CN103235331A - 用于检测特定放射性核素的能量分段的方法及其电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于检测特定放射性核素的能量分段的方法，该方法采用NaI晶体及光电倍增管组成探测器组件，将高能射线转换为微弱脉冲信号，信号放大电路将微弱脉冲信号放大整形为一定幅度的信号供给后续电路，放大整形后的信号输出给采用2个低偏置电压高速比较器组成上甄别阈和下甄别阈判别电路，并由高精度低温漂集成电压基准源电路产生基准源，并由精密电位器调节后给比较器提供比较电压，调节电位器即调节上甄别阈和下甄别阈电压。本发明的优点在于：硬件简单易行，只需小尺寸的探测器，就可完成一定精度的测量，不需要大体积的屏蔽室，因此构成的定量检测仪器成本大大降低，使得普通的消费都也能购买使用特定核素的定量检测仪器。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测放射性核素方法，尤其是一种用于检测特定放射性核素的能量分段的方法及其电路。
背景技术
核探测技术领阈，一般都使用光电转换探测器将吸收的高能射线转换为微弱的电子脉冲，并通过信号处理技术转换成可测量的脉冲信号，信号的幅度则反应了射线的能量。要探测某种特定的放射性核素（如铯-137，Cs-137）的强度，则需要使用多道脉冲幅度分析器（multi-channelanalyzer，MCA），取得特定的放射性核素对应能量峰位（如铯-137的电子对效应全能峰在662KeV）的脉冲计数，根据一定的算法，得到核素的强度。此方法在得到全能段谱线的情况下，提取出其中的一些特定的能段数据用于计算，并通过一定的修正得到最终的结果。此方法的不足在于需要使用多道脉冲幅度分析器获得全能段的谱线，硬件和算法都比较复杂，需要大尺寸的探测器，较大的仪器体积，高速的硬件检测电路，漫长的检测过程，不能采集较高计数率的脉冲信号，并且造价昂贵，特别是对于需要快速测量特定单个核素的场合不适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于检测特定放射性核素的能量分段的方法及其电路，在简便直接的硬件电路上，采集特定能段数据，快速测量特定核素的含量。
本发明的技术方案为：一种用于检测特定放射性核素的能量分段的方法，该方法采用NaI晶体及光电倍增管组成探测器组件，将高能射线转换为微弱脉冲信号，信号放大电路将微弱脉冲信号放大整形为一定幅度的信号供给后续电路，放大整形后的信号输出给采用2个低偏置电压高速比较器组成上甄别阈和下甄别阈判别电路，并由高精度低温漂集成电压基准源电路产生基准源，并由精密电位器调节后给比较器提供比较电压，调节电位器即调节上甄别阈和下甄别阈电压；比较器输出信号给单稳态触发器构成的反符合电路和与非门电路，就可以得到幅度在上下甄别阈之间的特定脉冲信号；脉冲信号由MCU控制器采集后得到脉冲计数，经过线性滤波调整等算法计算数量，定量测量特定放射性核素；在对电路能量定标后，根据特定放射性核素的能量特征峰，调节上下阈值的电压，根据能段宽度调整相应的上下阈值的道宽，就可以适应各种不同的放射性核素的定量检测。
用于检测特定放射性核素的能量分段的电路，该电路包括由探测器、放大电路、单道脉冲幅度分析器、微控制器电路，探测器在高压电源的激励下，将吸收高能射线，并转化微弱的电子信号；放大电路将探测器所得到的微弱电子信号放大并展宽为具有一定幅度的可测量的脉冲信号；单道脉冲幅度分析器将脉冲信号中，脉冲幅度介于上下甄别阈之间的甄别出来，给微控制器用于计数；微控制器获得指定幅度区间的脉冲计数后，通过特殊线性拟合算法计算，实现特定放射性核素的定量检测；单道脉冲幅度分析器包括上下阈值调节器、比较器、可重复触发的单稳态触发器、与非门电路，经过放大展宽后的脉冲信号，通过两个上下阈值比较器，得到正脉冲信号；再通过两个不同的可重复触发的单稳态触发器电路，输入到与非门电路。
本发明的优点在于：硬件简单易行，只需小尺寸的探测器，就可完成一定精度的测量，不需要大体积的屏蔽室，因此构成的定量检测仪器成本大大降低，使得普通的消费都也能购买使用特定核素的定量检测仪器。由于使用硬件的脉冲计数，能测量很高的计数率（高达20K/s以上），因此测量范围更高。通过比较器，使得脉冲幅度位于上下甄别阈值之间的脉冲才作为有效脉冲计入统计数据，从而方便地从能量谱线中取出特定能段的计数，屏蔽了不想测量的放射性核素的能量计数，从而使的单核素的测量结果更加精确。在需要测量不同放射性核素的场合，只需要通过调节上下甄别阈值水平，就可以得到不同放射性核素的电子对效应全能峰能量计数，灵活方便，适用于各种放射性核素的定量检测。针对某些放射性核素具有几个能量特征峰值，可以使多个单道脉冲幅度甄别电路，单独计数，就可以得到多个能段数据。
附图说明
图1为本发明所述的检测特定放射性核素的原理框图；
图2为单道脉冲幅度分析器电路原理框图；
图3为单道脉冲幅度分析器电路图；
图4为单道脉冲幅度分析器逻辑时序图。
图中：J20为图3中的电位器VR1调节输出的上阈值电压、J21为图3中电位器VR2调节输出的下阈电压；J1为图3中的上阈值比较器U2A的输出信号、J3为图3中的下阈值比较器U2B的输出信号；J24为图3中的上阈值单稳态触发器U4A的输出信号，J25为图3中的下阈值单稳态触发器U4B的输出信号；J2为图在中的与非门U6A的输出信号。
具体实施方式
本发明采取以下技术方案：前端采用NaI晶体及光电倍增管组成探测器组件，将高能射线转换为微弱脉冲信号；信号放大电路将微弱脉冲信号放大整形为一定幅度的信号供给后续电路；放大整形后的信号输出给采用2个低偏置电压高速比较器组成上甄别阈和下甄别阈判别电路，并由高精度低温漂集成电压基准源电路产生基准源，并由精密电位器调节后给比较器提供比较电压，调节电位器即调节上甄别阈和下甄别阈电压。比较器输出信号给单稳态触发器构成的反符合电路和与非门电路，就可以得到幅度在上下甄别阈之间的特定脉冲信号。脉冲信号由MCU控制器采集后得到脉冲计数，经过线性滤波调整等算法计算数量，定量测量特定放射性核素。
在对电路能量定标后，根据特定放射性核素的能量特征峰，调节上下阈值的电压，根据能段宽度调整相应的上下阈值的道宽，就可以适应各种不同的放射性核素的定量检测。
如图1所示，本发明涉及的检测特定放射性核素的电路原理框图，包括由探测器、放大电路、单道脉冲幅度分析器、微控制器电路四大部分组成，探测器在高压电源的激励下，将吸收高能射线，并转化微弱的电子信号；放大电路将探测器所得到的微弱电子信号放大并展宽为具有一定幅度的可测量的脉冲信号；单道脉冲幅度分析器将脉冲信号中，脉冲幅度介于上下甄别阈之间的甄别出来，给微控制器用于计数；微控制器获得指定幅度区间的脉冲计数后，通过特殊线性拟合算法计算，实现特定放射性核素的定量检测。由于某些核素在能量谱线中具有几个能量特征峰，为了提高测量精度，可采用图1所示的多个单道脉冲幅度分析器，获取多个能段数据，更好地适应测量。
如图2所示，单道脉冲幅度分析器由上下阈值调节器、比较器、可重复触发的单稳态触发器、与非门电路组成。经过放大展宽后的脉冲信号，通过两个上下阈值比较器（信号都从比较器负端输入），得到正脉冲信号；再通过两个不同的可重复触发的单稳态触发器电路，输入到与非门电路。若输入的一个脉冲，幅度介于上下阈值之间，则单道脉冲幅度分析器会输出一个负脉冲，否则没有输出。
如图3所示为实际电路原理图，图中所示，精密电位器VR1的将2.5V的基准电压分压后，得到单道脉冲辐度分析器的上阀电压，调节端连接阻抗匹配电阻R2，再连接到比较器U2A的正输入端3脚，经过放大后的脉冲信号（AMP）连接了一个阻抗匹配电阻R3后再连到了比较器U2A的负输入端2脚；比较器U2A的比较输出端1脚连接了一个上拉电阻R1，同时连接到单稳态触发器U4A的负输入端11脚；U4A的8脚接地，16脚接电源，同时，电源和地之间并联了一个退耦电容C2，U4A的13脚和14脚之间并联了一个电阻R7和二极管V1，U4A的14脚和15脚之间并联了一个电容C4，R7和C4组成RC电路，决定了单稳态触发器的输出脉冲宽度，V1为快速放电用。同理比较器U2B作为下阀比较器，输出端7脚经过上拉电阻R6，再连接到单稳态触发器U4B的正输入端，同上所述，R5和C11组成RC电路，决定了U4B的输出脉冲宽度。两个单稳态触发器U4A、U4B的输出端，即9脚和6脚，连接到与非门U6A的两个输入端，U6A的输出端3脚最终输出有效的脉冲信号。另外，图中所示的V5为电压基准源芯片，VCC在连接电阻R20后，连接到V5的2脚，V5的1脚接地，2脚输出，输出端并联了一个大电容C13和一个小电容C12。V5的基准源输出2.5V基准电压，连接到精密电位器VR1和VR2。
如图4所示为本发明中的单道脉冲幅度分析器的逻辑时序图，图中J20（上阈电压）表示在图3所示的电路图中J20处的电压波形，同理J21，J1，J3，J24，J25，J2。其中J20J21为图3所示的电路图中的两个电位器调节的电压，J1，J3为两个比较器的输出电压，J24，J25为两个单稳压触发器的输出电压，J2为与非门的输出电压。
在时刻a至时刻b过程中，脉冲信号的幅度大于J21的信号，因此下阈比较器输出J3一个负脉冲，上阈比较器输出信号J1一直为高。因此在b时刻，J3的上升沿触发了图3中单稳态触发器U4B，单稳态触发器U4B由上升沿触发，输出常态为低，触发后会输出一个高电平脉冲。在b时刻，图3中单稳态触发器U4B输出信号J25为一个高电平脉冲。而由下降沿触发，常态为高，触发后为低的图3中单稳态触发器U4A，在一直没有触发，则保持高电平，因此在b时刻后，图3中与非门U6A的输出信号J2为一个负脉冲。至此时刻a至时刻b这个符合要求的脉冲信号被检测到并整形为标准脉冲。
同理，在时刻c到时刻f期间，输入信号大于下阈值电压J21，因此，J3仍会有一个负脉冲。在时刻d到时刻e期，输入信号大于上阈值电压J20，因此J1也有一个相应宽度的负脉冲。同时，J1的电压在e时刻的下降沿触发了图3中单稳态触发器U4A，J24输出一个负脉冲。J3在f时刻的上升沿触发了图3中单稳态触发器U4B，J25在f时刻的输出一个正脉冲。由于J24的负脉冲宽度大于J25处的脉冲，因此图3中与非门U6A的输出J2一直为高，至此，这个脉冲幅度不在上下阈之间的脉冲没有触后续的计数电路，没有计入有效数据。
在单道脉冲幅度分析器如图3中所示的电路，检测到输入信号中的符合上下阈要求的脉冲，则给MCU控制电路输出一个标准的脉冲，并且过滤掉不符合要求的脉冲信号。换算到能量的角度，则此电路取出了特定能段的计数数据。若需要多个能段来标识某个特定的放射性核素，则使用多个如图3中所示的电路，从而使定量测量更加准确。
Claims (2)
1.用于检测特定放射性核素的能量分段的方法，其特征在于：该方法采用NaI晶体及光电倍增管组成探测器组件，将高能射线转换为微弱脉冲信号，信号放大电路将微弱脉冲信号放大整形为一定幅度的信号供给后续电路，放大整形后的信号输出给采用2个低偏置电压高速比较器组成上甄别阈和下甄别阈判别电路，并由高精度低温漂集成电压基准源电路产生基准源，并由精密电位器调节后给比较器提供比较电压，调节电位器即调节上甄别阈和下甄别阈电压；比较器输出信号给单稳态触发器构成的反符合电路和与非门电路，就可以得到幅度在上下甄别阈之间的特定脉冲信号；脉冲信号由MCU控制器采集后得到脉冲计数，经过线性滤波调整等算法计算数量，定量测量特定放射性核素；在对电路能量定标后，根据特定放射性核素的能量特征峰，调节上下阈值的电压，根据能段宽度调整相应的上下阈值的道宽，就可以适应各种不同的放射性核素的定量检测。
2.根据权利要求1所述用于检测特定放射性核素的能量分段的方法，其特征在于：该方法的电路包括由探测器、放大电路、单道脉冲幅度分析器、微控制器电路，探测器在高压电源的激励下，将吸收高能射线，并转化微弱的电子信号；放大电路将探测器所得到的微弱电子信号放大并展宽为具有一定幅度的可测量的脉冲信号；单道脉冲幅度分析器将脉冲信号中，脉冲幅度介于上下甄别阈之间的甄别出来，给微控制器用于计数；微控制器获得指定幅度区间的脉冲计数后，通过特殊线性拟合算法计算，实现特定放射性核素的定量检测；单道脉冲幅度分析器包括上下阈值调节器、比较器、可重复触发的单稳态触发器、与非门电路，经过放大展宽后的脉冲信号，通过两个上下阈值比较器，得到正脉冲信号；再通过两个不同的可重复触发的单稳态触发器电路，输入到与非门电路。
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