CN1020169C - 用天然低能峰作参考源的数字稳谱装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新的适用于地面γ能谱仪使用的数字化自动稳谱装置，其主要特征是采用野外天然γ谱线中100KeV附近的低能峰作为参考峰，通过自稳电路控制放大器的增益，从而实现仪器的稳定。自稳装置包括数控可变增益放大器、分析器、分频器、可逆计数器、锁存器、接口电路和PC-1500袖珍计算机，其特点是不用放射源，可以降低仪器本底，充分利用低能信息，提高仪器灵敏度，消除操作人员对仪器的恐惧感。

Description

本发明是一种利用野外天然γ谱线的低能峰作为参考源的数字稳谱装置，主要用于放射性勘探领域的地面γ能谱测量仪器中，实现仪器的自动稳谱。

现有地面γ能谱测量仪器主要采用NaI（TL）闪烁计数器作为探测器。当环境温度、高压电源、放大器增益等因素发生变化时，到达分析器输入端的脉冲幅度也会随之而变，从而造成测量误差。因此，在仪器中有必要设置稳谱装置，以稳定脉冲幅度。

现有的稳谱方法主要有以下四种。

1.用同位素参考源稳谱如USP430043，USP4053767，GB1449289，参考源主要是²⁴¹Am、l³⁷Cs、¹³³Ba、⁵⁷Co等。

2.利用发光二极管（LED）等光源稳谱，如USP4220851，SU-486-291等。

3.用⁴⁰K峰稳谱（Q、Bristou），铀矿勘测中的γ射线能谱测量方法-航测仪器，地球物理和地球化学找金属矿地球物理部分，1982.11.）。

4.软件稳谱方法（张玉君，在SEL32/57机硬件环境下处理多道伽玛能谱资料的软件研究，航空物探技术，No.1.1985。重庆地质仪器厂，用微处理机实现四道能谱的自动稳谱初探，物探与仪器，No.1.1884）。

上述稳谱方法在实践中具有一定的效果，但仍然存在以下一些不足。

1.用同位素参考源稳谱会增加仪器本底，干扰部分被测信息，影响测量结果;不能充分利用低能部分的有用信息;易使操作人员在心理上对仪器产生恐惧感;当环境放射性强度较强时，有时会干扰稳谱的正常进行。

2.用发光二极管作参考源只能稳定光电倍加管及其放大器的输出脉冲幅度，不能补偿闪烁体输出脉冲幅度的变化，很难实现地面γ能谱仪的完全稳定。

3.用⁴⁰K峰稳谱存在两个缺陷，一是稳谱道计数率太低，统计误差大;二是在该峰不突出的地区（如灰岩地区），这种方法稳谱效果比较差。

4.用软件稳谱需采用具有较大内存的计算机，在野外不易进行实时调整，一般是在室内根据实测谱线进行校正。因此，当被测谱峰漂出监测范围时，则无法给予补偿。

本发明的目的在于克服上述地面γ能谱仪中现有稳谱方法的不足。它采用野外天然谱线中100KeV附近的低能峰作为稳谱参考峰，具有以下一些特点。

1.低能峰在任何天然环境中都存在，而且幅度大，稳谱效果优于其他天然谱峰。

2.利用低能峰进行自动稳谱，既可实现实时调整，又可免除测量结果受附加参考源的影响，还可降低本底，充分利用低能信息，提高仪器灵敏度。

3.利用低能峰作参考源，可以消除操作人员对仪器的恐惧感。

4.本发明不仅可以稳定光电倍增管、放大器等电路和输出脉冲幅度，还可补偿闪烁体输出脉冲幅 度的变化。

本发明主要由三部分组成，它们是：（1）天然低能峰信号的选择和比较装置，（2）数控可变增益放大器，（3）监测系统。信号的选择和比较装置包括两个单道脉冲幅度分析器，三个分频器，一个可逆计数器和一个锁存器。监测系统是由PC-1500袖珍计算机和接口电路以及相应软件组成。

本发明的基本原理是：在天然环境中、γ射线与物质发生相互作用，部分射线能量向低能方向聚集，在100KeV附近形成一个天然低能峰。利用自稳电路将低能峰信号选择出来，并用其控制放大器的增益，使其幅度保持不变，从而使被测信号幅度保持不变，达到稳谱目的。

图1是用比例道宽在野外砂岩上实测的天然γ谱线。

图2是数字化自动稳谱电路的框图。

如图1所示，自动稳谱电路的上道1和下道2分别位于低能峰3的两翼。低能峰3的幅度比其他天然谱峰大得多，是比较理想的天然参考峰。

图2中自稳电路主要由数控可变增益放大器4、上道脉冲幅度分析器5，下道脉冲幅度分析器6，分频器7，可逆计数器9，锁存器10，接口电路11和PC-1500袖珍计算机12等电路和器件组成。数控可变增益放大器4包括一个3140运算放大器和一个八位数控电阻网络。通过改变电阻网络的阻值，则可改变放大器的增益。脉冲幅度分析器5和6主要由LN339电压比较器和反符合电路组成。可逆计数器9是由二块40193可预置4位加/减计数器串接而成。

开机时，由袖珍计算机12给出指令，接口电路11输出NC信号，给可逆计数器9设置预置数8，同时使数控可变增益放大器4得到初始放大倍数，使仪器迅速进入稳谱状态。当环境温度等因素不发生变化时，稳谱电路上、下两道的计数一般相同，可逆计数器9的输出值保持不变，放大器4的增益也不变，被测信号幅度保持稳定。若因某个因素，低能峰3往高能方向漂移，则上道计数大于下道计数。由于上道计数是经分频器7-1送至可逆计数器9的加计数端（CPU），下道计数是经分频器7-2送至可逆计数器的减计数端，从而使可逆计数器8的输出值增大，通过改变数控电阻网络的阻值，使放大器4的放大倍数减小，将低能峰3拉回，使之保持稳定。反之，若低能峰3往低能方向漂移，则下道计数大于上道计数，可逆计数器9的输出值减小，使放大器4的放大倍数增大，使谱峰保持不变。

分频器7-1和7-2的作用是减少统计涨落的影响。

锁存器10的作用是存放一个采样周期后可逆计数器9输出的差值计数，并以此控制放大器4的增益。一个采样周期的时间由下道脉冲幅度分析器6的计数多少来决定，即定数控制采样周期，这样，可以避免当参考峰较强时产生溢出错误。当下道计数足够多时，分频器7-3输出一脉冲至锁存器10的三态输入控制端（ST端），开启三态门，将差值计数锁存并送去控制放大器4的增益，同时给分频器清零，开始下一周期的工作。

利用PC-1500袖珍计算机12，通过接口电路11，可以随时监测上、下两道计数的变化情况，并可以打印输出。

本发明已用于成都地质学院研制成功的CD-3型微机化携带式伽玛能谱仪中。室内试验及在山东、河南、新疆、四川等地的野外试验表明，当环境温度发生变化时，仪器性能稳定，稳谱效果良好。

Claims (4)

1、一种用于地面γ能谱测量仪器中的数字自动稳谱装置，主要包括上、下道脉冲幅度分析器(5、6)、分频器(7)、可逆计数器(9)、锁存器(10)、数控可变增益放大器(4)、接口电路(11)和PC-1500袖珍计算机(12)；特征是采用野外天然γ谱线中100keV附近的低能峰作为稳谱参考峰，上、下道脉冲幅度分析器的道址分别位于该稳谱参考峰的两翼；上、下道脉冲幅度分析器输出的计数经分频器分频后分别送至可逆计数器的加计数端和减计数端；可逆计数器输出的差值计数存入锁存器，用于控制数控可变增益放大器的放大倍数。PC-1500袖珍计算机通过接口电路给可逆计数器设置预置数，使数控可变增益放大器获得初始放大倍数。

2、根据权利要求1所述的稳谱装置，其特征在于脉冲幅度分析器（5、6）由LM339电压比较器和反符合电路组成。

3、根据权利要求1所述的稳谱装置，其特征在于可逆计数器（9）由两块40193可预置4位加/减计数器串接而成。

4、根据权利要求1所述的稳谱装置，其特征在于数控可变增益放大器（4）包括一个3140运算放大器和一个八位数控电阻网络，通过可逆计数器（9）输出的差值计数改变八位数控电阻网络的阻值，从而控制3140运算放大器的增益。

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