CN105068108A - 一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，包括相互连接实时通讯的探头单元和PC处理单元；所述探头单元包括由塑料闪烁体制成的单探测头，与单探测头连接的光电转换器，与光电转换器连接的信号处理单元，与信号处理单元连接的通信单元，与单探测头连接的温度传感器，与温度传感器连接并将温度信号输出至信号处理单元的温漂控制单元，以及用于供电的电源。本发明采用塑料闪烁体制成的单探测头，经光电转换后由信号处理单元处理区别鉴别出中子和伽玛射线，兼顾了探测能力和体积小型化以及便携性，并通过温漂控制单元修正环境温度变化对探测到的原始信号的影响，提高了探测的精度和稳定性。

Description

一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器

技术领域

本发明涉及放射性核辐射探测技术领域，是一种探测放射性核辐射的仪器，具体地讲，涉及的是一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，主要用于鉴别中子/伽玛核辐射，并可实现核辐射能谱成谱、剂量检测、元素鉴别和放射源分布定位等功能。

背景技术

随着核技术应用的普及，放射源和放射性废物越来越多，在过去的几十年中，世界上发生过若干起包括潜在的或实际的放射性物质弥散事件。现在核辐射恐怖事件的放射源元素种类和射线种类越来越多，如果出现上述情况将导致显著数量人群的心理影响、社会影响或一定数量的人员伤亡，从而破坏社会安定、民众生活与经济发展。

但是现今的核辐射检测设备中能够实现多种射线探测的仪器，普遍需要加装多个不同探头，同时原有的中子探测器，比如H3管等对能量较高的中子探测效率比较低，只能实现中子计数，而且由于H3原料紧缺的问题其成本非常高。液体闪烁体体积较大，并且液体一般具有较强的毒性，探测器体积过大不宜携带，同时由于液体受温度影响大，工作的温度范围很窄。

发明内容

为克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种构思新颖、设计巧妙、方便实用的基于单探头实现多射线放射性检测并能够鉴别中子和伽玛射线且能对能谱剂量测量的多功能中子/伽玛探测器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，包括相互连接实时通讯的探头单元和PC处理单元；所述探头单元包括由塑料闪烁体制成的单探测头，与单探测头连接的用于将检测到的辐射信号转换为电信号的光电转换器，与光电转换器连接的对中子/伽玛信号脉冲进行甄别的信号处理单元，与信号处理单元连接的用于实时通讯的通信单元，与单探测头连接的温度传感器，与温度传感器连接并将温度信号输出至信号处理单元的温漂控制单元，以及用于供电的电源。

进一步地，所述探头单元还包括用于测量探测位置的GPS单元，该GPS单元与通信单元连接，通过GPS单元的定位和探头对放射性核辐射的检测结合可实现放射源定位和移动轨迹的记录和显示；GPS单元将定位信号直接通过通信单元传输至PC处理单元，PC处理单元接收定位信号与探测信号保持匹配同步。

更进一步地，所述信号处理单元包括用于将光电转换器输出的电信号分为并行的两路信号的信号分路单元，与信号分路单元的一路输出端连接的采样保持单元，与信号分路单元的另一路输出端连接的高速数模转换器，与高速数模转换器连接的用于处理甄别射线种类并向采样保持单元输出使能信号的FPGA芯片，以及分别与采样保持单元的输出端连接的中子数据缓存器和伽玛数据缓存器，其中，采样保持单元在将数据输出缓存的同时还将数据输出至通信单元。如此使中子和伽玛射线的检测能够共用一套分析系统，来实现不同射线的能谱成谱，降低了探头的数量，进而减小整体体积，提高便捷性能。

具体地，为了提高传输速率和稳定性，所述通信单元为USB实时通信接口。

更具体地，所述PC处理单元包括与探头单元内的通信单元连接的实时通信接口，与实时通信接口连接的缓存单元，与缓存单元连接的核心处理单元，以及与核心处理单元连接的操作单元。本发明通过探头单元将放射性信号检测并初步处理，最终通过设定程序更复杂的PC处理单元来对检测信号做最终处理，以反馈出各种所需的信息。

更进一步地，所述核心处理单元包括通过缓存单元与实时通信接口连接的核心处理模块，以及均与核心处理模块连接的能谱分析模块、元素鉴别模块、放射源分布位置模块、人机互交模块和存储模块，其中，能谱分析模块与元素鉴别模块连接，人机互交模块与操作单元连接。通过上述各模块对接收信号的处理，实现放射性核辐射区域的能谱分析、元素鉴别和放射源分布位置探测功能。

为了便于人机互交操作，所述操作单元包括均与人机互交模块连接的显示模块、输入模块、照相模块和通信报警模块。

为了便于隐蔽和机动检测，该基于单探头的多功能中子/伽玛探测器还包括将探头单元和PC处理单元包覆安装在内的便于移动的包壳。

其中，所述包壳为车载式结构或背包式结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用塑料闪烁体制成的单探测头，经光电转换后由信号处理单元处理区别鉴别出中子和伽玛射线，兼顾了探测能力和体积小型化以及便携性，并通过温漂控制单元修正环境温度变化对探测到的原始信号的影响，提高了探测的精度和稳定性，本发明构思新颖，设计巧妙，操作简单方便快捷，具有广泛的应用前景，不仅可以用于实验室、采矿场、核废物处理场、核电站等场所进行放射性物质检测，而且可以用于常规对公共环境核辐射水平检测，以及海关边界检查站等通关检查，适合推广应用。

（2）本发明通过实时通信接口使探头单元和PC处理单元相互通讯，结合GPS单元定位，可实现对放射性源的地图分布和定位查找，非常方便。

（3）本发明利用信号处理单元的设计，可有效地对核辐射脉冲信号进行采集检测，能够分析获取中子能谱和伽玛射线能谱，及对应剂量分析，功能全面。

（4）本发明采用车载式或背包式结构的包壳，更利于探测的移动，以提高放射性核辐射探测的机动性以及在敏感区域检测的隐蔽性。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图。

图2为本发明中信号处理单元的结构框图。

图3为本发明中核心处理单元的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图3所示，该基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，包括相互连接实时通讯的探头单元和PC处理单元两大部分。为了便于隐蔽和机动检测，这两大部分外部用包壳包覆安装，并根据不同的使用需求，将包壳设计为车载式结构或背包式结构。

具体地，所述探头单元包括由塑料闪烁体制成的单探测头，与单探测头连接的用于将检测到的辐射信号转换为电信号的光电转换器，与光电转换器连接的对中子/伽玛信号脉冲进行甄别的信号处理单元，与信号处理单元连接的用于实时通讯的通信单元，与单探测头连接的温度传感器，与温度传感器连接并将温度信号输出至信号处理单元的温漂控制单元，以及用于供电的电源。

进一步地，所述探头单元还包括用于测量探测位置的GPS单元，该GPS单元与通信单元连接，通过GPS单元的定位和探头对放射性核辐射的检测结合可实现放射源定位和移动轨迹的记录和显示；GPS单元将定位信号直接通过通信单元传输至PC处理单元，PC处理单元接收定位信号与探测信号保持匹配同步。

更进一步地，所述信号处理单元包括用于将光电转换器输出的电信号分为并行的两路信号的信号分路单元，与信号分路单元的一路输出端连接的采样保持单元，与信号分路单元的另一路输出端连接的高速数模转换器，与高速数模转换器连接的用于处理甄别射线种类并向采样保持单元输出使能信号的FPGA芯片，以及分别与采样保持单元的输出端连接的中子数据缓存器和伽玛数据缓存器，其中，采样保持单元在将数据输出缓存的同时还将数据输出至通信单元。如此使中子和伽玛射线的检测能够共用一套分析系统，来实现不同射线的能谱成谱，降低了探头的数量，进而减小整体体积，提高便捷性能。

具体地，为了提高传输速率和稳定性，所述通信单元为USB实时通信接口。

更具体地，所述PC处理单元包括与探头单元内的通信单元连接的实时通信接口，与实时通信接口连接的缓存单元，与缓存单元连接的核心处理单元，以及与核心处理单元连接的操作单元。本发明通过探头单元将放射性信号检测并初步处理，最终通过设定程序更复杂的PC处理单元来对检测信号做最终处理，以反馈出各种所需的信息。

更进一步地，所述核心处理单元包括通过缓存单元与实时通信接口连接的核心处理模块，以及均与核心处理模块连接的能谱分析模块、元素鉴别模块、放射源分布位置模块、人机互交模块和存储模块，其中，能谱分析模块与元素鉴别模块连接，人机互交模块与操作单元连接。通过上述各模块对接收信号的处理，实现放射性核辐射区域的能谱分析、元素鉴别和放射源分布位置探测功能。为了便于人机互交操作，所述操作单元包括均与人机互交模块连接的显示模块、输入模块、照相模块和通信报警模块。

在具有核辐射安全隐患的地点使用，如有核辐射情况，探头单元经过核辐射射线，射线与塑料闪烁体作用产生闪烁光信号，光电转换器将光信号转换成电信号，由信号处理单元完成对核辐射射线的甄别，同时测量各类射线相应的脉冲幅度信息，并且GPS单元测量记录此过程的测量轨迹和位置数据，当有外界温度变化时，通过温漂控制单元结合温度传感器对测量数据的温度影响校正以维持系统数据稳定，然后处理的数据信号由通信单元实时传输至PC处理单元进行深度处理分析并储存，最后通过核心处理单元利用预设程序算法对测量到的所有辐射射线的数据进行处理，得到中子的能谱/剂量、伽玛射线的能谱/剂量和放射源分布位置信息，需要时可通过显示模块呈现，并且当检测剂量异常时还提供通信报警功能，便于操作人员及后台作出相应的预警措施。

在信号处理单元中，为实现核辐射脉冲信号的甄别，先将原始信号分成并行的两路信号，一路通过告诉数模转换器采集后进入FPGA芯片中处理，对脉冲分属的射线种类进行甄别，另一路通过采用保持单元将脉冲的最高幅度保持住，当PFGA芯片得到甄别结果后输出使能信号，将脉冲对应的数据信息暂存在中子数据缓存器或伽玛数据缓存器中，为后续绘制能谱图像做备份，同时相应数据也由通信模块实时传输至PC处理单元存储和处理。

在核心处理单元中，核心处理模块将接收的数据通过相应功能模块进行深度处理，经过能谱分析模块得到辐射的能谱信息，利用元素鉴别模块判定放射源元素种类，同时操作人员可通过人机互交模块和操作单元实现人机互交和参数设定。

通过上述设置，能够可靠有效地检测放射性核辐射射线，并实现高速信号采集和脉冲种类鉴别，同时将中子脉冲信号和伽玛脉冲信号分别成谱成像，以及核辐射高精度GPS定位。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，其特征在于，包括相互连接实时通讯的探头单元和PC处理单元；所述探头单元包括由塑料闪烁体制成的单探测头，与单探测头连接的用于将检测到的辐射信号转换为电信号的光电转换器，与光电转换器连接的对中子/伽玛信号脉冲进行甄别的信号处理单元，与信号处理单元连接的用于实时通讯的通信单元，与单探测头连接的温度传感器，与温度传感器连接并将温度信号输出至信号处理单元的温漂控制单元，以及用于供电的电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，其特征在于，所述探头单元还包括用于测量探测位置的GPS单元，该GPS单元与通信单元连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，其特征在于，所述信号处理单元包括用于将光电转换器输出的电信号分为并行的两路信号的信号分路单元，与信号分路单元的一路输出端连接的采样保持单元，与信号分路单元的另一路输出端连接的高速数模转换器，与高速数模转换器连接的用于处理甄别射线种类并向采样保持单元输出使能信号的FPGA芯片，以及分别与采样保持单元的输出端连接的中子数据缓存器和伽玛数据缓存器，其中，采样保持单元在将数据输出缓存的同时还将数据输出至通信单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，其特征在于，所述通信单元为USB实时通信接口。

5.根据权利要求1~4任一项所述的一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，其特征在于，所述PC处理单元包括与探头单元内的通信单元连接的实时通信接口，与实时通信接口连接的缓存单元，与缓存单元连接的核心处理单元，以及与核心处理单元连接的操作单元。

6.根据权利要求5所述的一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，其特征在于，所述核心处理单元包括通过缓存单元与实时通信接口连接的核心处理模块，以及均与核心处理模块连接的能谱分析模块、元素鉴别模块、放射源分布位置模块、人机互交模块和存储模块，其中，能谱分析模块与元素鉴别模块连接，人机互交模块与操作单元连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，其特征在于，所述操作单元包括均与人机互交模块连接的显示模块、输入模块、照相模块和通信报警模块。

8.根据权利要求1~4任一项所述的一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，其特征在于，还包括将探头单元和PC处理单元包覆安装在内的便于移动的包壳。

9.根据权利要求8所述的一种基于单探头的多功能中子/伽玛探测器，其特征在于，所述移动式包壳为车载式结构或背包式结构。