CN106842274B - α/β表面污染阵列探测器及探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种α/β表面污染阵列探测器及探测系统。该α/β表面污染阵列探测器包括控制器、电机驱动电路、计数器、多道比较器、高压模块及多个探测器单元。每个探测器单元包括直线电机及依次电性连接的前放电路、光电倍增管及α/β复合探测器，α/β复合探测器的探头设置在直线电机的伸缩机构上，可随伸缩机构的运动而运动，电机驱动电路与直线电机、控制器均电连接，多道比较器与前放电路、计数器均电连接，高压模块与光电倍增管、控制器均电连接，控制器还与计数器电连接。本发明实施例通过设置多个α/β复合探测器，通过电机驱动电路和直线电机控制每个探测器探头的伸缩距离，达到多点测量以及精准测量的目的，操作方便。

Description

α/β表面污染阵列探测器及探测系统

技术领域

本发明涉及射线检测仪器领域，具体而言，涉及一种α/β表面污染阵列探测器及探测系统。

背景技术

α/β表面污染阵列探测器广泛应用于环境辐射、核电站、同位素生产、医院、反应堆场所的地面、衣物工作台、地板等表面的α、β放射性污染的测量。核探测器很多都工作于现场，现场环境因素的变化需要对物体表面进行多点多次测量，同时由于物体不规则表面，则需要控制每个探测器与物体表面的距离，其次在探测器在满足功能的同时又需要操作方便等特点。现有的核探测器中只有单个探头，当被测物体表面面积大，就无法同时进行全面的测量并对各点的污染进行实时的对比，从而在某种程度上降低了物体表面污染的检测精度，另外需要对不规则表面进行测量时，现有的核探测器中探头无法自动伸缩，从而固定了探头与物体表面的距离，由于α射线在空气中射程短，探测距离如果不能调整到合适距离，就会降低了物体表面污染检测的精度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种α/β表面污染阵列探测器及探测系统，以改善上述的问题。

为了达到上述的目的，本发明实施例采用的技术方案如下所述：

第一方面，本发明实施例提供了一种α/β表面污染阵列探测器，包括控制器、电机驱动电路、计数器、多道比较器、高压模块及多个探测器单元，每个所述探测器单元包括直线电机及依次电性连接的前放电路、光电倍增管及α/β复合探测器，所述α/β复合探测器的探头设置在所述直线电机的伸缩机构上，可随所述伸缩机构的运动而运动，所述电机驱动电路与所述直线电机、控制器均电连接，所述多道比较器与所述前放电路、计数器均电连接，所述高压模块与所述光电倍增管、控制器均电连接，所述控制器还与所述计数器电连接，

所述α/β复合探测器被配置为吸收物体表面的α/β射线，产生光电子；

所述光电倍增管被配置为将所述光电子转换为电脉冲，并输出至所述前放电路；

所述前放电路被配置为将所述电脉冲进行放大并将放大后的电脉冲发送至所述多道比较器；

所述多道比较器被配置为将所述电脉冲与预设的阈值进行比较，以甄别α波或β波并将所述电脉冲发送至所述计数器；

所述计数器被配置为对所述电脉冲中表征的α波和β波分别进行计数，并将计数结果发送至所述控制器；

所述控制器被配置为将所述计数结果发送至一上位机进行归纳统计；

所述高压模块被配置为响应所述控制器的控制输出电压至所述光电倍增管以控制所述光电倍增管的转换放大倍数；

所述控制器被配置为响应所述上位机发送的调节信号，向所述电机驱动电路发送驱动信号；

所述电机驱动电路被配置为响应所述驱动信号，控制对应的所述直线电机伸缩以带动对应的α/β复合探测器的探头运动。

进一步地，所述多个直线电机排列呈M行N列的矩阵，M>0，N>0，所述电机驱动电路包括第一继电器模块和第二继电器模块，所述第一继电器模块和所述第二继电器模块均与所述控制器电连接，所述第一继电器模块和第二继电器模块均包括多个继电器，所述第一继电器模块中的多个继电器中M个继电器与所述多个直线电机中的每行直线电机的正极一一对应连接，所述第二继电器模块中的多个继电器中N个继电器与所述多个直线电机中的每列直线电机的负极一一对应连接。

进一步地，所述前放电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容及运算放大器，所述运算放大器的反相输入引脚依次通过所述第一电容、第一电阻、第二电容与所述光电倍增管的输出端连接，所述反相输入引脚通过所述第二电阻接地，所述反相输入引脚分别通过所述第三电阻、所述第三电容与所述运算放大器的输出引脚连接，所述运算放大器的同相输入引脚通过所述第四电阻接地，所述运算放大器的第一电源引脚通过所述第五电阻与正向电压连接，所述运算放大器的第二电源引脚通过所述第六电阻与负向电压连接，所述输出引脚依次通过所述第四电容、所述第五电容与所述多道比较器连接，所述第四电容通过所述第七电阻接地，所述第五电容通过所述第八电阻接地。

进一步地，所述前放电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括第九电阻、第十电阻、第六电容、第七电容，所述第九电阻的一端与所述高压模块连接，所述第九电阻的另一端通过所述第十电阻与所述光电倍增管的输出端连接，所述第九电阻的一端通过第六电容接地，所述第十电阻通过所述第七电容接地。

进一步地，所述前放电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极与所述运算放大器的反相输入引脚和所述第一电阻连接，所述第一二极管的负极接地，所述第二二极管的负极与所述运算放大器的反相输入引脚和所述第一电阻连接，所述第二二极管的正极接地。

进一步地，所述多道比较器的个数为所述探测器单元的个数的一半，每个所述多道比较器包括四个电压比较器，每个所述多道比较器中的两个电压比较器的输入引脚与一个所述前放电路的输出端电连接。

进一步地，还包括数字模拟转换器，所述数字模拟转换器与所述多道比较器、控制器均电连接，所述数字模拟转换器被配置为响应所述控制器的控制输出对应的电压值至所述多道比较器，以设置所述预设的阈值的大小。

进一步地，所述阈值包括第一阈值和第二阈值，所述数字模拟转换器包括第一数字模拟转换器和第二数字模拟转换器，所述第一数字模拟转换器与每个所述多道比较器均电连接，所述第二数字模拟转换器与每个所述多道比较器均电连接，所述第一数字模拟转换器被配置为设置所述第一阈值的大小，所述第二数字模拟转换器被配置为设置所述第二阈值的大小。

进一步地，所述计数器为现场可编程逻辑门阵列。

第二方面，本发明实施例提供了一种α/β表面污染探测系统，包括上位机和上述的α/β表面污染阵列探测器，所述α/β表面污染阵列探测器与所述上位机通信连接。

本发明实施例提供的α/β表面污染阵列探测器及探测系统，该α/β表面污染阵列探测器包括控制器、电机驱动电路、计数器、多道比较器、高压模块及多个探测器单元。每个探测器单元包括直线电机及依次电性连接的前放电路、光电倍增管及α/β复合探测器，α/β复合探测器的探头设置在直线电机的伸缩机构上，可随伸缩机构的运动而运动，电机驱动电路与直线电机、控制器均电连接，多道比较器与前放电路、计数器均电连接，高压模块与光电倍增管、控制器均电连接，控制器还与计数器电连接。本发明实施例通过设置多个α/β复合探测器，控制器通过电机驱动电路和直线电机来控制每个α/β复合探测器的探头的伸缩距离，从而达到多点测量以及精准测量的目的，操作方便。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的α/β表面污染探测系统的组成示意图。

图2是本发明实施例提供的α/β表面污染阵列探测器的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的α/β表面污染阵列探测器的电气连接示意图。

图4是本发明实施例提供的电机驱动电路的电路示意图。

图5是本发明实施例提供的前放电路的电路连接示意图。

图6是本发明实施例提供的α/β表面污染阵列探测器的另一种电气连接示意图。

图标:10-α/β表面污染探测系统；100-α/β表面污染阵列探测器；110-控制器；120-电机驱动电路；121-第一继电器模块；122-第二继电器模块；130-计数器；140-多道比较器；150-高压模块；160-探测器单元；161-α/β复合探测器；162-光电倍增管；163-前放电路；164-直线电机；170-数字模拟转换器；200-上位机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参照图1，是本发明实施例提供的α/β表面污染探测系统10的系统组成示意图，包括α/β表面污染阵列探测器100和上位机200。

请参照图2，是本发明实施例提供的α/β表面污染阵列探测器100的结构示意图，该α/β表面污染阵列探测器100包括多个探测器单元160，多个探测器单元160排列呈矩阵状，在本实施例中，探测器单元160的数量为36个，按照6×6的矩阵排列，但不限于此，在其他实施例中，探测器单元160的个数可以为其他数量，按照其他排列方式排列，比如64个探测器单元160，按照8×8的矩阵排列，本实施例对此不作限定。

请参照图3，是本发明实施例提供的α/β表面污染阵列探测器100的电气连接图。该α/β表面污染阵列探测器100包括控制器110、电机驱动电路120、计数器130、多道比较器140、高压模块150及多个探测器单元160。该控制器110为微控制单元(MicrocontrollerUnit；MCU)。该计数器130为现场可编程逻辑门阵列(Field－Programmable Gate Array；FPGA)，本实施例对其型号不做限定，例如可以选择型号为EP3C40Q240C8的FPGA。高压模块150可以是各种符合要求的电源芯片，比如型号为MA5P4。

每个探测器单元160包括直线电机164及依次电性连接的前放电路163、光电倍增管162及α/β复合探测器161。α/β复合探测器161的探头设置在直线电机164的伸缩机构上，可随伸缩机构的运动而运动，伸缩机构可以是指直线电机164的推杆或者由直线电机164带动而运动的结构，由于直线电机164为现有技术，此处不再赘述。

电机驱动电路120与直线电机164、控制器110均电连接，多道比较器140与前放电路163、计数器130均电连接，高压模块150与光电倍增管162、控制器110均电连接，控制器110还与计数器130电连接。

α/β复合探测器161被配置为吸收物体表面的α/β射线，产生光电子，光电倍增管162被配置为将α/β复合探测器161产生的光电子转换为电脉冲，并输出至前放电路163，高压模块150被配置为响应控制器110的控制输出电压至光电倍增管162以控制光电倍增管的转换放大倍数。

前放电路163被配置为将电脉冲进行放大并将放大后的电脉冲发送至多道比较器140。多道比较器140被配置为将电脉冲与预设的阈值进行比较，以甄别α波或β波，并将电脉冲发送至计数器130。计数器130被配置为对电脉冲中表征的α波和β波分别进行计数，并将计数结果发送至控制器110。控制器110被配置为将计数结果发送至一上位机200进行归纳统计，即完成α波和β波各自的辐射剂量的统计。

由于某些物体的表面面积较大，现有的α/β复合探测器只能对物体表面的一个点进行测量，则需要对物体表面进行多次多点测量，多次测量的结果不能进行实时对比，降低了物体表面污染检测的精度，本发明实施例提供的α/β表面污染阵列探测器100包括多个α/β复合探测器，可同时对物体表面多点同时进行测量，增加测量的准确性，操作方便省时。另外，由于物体的表面可能凹凸不平，对于这种不规则的表面进行测量，发明人发现，如果对不规则的表面均按照相同的距离进行测量，测量结果将具有一定误差，因为α射线在空气中的射程很短，如果测量距离没有调整后到合适位置，会降低测量精度。因此，需要调整α/β复合探测器的探头与物体表面的距离，本实施例中，需要调整α/β复合探测器161的探头与物体表面的距离时，通过上位机200发送调节信号，控制器110被配置为响应上位机200发送的调节信号，向电机驱动电路120发送驱动信号，电机驱动电路120被配置为响应驱动信号，控制对应的直线电机164伸缩以带动直线电机164对应的α/β复合探测器161的探头运动。

请参照图4，是本发明实施例提供的电机驱动电路120的电路示意图。多个直线电机164排列呈M行N列的矩阵，M>0，N>0，在本实施中，M＝6，N＝6，共36个直线电机164，对应36个α/β复合探测器161。该电机驱动电路120包括第一继电器模块121和第二继电器模块122，第一继电器模块121和第二继电器模块122均与控制器110电连接，在本实施例中，第一继电器模块121和第二继电器模块122为固态继电器模块。第一继电器模块121和第二继电器模块122均包括多个继电器(图未示)，第一继电器模块121中的多个继电器中M个继电器与多个直线电机164中的每行直线电机164的正极一一对应连接，第二继电器模块122中的多个继电器中N个继电器与多个直线电机164中的每列直线电机164的负极一一对应连接。通过第一继电器模块121控制直线电机164矩阵中的行直线电机164的正极，通过第二继电器模块122控制直线电机164矩阵中的列的直线电机164的负极，二者的交叉以定位需要控制的直线电机164工作，比如第一继电器模块121导通第一行直线电机164的正极，第二继电器模块122导通第二列直线电机164的负极，则正极和负极均导通的直线电机164的坐标为(1，2)，对应的直线电机164被控制。此外，通过改变电流的方向以控制直线电机164的推杆伸出或者收回，从而控制α/β复合探测器161的探头的距离。本发明实施例提供的α/β表面污染阵列探测器100采用矩阵接线式的电机驱动电路120，降低了电机驱动电路120的复杂性和成本，缩小了体积。

请参照图5，是本发明实施例提供的前放电路163的电路连接示意图。该前放电路163包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5及运算放大器P。

运算放大器P的反相输入引脚依次通过第一电容C1、第一电阻R1、第二电容C2与光电倍增管162的输出端连接，反相输入引脚通过第二电阻R2接地，反相输入引脚分别通过第三电阻R3、第三电容C3与运算放大器P的输出引脚连接，运算放大器P的同相输入引脚通过第四电阻R4接地，运算放大器P的第一电源引脚通过第五电阻R5与正向电压连接，运算放大器P的第二电源引脚通过第六电阻R6与负向电压连接，运算放大器P的输出引脚依次通过第四电容C4、第五电容C5与多道比较器140连接，第四电容C4通过第七电阻R7接地，第五电容C5通过第八电阻R8接地。

进一步地，为了保护电路，该前放电路163还包括第一二极管D1和第二二极管D2。第一二极管D1的正极与运算放大器P的反相输入引脚和第一电阻R1连接，第一二极管D1的负极接地，第二二极管D2的负极与运算放大器P的反相输入引脚和第一电阻R1连接，第二二极管D2的正极接地。

进一步地，该前放电路163还包括滤波电路，包括第九电阻R9、第十电阻R10、第六电容C6、第七电容C7，第九电阻R9的一端与高压模块150连接，第九电阻R9的另一端通过第十电阻R10与光电倍增管162的输出端连接，第九电阻R9的一端通过第六电容C6接地，第十电阻R10通过第七电容C7接地。

由于探测器单元160的数量为多个，在本实施例中，多道比较器140的数量为探测器单元160的个数的一半。每个多道比较器140包括四个电压比较器，每个多道比较器140中的两个电压比较器的输入引脚与一个前放电路163的输出端电连接。电压比较器可以是任意常规的电压比较器芯片，例如型号为LM339的芯片。

请参考图6，本发明实施例提供的α/β表面污染阵列探测器100还包括数字模拟转换器170，数字模拟转换器170与多道比较器140、控制器110均电连接，数字模拟转换器170被配置为响应控制器110的控制输出对应的电压值至多道比较器140，以设置预设的阈值的大小。

预设的阈值包括第一阈值和第二阈值，分别用于甄别α波和β波。数字模拟转换器170包括第一数字模拟转换器(图未示)和第二数字模拟转换器(图未示)，第一数字模拟转换器与每个多道比较器140均电连接，第二数字模拟转换器与每个多道比较器140均电连接，第一数字模拟转换器被配置为设置第一阈值的大小，第二数字模拟转换器被配置为设置第二阈值的大小。

综上所述，本发明实施例提供了一种α/β表面污染阵列探测器及探测系统，该α/β表面污染阵列探测器包括控制器、电机驱动电路、计数器、多道比较器、高压模块及多个探测器单元。每个探测器单元包括直线电机及依次电性连接的前放电路、光电倍增管及α/β复合探测器，α/β复合探测器的探头设置在直线电机的伸缩机构上，可随伸缩机构的运动而运动，电机驱动电路与直线电机、控制器均电连接，多道比较器与前放电路、计数器均电连接，高压模块与光电倍增管、控制器均电连接，控制器还与计数器电连接。本发明实施例通过设置多个α/β复合探测器，控制器通过电机驱动电路和直线电机来控制每个α/β复合探测器的探头的伸缩距离，从而达到多点测量以及精准测量的目的，操作方便。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (9)

1.一种α/β表面污染阵列探测器，其特征在于，包括控制器、电机驱动电路、计数器、多道比较器、高压模块及多个探测器单元，每个所述探测器单元包括直线电机及依次电性连接的前放电路、光电倍增管及α/β复合探测器，所述α/β复合探测器的探头设置在所述直线电机的伸缩机构上，可随所述伸缩机构的运动而运动，所述电机驱动电路与所述直线电机、控制器均电连接，所述多道比较器与所述前放电路、计数器均电连接，所述高压模块与所述光电倍增管、控制器均电连接，所述控制器还与所述计数器电连接，

所述α/β复合探测器被配置为吸收物体表面的α/β射线，产生光电子；

所述光电倍增管被配置为将所述光电子转换为电脉冲，并输出至所述前放电路；

所述前放电路被配置为将所述电脉冲进行放大并将放大后的电脉冲发送至所述多道比较器；

所述多道比较器被配置为将所述电脉冲与预设的阈值进行比较，以甄别α波或β波并将所述电脉冲发送至所述计数器；

所述计数器被配置为对所述电脉冲中表征的α波和β波分别进行计数，并将计数结果发送至所述控制器；

所述控制器被配置为将所述计数结果发送至一上位机进行归纳统计；

所述高压模块被配置为响应所述控制器的控制输出电压至所述光电倍增管以控制所述光电倍增管的转换放大倍数；

所述控制器被配置为响应所述上位机发送的调节信号，向所述电机驱动电路发送驱动信号；

所述电机驱动电路被配置为响应所述驱动信号，控制对应的所述直线电机伸缩以带动对应的α/β复合探测器的探头运动；

所述多个直线电机排列呈M行N列的矩阵，M>0，N>0，所述电机驱动电路包括第一继电器模块和第二继电器模块，所述第一继电器模块和所述第二继电器模块均与所述控制器电连接，所述第一继电器模块和第二继电器模块均包括多个继电器，所述第一继电器模块中的多个继电器中M个继电器与所述多个直线电机中的每行直线电机的正极一一对应连接，所述第二继电器模块中的多个继电器中N个继电器与所述多个直线电机中的每列直线电机的负极一一对应连接。

2.根据权利要求1所述的α/β表面污染阵列探测器，其特征在于，所述前放电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容及运算放大器，所述运算放大器的反相输入引脚依次通过所述第一电容、第一电阻、第二电容与所述光电倍增管的输出端连接，所述反相输入引脚通过所述第二电阻接地，所述反相输入引脚分别通过所述第三电阻、所述第三电容与所述运算放大器的输出引脚连接，所述运算放大器的同相输入引脚通过所述第四电阻接地，所述运算放大器的第一电源引脚通过所述第五电阻与正向电压连接，所述运算放大器的第二电源引脚通过所述第六电阻与负向电压连接，所述输出引脚依次通过所述第四电容、所述第五电容与所述多道比较器连接，所述第四电容通过所述第七电阻接地，所述第五电容通过所述第八电阻接地。

3.根据权利要求2所述的α/β表面污染阵列探测器，其特征在于，所述前放电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括第九电阻、第十电阻、第六电容、第七电容，所述第九电阻的一端与所述高压模块连接，所述第九电阻的另一端通过所述第十电阻与所述光电倍增管的输出端连接，所述第九电阻的一端通过第六电容接地，所述第十电阻通过所述第七电容接地。

4.根据权利要求2所述的α/β表面污染阵列探测器，其特征在于，所述前放电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极与所述运算放大器的反相输入引脚和所述第一电阻连接，所述第一二极管的负极接地，所述第二二极管的负极与所述运算放大器的反相输入引脚和所述第一电阻连接，所述第二二极管的正极接地。

5.根据权利要求1所述的α/β表面污染阵列探测器，其特征在于，所述多道比较器的个数为所述探测器单元的个数的一半，每个所述多道比较器包括四个电压比较器，每个所述多道比较器中的两个电压比较器的输入引脚与一个所述前放电路的输出端电连接。

6.根据权利要求5所述的α/β表面污染阵列探测器，其特征在于，还包括数字模拟转换器，所述数字模拟转换器与所述多道比较器、控制器均电连接，所述数字模拟转换器被配置为响应所述控制器的控制输出对应的电压值至所述多道比较器，以设置所述预设的阈值的大小。

7.根据权利要求6所述的α/β表面污染阵列探测器，其特征在于，所述预设的阈值包括第一阈值和第二阈值，所述数字模拟转换器包括第一数字模拟转换器和第二数字模拟转换器，所述第一数字模拟转换器与每个所述多道比较器均电连接，所述第二数字模拟转换器与每个所述多道比较器均电连接，所述第一数字模拟转换器被配置为设置所述第一阈值的大小，所述第二数字模拟转换器被配置为设置所述第二阈值的大小。

8.根据权利要求5所述的α/β表面污染阵列探测器，其特征在于，所述计数器为现场可编程逻辑门阵列。

9.一种α/β表面污染探测系统，其特征在于，包括上位机和权利要求1-8任一所述的α/β表面污染阵列探测器，所述α/β表面污染阵列探测器与所述上位机通信连接。