CN107153213A - 高量程射线快速测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高量程射线快速测量装置及其测量方法，该测量装置具有依次串联电连接的一主探测器、一运放单元、一模数转换单元和一控制单元，所述主探测器具有一塑料闪烁体，所述主探测器具有至少一与所述塑料闪烁体的射线入射端紧贴固定的能量补偿片；所述能量补偿片具有一采用亚克力光导材料制成的基材主体，和一采用硫化锌喷涂在所述基材主体外表面的外涂层。本发明的高量程射线快速测量装置提供一种测量射线种类多，能够提高测量量程及100keV以下的低能射线能量响应时间的高量程射线快速测量装置。

Description

高量程射线快速测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及高量程射线快速测量技术领域，尤其涉及一种高量程射线快速测量装置及其测量方法。

背景技术

目前，医院的X光机与工业探伤的X光机都是采用的高剂量短时曝光的技术对被测对象进行成像。其中，X光机的曝光时间为20ms～5s，能量在100keV以下。现有技术中，大部分是采用盖革米勒探测器、电离室探测器、碘化铯探测器、半导体探测器、碘化钠探测器或塑料闪烁体探测器等探测器对X、γ、β射线进行测量，而这些探测器的测量时间都在200ms以上，因此根本无法完成对低于200ms的快速脉冲进行测量。

如图1所示，塑料闪烁体探测器主要由塑料闪烁体11、光电倍增管13、运放单元20(电压敏感运算放大器或电荷敏感运算放大器)、模数转换单元30和控制单元(CPU)40。光电倍增管13打拿极的阴极经由耐高压导线与高压连接，阳极经由屏蔽线与运放单元20连接。工作原理为：上电后，光子打到塑料闪烁体上使闪烁体发光，产生的光子再经由光电倍增管收集并放大产生电信号，经过电压灵敏运算放大器或电荷敏感运算放大器后，接入模数转换单元30将模拟信号转换为数字信号，再将数字信号传输给CPU 40的计数器，完成整个测量过程。其中，塑料闪烁体11只能对X、γ、β脉冲射线进行测量，但不能实现对α脉冲射线的测量。同时，由于塑料闪烁体11的发光方式采用康普顿散射式，如若塑料闪烁体探测器的运放单元20单独采用电压灵敏运算放大器，则该测量设备的低能能量响应比较差，无法满足检定规程的要求；如若塑料闪烁体探测器的运放单元20单独采用电荷灵敏运算放大器，测量设备的测量速度慢，且测量量程比较低，无法满足对快速高剂量脉冲射线进行测量。

发明内容

本发明针对现有技术的射线探测器存在测量射线种类少、测量量程较低，低能能量响应比较差等缺陷，目的在于提供一种测量射线种类多，能够提高测量量程及100keV以下的低能射线能量响应时间的高量程射线快速测量装置。

实现上述目的的技术方案是：

本发明的高量程射线快速测量装置，具有依次串联连接的一主探测器、一运放单元、一模数转换单元和一控制单元，所述主探测器具有一塑料闪烁体，其特征在于，

所述主探测器具有至少一与所述塑料闪烁体的射线入射端紧贴固定的能量补偿片；

所述能量补偿片具有一采用亚克力或高导光率硅胶光导材料制成的基材主体，和一采用硫化锌喷涂在所述基材主体外表面的外涂层。所述运放单元具有一与所述主探测器电连接的电压灵敏运算放大器，和一与所述主探测器电连接且与所述电压灵敏运算放大器并联电连接的电荷灵敏运算放大器。

所述控制单元具有一与所述电压灵敏运算放大器配合作用的第一计数器、一与所述电荷灵敏运算放大器配合作用的第二计数器，和一将所述第一计数器和所述第二计数器的频率数值进行比较的频率选择计数器。

所述模数转换单元具有一串联电连接在所述电压灵敏运算放大器和所述控制单元之间的第一模数转换器，和一串联电连接在所述电荷灵敏运算放大器和所述控制单元之间的第二模数转换器。

所述主探测器还具有一串联电连接在所述塑料闪烁体和所述运放单元之间的光电倍增管。

所述测量装置具有一多级输出高压电源，所述多级输出高压电源与所述光电倍增管打拿极的阴极经由耐高压导线电连接，所述光电倍增管的阳极经由屏蔽线与所述运放单元连接。

所述塑料闪烁体为衰减时间为4ns的塑料闪烁体。

本发明的高量程射线快速测量装置的测量方法，该方法包括：

步骤一，将能量补偿片紧贴固定在塑料闪烁体的射线入射端，将X、γ、β射线的粒子打到具有能量补偿片的主探测器的塑料闪烁体上，产生光子。

一较佳实施例中，该方法还包括：

步骤二，将产生的光子传递给主探测器的光电倍增管，收集光子并放大，产生电信号；

步骤三，通过控制单元的第一计数器和第二计数器自动判断被测射线频率，并通过频率选择计数器选择测量模式，并自动控制光电倍增管打拿极的阴极连接的多级输出高压电源的电压值。当采集的射线频率小于200ms时，控制单元控制运放单元的电压灵敏运算放大器进行采集脉冲式射线及脉冲射线强度；当采集的射线频率大于或等于200ms时，控制单元控制运放单元的电荷灵敏运算放大器进行采集脉冲式射线及脉冲射线强度。

一较佳实施例中，该方法还包括：

步骤四，将经由运放单元处理后的模拟信号传输给模数转换单元，通过模数转换单元设置的不同的比较阈值，将α射线的信号与X、γ、β射线的信号进行区分，同时，经由模数转换单元将模拟信号转化成数字信号，并传输给控制单元。

本发明的积极进步效果在于：

1)通过将能量补偿片与塑料闪烁体紧贴固定，提高了对能量低于100keV的低能射线能量响应，对高能射线不敏感，同时又能实现测量α粒子，解决现有的塑料闪烁体探测器只能测量X、γ、β射线的缺陷，降低成本同时提高使用性能；

2)光电倍增管打拿极的阴极与多级输出高压电源连接，阳极信号直接与运放单元连接，实现对模拟型号采集，其中，与光电倍增管打拿极的阴极连接的多级输出高压电源可通过CPU自动控制改变多级输出高压电源的高压值，提高射线测量量程；

3)运放单元同时设有电压灵敏运算放大器和电荷灵敏运算放大器，根据第一计数器、第二计数器以及频率选择计数器，实现自动切换测量方式，解决了现有技术中对低于200ms的快速脉冲无法进行测量测量速度慢，且测量量程比较低的问题，其中，采样处理速度即X光机的曝光频率提升到30ns；

4)测量装备增加了专家模式功能，可在快速脉冲模式下进行计量溯源，测量结果更准确，同时增加了蓝牙通讯功能，可以通过APP完成读取数据信息或设置工作参数等操作。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为现有的塑料闪烁体探测器的原理结构示意图；

图2为本发明的高量程射线快速测量装置的原理结构示意图。

具体实施方式

下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

如图2所示，为本实施例的高量程射线快速测量装置。本实施例的高量程射线快速测量装置依次串联电连接有主探测器10、运放单元20、模数转换单元30、控制单元40和多级输出高压电源50。一优选实施例中，控制单元40为200M高速CPU。

主探测器10具有塑料闪烁体11、至少一与塑料闪烁体11紧贴固定的能量补偿片12，和串联电连接在塑料闪烁体11和运放单元20之间的光电倍增管13。一实施例中，塑料闪烁体11为衰减时间为4ns的塑料闪烁体。测量装置具有一能量补偿片12。能量补偿片12用于对塑料闪烁体11进行能量补偿。能量补偿片12具有基材主体121和喷涂在基材主体121外表面的外涂层122，基材主体121采用亚克力光导材料等制成，外涂层122采用硫化锌等。能量补偿片12实现提高能量低于100keV的低能射线的能量响应，对高能射线不敏感，同时又能实现对α粒子进行测量，解决现有的塑料闪烁体探测器只能测量X、γ、β射线的缺陷。光电倍增管13打拿极的阴极经由耐高压导线与多级输出高压电源50连接，阳极经由屏蔽线与运放单元20连接。光电倍增管13打拿极的阴极连接的多级输出高压电源50的电压值由控制单元40控制调节，提高射线测量量程。

运放单元20具有与主探测器10的光电倍增管13的阳极电连接的电压灵敏运算放大器21，和与主探测器10的光电倍增管13的阳极电连接且与电压灵敏运算放大器21并联连接的电荷灵敏运算放大器22。高带宽的电压灵敏运算放大器21用于采集小于200ms的脉冲式射线和采集脉冲射线强度，高输入阻抗的电荷灵敏运算放大器22用于采集大于或等于200ms的脉冲式射线和采集脉冲射线强度。

模数转换单元30具有串联电连接在电压灵敏运算放大器21和控制单元40之间的第一模数转换器31，和串联电连接在电荷灵敏运算放大器22和控制单元40之间的第二模数转换器32。设置模数转换器31或第二模数转换器32的不同比较阈值，分别将α射线的信号与X、γ、β射线的信号通过区分，同时将输入的模拟信号转化成响应的数字信号输出，并提供给控制单元40完成整个测量过程。

控制单元40具有与电压灵敏运算放大器21配合作用的第一计数器41、与电荷灵敏运算放大器22配合作用的第二计数器42，和用于将第一计数器41和第二计数器42的频率数值进行比较的频率选择计数器43，根据频率选择计数器实现自动切换量程。控制单元40接收模数转换单元30传输的数字信号，将测量的数据进行计算并输出给显示器。

同时测量装置还增加了专家模式功能，可在快速脉冲模式下进行计量溯源，测量结果更准确，同时增加了蓝牙通讯功能，可以通过APP完成读取数据信息或设置工作参数等操作。

本发明的高量程射线快速测量装置的测量方法，包括：

步骤一，将能量补偿片12紧贴固定在塑料闪烁体11的射线入射端，测量装置上电，将X、γ、β射线的粒子打到主探测器10的塑料闪烁体11上，产生光子；

步骤二，将产生的光子传递给主探测器10的光电倍增管13，将光子收集并放大，产生电信号；

步骤三，通过控制单元40的第一计数器41和第二计数器42自动判断被测射线频率，并通过频率选择计数器43选择测量模式，并自动控制光电倍增管13打拿极的阴极连接的多级输出高压电源50的电压值；当采集的射线频率小于200ms时，控制单元40控制运放单元20的电压灵敏运算放大器21进行采集脉冲式射线及脉冲射线强度；当采集的射线频率大于或等于200ms时，控制单元40控制运放单元20的电荷灵敏运算放大器22进行采集脉冲式射线及脉冲射线强度；

步骤四，将经由运放单元20处理后的模拟信号传输给模数转换单元30，通过模数转换单元30设置的不同的比较阈值，将α射线的信号与X、γ、β射线的信号进行区分，同时，经由模数转换单元30将模拟信号转化成数字信号，并传输给控制单元40。

以上详细描述了本发明的各较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高量程射线快速测量装置，具有依次串联连接的一主探测器、一运放单元、一模数转换单元和一控制单元，所述主探测器具有一塑料闪烁体，其特征在于，

所述主探测器具有至少一与所述塑料闪烁体的射线入射端紧贴固定的能量补偿片；

所述能量补偿片具有一采用亚克力或高导光率硅胶光导材料制成的基材主体，和一采用硫化锌喷涂在所述基材主体外表面的外涂层。

2.如权利要求1所述的高量程射线快速测量装置，其特征在于，所述运放单元具有一与所述主探测器电连接的电压灵敏运算放大器，和一与所述主探测器电连接且与所述电压灵敏运算放大器并联电连接的电荷灵敏运算放大器。

3.如权利要求2所述的高量程射线快速测量装置，其特征在于，所述控制单元具有一与所述电压灵敏运算放大器配合作用的第一计数器、一与所述电荷灵敏运算放大器配合作用的第二计数器，和一将所述第一计数器和所述第二计数器的频率数值进行比较的频率选择计数器。

4.如权利要求2所述的高量程射线快速测量装置，其特征在于，所述模数转换单元具有一串联电连接在所述电压灵敏运算放大器和所述控制单元之间的第一模数转换器，和一串联电连接在所述电荷灵敏运算放大器和所述控制单元之间的第二模数转换器。

5.如权利要求1所述的高量程射线快速测量装置，其特征在于，所述主探测器还具有一串联电连接在所述塑料闪烁体和所述运放单元之间的光电倍增管。

6.如权利要求5所述的高量程射线快速测量装置，其特征在于，所述测量装置具有一多级输出高压电源，所述多级输出高压电源与所述光电倍增管打拿极的阴极经由耐高压导线电连接，所述光电倍增管的阳极经由屏蔽线与所述运放单元连接。

7.如权利要求1所述的高量程射线快速测量装置，其特征在于，所述塑料闪烁体为衰减时间为4ns的塑料闪烁体。

8.一种权利要求1所述的高量程射线快速测量装置的测量方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一，将能量补偿片紧贴固定在塑料闪烁体的射线入射端，将X、γ、β射线的粒子打到具有能量补偿片的主探测器的塑料闪烁体上，产生光子。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

步骤二，将产生的光子传递给主探测器的光电倍增管，收集光子并放大，产生电信号；

步骤三，通过控制单元的第一计数器和第二计数器自动计算被测射线频率，并通过频率选择计数器选择测量模式，并自动控制光电倍增管打拿极的阴极连接的多级输出高压电源的电压值。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

步骤四，将经由运放单元处理后的模拟信号传输给模数转换单元，通过模数转换单元设置的不同的比较阈值，将α射线的信号与X、γ、β射线的信号进行区分，同时，经由模数转换单元将模拟信号转化成数字信号，并传输给控制单元。