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：

放射性气溶胶是一种对人体有害的物质，测量核电站安全壳中放射性气溶胶主要是对β放射性进行计数，现有的放射性气溶胶探测装置大多采用pips半导体探测器，pips半导体探测器虽然具有较好的测量效果，但是对环境温度和待测物质温度极为敏感，只能在低于10℃～55℃的环境温度和气体温度下正常工作，如果pips半导体探测器需要在相对较高温度下工作，则需要使用制冷设备来保持pips半导体探测器的温度不会随着环境和待测物温度的变化而变化，这导致仪器结构变得复杂。

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、设计合理且体积小，通过设置塑料闪烁体和bgo闪烁体对被测放射性气溶胶中的β射线和γ射线进行探测，测量精度高，且塑料闪烁体和bgo闪烁体的温度不会随着被测放射性气溶胶温度的变化而变化，便于推广使用。

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：包括外壳和设置在所述外壳内的探测机构；

所述外壳包括筒身、用于密封筒身的前盖和后盖，以及设置在前盖上且位于所述外壳外侧的遮光部件；

所述探测机构包括信号探测单元和信号处理单元，所述信号探测单元包括依次连接的塑料闪烁体、第一有机玻璃光导、bgo闪烁体、第二有机玻璃光导和光电倍增管，所述塑料闪烁体靠近前盖布设；

所述信号处理单元包括电子线路板，所述电子线路板上集成有依次连接的放大电路、甄别电路和滤波电路，所述滤波电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，所述光电倍增管的输出端与放大电路的输入端连接。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述外壳内设置有分隔板，所述外壳内分隔板和前盖之间形成用于容纳所述信号探测单元的信号探测腔，所述外壳内分隔板和后盖之间形成用于容纳所述信号处理单元的信号处理腔；

所述塑料闪烁体、第一有机玻璃光导、bgo闪烁体、第二有机玻璃光导和光电倍增管均为圆柱体，所述塑料闪烁体、第一有机玻璃光导、bgo闪烁体、第二有机玻璃光导和光电倍增管的外侧面均与筒身的内侧面贴合。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述电子线路板上还集成有微控制器，所述微控制器包括stm32f103c8t6微控制器，所述第一滤波电路和第二滤波电路的输出端均与微控制器的输入端连接。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述遮光部件包括多层设置在前盖上的反光膜。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述光电倍增管采用正高压供电，所述放大电路包括电容c4、三极管q1和三极管q2，所述电容c4的一端与光电倍增管的输出端连接，所述电容c4的另一端通过电阻r6与三极管q1的基极连接，所述三极管q1的集电极分为两路，一路经电阻r4和电阻r1与+12v电源输出端连接，另一路经过电容c3和电阻r3与电阻r4和电阻r1的连接端连接，所述三极管q1的发射极与三极管q2的集电极连接，所述三极管q2的基极分为两路，一路与电容c3和电阻r3的连接端连接，另一路经电阻r9接地，所述三极管q2的发射极经并联的电阻r10和电容c6接地，所述三极管q1的发射极和三极管q2的集电极的连接端经电阻r7与电容c5的一端连接，所述电容c5的另一端为放大电路的输出端。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述甄别电路包括型号为tlv3201的单通道比较器u1、单通道比较器u2和单通道比较器u3，所述单通道比较器u1的第3引脚经电阻r13与滑动变阻器r14的滑动端连接，所述滑动变阻器r14的一个固定端与+5v电源输出端连接，所述滑动变阻器r14的另一个固定端接地，所述单通道比较器u1的第4引脚与电阻r15的一端连接；

所述单通道比较器u2的第3引脚经电阻r18与滑动变阻器r19的滑动端连接，所述滑动变阻器r19的一个固定端与+5v电源输出端连接，所述滑动变阻器r19的另一个固定端接地，所述单通道比较器u2的第4引脚与电阻r20的一端连接；

所述单通道比较器u3的第3引脚经电阻r23与滑动变阻器r24的滑动端连接，所述滑动变阻器r24的一个固定端与+5v电源输出端连接，所述滑动变阻器r24的另一个固定端接地，所述单通道比较器u3的第4引脚与电阻r25的一端连接，所述电阻r15、电阻r20和电阻r25的另一端均与放大电路的输出端连接。

上述的一种放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述第一滤波电路包括型号为cd74hc123的多谐振荡器u4，所述多谐振荡器u4的第1引脚与电阻r27的一端连接，所述多谐振荡器u4的第10引脚与电阻r29的一端连接，所述多谐振荡器u4的第11引脚与所述单通道比较器u1的第1引脚连接，所述多谐振荡器u4的第2引脚、多谐振荡器u4的第9引脚、电阻r27的另一端和电阻r29的另一端均与所述单通道比较器u2的第1引脚连接，所述多谐振荡器u4的第13引脚与电阻r32的一端连接，所述电阻r32的另一端分为两路，一路与二极管的d1的阳极连接，另一路与stm32f103c8t6微控制器的p1.1引脚连接，所述二极管的d1的阴极与+3.3v电源输出端连接。

所述第二滤波电路包括型号为cd74hc123的多谐振荡器u5，所述多谐振荡器u5的第1引脚与所述单通道比较器u3的第1引脚连接，所述多谐振荡器u5的第3引脚分为两路，一路与所述多谐振荡器u5的第2引脚连接，另一路与电阻r31的一端连接，所述电阻r31的另一端分为两路，一路与+5v电源输出端连接，另一路经电容c26接地，所述多谐振荡器u5的第13引脚与电阻r33连接，所述电阻r33的另一端分为两路，一路与二极管的d2的阳极连接，另一路与stm32f103c8t6微控制器的p1.2引脚连接，所述二极管的d2的阴极与+3.3v电源输出端连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过将塑料闪烁体和bgo闪烁体靠近前盖布设，在该探测装置对被测放射性气溶胶进行探测时，塑料闪烁体和bgo闪烁体首先对被测放射性气溶胶进行探测，使探测结果更加准确，且塑料闪烁体和bgo闪烁体的温度不会随着被测放射性气溶胶温度的变化而变化，便于推广使用。

2、本实用新型通过设置对γ射线具有较高探测效率的bgo闪烁体，能够大幅度减少bgo闪烁体的厚度，并将塑料闪烁体、第一有机玻璃光导、bgo闪烁体、第二有机玻璃光导和光电倍增管连接为一体，有效减小了该探测装置的体积，便于携带和移动。

3、本实用新型通过设置塑料闪烁体对被测放射性气溶胶中的β射线和γ射线进行探测，通过设置bgo闪烁体对γ射线进行探测，通过光电倍增管将塑料闪烁体和bgo闪烁体的光信号转化为电信号，并利用放大电路将光电倍增管输出的电信号进行放大，通过甄别电路甄别出塑料闪烁体输出的β计数和γ计数，以及bgo闪烁体输出的γ计数，再根据bgo闪烁体输出的γ计数计算塑料闪烁体输出的γ计数，进而得到塑料闪烁体输出的β计数，实现被测放射性气溶胶中的β放射性活度和γ放射性活度的检测，适应性高，且测量精度高。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且体积小，通过设置塑料闪烁体和bgo闪烁体对被测放射性气溶胶中的β射线和γ射线进行探测，测量精度高，且塑料闪烁体和bgo闪烁体的温度不会随着被测放射性气溶胶温度的变化而变化，便于推广使用。

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为本实用新型的电路原理框图。

图3为本实用新型放大电路的电路原理图。

图4为本实用新型甄别电路的电路原理图。

图5为本实用新型第一滤波电路的电路原理图。

图6为本实用新型第二滤波电路的电路原理图。

附图标记说明:

1—筒身；2—前盖；3—后盖；

4—塑料闪烁体；5—第一有机玻璃光导；6—bgo闪烁体；

7—第二有机玻璃光导；8—光电倍增管；9—放大电路；

10—甄别电路；11—第一滤波电路；12—第二滤波电路；

13—分隔板；14—反光膜；15—电子线路板；

16—微控制器。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括外壳和设置在所述外壳内的探测机构；

所述外壳包括筒身1、用于密封筒身1的前盖2和后盖3，以及设置在前盖2上且位于所述外壳外侧的遮光部件；

所述探测机构包括信号探测单元和信号处理单元，所述信号探测单元包括依次连接的塑料闪烁体4、第一有机玻璃光导5、bgo闪烁体6、第二有机玻璃光导7和光电倍增管8，所述塑料闪烁体4靠近前盖2布设；

所述信号处理单元包括电子线路板15，所述电子线路板15上集成有依次连接的放大电路9、甄别电路10和滤波电路，所述滤波电路包括第一滤波电路11和第二滤波电路12，所述光电倍增管8的输出端与放大电路9的输入端连接。

本实施例中，需要说明的是，所述外壳包括筒身1、前盖2和后盖3，筒身1、前盖2和后盖3均由铝材料制成，在对筒身1进行密封时，前盖2和后盖3处均垫有密封圈使整个探测装置完全密封，塑料闪烁体4靠近前盖2布设，在对被测放射性气溶胶中的β射线进行探测时，塑料闪烁体4与被测放射性气溶胶的距离较小，测量精度高。

本实施例中，塑料闪烁体4的厚度为2mm～4mm，塑料闪烁体4的发光光谱主峰位于423nm处，塑料闪烁体4的发光衰减时间为1ns～3ns，通过设置塑料闪烁体4测量被测放射性气溶胶中的β射线和γ射线；bgo闪烁体6的厚度为50mm～52mm，bgo闪烁体6的发光光谱主峰位于480nm处，bgo闪烁体6发光衰减时间约为290ns～310ns，通过设置bgo闪烁体6测量被测放射性气溶胶中的γ射线。

本实施例中，通过设置第一有机玻璃光导5和第二有机玻璃光导7对塑料闪烁体4和bgo闪烁体6产生的荧光进行传导，使塑料闪烁体4和bgo闪烁体6产生的荧光全部进入光电倍增管8，光电倍增管8将所有的光信号转化为电信号。

本实施例中，需要说明的是，将前盖2对准被测放射性气溶胶，被测放射性气溶胶中的β射线全部与塑料闪烁体4发生作用，被测放射性气溶胶中的γ射线一部分与塑料闪烁体4发生作用，另外一部分直接穿过塑料闪烁体4和第一有机玻璃光导5与bgo闪烁体6发生作用，由于被测放射性气溶胶中的γ射线的能量较高，γ射线与塑料闪烁体4的主要作用为康普顿散射，因此康普顿散射光子将在bgo闪烁体6中再一次发生相互作用，在β射线和γ射线与塑料闪烁体4发生反应时塑料闪烁体4产生荧光，在γ射线与bgo闪烁体6发生反应时bgo闪烁体6产生荧光，塑料闪烁体4和bgo闪烁体6产生的荧光全部进入光电倍增管8，光电倍增管8将所有的光信号转化为电信号，并通过放大电路9将光电倍增管8输出的电信号转化为脉冲信号并进行放大，由于塑料闪烁体4和bgo闪烁体6的发光衰减时间不同则光电倍增管8输出信号的上升时间不同，通过甄别电路10将放大电路9输出的脉冲信号甄别为塑料闪烁体4输出的信号和bgo闪烁体6输出的信号，最后通过第一滤波电路11对塑料闪烁体4输出的信号进行滤波和整形输出标准的第一方波信号，并对第一方波信号进行累计计数记作n1，同时，通过第二滤波电路12对bgo闪烁体6输出的信号进行滤波和整形输出标准的第二方波信号，并对第二方波信号进行累计计数记作n2；

其中，需要说明的是，n1包括塑料闪烁体4与被测放射性气溶胶中的β射线发生反应产生的计数nβ，以及塑料闪烁体4与被测放射性气溶胶中的γ射线发生反应产生的计数nγ1；n2包括bgo闪烁体6与被测放射性气溶胶中的γ射线发生反应产生的计数nγ2，以及康普顿散射光子在bgo闪烁体6中再一次发生相互作用产生的计数nγ12。

本实施例中，所述外壳内设置有分隔板13，所述外壳内分隔板13和前盖2之间形成用于容纳所述信号探测单元的信号探测腔，所述外壳内分隔板13和后盖3之间形成用于容纳所述信号处理单元的信号处理腔；

所述塑料闪烁体4、第一有机玻璃光导5、bgo闪烁体6、第二有机玻璃光导7和光电倍增管8均为圆柱体，所述塑料闪烁体4、第一有机玻璃光导5、bgo闪烁体6、第二有机玻璃光导7和光电倍增管8的外侧面均与筒身1的内侧面贴合。

本实施例中，所述外壳内设置有分隔板13，分隔板13将该探测装置分为密闭的信号探测腔和信号处理腔，信号探测腔位于筒身1的前侧，首先对被测放射性气溶胶进行探测，使探测结果更加准确，信号探测腔和信号处理腔独立设置，能够有效防止信号探测腔在工作时可能产生的电磁干扰对信号处理腔中进行信号处理的电子线路板15产生干扰，避免信号处理电路输出结果出现较大误差。

本实施例中，塑料闪烁体4、第一有机玻璃光导5、bgo闪烁体6、第二有机玻璃光导7和光电倍增管8的外侧面均与筒身1的内侧面贴合，且塑料闪烁体4、第一有机玻璃光导5、bgo闪烁体6、第二有机玻璃光导7和光电倍增管8连接为一体，有效减小了该探测装置的体积，便于携带和移动。

本实施例中，所述电子线路板15上还集成有微控制器16，所述微控制器16包括stm32f103c8t6微控制器，所述第一滤波电路11和第二滤波电路12的输出端均与微控制器16的输入端连接。

本实施例中，所述遮光部件包括多层设置在前盖2上的反光膜14。

本实施例中，所述反光膜14优选为聚乙烯镀铝薄膜，反光膜14的厚度为2.0um～2.5um，反光膜14通过胶粘贴在前盖2上，通过设置反光膜14对α射线进行屏蔽，避免α射线引起塑料闪烁体4的误计数；同时，对塑料闪烁体4和bgo闪烁体6产生的荧光进行反射，使塑料闪烁体4和bgo闪烁体6产生的荧光全部进入光电倍增管8，提高该探测装置的探测精度。

如图3所示，本实施例中，所述光电倍增管8采用正高压供电，所述放大电路9包括电容c4、三极管q1和三极管q2，所述电容c4的一端与光电倍增管8的输出端连接，所述电容c4的另一端通过电阻r6与三极管q1的基极连接，所述三极管q1的集电极分为两路，一路经电阻r4和电阻r1与+12v电源输出端连接，另一路经过电容c3和电阻r3与电阻r4和电阻r1的连接端连接，所述三极管q1的发射极与三极管q2的集电极连接，所述三极管q2的基极分为两路，一路与电容c3和电阻r3的连接端连接，另一路经电阻r9接地，所述三极管q2的发射极经并联的电阻r10和电容c6接地，所述三极管q1的发射极和三极管q2的集电极的连接端经电阻r7与电容c5的一端连接，所述电容c5的另一端为放大电路9的输出端。

本实施例中，需要说明的是，由于光电倍增管8的光阴极通常是涂敷在光电倍增管玻璃壳前端内表面上，当光电倍增管8采用正高压供电时，光电倍增管8的阴极接地，光电倍增管8的阳极接正极性高压电，且实际使用时，光电倍增管8的外面还设置有坡莫合金金属套用作电磁屏蔽，坡莫合金金属套接地，在坡莫合金金属套和涂敷光阴极的玻璃壳之间没有电位差，因此，不会在坡莫合金金属套和涂敷光阴极的玻璃壳之间产生微弱放电而使光电倍增管8的噪声增高。

如图4所示，本实施例中，所述甄别电路10包括型号为tlv3201的单通道比较器u1、单通道比较器u2和单通道比较器u3，所述单通道比较器u1的第3引脚经电阻r13与滑动变阻器r14的滑动端连接，所述滑动变阻器r14的一个固定端与+5v电源输出端连接，所述滑动变阻器r14的另一个固定端接地，所述单通道比较器u1的第4引脚与电阻r15的一端连接；

所述单通道比较器u2的第3引脚经电阻r18与滑动变阻器r19的滑动端连接，所述滑动变阻器r19的一个固定端与+5v电源输出端连接，所述滑动变阻器r19的另一个固定端接地，所述单通道比较器u2的第4引脚与电阻r20的一端连接；

所述单通道比较器u3的第3引脚经电阻r23与滑动变阻器r24的滑动端连接，所述滑动变阻器r24的一个固定端与+5v电源输出端连接，所述滑动变阻器r24的另一个固定端接地，所述单通道比较器u3的第4引脚与电阻r25的一端连接，所述电阻r15、电阻r20和电阻r25的另一端均与放大电路9的输出端连接。

本实施例中，通过设置甄别电路10对放大电路9输出的脉冲信号进行响应，在没有外加信号触发时，甄别电路10处于稳态，在外加信号触发下，甄别电路10从稳态翻转到暂态，响应速度快，且甄别电路10采用型号为tlv3201的单通道比较器u1、单通道比较器u2和单通道比较器u3，单通道比较器u1和单通道比较器u2用于响应塑料闪烁体4与被测放射性气溶胶发生反应后经光电倍增管8和放大电路9输出的信号，单通道比较器u3用于响应bgo闪烁体6与被测放射性气溶胶发生反应后经光电倍增管8和放大电路9输出的信号，功耗低，且处理速度快。

如图5和图6所示，本实施例中，所述第一滤波电路11包括型号为cd74hc123的多谐振荡器u4，所述多谐振荡器u4的第1引脚与电阻r27的一端连接，所述多谐振荡器u4的第10引脚与电阻r29的一端连接，所述多谐振荡器u4的第11引脚与所述单通道比较器u1的第1引脚连接，所述多谐振荡器u4的第2引脚、多谐振荡器u4的第9引脚、电阻r27的另一端和电阻r29的另一端均与所述单通道比较器u2的第1引脚连接，所述多谐振荡器u4的第13引脚与电阻r32的一端连接，所述电阻r32的另一端分为两路，一路与二极管的d1的阳极连接，另一路与stm32f103c8t6微控制器的p1.1引脚连接，所述二极管的d1的阴极与+3.3v电源输出端连接。

所述第二滤波电路12包括型号为cd74hc123的多谐振荡器u5，所述多谐振荡器u5的第1引脚与所述单通道比较器u3的第1引脚连接，所述多谐振荡器u5的第3引脚分为两路，一路与所述多谐振荡器u5的第2引脚连接，另一路与电阻r31的一端连接，所述电阻r31的另一端分为两路，一路与+5v电源输出端连接，另一路经电容c26接地，所述多谐振荡器u5的第13引脚与电阻r33连接，所述电阻r33的另一端分为两路，一路与二极管的d2的阳极连接，另一路与stm32f103c8t6微控制器的p1.2引脚连接，所述二极管的d2的阴极与+3.3v电源输出端连接。

本实施例中，需要说明的是，各个电路的参数选择可参考图上参数。

本实用新型具体使用时，将该探测装置的前盖2对准被测放射性气溶胶，塑料闪烁体4首先接触被测放射性气溶胶，被测放射性气溶胶中的β射线全部与塑料闪烁体4发生作用，被测放射性气溶胶中的γ射线一部分与塑料闪烁体4发生作用，另外一部分直接穿过塑料闪烁体4和第一有机玻璃光导5与bgo闪烁体6发生作用，由于被测放射性气溶胶中的γ射线的能量较高，γ射线与塑料闪烁体4的主要作用为康普顿散射，因此康普顿散射光子将在bgo闪烁体6中再一次发生相互作用，在β射线和γ射线与塑料闪烁体4发生反应时塑料闪烁体4产生荧光，在γ射线与bgo闪烁体6发生反应时bgo闪烁体6产生荧光，塑料闪烁体4和bgo闪烁体6产生的荧光全部进入光电倍增管8，光电倍增管8将所有的光信号转化为电信号，并通过放大电路9将光电倍增管8输出的电信号转化为脉冲信号并进行放大，通过甄别电路10将放大电路9输出的脉冲信号甄别为塑料闪烁体4输出的信号和bgo闪烁体6输出的信号，最后通过第一滤波电路11对塑料闪烁体4输出的信号进行滤波和整形输出标准的第一方波信号，并对第一方波信号进行累计计数记作n1，n1＝nβ+nγ1，同时，通过第二滤波电路12对bgo闪烁体6输出的信号进行滤波和整形输出标准的第二方波信号，并对第二方波信号进行累计计数记作n2，n2＝nγ2+nγ12；由于γ射线在塑料闪烁体4中产生的计数和γ射线在bgo闪烁体6中产生的计数存在线性关系，nγ1＝k(nγ2+nγ12)，k＝19.82，根据γ射线在bgo闪烁体6中产生的计数数值nγ2+nγ12得到γ射线在塑料闪烁体4中产生的计数数值nγ1，进而得到被测放射性气溶胶中β射线在塑料闪烁体4中产生的计数数值nβ＝n1-nγ1，再对nβ进行计算得到被测放射性气溶胶中的β放射性活度。

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。