CN103984004A - 一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的方法及装置，该处理方法利用阈值自动调节电路消除PIPS探测器因温度变化造成的峰位漂移，脉冲幅度甄别电路的阈值电平由阈值自动调节电路实时自动调整，其调节根据环境温度变化自动进行，确保α粒子能量分辨不受环境影响。该装置包括PIPS探测器、前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路、单片机、阈值自动调节电路及温湿度传感器；整个装置结构简单、操作方便；提高了监测灵敏度,并能适应核设施现场的连续监测要求。

Description

一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种消除PIPS a能谱峰温度漂移自动调节方法及装置。
背景技术
氡测量是一个涉及核科学、核技术、电子技术、计算机技术、地理科学和环境科学等多学科领域的复杂问题。近年来，半导体探测器的出现，特别是PIPS(离子注入硅探测器)以其耐用、能量分辨高，能很好地鉴别出各个核素(如218Po，214Po等)释放的a粒子能量，但是温度对半导体有着很大的影响，由于测量环境温度的变化，相同能量的α粒子经PIPS探测器检测后其信号的幅度发生变化，从而不能准确甄别出α粒子能量，进而影响氡的准确测量。因此,消除PIPS探测器温度漂移是必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中PIPS探测器受温度影响较大，能谱测量精度低的问题，提供了一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的方法及装置。
一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的方法，PIPS探测器检测测量室内α粒子产生的电信号经前置放大电路处理后，然后由放大成形电路对信号进行放大成形，再由脉冲幅度甄别电路对信号幅度进行甄别后送入单片机；单片机计算出阈值能道谱数，阈值自动调节电路按照阈值能道谱数进行自动调节脉冲幅度甄别电路的阈值电平，单片机对脉冲幅度甄别电路输出的脉冲信号进行计数；
单片机利用温湿度传感器采集的测量室内的温度数据x，按照以下公式获得阈值能道谱数Y：
Y＝434K·exp(-0.001121x)-0.5637K·exp(0.1428x)
其中，K为不同能量粒子阈值比例系数，能量为6.0MeV的α粒子，粒子阈值比例系数K为1，粒子能量为M时，粒子阈值比例系数K为
阈值自动调节电路按照阈值能道谱数1024对应输出的阈值电平为10V进行自动调节，输出阈值电平为
当脉冲幅度甄别电路输入脉冲的幅度超过阈值电平时，则输出一个数字脉冲；若输入脉冲的幅度低于阈值电平时则无输出脉冲。
当环境温度升高时，阈值自动调节电路使阈值电平降低，反之，当环境温度降低时，阈值自动调节电路使阈值电平升高，以获得阈值自动调节电路的输出数据；
单片机根据脉冲计数值和刻度因子计算出当前氡浓度C，再通过LCD显示屏显示其测量的氡浓度C。
氡浓度C＝A*N，A表示对应的刻度因子，N为脉冲计数值。
所述公式Y＝434K·exp(-0.001121x)-0.5637K·exp(0.1428x)是通过对实验测量数据温度和阈值能道谱数进行曲线拟合获得，温度数据x由温湿度传感器测量获得，阈值能道谱数是指单一能量粒子在温度为x时的能谱图中脉冲计数从有到无时的能道谱数。
粒子能量在测量时的能谱图中高于(或低于)该阈值能谱道数时，测量仪检测到有脉冲计数；否则检测到无脉冲计数。
一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的装置,依据上述方法包括PIPS探测器、前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路、单片机、阈值自动调节电路及温湿度传感器；
所述PIPS探测器、前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路及单片机依次相连，所述阈值自动调节电路的输入端和输出端分别与单片机的输出端和脉冲幅度甄别电路相连，所述温湿度传感器与所述单片机相连；
其中，所述放大成形电路用于将前置放大器输出的脉冲幅度和波形进行放大，并形成高斯波形；
其中，所述脉冲幅度甄别电路是指将模拟脉冲转换成数字逻辑脉冲输出的电路，当输入脉冲的幅度超过设定的阈值电平时，则输出一个脉冲，若输入脉冲的幅度低于设定的阈值电平时则无输出脉冲；
所述阈值自动调节电路是指脉冲幅度甄别电路中的阈值电平随温度变化而改变的电路，当环境温度升高时，阈值自动调节电路使阈值电平降低，反之，当环境温度降低时，阈值自动调节电路使阈值电平升高。
所述阈值自动调节电路按照阈值能道谱数1024对应输出的阈值电平为10V进行自动调节，输出阈值电平为其中，Y＝434K·exp(-0.001121x)-0.5637K·exp(0.1428x)，Y为阈值能道谱数，x为温湿度传感器采集的测量室内的温度数据，exp为指数符号。
所述单片机型号为STC15F2K60。
有益效果
本发明提供了一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的方法及装置,该处理方法利用阈值自动调节电路消除PIPS探测器因温度变化造成的峰位漂移，脉冲幅度甄别电路的阈值电平由阈值自动调节电路实时自动调整，其调节根据环境温度变化自动进行，以确保α粒子能量分辨不受环境影响。该装置包括PIPS探测器、前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路、单片机、阈值自动调节电路及温湿度传感器；整个装置结构简单、操作方便；提高了监测灵敏度，并能适应核设施现场的连续监测要求。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图；
图2为温度与阈值能道谱数的关系示意图；
图3为阈值能道谱数调节示意图，其中，图(a)为21.3℃时阈值能道谱数是455道，图(b)为35.5℃时阈值能道谱数是367道。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的装置,包括PIPS探测器、前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路、单片机、阈值自动调节电路及温湿度传感器；
选用型号为STC15F2K60的单片机。
所述PIPS探测器、前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路及单片机依次相连，所述阈值自动调节电路的输入端和输出端分别与单片机的输出端和脉冲幅度甄别电路相连，所述温湿度传感器与所述单片机相连；
其中，所述放大成形电路用于将前置放大器输出的脉冲幅度和波形进行放大，并形成高斯波形；
其中，所述脉冲幅度甄别电路是指将模拟脉冲转换成数字逻辑脉冲输出的电路，当输入脉冲的幅度超过设定的阈值电平时，则输出一个脉冲；若输入脉冲的幅度低于设定的阈值电平时则无输出脉冲；
所述阈值自动调节电路是指脉冲幅度甄别电路中的阈值电平随温度变化而改变的电路，当环境温度升高时，阈值自动调节电路使阈值电平降低；反之，当环境温度降低时，阈值自动调节电路使阈值电平升高。
所述阈值自动调节电路按照阈值能道谱数1024对应输出的阈值电平为10V进行自动调节，输出阈值电平为其中，Y＝434K·exp(-0.001121x)-0.5637K·exp(0.1428x)，Y为阈值能道谱数，x为温湿度传感器采集的测量室内的温度数据，exp为指数符号。
一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的方法，PIPS探测器检测测量室内α粒子产生的电信号经前置放大电路处理后，然后由放大成形电路对信号进行放大成形，再由脉冲幅度甄别电路对信号幅度进行甄别后送入单片机；单片机计算出阈值能道谱数，阈值自动调节电路按照阈值能道谱数进行自动调节脉冲幅度甄别电路的阈值电平，单片机对脉冲幅度甄别电路输出的脉冲信号进行计数；
单片机利用温湿度传感器采集的测量室内的温度数据x，按照以下公式获得阈值能道谱数Y：
Y＝434K·exp(-0.001121x)-0.5637K·exp(0.1428x)
其中，K为不同能量粒子阈值比例系数，能量为6.0MeV的α粒子，粒子阈值比例系数K为1，粒子能量为M时，粒子阈值比例系数K为
阈值自动调节电路按照阈值能道谱数1024对应输出的阈值电平为10V进行自动调节，输出阈值电平为
当脉冲幅度甄别电路输入脉冲的幅度超过阈值电平时，则输出一个数字脉冲，若输入脉冲的幅度低于阈值电平时则无输出脉冲。
当环境温度升高时，阈值自动调节电路使阈值电平降低，反之，当环境温度降低时，阈值自动调节电路使阈值电平升高，以获得阈值自动调节电路的输出数据；
单片机根据脉冲计数值和刻度因子计算出当前氡浓度C，再通过LCD显示屏显示其测量氡浓度C度。氡浓度C＝A*N，A表示对应的刻度因子，N为脉冲计数值。
所述公式Y＝434K·exp(-0.001121x)-0.5637K·exp(0.1428x)是通过对实验测量数据温度和阈值能道谱数进行曲线拟合获得，如图2所示，温度数据x由温湿度传感器测量获得，阈值能道谱数是指单一能量粒子在温度为x时的能谱图中脉冲计数从有到无时的能道谱数，见表1所示。
表1
为测量本发明所述装置的系统稳定性和本发明所述方法测量数据的准确性，在氡实验室进行了多次重复测量实验，由于PQ2000属于高精密氡测量仪器，目前氡测量中以PQ2000测量作为参考标准。其中，表2、表3中氡浓度恒定在2100Bq/m3左右，进行的10个小时的连续测量。实验过程中，周期设置为30min。
表2使用阈值固定的仪器测量数据与PQ2000测量数据
表3采用本发明的仪器测量数据与PQ2000测量数据
从表2可以看出在16.1℃-20.2℃温度范围内测量时阈值没有进行自动调节时，该测量仪相对偏差较大，最大达到了21.84％，从表3中可以看出在23.8℃-35.3℃温度范围内测量时阈值进行了自动调节时，氡测量仪在进行了连续10个小时的测量后，其最大相对偏差为2.41％，表明测量数据的波动较小。因此，采用自动消除PIPS a能谱峰温度漂移后的测量效果好。
对实验数据的统计分析表明，在现有的实验条件下，在0℃-40℃范围内，根据a能谱峰位与温度关系采用阈值自动调节。当温度升高时，其PIPS探测器输出信号的幅度变小，经前置放大器和放大成形电路后，其输出幅度随之变小；反之，当温度隆低时，其输出幅度升高。进而影响其能量的准确测量，例如在20.0℃时峰位能道谱数是415，其上阈值能道谱数设在455，当温度变化到35.5℃时，其峰位能道谱数是333，其上阈值能道谱数需设在367，如果其上阈值还设在455，另外一个的能量区的计数就会落到该能量计数区，从而影响该能量计数的准确测量。具体调节示意图如图3所示，图中竖线表示当前光标所在位置即当前温度条件下阈值能道谱数。
因此，应用本发明所提出的方法及装置，根据环境温度变化进行自动调节，能够保证α粒子能量分辨不受环境影响，从而提高监测灵敏度，并能适应核设施现场的连续监测要求。

Claims (5)

1.一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的方法，其特征在于，PIPS探测器检测测量室内α粒子产生的电信号经前置放大电路处理后，然后由放大成形电路对信号进行放大成形，再由脉冲幅度甄别电路对信号幅度进行甄别后送入单片机；单片机计算出阈值能道谱数，阈值自动调节电路按照阈值能道谱数进行自动调节脉冲幅度甄别电路的阈值电平，单片机对脉冲幅度甄别电路输出的脉冲信号进行计数；单片机利用温湿度传感器采集的测量室内的温度数据x，按照以下公式获得阈值能道谱数Y：
Y＝434K·exp(-0.001121x)-0.5637K·exp(0.1428x)
其中，K为不同能量粒子阈值比例系数，能量为6.0MeV的α粒子，粒子阈值比例系数K为1，粒子能量为M时，粒子阈值比例系数K为
阈值自动调节电路按照阈值能道谱数1024对应输出的阈值电平为10V进行自动调节，输出阈值电平为
当脉冲幅度甄别电路输入脉冲的幅度超过阈值电平时，则输出一个数字脉冲，若输入脉冲的幅度低于阈值电平时则无输出脉冲。
2.根据权利要求1所述的自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的方法，其特征在于，所述公式Y＝434K·exp(-0.001121x)-0.5637K·exp(0.1428x)是通过对实验测量数据温度和阈值能道谱数进行曲线拟合获得，温度数据x由温湿度传感器测量获得，阈值能道谱数是指单一能量粒子在温度为x时的能谱图中脉冲计数从有到无时的能道谱数。
3.一种自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的装置,其特征在于，依据权利要求1或2所述的消除PIPS a能谱峰温度漂移自动调节方法，包括PIPS探测器、前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路、单片机、阈值自动调节电路及温湿度传感器；
所述PIPS探测器、前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路及单片机依次相连，所述阈值自动调节电路的输入端和输出端分别与单片机的输出端和脉冲幅度甄别电路相连，所述温湿度传感器与所述单片机相连；
其中，所述放大成形电路用于将前置放大器输出的脉冲幅度和波形进行放大，并形成高斯波形；
其中，所述脉冲幅度甄别电路是指将模拟脉冲转换成数字逻辑脉冲输出的电路，当输入脉冲的幅度超过设定的阈值电平时，则输出一个脉冲，若输入脉冲的幅度低于设定的阈值电平时则无输出脉冲；
所述阈值自动调节电路是指脉冲幅度甄别电路中的阈值电平随温度变化而改变的电路，当环境温度升高时，阈值自动调节电路使阈值电平降低，反之，当环境温度降低时，阈值自动调节电路使阈值电平升高。
4.根据权利要求3所述的自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的装置，其特征在于，所述阈值自动调节电路按照阈值能道谱数1024对应输出的阈值电平为10V进行自动调节，输出阈值电平为其中，Y＝434K·exp(-0.001121x)-0.5637K·exp(0.1428x)，Y为阈值能道谱数，x为温湿度传感器采集的测量室内的温度数据，exp为指数符号。
5.根据权利要求4所述的自动消除PIPS a能谱峰温度漂移的装置，其特征在于，所述单片机型号为STC15F2K60。
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