，进行检测时，当盖革管101的电极和管壁(阳极和阴极)施加的电压很小时，脉冲电流信号不会产生或者难以被检测到，换言之，计数器的计数率为零。而随着所加载的电压的逐渐升高，盖革管101的计数率逐渐增加(存在一个启动电压，或称为阈电压)，随着电压的持续增加会产生一个计数率平台(电压在一特定区间内，计数率不变)。当电压进一步增加至某一值时，计数率会显著升高。
以下结合附图对本发明实施例提供的坪曲线测量装置100及实验平台进行详述。
坪曲线测量装置100包括盖革管101。盖革管101是坪曲线测量装置100的主要工作器件，其接收粒子并使内部的气体放电产生脉冲电流信号。盖革管101可以是各种发明人已知的和市售的器件，根据需要选用。本发明实施例中所用的盖革管101为工作电压在200～800v的m4011。
检测处理器102是用来对脉冲电流信号进行检测，并将获得检测数据进行处理的单元。在本发明中，检测处理器102对盖革管101产生的脉冲电流信号进行检测，并根据脉冲电流信号输出坪曲线信号。
坪曲线是在一个二维坐标系中的曲线，其以加载至盖革管101两端的电压为横坐标，以脉冲的计数率为纵坐标。并且，坪曲线通常是在进入盖革管101内引起气体电离的高速粒子数量不变的情况下测量得到的。通过高速粒子是通过发射源来产生，例如放射性的元素衰变过程中产生的各种射线。
检测处理器102具有稳压模块、电信号取样模块以及数据处理单元。
其中，稳压模块被配置成向盖革管101提供稳定且可调大小的输入电压。所述的输入电压是盖革管101的工作电源104。工作电源104在盖革管101的阳极和阴极之间产生一个电场。在盖革管101内的气体被进入的粒子电离，并在电场的作用下进行放电。在脉冲电流信号的作用下，检测电路被导通，从而形成电回路而被检测器件所检测到。本发明中，电信号取样模块被提供用来检测脉冲电流信号(例如，通过将模拟信号转换为数字信号以便进行检测处理)。另外，当脉冲电流信号较弱时，还可以对其进行一定的放大以便能够在更适宜的硬件条件下进行检测。因此，电信号取样模块还可以设置号放大模块，信号放大模块被配置来对检测到的脉冲电流信号进行稳定和放大。
数据处理单元对检测到的脉冲电流信号进行处理绘制坪曲线。其中所述的检测处理器102的数据处理单元包括单片机、可编程逻辑控制器、微处理器、微控制器中的任一种。
作为一种可替代的示例，稳压模块包括依次电连接的变压器、电位器以及高压电源104模块。其中，变压器可被用来将电源104(如220v交流市电)的输入电压降低至第一期望电压值。相应地，在采用交流电时，稳压模块还包括ac/dc转换模块，ac/dc转换模块被配置为将交流电转换为直流电。ac/dc转换模块例如可以是整流器。
电位器将第一期望电压值降低至第二期望电压值。
高压电源104模块被配置来使第二期望电压值调节为第三期望电压值，第三期望电压值选自预设高电压和预设低电压之间的任意电压。对应地，基于使用便利性的考虑需要，检测处理器102还包括与高压电源104模块匹配的电压选择开关，电压选择开关配置来调节第三期望电压值的数值，且数值由显示器103显示。换言之，在持续的测量过程中，通过电压选择开关调节加载于盖革管101两端的电压，从而实现对稳定的放射源在不同电压下测量的目的。
作为一种较有益的改进，检测处理器102具有可选的自动检测工作模式和手动检测工作模式。其中，在自动检测工作模式下，检测处理器102对工作于由预设阈值限定的电压范围内的盖革管101所对应产生的多个脉冲电流信号分别独立地进行检测。其中，在手动工作模式下，检测处理器102对工作于任意一个预设电压值下的盖革管101所对应产生的脉冲电流信号进行检测。
与检测处理器102匹配连接的显示器103接受并显示检测处理器102输出的坪曲线信号。显示器103直接将坪曲线信号通过图形化显示，即显示器103显示一个二维坐标系中曲线。
如前述，盖革管101工作需要有在阴极和阳极之间施加电场，因此，本实施例中，坪曲线测量装置100就有一个电源104。电源104被配置来向盖革管101、检测处理器102、显示器103提供电能。应当理解的是，电源104可以是一个电池(如二次电池)，或者是一个电源104的输入部分。如当盖革管101使用市电进行供电时，电源104可以是个用来与市电连接的插座。
基于保护各个部件的需要，同时使装置的集成度更高，坪曲线测量装置100设置有装置箱。装置箱包括箱盖和箱座，箱盖铰接于箱座。箱盖可以相对于箱座绕轴转动，并且也基于此，装置箱具有可选的开启状态和关闭状态的装置箱。坪曲线测量装置100在常规状态下，箱盖盖合于箱座(关闭状态)。需要进行检测时，箱盖打开(开启状态)。
进一步地，箱座设置有容置腔，电源104、显示器103以及检测处理器102均设置于箱座的容置腔内。在一些改进示例中，坪曲线测量装置100还包括隔板。隔板设置于箱座内并将容置腔分割为相对且邻近的第一腔体和第二腔体，其中，第二腔体远离箱盖。在这样的示例中，检测处理器102和电源104均设置于第二腔体内；盖革管101、显示器103设置于盖板。盖革管101位于上部更易接受到高速粒子照射，显示器103可以直观地向实验者显示(展示)坪曲线。
在本发明的其他改进示例中，为了能够对检测到的数据进行更加精细化的处理和深入的分析，检测处理器102还包括被配置来与计算机进行数据交换连接的usb接口。usb接口可通过串行口实现与计算机进行通信。通过usb接口将检测到的数据在计算机中通过相应的软件进行处理，从而可以获得更多的分析结果、结论。在一些示例中，坪曲线测量装置100还可以设置存储器，用以存储测量数据，以便在必要时批量地导出大量数据。
基于前述的坪曲线测量装置100，本发明还提供了一种实验平台，其包括前述的坪曲线测量装置100。实验平台还包括粒子源以及容纳粒子源容器。由于本发明提供的坪曲线测量装置100中盖革管101被限制在装置箱内，因此，在一些示例中，可以设置具有适当形状的容器已使粒子源(辐射源)能够更准确地朝向盖革管101。其中的粒子源例如可以是含有放射性物质的矿石，如副钙铀云母矿石。
本发明能实现数据自动测量和手动调节，探测器脉冲计数显示以及坪曲线显示。其可在液晶显示屏中自动显示出坪曲线，稳定性好，整体结构简单，测量显示一体化，便于携带教学。
在本发明的第二实施例中，提供了另一种盖革计数器。
盖革计数器包括盖革管、显示器、数据取样处理器、电源、容置箱以及隔板。
其中，盖革管可以为市售设备，如工作电压在200～800v的m4011。显示器用于显示测量曲线。其中，所述的测量曲线包括坪曲线，或者其他实验者所需要的图标等。
数据取样处理器用来检测盖革管产生的脉冲信号、并向显示器输出用于绘制测量曲线的测量数据。数据取样处理器可以是单片机等各种具有数据存储和处理能力的设备，如工业计算机等等。电源分别与盖革管、显示器以及数据取样处理器匹配电连接。
容置箱构成了盖革计数器的主要外部结构，并且为其他部件提供固定位置。容置箱具有开启状态和关闭状态，并且能够被自由地根据需要而选择。一种具体示例中，容置箱具有相互配合的盖体和箱体，相应地，开启状态和关闭状态通过盖体相对箱体的启闭而调节。箱体设置有储物腔，盖革管、显示器、检测其以及电源均设置于储物腔内。
容置箱还设置有隔板。隔板位于储物腔内且与箱体的内周壁连接。隔板开设置有凹槽。盖革管通过固定片设置于凹槽内，且盖革管与凹槽内壁之间的间隙填充有弹性护垫，用于对盖革管进行固定和防护，避免其轻易晃动而发生破损等问题。
显示器和数据取样处理器的控制面板均设置于面板，电源、数据取样处理器的主板位于面板与箱体的内底壁之间。通过这样的设计，将盖革计数器的主要功能件设置以隐藏式方式设置在隔板以下，将主要的控制按钮、显示设备、开关等设置在面板，可以避免关键部件的损坏、提高使用的便利性，同时还能够获得较好的外观。
进步的改进中，隔板可拆卸地与箱体的内周壁连接。因此，隔板可以在必要时被取下，以便对设备进行维修。作为一种可选的实现方案，箱体的内周壁设置有置物凸条，隔板的周缘搭接于置物凸条。更进一步的改进中，另一种示例是：置物凸条具有至少两组通孔，且至少两组通孔相对间隔地布置。隔板相对两个侧边缘设置有与至少两组通孔配合的至少两组凸柱，凸柱可拆卸地沿轴向穿设于通孔。组装为一体的盖革计数器中，凸柱穿过通孔形成卡固结构，并且在相对的两个部位均形成前述的卡固结构，从而在实现隔板可拆卸的同时，也使隔板的稳定性提高。
此外，通过以下的设计也可以使隔板实现可拆卸：箱体的内周壁设置有支撑架(如l型折弯金属片)。隔板的通过可拆卸连接件与支撑架连接，可拆卸连接件包括螺栓、螺柱、螺钉中的任意一种。
基于盖革管使用和更换便利性，参阅图5和图6，可以在凹槽601内设置与数据取样处理器匹配的接线组600。接线组600包括相对设置的第一接线座602和第二接线座603，盖革管的阴极和阳极分别对应与第一接线座602和第二接线座603电连接。作为基准和设计的考察因素，盖革管的阴极和阳极之间具有基准距离(出厂即被唯一地确定)。
对应于盖革管的安装和拆卸，接线组600具有安装状态(如图6示)和拆卸状态(如图5示)，且能给被自由地选择而进行切换。在安装状态下，第一接线座602与第二接线座603间隔第一距离，且第一距离等于基准距离，同时第一接线座602和第二接线座603以保持相对靠近的趋势对应挤压阳极和阴极。在拆卸状态下，第一接线座602与第二接线座603间隔第二距离，且第二距离大于基准距离，第一接线座602和第二接线座603以保持相对远离的趋势对应释放阳极和阴极。
在一些改进的示例中，数据取样处理器还包括被配置来与计算机进行数据交换连接的usb接口。或者，盖革计数器还包括提手，箱体的外壁设置有嵌入槽，提手设置于嵌入槽内。较佳地，提手的两端通过扭簧固定于嵌入槽内，扭簧被沟槽成使提手被保持在嵌入槽内并允许提手被外力牵引而部分地伸出至嵌入槽外。
为了能使本领技术人员更容易地实施例本发明中的坪曲线测量装置，以下对一个坪曲线测量装置用例进行说明。
一种盖革计数管气体探测器坪曲线自动测量装置，主要通过盖革管101采集数据、单片机等对信号进行处理，最终在显示屏上显示出坪曲线，并且可以自动拟合读取坪曲线坪长、坪斜。较佳的是，本实施例中的测量装置脉冲信号从盖革管101负端提取，获得正脉冲，直接耦合无需负电源，简化电路，提高安全性。
更好的是，本发明提供的测量装置具有两种工作模式。其一、自动调节方式。即采用面板19上的数字按键7设定阈值避免电路烧坏，稳定放大后的信号经单片机采集分析自动拟合，计算出拟合后坪曲线的坪长以及坪斜将曲线及数据显示界面传送到液晶显示屏8上。其二、手动控制方式。即手动旋转调节电压旋转旋钮，从而选择所需电压值，通过单片机将所对应的计数值传送到液晶显示屏8上。
测量装置包括箱体1、盖革管101、指示灯3、控制选择开关4、电压调节旋钮5、电源开关6、数字按键7、液晶显示屏8、电源插座9、usb接口10、手柄11、变压器12、主板13、高压电源模块14、固定片15、支撑架16、固定螺丝17、泡沫板保护垫18、面板19。
箱体1的外壁有设置手柄11、外底部设置有四个底座，从而使得测量装置可以手提以及固定放置。
在箱体1内部用面板19分为两个部分，且面板19通过支撑架16与固定螺丝17连接在箱体1内。变压器12、高压电源模块14、单片机、施密特电路、高压反馈稳定模块设置于主板13上，并被均安装在箱体1内隔板的下部空间中。其中变压器12与面板19上的电源安全插座相连。
液晶显示屏8、电源安全插座、usb接口10、指示灯3、电源开关6、控制选择开关4、电压调节旋钮5、选择旋钮均设置在面板19上。盖革管101设置在位于面板19的盖革管101槽里，且盖革管101槽周围有泡沫垫、固定片15，以便保护固定盖革管101。
其中，选择开关可选择手动测量以及自动测量。选择自动调节方式后，通过数字按键7设定阈值避免电路烧坏。坪曲线数据显示界面通过单片机等输出显示在液晶显示屏8上。选择手动控制方式后，调节电压旋转旋钮选择电压值，计数值被传送到液晶显示屏8上。指示灯3可以有三个。在测量装置工作过程中，按电源开关6后，第一个指示灯3亮证明通电成功。当选择旋钮调至自动测量模式时第二个指示灯3亮。当选择旋钮调至手动测量模式时第三个指示灯3亮。
设置高压反馈稳定模块，结合采用高精度低温漂电阻，构成高阻取样回路，实现精确取样。采样精度为12位adc，闭环控制输出精度为12位da，使输出高压稳定可调，调节精度为20v。
当测量装置通入外接的220v交流电后，经变压器12以及34063芯片将220v的电压转换至5～15v的电压，再通过电位器调整使电压输出为0～5v，进一步地经过高压电源使最终输出电压为0～1000v可调节电压。高压电源输出的0～1000v可调节电压被加载在盖革管101上。最后通过高压反馈稳定模块，构成高阻取样回路，实现精确取样，为盖革管101提供稳定可调的高压。
盖革管101开始工作后，受到放射性粒子激发产生脉冲信号。脉冲信号通过施密特电路稳定放大，放大后的脉冲信号通过施密特电路整流后输出到单片机中进行处理，并通过显示器绘制曲线。
应该注意的是，测量中为获得更准确的测量结果，通过手动或自动方式改变电压后，延时待电压稳定后再计数，每个电压值下测量十次，并按照放射性统计涨落规律，当计数值满足泊松分布后开始测量下一个电压值下的数据。
其中，泊松分布如式(1)所示。
其中，
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。