一种闪烁晶体测试装置的制作方法

本发明涉及一种材料性能测试设备，更具体地涉及一种闪烁晶体测试装置。

背景技术：

当受到γ射线、x射线或者原子核等高能粒子的作用时，闪烁晶体能够产生闪烁脉冲，将这些高能粒子中的高能光子转化为低能光子，从而进一步通过与闪烁晶体耦合的光电转换器件将闪烁脉冲转换为电信号。闪烁晶体在辐射探测技术中，特别是在正电子发射断层成像技术(positronemissiontomography，以下简称pet)中得到广泛应用。闪烁晶体作为辐射探测设备最前端的部件，直接影响到辐射探测设备的整体性能。因此，随着辐射探测技术的发展，逐渐衍生出了各种闪烁晶体专用的测试设备。随着数字化采样技术和数字化pet设备的逐渐成熟，使用的闪烁晶体的数量、规模也越来越大，而数以万计的闪烁晶体均需要保证稳定、可靠的性能，这对现有的闪烁晶体测试设备而言是一种挑战。

现有技术中的闪烁晶体测试装置通过将晶体装载单元中的闪烁晶体依序轮换与光电转换器件耦合，能够自动控制测试闪烁晶体的切换和光电转换器件的步进耦合，从而能够摆脱人工更换闪烁晶体以及手工耦合等不稳定因素的影响，能够提供更加稳定的测试结果，已经逐渐开始具有自动化测试的能力，可以进行大批量、高效率的晶体测试。

然而，为了实现多晶体的同时测量，现有技术中的闪烁晶体测试装置往往体积庞大，结构复杂，部件较多，因而只适用于固定的测试。而在实际的应用中，由于数字化pet设备的推广普及，对于这种大型设备的维护以及检修也变得越来越重要，对晶体测试装置的需求开始从大批量的自动化测试转向便携式方向移动。当需要对数字化pet设备的探测器进行检修以及维护时，一套方便携带以及实用性高的闪烁晶体测试设备能够有效解决减轻维修人员的负担，提供可靠性更高的售后维护服务。

此外，由于现有技术中的闪烁晶体测试装置大多着眼于闪烁晶体固定部件的改进，而忽略了闪烁晶体与光电转换器件的耦合结构上的改进。而对于便携式的晶体测试装置来说，高效而稳定的耦合方式是不可忽视的一个方面。因此，有必要提供一种便携且能够保证高效耦合的闪烁晶体测试装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种闪烁晶体测试装置，从而解决现有技术中闪烁晶体测试装置不便携带且不能保证耦合效果的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种闪烁晶体测试装置，该闪烁晶体测试装置包括推进部件、装载部件、耦合部件以及探测部件，所述推进部件具有推杆和与所述推杆连接的驱动器；所述装载部件包括装载主体和晶体测试单元，所述晶体测试单元设置于所述装载主体上；所述耦合部件呈筒状，所述耦合部件上设置有第一耦合视窗，所述装载部件设置于所述耦合部件内部，所述推进部件固定于所述耦合部件的一端，所述推杆抵触所述装载主体；所述探测部件包括光电转换器件以及与所述光电转换器件连接的电子学读出装置，所述探测部件设置于所述耦合部件的另一端，所述探测部件上设置有与所述第一耦合视窗匹配的第二耦合视窗，所述晶体测试单元中的闪烁晶体与所述光电转换器件耦合。

根据本发明的一个实施例，所述耦合部件的一端形成有螺纹，所述推进部件呈内侧设置有螺纹的盖状，所述推进部件与所述耦合部件通过螺纹耦合固定。

根据本发明的一个实施例，所述推杆设置于所述推进部件的中心，所述推杆的一端与所述驱动器连接，所述推杆的另一端形成有推进部。

根据本发明的一个实施例，所述驱动器为旋钮，所述推杆上设置有与所述旋钮匹配的螺纹。

根据本发明的一个实施例，推进部所在的平面垂直于所述推杆所在的轴线，所述推进部形成为十字架形、圆板形、三角形、多边形或者不规则形状。

根据本发明的一个实施例，所述装载主体上设置有第一缓冲装置，所述第一缓冲装置同时设置于所述晶体测试单元外侧。

根据本发明的一个实施例，所述第一缓冲装置包括多根第一弹簧以及一第一平台，所述第一弹簧围绕所述晶体测试单元设置，所述第一弹簧的一端设置于所述装载主体上，所述第一弹簧的另一端与所述第一平台连接，所述第一平台上设置有与所述晶体测试单元的大小匹配的第一开孔。

根据本发明的一个实施例，所述装载主体上与所述晶体测试单元相对的一侧设置有射源。

根据本发明的一个实施例，所述装载主体上设置有多个滑块，所述耦合部件内壁上设置有与所述滑块配合的多个导轨槽，所述滑块容置于所述导轨槽内。

根据本发明的一个实施例，所述滑块设置于所述装载主体的侧面上，所述滑块的延伸方向与所述闪烁晶体的长度方向平行。

根据本发明的一个实施例，所述晶体测试单元具有晶体套，所述晶体套上设置多个凹孔，所述闪烁晶体安装于所述凹孔内。

根据本发明的一个实施例，所耦合部件的另一端的外壁上设置有若干个对接卡头，所述探测部件的内壁上设置有若干个与所述对接卡头配合的对接卡槽。

根据本发明的一个实施例，所述电子学读出装置上设置有第二缓冲装置，所述第二缓冲装置同时设置于所述光电转换器件外侧。

根据本发明的一个实施例，所述第二缓冲装置包括多根第二弹簧以及一第二平台，所述第二弹簧围绕所述光电转换器件设置，所述第二弹簧的一端设置于所述电子学读出装置上，所述第二弹簧的另一端与所述第二平台连接，所述第二平台上设置有与所述光电转换器件的大小匹配的第二开孔。

根据本发明的一个实施例，所述探测部件的外壁上设置有显示屏，所述显示屏与所述电子学读出装置连接。

根据本发明的一个实施例，所述探测部件的外壁上设置有按键，所述按键与所述电子学读出装置连接。

根据本发明的一个实施例，所述电子学读出装置的外壁上设置有对称布置的固定块，所述固定块通过第三弹簧与所述电子学读出装置的外壁连接。

根据本发明的一个实施例，所述推进部件、所述耦合部件以及所述探测部件的外侧设置有防电离辐射外壳。

本发明提供的闪烁晶体测试装置，采用了筒状对接结构和螺旋旋转的步进结构，使得该装置的结构简单，容易操作；同时，该装置体积小巧，机械加工材料较轻，便携性高；另外，该装置采用内接的筒状结构，为闪烁晶体的测试提供了一个黑暗的条件，筒状结构对接的空腔增加了闪烁晶体和光电转换器件耦合的稳定性，测试结果可靠性高，同时在设备中集成了初步的测试结果显示功能，可用于大型数字pet设备的检测、维修服务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明的一个实施例的闪烁晶体测试装置的爆炸示意图；

图2是根据图1的闪烁晶体测试装置的立体示意图，其中示出了推进部件、装载部件、耦合部件和探测部件的安装关系；

图3是根据图1的闪烁晶体测试装置的推进部件的立体示意图；

图4是根据图1的闪烁晶体测试装置的装载部件的立体示意图；

图5是根据图1的闪烁晶体测试装置的耦合部件的立体示意图；

图6是根据图1的闪烁晶体测试装置的探测部件的立体示意图；

图7是根据图5的闪烁晶体测试装置的探测部件的光电探测单元的立体示意图；

图8是根据图2的闪烁晶体测试装置的剖面示意图；

图9是根据图2的闪烁晶体测试装置的部分剖切的立体示意图；

图10是根据本发明的一个实施例的闪烁晶体测试装置的信号读出及传输电路的示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

需要说明的是，当部件/零件被称为“设置在”另一个部件/零件上，它可以直接设置在另一个部件/零件上或者也可以存在居中的部件/零件。当部件/零件被称为“连接/联接”至另一个部件/零件，它可以是直接连接/联接至另一个部件/零件或者可能同时存在居中部件/零件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或部件/零件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或部件/零件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是根据本发明的一个实施例的闪烁晶体测试装置的爆炸示意图，图2是根据图1的闪烁晶体测试装置的立体示意图，由图1结合图2可知，本发明提供的闪烁晶体测试装置包括：推进部件10、装载部件20、耦合部件30和探测部件40，其中，推进部件10上设置有推杆以及与推杆相连接的推进部15，装载部件20中装载需要测试的闪烁晶体，耦合部件30具有第一耦合部件31和第二耦合部件32，装载部件20容置于耦合部件30内，推进部件10与第一耦合部件31耦合从而使得推进部15可以在驱动器16的作用下推动装载部件20在耦合部件30内部运动，探测部件40与第二耦合部件32耦合以匹配不同长度的闪烁晶体的测试需求。

更具体地，图3是根据图1的闪烁晶体测试装置的推进部件10的立体示意图，由图3可知，推进部件10包括盖体12、推杆14、推进部15以及驱动器16，盖体12的主体形成为圆筒状，盖体12的内壁上设置有螺纹，盖体12内部形成第一空间13，推杆14的延伸方向与盖体12的中心轴线方向重合，推杆14的一端自第一空间13内穿过盖体12的中心并固定于盖体12上，推杆14的另一端设置有十字架形式的推进部15，驱动器16与推杆14的一端连接并为推杆14提供动力，盖体12内侧底部设置有垫圈11以供密封使用。在图3的实施例中，驱动器16的具体实现形式为旋钮，该旋钮与设置于推杆14上的螺纹相配合以实现推杆14的运动。

图4是根据图1的闪烁晶体测试装置的装载部件20的立体示意图，由图4可知，装载部件20包括装载主体21、滑块25、第一弹簧28以及第一平台26，其中，装载主体21大致形成为长方体形状，装载主体21的其中一个表面上设置有凹陷部22，该凹陷部22用于装载晶体测试单元23，晶体测试单元23中镶嵌若干根闪烁晶体条。凹陷部22的形状与晶体测试单元23的形状匹配，在此不做限定。装载主体21与凹陷部22相对的另一个面或者附近区域设置有射源24。装载主体21相互平行的四条棱上分别设置有滑块25，滑块25形成为向远离装载主体21的方向凸出的柱状，滑块25所在的楞的延伸方向与闪烁晶体条以及盖体12的中心轴线的延伸方向平行。若干根第一弹簧28沿着与盖体12的中心轴线平行的方向设置，第一弹簧28的一端固定于装载主体21设置有凹陷部22的表面上，第一弹簧28的另一端与第一平台26固定。第一平台26形成为中心具有第一开孔27的平板，第一开孔27的形状和大小与晶体测试单元23的形状和大小匹配。

进一步地，在图4的实施例中，晶体测试单元23包括呈长方体状的晶体套，晶体套设置于凹陷部22内。晶体套可以采用弹性体(比如海绵)制作，晶体套中可以按一定规则(比如矩阵分布)镶嵌多根待测试的闪烁晶体条，比如，每个晶体套上镶嵌5×5根闪烁晶体条。本领域技术人员应当注意的是，晶体套以及闪烁晶体条的数量仅作为示例而非限制，实际应用中，晶体套以及闪烁晶体条的数量可以根据要求进行调整，在此不再赘述。本领域技术人员还应当注意的是，晶体套可以直接固定设置于装载主体21上而无需通过凹陷部22固定，在此不再赘述。

图5是根据图1的闪烁晶体测试装置的耦合部件30的立体示意图，由图5可知，耦合部件30的主体形成为具有前端31和后端32的圆筒。前端31上设置有与盖体12的内壁相匹配的螺纹。后端32上设置有若干个对接卡头36，对接卡头36沿着耦合部件30的外圆周上间隔分布，同一圆周上的对接卡头36沿着圆周均匀分布，不同圆周上的对接卡头36彼此对应且具有不同等级的间距，该间距可根据需要设置为相同或者不相同。后端32上还设置有第一耦合视窗37，第一耦合视窗37形成为长方形且自耦合部件30的外壁向内壁穿透，第一耦合视窗37的长度方向与圆筒轴线的方向平行。前端31和后端32之间设置有凸出段33，凸出段33也形成为圆筒状；耦合部件30圆筒状的内壁34上形成有多个导轨槽35，导轨槽35自前端31开始沿着与圆筒轴线平行的方向向后端32延伸，导轨槽35的形状、数量及分布与滑块25的形状、数量及分布均匹配，使得滑块25可以对应的卡入导轨槽35中并沿着导轨槽35移动。

图6是根据图1的闪烁晶体测试装置的探测部件40的立体示意图，由图6可知，探测部件40包括探测部主体41、对接卡槽43、第二耦合视窗44、显示屏45以及按键46，其中，探测部主体41形成为圆筒状，探测部主体41的内壁42上形成有多个对接卡槽43，对接卡槽43的形状、数量及分布与对接卡头36的形状、数量及分布分布匹配，即：对接卡槽43沿着探测部主体41的内壁圆周上间隔分布，同一圆周上的对接卡槽43沿着圆周均匀分布，不同圆周上的对接卡槽43彼此对应且具有不同等级的间距，该间距可根据需要设置为相同或者不相同。第二耦合视窗44设置于探测部主体41的外壁上，第二耦合视窗44形成为长方形且自探测部主体41的外壁向内壁穿透，第二耦合视窗44与第一耦合视窗37匹配。显示屏45镶嵌于探测部主体41的外壁上，显示屏45形成为长方形，显示屏45与设置于探测部主体41内部的中心控制器连接以显示测试结果。按键46设置于探测部主体46的外壁上并与中心控制器连接以控制测试的参数。

图7是根据图5的闪烁晶体测试装置的探测部件40的光电探测单元的立体示意图，由图7可知，探测部件40还包括光电探测单元50，光电探测单元50包括光电转换器件52、电子学读出装置51以及固定块56，其中，光电转换器件52与电子学读出装置51固定连接，光电转换器件52包括光电倍增管、硅光电倍增管等光电转换器件，电子学读出装置51靠近光电转换器件52的一端设置有第二平台53，第二平台53通过若干根第二弹簧55固定，第二弹簧55的一端固定于电子学读出装置51的表面上，第二弹簧55的另一端与第二平台53固定，第二平台53形成为中心具有第二开孔54的平板，第二开孔54的形状和大小与光电转换器件52的形状和大小匹配，从而使得光电转换器件52容置于第二平台53以及第二弹簧55形成的空间内。固定块56通过第三弹簧57对称的设置于电子学读出装置51的侧面，从而使得光电探测单元50安装入探测部件40内部时，通过固定块56、第三弹簧以及探测部件40内壁的配合将光电探测单元50紧密的固定于探测部件40内部。

图8是根据图2的闪烁晶体测试装置的剖面示意图，图9是根据图2的闪烁晶体测试装置的部分剖切的立体示意图，由图8、图9结合以上附图可知，该闪烁晶体测试装置在组装时，首先将需要测试的闪烁晶体安装于晶体套内，再将晶体套安装于晶体测试单元23中，晶体测试单元23安装于装载部件20的凹陷部22内；其次将装载部件20的滑块25对应的放置于耦合部件30的导轨槽35内；接着用推进部件10上的推进部15与装载部件20接触并推动装载部件20沿着导轨槽35向耦合部件30内部滑动，此时推进部件10的盖体12内壁的螺纹与前端31外壁上的螺纹配合，使得推进部件10固定于耦合部件30的前端31上；进一步地，通过驱动器16的转动推动推进部15继续运动。另一方面，将光电探测单元50装载于探测部件40的内部，同时将耦合部件30的后端32插入探测部件40的内部，使得后端32上分布的对接卡头36对应卡入探测部件40内壁的对接卡槽43中。随着推进部15的运动，推动晶体测试单元23沿着导轨槽35继续运动，当第一平台26与第二平台53接触后，第一弹簧28和第二弹簧55开始压缩，闪烁晶体继续沿着第一开孔27以及第二开孔54向光电转换器件52运动，此时第一耦合视窗37以及第二耦合视窗44重合并且可以通过第一耦合视窗37以及第二耦合视窗44重合的部分观察到闪烁晶体与光电装换器件52是否已经耦合，当观察到闪烁晶体与光电装换器件52已经完成耦合时，即停止驱动器16的工作，完成耦合，进入测试阶段。

图10是根据本发明的一个实施例的闪烁晶体测试装置的信号读出及传输电路的示意图，当进入测试阶段时，由于测试的闪烁晶体与光电转换器件52耦合，光电转换器件52将沉积在闪烁晶体中的低能光子转换为电信号以后输入电子学读出装置51，

中心控制器47为后端数据读出及传输的核心，由按键输入控制电路的启动、停止和复位等操作。通过电子学读出装置51的计算单元获得信号单事件的位置、能量和时间信息并送入中心控制器，具体地，计算单元可以采用多电压阈值采样方法对电信号进行采样，计算单元包括放大器、模数转换器(adc)、比较器以及fpga芯片，电信号经过放大器放大后进入模数转换器，模数转换器对电信号中的角信号进行数字化采样，然后通过lvds接口输入fpga芯片中，fpga芯片根据角信号数据通过数字积分计算出各路电信号的能量，然后通过累加和重心法计算出电信号的能量信息和位置信息；电信号同时发送至比较器，比较器将电信号与fpga芯片中通过电压阈值控制模块预设的阈值进行比较，从而获得电信号的多个阈值信息；主时钟模块负责提供整个系统工作所需的各种时钟信号，fpga芯片根据预设阈值触发的各路逻辑脉冲的到达时间进行最小二乘拟合以得到对应电信号的精确时间信息。fpga芯片中的单事件帧生成模块将得到的位置信息、能量信息和时间信息匹配封装并作为一个单事件帧。这些单事件帧最终以打包的方式发送至中心控制器47。中心控制器47可以根据需要对数据信息进行存储或者生成事件帧送入网口；也可在线对单事件数据进行分类处理，计算得到初步的性能参数。最后通过显示设备45显示并报告性能参数及测试结果，这属于本领域技术人员常用的技术手段，在此不再赘述。上述电子电路的连接可以通过内置于探测部主体41内的孔道48(图8)进行，这属于本领域技术人员容易实现的技术手段，在此不再赘述。

本发明提供的晶体测试装置在进行闪烁晶体测试时的步骤如下：

步骤一：准备好待测的闪烁晶体，手工依次安装于晶体测试单元23中；

步骤二：将晶体测试单元23安装于装载主体21中；

步骤三：将装载主体21安装于耦合部件30内，通过驱动器16调整装载主体在耦合部件30内的位置；

步骤四：当闪烁晶体与光电转换器件52耦合完成后，通过按钮启动数据采集；

步骤五：探测部件40采集数据并将数据发送至中心控制器47，中心控制器47进行数据分析获得闪烁晶体的时间信息、位置信息和能量信息，同时将这些信息通过显示设备进行显示；

步骤六：如此反复，直至所有闪烁晶体全部测试完成后关闭装置。

根据本发明的另一个实施例，图3中的推进部15的形状还可以设计为其他形状，比如米字形、圆形、环形、三角形、体型以及其它不规则形状等，在此仅作为示例而非限制；驱动器16还可以设置为其它步进装置或者电子驱动装置以使得推杆14的运动距离更加精确，在此不再赘述。本领域技术人员应当理解的是，在图3的实施例中，旋钮、推杆14与推进部15的配合还可以采用弹簧与推进部15配合代替，此时，弹簧的一端固定于盖体12的底部，推进部15固定于弹簧的另一端，在此不再赘述。

根据本发明的另一个实施例，在图4的实施例中，装载主体21的形状还可以设计为其他形状，比如圆柱状、截面为三角形的柱状等其它形状，当设计为其它状的时候，滑块25的数量可以根据需求进行删减以使得装载主体21可以在耦合部件30内滑动为宜，在此不再赘述。

根据本发明的另一个实施例，推进部件10、装载部件20、耦合部件30和探测部件40的外部还可以设置防电离辐射的外壳以防止测试时来自于射源的电离辐射对测试人员造成伤害，在此不再赘述。

本发明提供的闪烁晶体测试装置，采用了筒状对接结构和步进结构，使得该装置的结构简单，容易操作；同时，该装置体积小巧，可采用轻质机械加工材料，便携性高；另外，该装置采用内接的筒状结构，为闪烁晶体的测试提供了一个黑暗的条件，筒状结构对接的空腔增加了闪烁晶体和光电转换器件耦合的稳定性，测试结果可靠性高，同时在设备中集成了初步的测试结果显示功能，可用于大型数字pet设备的检测、维修服务。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。