CN101210970B - 一种闪烁探测器系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于放射性物质射线探测用闪烁探测器系统的性能稳定及仪器的自检测和自刻度技术。本发明提供一种闪烁探测器系统及其方法，所述系统包括LED发光器件和环境温度传感器单元、控制计算单元以及数字前放电路单元，各单元之间通过485总线进行通信连接。其中LED发光器件和环境温度传感器单元包括LED控制和通信组件、温度传感器、LED、闪烁体以及光电倍增管；控制计算单元包括上层测量、计算、控制组件和数据采集卡；数字前放电路单元包括数字增益电路和数字设阈电路。本发明设计合理、兼容性好、占地小、运行成本低，能够方便地应用于各种目的的闪烁探测器系统，实现其定时和非定时的自检测、自刻度，使系统实现高度的自稳定。

Description

一种闪烁探测器系统及其方法

技术领域

本发明涉及放射性物质射线探测领域，具体涉及一种用于放射性物质射线探测用的闪烁探测器系统的性能稳定及仪器的自检测和自刻度的技术。

背景技术

闪烁探测器系统是探测放射性物质射线剂量、能谱、计数率等最常用的设备之一。在特殊核材料检测、放射性物质检测、低剂量环境检测、射线能谱测量等领域，由于其探测效率高、测量灵敏度高、能谱响应广等特点，使它成为这些领域的首选技术。

由于闪烁晶体、光电倍增管、电子学线路等受环境温湿度变化、自身长期老化等因素的影响，仪器的灵敏度、准确度、稳定性会改变，因而该类仪器必须定时进行校正和刻度。目前通常是将该类仪器送权威部门，用标准的放射源进行定时校正、刻度，此处的“刻度”指计量仪器与标准器具的定标。

美国SAINT-GOBAIN公司，在其网页上建议可利用LED的发光特性，模拟射线在晶体中的发光过程，对闪烁体的物理性能进行检验，但该建议未提及如何利用此技术可以为闪烁体探测器系统进行仪器的自刻度和校正；以及如何结合数字前放、数字设阈等技术，用以克服现有技术中闪烁探测器系统因闪烁晶体、光电倍增管、电子学线路等随环境温度、湿度变化及长期老化，仪器的灵敏度、稳定度会改变的不足。

目前国内该类仪器未见报道采用LED自检、自稳定、自刻度的技术。

发明内容

为了克服前述现有技术中为了解决闪烁探测器系统因闪烁晶体、光电倍增管、电子学线路等，由于环境温度、湿度变化和长时间老化等原因，导致仪器的增益、阈值、分辨率等出现漂移变化，使系统极限灵敏度、稳定度等指标出现波动的技术问题，本发明提供一种用于闪烁探测器系统的自检、自稳定、自刻度技术，该系统包括LED发光器件和环境温度传感器单元、控制计算单元和数字前放电路单元(8)，各单元之间通过485总线进行通信连接，所述LED发光器件和环境温度传感器单元包括LED控制和通信组件、温度传感器、LED、闪烁体和光电倍增管，所述闪烁体和光电倍增管组成探测器，探测器用于测量环境本底剂量、能谱和计数，探测LED的发光数量和发光强度位置，扣除环境本底剂量、能谱和计数；

LED发光时光子通过闪烁体传导至光电倍增管，控制计算单元用于开启系统进入自检测状态，根据需要控制LED的发光强度、数量，并根据温度传感器的探测参数对LED的发光强度进行自动补偿；

数字前放电路单元，包括数字增益电路和数字设阈电路，用于根据探测到的LED的发光数量和发光强度位置，与正常探测器系统应该得到的数量和强度位置比较，通过比较所得的差值计算出探测器系统各参数的变化量后，通过系统自动调节数字增益和数字设阈量，使得系统恢复到正常状态，实现系统的自检测和自刻度。

本发明还提供一种闪烁探测器系统的自检测和自刻度方法，包括如下步骤：

1)由控制计算单元开启系统进入自检测状态；

2)温度传感器测量环境温度，探测器测量环境本底剂量、能谱和计数；

3)LED控制单元触发LED发光，LED发光时，光子通过闪烁体传导至光电倍增管，并根据温度传感器的探测参数自动调整LED发光量；

4)探测器探测LED的发光数量和发光强度位置，扣除环境本底剂量、能谱和计数；

5)控制计算单元根据探测到的LED的发光数量和发光强度位置，与正常探测器系统应该得到的数量和强度位置比较，通过比较所得的差值计算出探测器系统各参数的变化量；

6)触发数字前放电路单元的数字增益电路和数字设阈电路，使整个系统恢复到正常状态；

7)系统实现自刻度，退出自检测状态。

本发明的技术适用于闪烁探测器系统探测放射性物质射线的剂量、能谱、计数率的各种仪器开发制造技术领域，同现有技术相比，本发明能够实现闪烁探测器系统定时和非定时的自检测、自刻度，使系统实现高度的自稳定；同时本发明具有设计合理、兼容性好，适应范围广，不需配复杂设备，占地小，运行成本低等特点，能够方便地应用于各种目的的闪烁探测器系统。

附图说明

图1为本发明的逻辑关系示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的工作流程图。

图中：1、上层测量、计算、控制单元；2、485通信线路；3、LED控制器；4、温度传感器；5、LED；6、闪烁体；7、光电倍增管；8、数字前放电路；9、数据采集卡。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明利用发光二极管(LED)发光光谱与闪烁体、光电倍增管的发射、传导和吸收光谱相匹配的特性，通过控制LED的发光时间、导通电流大小来模拟射线在晶体内的发光特性和发光量；配以高精度的数字增益、数字设阈前放电路；依据系统接收到的LED光子剂量谱的特性，确定系统参数的漂移量，通过逻辑计算，触发数字前放电路的数字增益、数字设阈电路，使整个系统恢复到正常状态，从而实现整个探测器系统的定时和非定时自检测、自刻度，使系统高度的自稳定。

本发明提供的闪烁探测器逻辑关系图和系统结构分别如图1和图2所示，闪烁探测器系统由三部分组成，分别是LED发光器件和环境温度传感器单元、控制计算单元和数字前放电路单元8，各单元之间通过485总线2进行通信连接。其中LED发光器件和环境温度传感器单元包括LED控制和通信组件3、温度传感器4、LED5、闪烁体6和光电倍增管7；控制和计算单元包括上层测量、计算、控制组件和数据采集卡9；数字前放电路单元8包括数字增益电路和数字设阈电路。

在本实施例中，温度传感器4和LED5集成于一个小盒子中，紧贴探测器表面，并且与闪烁体光耦合。此处的探测器为闪烁体加光电倍增管，在别处也可能是闪烁体加硅二极管。当LED5发光时，光子可以通过闪烁体6传导至光电倍增管7，并转换成电信号被正比放大，从而模拟了一个射线被探测器探测到的过程。

在控制和计算单元中，可以根据需要控制LED5的发光强度、数量，并根据温度传感器4的参数，对LED5的发光强度进行自动补偿。

在数字前放电路单元8中，配置高精度的数字增益、数字设阈电路，根据探测器探测到的LED发光数量和发光强度位置，与正常探测器系统应该得到的数量和强度位置比较，通过比较所得的差值可以计算出探测器系统各参数的变化量，然后通过系统自动调节数字前放电路8的数字增益和数字设阈量，使整个系统恢复到正常状态，从而实现系统的自检测和自刻度。

如图3所示，本发明所述闪烁探测器系统一个完整的工作流程如下：

S1：由控制和计算单元开启系统进入自检状态；

S2：测量环境温度、本底剂量、能谱、计数；

S3：LED控制单元触发LED发光，并根据温度传感器参数自动调整LED发光量；

S4：探测器探测LED的发光数量和发光强度位置，扣除环境本底剂量、能谱和计数；

S5：上层测量、计算、控制单元计算探测器系统参数的变化量；

S6：触发数字前放电路的数字增益、数字设阈电路，使整个系统恢复到正常状态；

S7：系统实现自刻度，退出自检测状态。

虽然本发明是具体结合一个优选实施例示出和说明的，但熟悉该技术领域的人员可以理解，其中无论在形式上还是在细节上都可以作出各种改变，这并不背离本发明的精神实质和专利保护范围。

因此，按照上述的技术方案，所有闪烁探测器系统利用LED发光二极管进行自检、自稳定、自刻度的应用，均属于本发明的保护范围。

并且，按照上述的技术方案，如果将LED发光控制改为非自动，非485总线式、非数字前放电路的闪烁探测器系统自检、自稳定、自刻度应用，也属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种闪烁探测器系统，其特征在于：该闪烁探测器系统包括LED发光器件和环境温度传感器单元、控制计算单元和数字前放电路单元(8)，各单元之间通过485总线(2)进行通信连接，所述LED发光器件和环境温度传感器单元包括LED控制和通信组件(3)、温度传感器(4)、LED(5)、闪烁体(6)和光电倍增管(7)，所述闪烁体(6)和光电倍增管(7)组成探测器，探测器用于测量环境本底剂量、能谱和计数，探测LED的发光数量和发光强度位置，扣除环境本底剂量、能谱和计数；

LED(5)发光时光子通过闪烁体(6)传导至光电倍增管(7)，控制计算单元用于开启系统进入自检测状态，根据需要控制LED(5)的发光强度、数量，并根据温度传感器(4)的探测参数对LED(5)的发光强度进行自动补偿；

数字前放电路单元(8)，包括数字增益电路和数字设阈电路，用于根据探测到的LED(5)的发光数量和发光强度位置，与正常探测器系统应该得到的数量和强度位置比较，通过比较所得的差值计算出探测器系统各参数的变化量后，通过系统自动调节数字增益和数字设阈量，使得系统恢复到正常状态，实现系统的自检测和自刻度。

2.如权利要求1所述的闪烁探测器系统，其特征在于所述控制计算单元包括上层测量、计算、控制组件(1)和数据采集卡(9)。

3.如权利要求1所述的闪烁探测器系统，其特征在于所述LED发光器件和环境温度传感器单元中的温度传感器(4)和LED(5)集成在一起，紧贴探测器表面，并与闪烁体(6)光耦合。

4.一种闪烁探测器系统的自检测和自刻度方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)由控制计算单元开启系统进入自检测状态；

2)温度传感器测量环境温度，探测器测量环境本底剂量、能谱和计数；

3)LED控制单元触发LED发光，LED发光时，光子通过闪烁体传导至光电倍增管，并根据温度传感器的探测参数自动调整LED发光量；

4)探测器探测LED的发光数量和发光强度位置，扣除环境本底剂量、能谱和计数；

5)控制计算单元根据探测到的LED的发光数量和发光强度位置，与正常探测器系统应该得到的数量和强度位置比较，通过比较所得的差值计算出探测器系统各参数的变化量；

6)触发数字前放电路单元的数字增益电路和数字设阈电路，使整个系统恢复到正常状态；

7)系统实现自刻度，退出自检测状态。

Images