一种α、β脉冲甄别方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及α、β表面污染仪的设计技术，具体涉及一种α、β表面污染仪测量的α、β粒子脉冲甄别方法。
【背景技术】
[0002]便携式α、β表面污染仪，使用双闪烁体和一个光电探测器件实现α、β表面污染的测量，其中双闪烁体由ZnS(Ag)闪烁体涂布在塑料闪烁体上组成。测量时，α粒子基本只在ZnS(Ag)闪烁体中产生电离效应并发光，β粒子则主要在塑料闪烁体中产生电离效应并发光。光电探测器件收集闪烁光，并将其转化为电信号，实现对α、β粒子的测量。由于使用同一光电探测器件，α、β粒子产生的脉冲信号形状类似，因此，如何区分并确定产生脉冲信号的射线种类是表面污染仪的关键技术。
[0003]为解决α、β脉冲甄别的问题，国内外便携式α、β表面污染仪主要使用了四种技术方法。其一，采用双探头，将ZnS(Ag)闪烁体和塑料闪烁体封装在两个不同的探头内，分别测量α、β粒子；其二，脉冲幅度甄别方法，根据ZnS(Ag)闪烁体发光强度大的特点，通过输出脉冲幅度的高低判断粒子的种类；其三，通过调整光电倍增管的工作电压，配合幅度甄别的方法实现α、β粒子的甄别；其四，通过α、β粒子信号经电容充电后形成的模拟脉冲下降沿宽度的差别，实现α、β粒子甄别。其中使用最为广泛的是第二种和第四种技术方案。
[0004]第一种技术方法需要使用两个探头，在实际测量时针对不同的粒子要手动切换探头，使用时较为繁琐，增加了测量时间，且其生产成本和系统复杂度更高；第二种技术方法中，由于粒子能量、入射角度的不同，导致其在闪烁体中沉积的能量有较大的变化范围，因此α、β粒子输出脉冲幅度的范围具有一定的重叠，难以通过设置幅度区间实现完全区分；第三种技术方法在第二种方法的基础上，通过调整光电器件的工作电压改变增益，从而增加α、β脉冲的幅度差异，减小其幅度范围的重叠，但此方法同样需要手动更换测量方式，不能同时获取α、β粒子信息；第四种技术方法目前主要为国外厂商使用，其原理是通过特定的RC电路和两路多极运算放大器，实现对前置放大器输出的α、β粒子模拟脉冲的下降沿时间的甄别，其电路结构复杂，实现难度高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种通过简单的电路设计实现α、β脉冲甄别的方法，并提高α、β粒子的甄别效率。
[0006]本发明的技术方案如下:一种α、β脉冲甄别方法，包括如下步骤:
[0007](1)将α、β表面污染仪的光电探测器件产生的脉冲信号经信号放大器放大，形成用于甄别和记录的脉冲信号；
[0008](2)将模拟脉冲信号转换为数字信号，该数字信号保留了模拟脉冲的时间信息；
[0009](3)将数字信号脉冲直接接入单片机，通过单片机记录输入数字信号脉冲的时间信息并计算脉冲宽度；
[0010](4)将计算得到的输入脉冲的宽度与预先设定在单片机中的α、β粒子脉冲的宽度区间进行比较，实现α、β脉冲的甄别。
[0011]进一步，如上所述的α、β脉冲甄别方法，步骤(1)中，根据放大器的放大倍数和成形时间，设定信号幅度的判定阈值，从而扣除噪声本底对电路的影响。
[0012]进一步，如上所述的α、β脉冲甄别方法，步骤(1)中，采用光电倍增管作为所述光电探测器件，通过运算放大器对光电倍增管输出的信号进行放大。
[0013]进一步，如上所述的α、β脉冲甄别方法，步骤(2)中，使用高速比较器，在设定的基准电平条件下，将模拟脉冲信号转换为数字信号。
[0014]进一步，如上所述的α、β脉冲甄别方法，步骤(3)中，单片机通过定时器输入端口，以固定时间间隔的采样频率对输入的TTL脉冲进行采样，通过采样到一个上升沿和一个下降沿来判断是否为一个有效脉冲，并通过上升沿和下降沿间的采样个数计算脉冲宽度。
[0015]进一步，如上所述的α、β脉冲甄别方法，步骤(4)中所述的预先设定在单片机中的α、β粒子脉冲的宽度区间是使用单一粒子的放射源对相应脉冲的宽度区间进行标定得到的。
[0016]本发明的有益效果如下:本发明采用的脉冲甄别技术可实现α、β粒子间的串道率低于5 %，与幅度甄别方法下的串道率20 %相比，有效提高了脉冲的甄别效率。与下降沿时间甄别方法相比，本方法的电路结构中减少了成形电路和相应的多级放大电路和脉冲时间甄别电路，降低了成本和电路的复杂度。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的α、β脉冲宽度甄别电路示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0019]本发明是基于脉冲宽度甄别思想，采用新型的单片机，通过简单、低成本的电路设计，实现α、β粒子脉冲的甄别，能够降低系统的复杂度并提高α、β粒子脉冲的甄别效率。
[0020]本发明的α、β脉冲甄别方法，包括如下步骤:
[0021]1.信号准备
[0022]α、β表面污染仪的光电探测器件产生的脉冲信号经过放大器放大后，形成用于甄别和记录的脉冲信号。根据放大器的放大倍数和成形时间，设定信号幅度的判定阈值，从而扣除噪声本底对电路的影响。
[0023]2.模拟信号转换为数字信号
[0024]使用高速比较器，在设定的基准电平条件下，将模拟脉冲信号转换为数字信号，该数字信号保留了模拟脉冲的时间信息。
[0025]3.脉冲宽度记录
[0026]将高速比较器输出的数字信号脉冲直接接入单片机，通过单片机程序记录输入数字信号脉冲的时间信息并计算脉冲宽度。该步骤中单片机通过特定的定时器输入端口，以固定时间间隔的采样频率对输入的TTL脉冲进行采样，通过采样到一个上升沿和一个下降沿来判断是否为一个有效脉冲，通过上升沿和下降沿间的采样个数计算脉冲宽度。
[0027]4.脉冲宽度甄别区间的设定
[0028]使用单一粒子的放射源对相应脉冲的宽度区间进行预先标定，分别给出α、β粒子输出脉冲的宽度区间。通过单片机程序，将输入脉冲的宽度与所设定的区间进行比较，实现对α、β脉冲的甄别。
[0029]实施例
[0030]本发明采用光电倍增管作为光电探测器件。通过运算放大器0Ρ284对光电倍增管输出的信号进行放大，并通过ΜΑΧ991快速比较器将模拟信号转换为数字信号。利用STM32F207单片机对每个数字信号的脉冲宽度进行记录，并根据预先设定的脉冲宽度区间，判断该信号为α信号、β信号或噪声信号。
[0031]如图1所示，搭建α、β脉冲甄别电路及测量分析系统。利用α、β放射源对α、β脉冲甄别电路进行测试。
[0032]利用复合闪烁体探测器及α面源241Am、β面源9°Sr对电路进行测试，可以较好地区分α、β脉冲信号，其中α粒子进入β道计数比小于5%，β粒子进入α道计数比小于1 %。
[0033]上述测试结果表明，利用本发明的α、β脉冲甄别方法能够有效甄别α、β射线，较好地提高α、β表面污染仪的测量性能。
[0034]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种α、β脉冲甄别方法，包括如下步骤: (1)将α、β表面污染仪的光电探测器件产生的脉冲信号经信号放大器放大，形成用于甄别和记录的脉冲信号； (2)将模拟脉冲信号转换为数字信号，该数字信号保留了模拟脉冲的时间信息； (3)将数字信号脉冲直接接入单片机，通过单片机记录输入数字信号脉冲的时间信息并计算脉冲宽度； (4)将计算得到的输入脉冲的宽度与预先设定在单片机中的α、β粒子脉冲的宽度区间进行比较，实现α、β脉冲的甄别。2.如权利要求1所述的α、β脉冲甄别方法，其特征在于:步骤(1)中，根据放大器的放大倍数和成形时间，设定信号幅度的判定阈值，从而扣除噪声本底对电路的影响。3.如权利要求1或2所述的α、β脉冲甄别方法，其特征在于:步骤⑴中，采用光电倍增管作为所述光电探测器件，通过运算放大器对光电倍增管输出的信号进行放大。4.如权利要求1所述的α、β脉冲甄别方法，其特征在于:步骤⑵中，使用高速比较器，在设定的基准电平条件下，将模拟脉冲信号转换为数字信号。5.如权利要求1所述的α、β脉冲甄别方法，其特征在于:步骤(3)中，单片机通过定时器输入端口，以固定时间间隔的采样频率对输入的TTL脉冲进行采样，通过采样到一个上升沿和一个下降沿来判断是否为一个有效脉冲，并通过上升沿和下降沿间的采样个数计算脉冲宽度。6.如权利要求1所述的α、β脉冲甄别方法，其特征在于:步骤(4)中所述的预先设定在单片机中的α、β粒子脉冲的宽度区间是使用单一粒子的放射源对相应脉冲的宽度区间进行标定得到的。
【专利摘要】本发明涉及一种α、β表面污染仪测量的α、β粒子脉冲甄别方法。该方法将光电探测器件产生的脉冲信号经信号放大器放大，形成用于甄别和记录的脉冲信号；将模拟脉冲信号转换为数字信号，将数字信号脉冲直接接入单片机，通过单片机记录输入数字信号脉冲的时间信息并计算脉冲宽度；将计算得到的输入脉冲的宽度与预先设定在单片机中的α、β粒子脉冲的宽度区间进行比较，实现α、β脉冲的甄别。本发明通过简单的电路设计就实现了α、β脉冲甄别，并且提高了α、β粒子的甄别效率。
【IPC分类】G01T1/167, G01T1/38
【公开号】CN105319574
【申请号】CN201510783028
【发明人】刘阳, 骆志平, 刘哲, 庞洪超, 董迁, 陈勤
【申请人】中国原子能科学研究院
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月16日