CN102124378A - 用于辐射测量的检测器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量一或多种辐射的检测器模块，包括检测单元，模数转换器，执行校准、稳定和线性化辐射信号的方法的信息处理设备，和通信网络接口，由此，信息处理设备执行经由通信网络接口发送已校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号至分析设备的方法。此外，本发明涉及用于分析检测器模块提供的数字数据的分析设备。使用至少一个检测器模块和分析设备，可提供检测器模块的(无线)网络。

Description

用于辐射测量的检测器系统

技术领域

本发明涉及一种用于一或多种辐射的测量的检测器模块，所述辐射优选X射线、伽马射线或核粒子辐射，所述检测器模块包括：检测单元，该检测单元由闪烁检测器和光检测器组成，光检测器提供电子脉冲，该脉冲与闪烁检测器产生的光的强度具有已知的关系；耦接至光检测器的模数转换器(ADC)，其中该ADC将光检测器的模拟输出信号转换为数字化辐射信号；以及耦接至ADC的信息处理设备，由此该信息处理设备执行校准、稳定和线性化该数字化辐射信号的方法。

进一步，本发明涉及分析设备，用于分析优选由检测器模块提供的数字数据。再进一步地，本发明涉及检测器系统，用于检测一或多种辐射，优选γ辐射、X射线、伽马或核粒子辐射，所述检测器系统包括至少一个检测器模块和分析设备。

背景技术

由检测器模块和分析设备组成的检测器系统在现有技术中众所周知。利用现有技术中已知技术，提供紧凑的检测器系统用于电离辐射的测量是可能的。

然而，已知系统显示出缺点：为了观察大量不同位置或地点需要大量的检测器系统。使用若干检测器系统进而也有缺点：不同位置的集中控制是不可能的或者需要额外的技术设备。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种检测器系统以便实现使用大量检测器系统对大量地点的集中监视或观察。本发明的另一个目的是提供检测器系统，其允许使用大量不同检测器系统观察单个位置或地点，由此对测量的分析可以集中执行。

根据本发明，提供了用于检测一或多种辐射，尤其是X射线，伽马或核粒子辐射的检测器系统，包括至少一个检测器模块和分析设备。

用于测量一或多种辐射，尤其是X射线、伽马或核粒子辐射的检测器模块可以包括：检测单元，该检测单元由闪烁检测器和光检测器组成，该光检测器提供电子脉冲，该脉冲与闪烁检测器产生的光的强度具有已知关系；模数转换器(ADC)，耦接至光检测器，借此该ADC将光检测器的模拟输出信号转换成数字化辐射信号；信息处理设备，耦接至ADC，借此该信息处理设备执行校准、稳定和线性化该数字化了的辐射信号的方法；以及通信网络接口，借此信息处理设备可经由通信网络接口发送已校准、稳定和数字化的辐射信号到分析设备。

因此，对检测器模块的测量的分析可远离该检测器模块执行，例如集中化地。

在优选实施例中，信息处理设备可包括数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)和微控制器中的至少一个。

在另一优选实施例中，信息处理设备可包括用于存储已数字化、校准、稳定和线性化的辐射信号的存储器设备。校准、线性化和稳定该数字化的辐射信号的方法可有利地包括将已校准、稳定和线性化和数字化的辐射信号存储至存储器设备的步骤。存储辐射信号可防止向分析设备的数据发送中断或错乱时的数据丢失。一旦重建到分析设备的连接，存储的信号可传输至分析设备。

存储已校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号的步骤和发送已校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号的方法可异步执行。因此，检测器模块可接收信号，即使与分析设备的通信至少临时地不可用。

在本发明进一步优选实施例中，通信网路接口可以是无线通信接口(例如WLAN、WiFi、WiMAX或蓝牙)和有线通信接口(例如以太网接口或USB接口)的其中至少之一。

发送的已校准、稳定、线性化和数字化辐射信号可包括唯一检测器标识符。因此，若干检测器模块的信号可被分析设备区分。

用于分析优选由检测器模块经由通信网络或通信接口的提供的数字数据的分析设备可包括通信网络接口，用于接收数字数据，优选对应于一或多种辐射，尤其是X射线、伽马或核粒子辐射，的经校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号；分选器，优选多通道分析器(MCA)，用于使用接收的数字数据生成能量谱。数据(即数字化辐射信号)可接收自多个检测器模块。因此，分析设备可远离若干检测器模块操作。进而，可建立检测器模块网络，无需提供每个由检测器模块和分析设备组成的若干检测器模块。

分析设备的MCA可用软件或专用集成电路实现。

另外，分析设备的通信网络接口至少可以是无线通信接口(例如WLAN、WiFi、WiMAX或蓝牙)以及有线通信接口(例如以太网接口或USB接口)的其中之一。

在本发明的优选实施例中，分析设备可包括用于存储多个参考能谱和/或生成的能谱的存储设备。进一步，参考能谱的组合可作为进一步的参考能谱存储。

另外，分析设备可包括用于存储(一个检测器模块或多个检测器模块所发送的)接收的数字数据存储设备，借此接收的数字数据包括包括唯一检测器标识符，该标识符用于区分接收自不同检测器模块的数字数据。若数据将由于进一步的目的，例如用于可安全修订的存档，而复用则存储接收的收据可能是必要的。

在优选实施例中，分析设备可包括比较器，该比较器执行比较生成的能谱与存储的参考能谱(模板谱)中的至少一个的方法以便确定生成的能谱是否对应于至少一个存储的参考能谱。比较方法可与能谱的生成同步执行。因此，将能谱与参考谱的比较可以甚至在能谱尚未完全生成时就开始。辐射信号的准实时检测因而可以由所发明的检测器系统提供。

在进一步实施例中，分析设备可包括从接收的数字数据中确定单个事件的部件。

附图说明

本发明的特定实施例基于下面的附图进行描述。

图1示出检测器模块的示例性实施例，包括闪烁体晶体，光电倍增管，LED，模数转换器和信息处理设备；

图2示出了分析设备的示例性实施例；而

图3示出了将测量的能谱与多个参考能谱比较的例子。

具体实施方式

在图1中，可以看到检测器模块的主要元件，即：

a)由闪烁晶体10，用作光检测器的具有光电阴极的光电倍增器20和用于稳定检测器单元的LED 25所组成的检测器单元，

b)耦接至模数转换器(ADC)50的信息处理设备40，和

c)通信网络接口30a。

辐射(例如伽马辐射)进入闪烁晶体10并被吸收进该闪烁晶体。激发态，随着来自辐射的吸收，在光发射下衰减。该光随后射向光电阴极，作为光吸收的结果，光电阴极发射电子。产生的电信号在光电倍增管20中被放大，然后转发到检测器电子设备(图1中未示出)。

与此同时，LED 25发光，当LED 25装配在光电倍增管20内时该光经过光电倍增管20，或者当LED 25如图1所示的装配在光电倍增管外时该光经过闪烁晶体10。发射的光被光电阴极吸收。LED 25优选运行于脉冲模式；结果信号确实主要具有矩形形状。

为了稳定检测器模块，辐射导致的信号和LED导致的信号需要彼此分开。为了分开那些信号，测量的信号在第一步骤中被ADC 50数字化。

数字化信号被分析(例如脉冲高度和/或脉冲形状)，这允许将LED导致的脉冲从辐射导致的脉冲中分开。

如果需要的话，在额外步骤中，数字化辐射信号可被稳定。

进一步，数字化辐射信号被线性化。在每个检测器模块中独立线性化该信号具有实质优点：信号的后续处理和/或分析可被简化和加速。例如，来自不同检测器模块的大量线性化数字辐射信号可轻易相加(例如通过分析设备)而无需任何信号的额外调整。进一步，当待匹配的辐射信号以线性化的形式提供时匹配过程可更高效地执行。下面参考图3给出了匹配过程的例子。

分析、稳定和线性化由信息处理设备40执行，该信息处理设备耦接至ADC50。信息处理设备80可执行若干其他任务，例如指定唯一标识符给信号或将信号编码为结构化数据格式。

进一步，信息处理设备耦接至存储器设备80，特别用于存储数字化辐射信号。因此，辐射信号的测量可以执行而无需随后的对测量的分析的步骤。为此目的，连同存储的辐射信号一起存储附加的时间戳是有利的。

检测器模块具有通信网络接口30a，该接口可以是信息处理设备40的一部分，如图1所示。已校准、稳定和数字化的辐射信号可经由该通信网络接口30a发送至分析设备。

在进一步的实施例中，数字化辐射信号的原始数据(即未校准、稳定和线性化的辐射信号)可经由接口30a发送。因此，昂贵复杂的计算可由接收到所发送信号的设备执行。

需要指出，存储信号和经由接口发送信号可异步执行。

结果是，所发明的检测器模块提供数字化、校准、稳定和线性化的辐射信号，该信号可经由通信接口发送至分析设备来进一步处理。

图2示出了所发明的分析设备的示例，由下述组成：

a)通信网络接口30b，用于接收数字数据，优选对应于一或多种辐射，尤其是X射线、伽马或核粒子辐射的已校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号，所述通信网络接口30b形成至少一个如参考图1所描述的检测器模块，

b)分选器70，优选多通道分析器(MCA)，用于使用接收的数字数据生成能谱，

c)第一存储器设备91和第二存储器设备92，和

d)比较器100。

检测器模块通过接口30a发出的数据被分析模块的接口30b接收。数字化数据被转发至MCA，在MCA中生成根据接收的数据的能谱。额外地，接收的数据可存储于第一存储器设备91。这可能是需要的，例如如果需要可安全修订的存档或者如果接收的数据需要用于进一步分析。

在一实施例中，若MCA 70不能按接口30b提供数据的速率分选接收的数据，则第一存储器设备91可用于缓冲接收的数据。

生成能谱后，可以在第二存储器设备92中存储。需要注意，即使谱的生成尚为完成，能谱也可用存储器设备92存储。

需要指出，在本发明进一步实施例中，单独的存储器设备可用于存储接收的数据和生成的一个或多个能谱。

为了分析目的，生成的能谱转发给比较器，比较器能够将能谱与大量预定义的已知的和优选通常是已检测的伽马衰减方案的能谱(模板谱)相比较。大量模板谱可存储于存储器设备92(或91)。比较器100请求至少一个存储的模板谱并将请求的模板谱与MCA70转发的谱相比较。如果请求的谱匹配转发的谱，分析设备可输出诸如声音信号的警报信号。

在本发明进一步的实施例中，分析设备可经由接口设备30b接收来自大量不同检测器模块的数字数据。若数字数据被无线发送，则检测器模块的无线网络可被建立，仅需要一个分析设备。有利地，当发送的数据包括唯一标识符(唯一标识符可例如是介质访问控制(MAC)地址，这样使得分析设备能够分辨出不同检测器的不同数据。仍如上所述，为了存档目的或缓冲目的，接收的数据可存储于存储器设备91。

所有接收的数据被转发给MCA 70，MCA 70将接收的数据添加到(生成)能谱。因而生成的能谱可代表单个辐射源或多个不同辐射源的谱，这取决于不同检测器模块的位置和模块的观察区域。由于每个检测器模块提供包括唯一标识符的数字化数据，这些数据可被分配到各检测器模块，因而可以确定哪个检测器模块测量了哪个辐射源。当增加进一步的分析特性到检测器系统中时，这可能是必要和/或有益的。

图3示出了匹配过程的例子。为了提供上述有效率的检测器网络，若辐射源进入检测器模块的观察区域，当分析设备能够自动检测辐射源是有利的。为此目的，本发明教授模板匹配过程的使用。总体上，模板匹配过程将测量的能谱与预定义的能谱相比较以便确定测量的能谱是否对应于预定义能谱。

此类过程参考图3仅通过示例来描述。第一步骤中第一模板谱TS1与测量的谱比较。如果TS1匹配测量的谱，过程可终止，要不然可继续以将第二模板谱TS2与测量的谱比较，优选在测量的谱已通过“减去”第一匹配参考谱TS1而被修正后。

进一步，背景谱可在匹配过程开始前从测量的谱中移除。移除背景谱进而可以通过将测量的谱与代表背景谱的模板谱相匹配而执行。背景谱可使用所发明的系统来测量，即通过使用检测器模块和分析设备。检测器模块收集的数据被发送至分析模块。MCA 70分选接收的数据并作为参考谱存储生成的谱于存储器设备92中。如果大量不同检测器模块与分析设备连接，不同背景谱(一个背景谱对一个模块)可被确定并存储。确定背景谱可在起动检测器模块时就自动执行。进一步，背景谱可在预定的时间周期里确定。

因此，提供了用于检测辐射的高效的检测器系统，其实现建立了检测器网络，优选无线检测器网络，借此仅需要单个分析设备。进一步，整个检测器网络可无人工干预地运行，即感兴趣的辐射源被自动测量和检测而无关的辐射源自动从待分析的谱中移除。

Claims (14)

1.用于测量一或多种辐射特别是X射线、伽马射线或核粒子辐射的检测器模块，包括

-检测单元，由闪烁检测器(10)和光检测器(20)组成，所述光检测器提供电子脉冲，该电子脉冲与闪烁检测器产生的光的强度具有已知关系，

-耦接至光检测器的模数转换器(ADC)(50)，ADC将光检测器的模拟输出信号转换成数字化辐射信号，

-耦接至ADC的信息处理设备(40)，信息处理设备执行校准、稳定和线性化该数字化辐射信号的方法，和

-通信网络接口(30a)，

其中信息处理设备进一步执行经由通信网络接口发送已校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号至分析设备的方法。

2.根据权利要求1的检测器模块，其中信息处理设备(40)包括数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)和微控制器中的至少一个。

3.根据权利要求1的检测器模块，其中信息处理设备(40)包括用于存储已数字化、校准、稳定和线性化的辐射信号的存储器设备(80)，并且其中校准、线性化和稳定该数字化辐射信号的方法包括存储已校准、稳定和线性化、和数字化的辐射信号的步骤。

4.根据权利要求3的检测器模块，其中存储已校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号的步骤和发送已校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号的方法被异步地执行。

5.根据权利要求1的检测器模块，其中通信网络接口(30a)是下述中至少一个：无线通信接口，例如WLAN、WiFi、WiMAX或蓝牙；和有线通信接口，例如以太网接口或USB接口。

6.根据前述权利要求之一的检测器模块，其中发送的已校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号包括唯一检测器标识符。

7.用于分析优选由根据前述权利要求之一的检测器模块提供的数字数据的的分析设备，包括

-通信网络接口(30b)，用于接收数字数据，优选对应于一或多种辐射尤其是X射线、伽马射线或核粒子辐射的已校准、稳定、线性化和数字化的辐射信号，和

-分选器(70)，优选用于使用接收的数字数据生成能谱的多通道分析器(MCA)。

8.根据权利要求7的分析设备，其中MCA以软件或专用集成电路实现。

9.根据权利要求7的分析设备，其中通信网络接口(30b)是下述中至少之一：无线通信接口，例如WLAN、WiMAX、WiFi或蓝牙；和有线通信接口，例如以太网接口或USB接口。

10.根据权利要求7至9之一的分析设备，进一步包括用于存储多个参考能谱和/或生成的能谱的存储设备(92)。

11.根据权利要求7至10之一的分析设备，进一步包括用于存储接收的数字数据的存储设备(91)，其中接收的数字数据包括唯一检测器标识符，该标识符用于区分接收自不同检测器模块的数字数据。

12.根据权利要求11的分析设备，进一步包括比较器(100)，该比较器执行将生成的能谱与至少一个存储的参考能谱(模板谱)相比较的方法以确定生成的能谱是否对应于至少一个存储的参考能谱，其中该比较方法与能谱的生成同步执行。

13.根据权利要求7至12之一的分析设备，进一步包括用于从接收的数字数据中确定单个事件的部件。

14.用于检测一或多种辐射特别是X射线、伽马射线或核粒子辐射的检测器系统，包括至少一个根据权利要求1至6之一的检测器模块和根据权利要求7至13之一的分析设备。

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