一种放射性气溶胶探测装置的制作方法

本实用新型属于气溶胶探测技术领域，具体涉及一种放射性气溶胶探测装置。

背景技术：

现有的放射性气溶胶探测装置由于使用环境较为单一，一般多为核电站低辐射环境，并且对探测装置的紧凑型要求不高，整个探测装置的体积和重量较大。而在后处理热室厂房和核动力舰船上由于空间有限，对气溶胶探测装置要求更加紧凑化，小型化。针对空间有限的使用环境，一般利用pips半导体探测器来探测核辐射信号，pips探测器体积小使用方便，但pips半导体探测器的输出信号十分微弱，无法进行探测器外后续的数据处理，同时对于放射性射线探测准确度也并不良好，因此需要设计相关的辅助电路和结构，使放射性气溶胶探测装置能够实现整个探测装置小型化、轻量化、准确度高的目标。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种放射性气溶胶探测装置，其结构简单，设计合理，实用性强，通过设置准直器增加入射到探测器中的入射射线数，提高探测器的探测效率；通过设置两个半导体探测器实现探测数据中的γ本底的反符合扣除，使第一半导体探测器探测到α射线和β射线的数据更加准确，使用效果更好；通过设置前置放大电路板对探测器的输出信号进行初步处理和放大，使探测器输出信号的抗干扰能力更强，传输距离更广。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：包括气溶胶导流机构、设置在所述气溶胶导流机构内的探测处理机构、以及与所述气溶胶导流机构配合的气溶胶采样机构；

所述气溶胶导流机构包括壳体和设置在所述壳体内且与所述壳体内壁之间形成气隙的填充体，所述壳体包括导流锥、与导流锥大径端连接的探测罐、以及设置在导流锥小径端且与气隙连通的进气管，探测罐底部开设有与所述探测处理机构配合的通孔；

所述探测处理机构包括设置在填充体内的探测器外壳、设置在所述探测器外壳内的探测处理组件、以及设置在所述探测器外壳上且与所述通孔配合的准直器，所述探测处理组件包括沿所述探测器外壳内长度方向依次设置的第一半导体探测器、第二半导体探测器、与第一半导体探测器连接的第一前置放大电路板、与第二半导体探测器连接的第二前置放大电路板、电压转换电路板和分隔板，第一半导体探测器的探测端与所述准直器配合；所述准直器包括多个绕所述通孔的中轴线周向均匀布设的准直板，多个准直板靠近所述通孔的中轴线的一端互相连接。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述气溶胶采样机构包括与所述通孔配合且用于将气溶胶引入所述气溶胶导流机构内的抽气泵，滤纸设置在所述通孔和抽气泵之间。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述第一半导体探测器和第二半导体探测器均为pips半导体探测器，所述第一前置放大电路板上集成有第一前置放大电路，所述第一前置放大电路包括第一运算放大器u2和第二运算放大器u3，所述第一运算放大器u2的同相输入端分两路，一路与结型场效应管q1的漏极连接，另一路依次经电阻r3以及并联的电容c7和电容c24接地，结型场效应管q1的栅极与电容c11的一端连接，电容c11的另一端与第一半导体探测器的输出端连接，结型场效应管q1的源极接地，所述第一运算放大器u2的反相输入端分两路，一路经并联的电阻r9和电容c14接地，另一路与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端分三路，一路与电容c24和电阻r3的连接端连接，另一路经并联的电容c8和电容c23接地，第三路与5v电源连接，所述第一运算放大器u2的输出端分三路，一路经电阻r8与电容c11和结型场效应管q1的栅极的连接端连接，另一路经电容c13与电容c11的另一端连接，第三路经电容c9与第二运算放大器u3的同相输入端连接，电容c9和第二运算放大器u3的同相输入端的连接端与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端接地，第二运算放大器u3的反相输入端经电阻r7与第一运算放大器u2的反相输入端连接，第二运算放大器u3的输出端分两路，一路经电阻r5与第二运算放大器u3反相输入端连接，另一路依次经电阻r6和电容c12接地，电阻r6和电容c12的连接端与电容c10的一端连接，电容c10的另一端为所述第一前置放大电路的输出端；

所述第二前置放大电路板上集成有第二前置放大电路，所述第二前置放大电路包括第三运算放大器u4和第四运算放大器u5，所述第三运算放大器u4的同相输入端分两路，一路与结型场效应管q2的漏极连接，另一路依次经电阻r11以及并联的电容c15和电容c26接地，结型场效应管q2的栅极与电容c19的一端连接，电容c19的另一端与第一半导体探测器的输出端连接，结型场效应管q2的源极接地，所述第三运算放大器u4的反相输入端分两路，一路经并联的电阻r17和电容c22接地，另一路与电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端分三路，一路与电容c26和电阻r11的连接端连接，另一路经并联的电容c16和电容c25接地，第三路与5v电源连接，所述第三运算放大器u4的输出端分三路，一路经电阻r16与电容c19和结型场效应管q2的栅极的连接端连接，另一路经电容c21与电容c19的另一端连接，第三路经电容c17与第四运算放大器u5的同相输入端连接，电容c17和第四运算放大器u5的同相输入端的连接端与电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端接地，第四运算放大器u5的反相输入端经电阻r15与第三运算放大器u4的反相输入端连接，第四运算放大器u5的输出端分两路，一路经电阻r13与第四运算放大器u5反相输入端连接，另一路依次经电阻r14和电容c20接地，电阻r14和电容c20的连接端与电容c18的一端连接，电容c18的另一端为所述第二前置放大电路的输出端。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述第一前置放大电路板和第二前置放大电路板均与电压转换电路板连接，所述电压转换电路板上集成有电压转换电路和温度传感器，所述电压转换电路包括型号为as78l05的稳压器u1，稳压器u1的第3引脚与+12v电源连接，稳压器u1的第2引脚分两路，一路经并联的电容c1和电容c3与+12v电源连接，另一路接地，稳压器u1的第1引脚分两路，一路经并联的电容c4和电容c5接地，另一路依次经电阻r1以及并联的电容c2和电容c6接地，电阻r和电容c2的连接端为所述电压转换电路的+5v电压输出端。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述探测器外壳包括探测器管和与探测器管配合的密封盖，所述密封盖上设置有插头，所述插头的一端穿过密封盖与电压转换电路板、第一前置放大电路板和第二前置放大电路板连接，插头的另一端通过线缆与计算机连接。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述探测器管外侧套设有防震橡胶套。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置准直器使滤纸上气溶胶所释放的放射线射线准直至第一半导体探测器正面，增加入射到探测器中的入射射线数，提高了探测器的探测效率，探测效果更好。

2、本实用新型通过设置两个半导体探测器，第一半导体探测器探测到α射线、β射线和γ射线，第二半导体探测器只能探测到γ射线，通过后续的数据处理即可实现第一半导体探测器探测数据中的γ本底的反符合扣除，使第一半导体探测器探测到α射线和β射线的数据更加准确，使用效果更好。

3、本实用新型通过设置电压转换电路板对电源进行稳压和转换为前置放大电路板提供电源；通过设置前置放大电路板对探测器的输出信号进行初步处理和放大，使探测器输出信号的抗干扰能力更强，传输距离更广；所述分隔板为金属分隔板，通过设置分隔板对外界干扰信号进行隔离，使探测器和前置放大电路板正常工作，避免干扰。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，实用性强，通过设置准直器增加入射到探测器中的入射射线数，提高探测器的探测效率；通过设置两个半导体探测器实现探测数据中的γ本底的反符合扣除，使第一半导体探测器探测到α射线和β射线的数据更加准确，使用效果更好；通过设置前置放大电路板对探测器的输出信号进行初步处理和放大，使探测器输出信号的抗干扰能力更强，传输距离更广。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1中拆除抽气泵后的的仰视图。

图3为本实用新型第一前置放大电路的电路原理图。

图4为本实用新型第二前置放大电路的电路原理图。

图5为本实用新型电压转换电路的电路原理图。

附图标记说明:

1-导流锥；2-探测罐；3-进气管；

4-填充体；5-气隙；6-第一半导体探测器；

7-第二半导体探测器；8-第一前置放大电路板；

9-第二前置放大电路板；10-电压转换电路板；

11-分隔板；12-准直板；13-抽气泵；

14-探测器管；15-密封盖；16-插头；

17-防震橡胶套；18-通孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括气溶胶导流机构、设置在所述气溶胶导流机构内的探测处理机构、以及与所述气溶胶导流机构配合的气溶胶采样机构；

所述气溶胶导流机构包括壳体和设置在所述壳体内且与所述壳体内壁之间形成气隙5的填充体4，所述壳体包括导流锥1、与导流锥1大径端连接的探测罐2、以及设置在导流锥1小径端且与气隙5连通的进气管3，探测罐2底部开设有与所述探测处理机构配合的通孔18；

所述探测处理机构包括设置在填充体4内的探测器外壳、设置在所述探测器外壳内的探测处理组件、以及设置在所述探测器外壳上且与所述通孔18配合的准直器，所述探测处理组件包括沿所述探测器外壳内长度方向依次设置的第一半导体探测器6、第二半导体探测器7、与第一半导体探测器6连接的第一前置放大电路板8、与第二半导体探测器7连接的第二前置放大电路板9、电压转换电路板10和分隔板11，第一半导体探测器6的探测端与所述准直器配合；所述准直器包括多个绕所述通孔18的中轴线周向均匀布设的准直板12，多个准直板12靠近所述通孔18的中轴线的一端互相连接。

需要说明的是，导流锥1和探测罐2之间通过螺栓安装连接，密封性能良好，同时使所述探测处理机构更加方便拆卸和维修，使用更加方便；

需要说明的是，所述准直板12为不锈钢准直板；滤纸上放射性射线发射方向是杂乱无章的，通过设置准直板12使滤纸上气溶胶所释放的放射线射线准直至第一半导体探测器6正面，增加入射到探测器中的入射射线数，提高了探测器的探测效率，探测效果更好；本实施例中，所述准直板12的数量为六个，该准直器能够更好的减少入射粒子的损失，使探测结果更加准确；

需要说明的是，所述第一半导体探测器6和第二半导体探测器7均为pips半导体探测器，所述pips半导体探测器全称为钝化离子注入平面硅半导体探测器，通过设置两个半导体探测器，第一半导体探测器6探测到α射线、β射线和γ射线，由于α射线和β射线穿透性不强，第二半导体探测器7只能探测到γ射线，通过后续的数据处理即可实现第一半导体探测器6探测数据中的γ本底的反符合扣除，使第一半导体探测器6探测到α射线和β射线的数据更加准确，使用效果更好；

需要说明的是，通过设置电压转换电路板10对电源进行稳压和转换为前置放大电路板提供电源；通过设置前置放大电路板对探测器的输出信号进行初步处理和放大，使探测器输出信号的抗干扰能力更强，传输距离更广；所述分隔板11为金属分隔板，通过设置分隔板11对外界干扰信号进行隔离，使探测器和前置放大电路板正常工作，避免干扰；

需要说明的是，为了避免气溶胶通过本探测装置是产生沉积、碰撞、吸附等导致的损失，气隙5两侧的壳体和填充体4表面光滑，使气流平稳均匀分散，减少颗粒沉积，同时壳体和填充体4形成的气隙在遇到拐角处时过渡平滑，避免气体紊流产生，使气溶胶采样结果更具有代表性。

本实施例中，所述气溶胶采样机构包括与所述通孔18配合且用于将气溶胶引入所述气溶胶导流机构内的抽气泵13，滤纸设置在所述通孔18和抽气泵13之间。

需要说明的是，设置抽气泵13的工作速率使气隙5内的气体流量保持在30l/min～35l/min流量值内，气流在气隙5内得到缓冲并均匀分散，避免了产生的紊流导致的气溶胶颗粒沉积吸附在进气口处，减少装置的清洗维护的次数，提高探测效率。

本实施例中，如图3和图4所示，所述第一半导体探测器6和第二半导体探测器7均为pips半导体探测器，所述第一前置放大电路板8上集成有第一前置放大电路，所述第一前置放大电路包括第一运算放大器u2和第二运算放大器u3，所述第一运算放大器u2的同相输入端分两路，一路与结型场效应管q1的漏极连接，另一路依次经电阻r3以及并联的电容c7和电容c24接地，结型场效应管q1的栅极与电容c11的一端连接，电容c11的另一端与第一半导体探测器6的输出端连接，结型场效应管q1的源极接地，所述第一运算放大器u2的反相输入端分两路，一路经并联的电阻r9和电容c14接地，另一路与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端分三路，一路与电容c24和电阻r3的连接端连接，另一路经并联的电容c8和电容c23接地，第三路与5v电源连接，所述第一运算放大器u2的输出端分三路，一路经电阻r8与电容c11和结型场效应管q1的栅极的连接端连接，另一路经电容c13与电容c11的另一端连接，第三路经电容c9与第二运算放大器u3的同相输入端连接，电容c9和第二运算放大器u3的同相输入端的连接端与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端接地，第二运算放大器u3的反相输入端经电阻r7与第一运算放大器u2的反相输入端连接，第二运算放大器u3的输出端分两路，一路经电阻r5与第二运算放大器u3反相输入端连接，另一路依次经电阻r6和电容c12接地，电阻r6和电容c12的连接端与电容c10的一端连接，电容c10的另一端为所述第一前置放大电路的输出端；

所述第二前置放大电路板9上集成有第二前置放大电路，所述第二前置放大电路包括第三运算放大器u4和第四运算放大器u5，所述第三运算放大器u4的同相输入端分两路，一路与结型场效应管q2的漏极连接，另一路依次经电阻r11以及并联的电容c15和电容c26接地，结型场效应管q2的栅极与电容c19的一端连接，电容c19的另一端与第一半导体探测器6的输出端连接，结型场效应管q2的源极接地，所述第三运算放大器u4的反相输入端分两路，一路经并联的电阻r17和电容c22接地，另一路与电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端分三路，一路与电容c26和电阻r11的连接端连接，另一路经并联的电容c16和电容c25接地，第三路与5v电源连接，所述第三运算放大器u4的输出端分三路，一路经电阻r16与电容c19和结型场效应管q2的栅极的连接端连接，另一路经电容c21与电容c19的另一端连接，第三路经电容c17与第四运算放大器u5的同相输入端连接，电容c17和第四运算放大器u5的同相输入端的连接端与电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端接地，第四运算放大器u5的反相输入端经电阻r15与第三运算放大器u4的反相输入端连接，第四运算放大器u5的输出端分两路，一路经电阻r13与第四运算放大器u5反相输入端连接，另一路依次经电阻r14和电容c20接地，电阻r14和电容c20的连接端与电容c18的一端连接，电容c18的另一端为所述第二前置放大电路的输出端。

需要说明的是，pips半导体探测器的输出信号十分微弱，需要避免一切干扰，同时为了将探测器的输出信号准确的传输通过设置前置放大电路板对探测器输出信号进行初步放大，使探测器输出信号的抗干扰能力更强，传输距离更广。

本实施例中，第一运算放大器u2、第二运算放大器u3、第三运算放大器u4和第四运算放大器u5的型号均为max4477，结型场效应管q1和结型场效应管q2均为n沟道结型场效应管；探测器的输出信号经过结型场效应管的初步放大，再通过两个运算放大器进一步放大并整形，将较小的电荷信号转化为较大幅度的电压信号，最终输出代表核辐射信息的指数脉冲信号供后续测量处理电路进行处理，以得到最终探测结果，使探测结果更加准确。

本实施例中，如图5所示，所述第一前置放大电路板8和第二前置放大电路板9均与电压转换电路板10连接，所述电压转换电路板10上集成有电压转换电路和温度传感器，所述电压转换电路包括型号为as78l05的稳压器u1，稳压器u1的第3引脚与+12v电源连接，稳压器u1的第2引脚分两路，一路经并联的电容c1和电容c3与+12v电源连接，另一路接地，稳压器u1的第1引脚分两路，一路经并联的电容c4和电容c5接地，另一路依次经电阻r1以及并联的电容c2和电容c6接地，电阻r和电容c2的连接端为所述电压转换电路的+5v电压输出端。

需要说明的是，所述电压转换电路的+5v电压输出端与第一前置放大电路板8和第二前置放大电路板9的电源输入端连接；

本实施例中，电阻r1的阻值为5.1ω，电阻r2、电阻r6、电阻r7、电阻r10、电阻r14和电阻r15的阻值均为2kω，电阻r3和电阻r11的阻值均为1kω，电阻r4和电阻r12的阻值均为10kω，电阻r5和电阻r13的阻值均为20kω，电阻r8和电阻r16的阻值均为100mω，电阻r9和电阻r17的阻值均为2.4kω；

电容c1和电容c2均为电解电容且容值为10μf，电容c3、电容c4和电容c6的容值均为0.1μf，电容c5的容值为10μf，电容c7、电容c9、电容c12、电容c15、电容c17、电容c20的容值均为10nf，电容c8、电容c10、电容c11、电容c16、电容c18、电容c19的容值均为1nf，电容c13和电容c21的容值均为1pf，电容c14和电容c22的容值均为100nf，电容c23和电容c25的容值均为100μf，电容c24和电容c26的容值均为10μf；

本实施例中，所述温度传感器为ds18b20，通过设置所述温度传感器可以实时监测电压转换电路板10以及探测器外壳内的温度，用于后续的温度补偿，使探测结果更加精确。

本实施例中，所述探测器外壳包括探测器管14和与探测器管14配合的密封盖15，所述密封盖15上设置有插头16，所述插头16的一端穿过密封盖15与电压转换电路板10、第一前置放大电路板8和第二前置放大电路板9连接，插头16的另一端通过线缆与计算机连接。

需要说明的是，第一半导体探测器6、第二半导体探测器7、第一前置放大电路板8、第二前置放大电路板9、电压转换电路板10和分隔板11均卡设在探测器管14内，探测器管14与密封盖15之间设置有密封胶条，第一半导体探测器6和第二半导体探测器7所有焊接边缘是埋置的，不需要使用环氧树脂边缘密封层，探测器抗环境干扰能力强，入射窗口牢固稳定，可以方便冲洗，稳定可靠。

本实施例中，所述探测器管14外侧套设有防震橡胶套17。

需要说明的是，通过设置防震橡胶套17保证本装置在使用时探测器管14内的各种功能板位置牢固稳定，减小外界振动对各种功能板的影响，减低装置故障概率。

本实用新型在使用时，将滤纸放置于抽气泵13和通孔18之间，开启抽气泵13，气体从进气管3进入气隙5，随后通过滤纸被抽气泵13抽出气隙5外，气体中的气溶胶遗留在滤纸上，随后由所述探测处理机构监测气溶胶的放射性，气溶胶的放射性射线通过准直器准直至第一半导体探测器6正面，增加入射到探测器中的入射射线数，第一半导体探测器6探测到α射线、β射线和γ射线，由于α射线和β射线穿透性不强，第二半导体探测器7只能探测到γ射线，通过后续的数据处理实现第一半导体探测器6探测数据中的γ本底的反符合扣除，通过前置放大电路板对探测器的输出信号进行初步处理和放大，使探测器输出信号的抗干扰能力更强；需更换滤纸时，取下抽气泵13更换滤纸即可重新进行监测工作。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。