一种扇形中子探测用电路系统的制作方法

本技术属于粒子探测器，具体涉及一种扇形中子探测用电路系统。

背景技术：

1、目前，针对中子探测领域的主要探测设备之一为基于正比计数管的中子探测器，其基本信号产生及处理逻辑如下：由高压电源向正比计数管提供900v～2000v的高压电，使正比计数管可正常运行；当中子与正比计数管中气体发生碰撞后产生电子，电子被正高压阳极丝所捕获，并产生微弱的电压信号，前置放大器接收到电压信号后对该信号进行2～5倍放大，并将放大后信号传递至主放大器；主放大器将信号再次放大100～500倍后，将电压信号传递至自动定标器，自动定标器根据电压阈值实现对信号的甄别与统计。

2、在实际操作过程中，由于单根正比计数管的4π接收角较小，因此通常会采用计数管环形阵列的方法以提升信号接收概率。目前，常见的方法之一是通过信号线将计数管进行并联，通过同一套高压电源与前置放大器实现供电与信号的放大。但此种方法的实现前提是计数管间电压参数需严格一致，防止计数管间存在微弱的电势差。以3he正比计数管为例，当工作电压为950v时，由于制作工艺、电路电阻等并未完全一致，因此并联后的中子管间存在一定的电势差，使前置放大器所接收到的电压信号出现显著噪声，当并联计数管数量增多时，极易出现有效信号被本底信号淹没的情况，进而导致无法有效的读出所需计数。

3、将各个中子管的供电电路、信号放大模块与计数模块进行独立，可以从原理上解决此问题。但目前通用的高压电源、低压电源、信号放大器与自动定标器体积庞大，而具有多路输入、输出功能的设备价格及其昂贵，且需要连接多根信号线，仪器搭建难度较高，直接使用无法满足检测需求。因此，目前该领域需要一种基于小型化、模块化、信息化的新型检测电路系统。该电路系统需实现高压-计数管的一对一调节功能；信号计数独立导出功能；在单通道损坏时，进行屏蔽后不影响其他检测通道运行且具有良好的可替换性等需求。

技术实现思路

1、本实用新型解决的技术问题，提供一种扇形中子探测用电路系统，能够实现高压输入、输出、低压输入、输出，放大器模块与自动定标器模块的单电路板集成，以实现整体探测设备的小型化，达成电压自适应匹配，单通道计数统计与导出功能，从原理上解决由于计数管并联导致的管间电势差引起的信号淹没现象。

2、本实用新型采用的技术方案：

3、一种扇形中子探测用电路系统，包括n块扇形电路板，第一块扇形电路板的高压输出接口与第二块扇形电路板的高压输入接口进行连接，第二块扇形电路板的高压输出接口依次与第n块扇形电路板的高压输入接口进行连接，第n块扇形电路板的高压输出接口通过电压并联接入第一块扇形电路板的高压输入接口，以实现高压的并联；同样的，通过各扇形电路板间的低压输入接口、低压输出接口实现低压电源的并联。

4、所述扇形电路板的角度为30°～120°，多块扇形电路板并联连接。

5、所述扇形电路板前后两端，靠近侧边的平面上，分别开有主板固定孔位和主板限位孔位，所述扇形电路板通过主板固定孔位、主板限位孔位固定于金属屏蔽容器中。

6、所述扇形电路板后端平面上，设有横向排列的高压输入接口、高压输出接口、低压输入接口、低压输出接口和显示屏，外部高压电源通过导线连接至高压输入接口，通过显示屏显示电路板整体的自检与运行状态。

7、所述扇形电路板最前端固定连接有探头接口，正比计数管通过探头接口与扇形电路板连接。

8、所述扇形电路板中部靠近两侧边缘的平面上，分别设有信号板间输入接口和信号板间输出接口，第一块扇形电路板的信号板间输出接口接至第二块扇形电路板的信号板间输入接口，第二块扇形电路板的信号板间输出接口依次接至第n块扇形电路板的信号板间输入接口，最后将第n块扇形电路板的信号板间输出接口接至第一块扇形电路板的信号板间输入接口，实现数字信号的环形连接。

9、所述扇形电路板上设有usb接口、一级放大电路、二级放大电路、自动定标电路、保险丝，当接收到电压信号后，一级放大电路与二级放大电路进行信号放大，并通过自动定标电路实现信号的数模转换、甄别与统计；在数字信号被相关芯片进行处理后，通过usb数据线对扇形电路板上的外部计算机系统的usb接口进行连接，导出至外部计算机，实现计算机对包括电压信号的调节与对计数信号的统计功能；当电路板承受不合理的电流时，通过熔断保险丝以对整体电路实现保护功能。

10、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

11、(1)本实用新型提供的一种扇形中子探测用电路系统，具备高压单路调节功能，因此解决了不同批次探头间的电压匹配问题，以消除由于并联导致的探头间微弱电势差所引起的本底噪声电流信号，可根据中子正比计数管单管所需电压进行供电，无需进行管间匹配。

12、(2)本实用新型的一种扇形中子探测用电路系统，通过两级放大实现200倍～2500倍的信号放大，避免了单级高倍数放大所需要的高精度电路设计与制造需求。

13、(3)本实用新型的一种扇形中子探测用电路系统，在单路电路出现损坏时，仅需对损坏电路板进行更换，防止了单电路板导致的整体更换及更换后适配电压重新匹配的情况。

14、(4)本实用新型的一种扇形中子探测用电路系统可有效减少外部高压电源与低压电源数量，在数个电路板并联时仅需一套外部高压电源与低压电源供电即可。

15、(5)本实用新型的一种扇形中子探测用电路系统，具有信号板件传递功能，当正确连线后，仅需一根usb数据线即可实现数个电路板运行状态与计数信息的导出与控制。

技术特征：

1.一种扇形中子探测用电路系统，其特征在于，包括n块扇形电路板(1)，第一块扇形电路板(1)的高压输出接口(3)与第二块扇形电路板(1)的高压输入接口(2)进行连接，第二块扇形电路板(1)的高压输出接口(3)依次与第n块扇形电路板(1)的高压输入接口(2)进行连接，第n块扇形电路板(1)的高压输出接口(3)通过电压并联接入第一块扇形电路板(1)的高压输入接口(2)，以实现高压的并联；同样的，通过各扇形电路板(1)间的低压输入接口(4)、低压输出接口(5)实现低压电源的并联。

2.根据权利要求1所述的扇形中子探测用电路系统，其特征在于，所述扇形电路板(1)的角度为30°～120°，多块扇形电路板(1)并联连接。

3.根据权利要求1所述的扇形中子探测用电路系统，其特征在于，所述扇形电路板(1)前后两端，靠近侧边的平面上，分别开有主板固定孔位(7)和主板限位孔位(8)，所述扇形电路板(1)通过主板固定孔位(7)、主板限位孔位(8)固定于金属屏蔽容器中。

4.根据权利要求1所述的扇形中子探测用电路系统，其特征在于，所述扇形电路板(1)后端平面上，设有横向排列的高压输入接口(2)、高压输出接口(3)、低压输入接口(4)、低压输出接口(5)和显示屏(6)，外部高压电源通过导线连接至高压输入接口(2)，通过显示屏(6)显示电路板整体的自检与运行状态。

5.根据权利要求1所述的扇形中子探测用电路系统，其特征在于，所述扇形电路板(1)最前端固定连接有探头接口(13)，正比计数管通过探头接口(13)与扇形电路板(1)连接。

6.根据权利要求1所述的扇形中子探测用电路系统，其特征在于，所述扇形电路板(1)中部靠近两侧边缘的平面上，分别设有信号板间输入接口(10)和信号板间输出接口(11)，第一块扇形电路板(1)的信号板间输出接口(11)接至第二块扇形电路板(1)的信号板间输入接口(10)，第二块扇形电路板(1)的信号板间输出接口(11)依次接至第n块扇形电路板(1)的信号板间输入接口(10)，最后将第n块扇形电路板(1)的信号板间输出接口(11)接至第一块扇形电路板(1)的信号板间输入接口(10)，实现数字信号的环形连接。

7.根据权利要求1所述的扇形中子探测用电路系统，其特征在于，所述扇形电路板(1)上设有usb接口(9)、一级放大电路(14)、二级放大电路(15)、自动定标电路(16)、保险丝(17)，当接收到电压信号后，一级放大电路(14)与二级放大电路(15)进行信号放大，并通过自动定标电路(16)实现信号的数模转换、甄别与统计；在数字信号被相关芯片进行处理后，通过usb数据线对扇形电路板(1)上的外部计算机系统的usb接口(9)进行连接，导出至外部计算机，实现计算机对包括电压信号的调节与对计数信号的统计功能；当电路板承受不合理的电流时，通过熔断保险丝(17)以对整体电路实现保护功能。

技术总结
本技术属于粒子探测器技术领域，具体涉及一种扇形中子探测用电路系统。本发明包括N块扇形电路板，第一块扇形电路板的高压输出接口与第二块扇形电路板的高压输入接口进行连接，第二块扇形电路板的高压输出接口依次与第N块扇形电路板的高压输入接口进行连接，第N块扇形电路板的高压输出接口通过电压并联接入第一块扇形电路板的高压输入接口，以实现高压的并联；同样的，通过各扇形电路板间的低压输入接口、低压输出接口实现低压电源的并联。本发明能够实现高压输入、输出、低压输入、输出，放大器模块与自动定标器模块的单电路板集成，以实现整体探测设备的小型化，达成电压自适应匹配，单通道计数统计与导出功能。

技术研发人员：廉杰,朱珠,邬霞孚,马廷刚,蒋敬平,苑玉龙,李斌,孙建伟
受保护的技术使用者：四川红华实业有限公司
技术研发日：20230804
技术公布日：2024/3/21