CN107703534A - 伽马射线传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伽马射线传感器，包括第一壳体，第二壳体以及闪烁晶体组件，所述第一壳体与第二壳体组合形成一收纳空间，闪烁晶体组件设置于所述收纳空间内，其中所述闪烁晶体组件包括：闪烁晶体单元、脉冲放大器与固定架，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器电性连接，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器设置于固定架上。本发明公开的伽马射线传感器具有结构简单、体积小、成本低等优点。

Description

伽马射线传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种伽马射线传感器。

背景技术

电离辐射是指一切能引起物质电离的辐射总称，其种类很多，如高速带电粒子有α粒子、β粒子、质子，以及不带电粒子有中子、X射线、γ射线。常见的电离辐射包括：医院的透射仪，实验室能谱仪，家庭装修所用的矿物质大理石，工业用各种放射源，核工业废料，接受放射治疗的病人，核电站，以及来自宇宙的射线，以上所述的电离辐射主要是指穿透力强、危害大的中子、X射线、γ射线辐射。电离辐射能够导致细胞的损伤,特别是DNA的损伤，增加致癌可能性，当损伤发生在性腺生殖细胞,则可能将错误的遗传信息传递给后代而引起遗传效应。尤其孕妇，儿童，老人更需要远离电离辐射，因此开发一款便携式低成本的电离辐射探测器，以方便人们在日常生活中及时得知所处环境是否存在电离辐射，显得尤为重要。

目前，探测中子、X射线、γ射线辐射的传感器主要有盖格计数、半导体计数。盖格计数器的盖格计数管体积较大，而且需要额外提供一个几百伏甚至上千伏的高压电源，实现这一个高压电源需要占用较大的空间且有安全隐患，且不适用于可穿戴便携式电离辐射探测器；半导体计数成本高昂，适合在高端能谱分析仪器使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种结构简单、体积小、成本低的伽马射线传感器，包括第一壳体，第二壳体以及闪烁晶体组件，所述第一壳体与第二壳体组合形成一收纳空间，闪烁晶体组件设置于所述收纳空间内，其中所述闪烁晶体组件包括：闪烁晶体单元、脉冲放大器与固定架，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器电性连接，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器设置于固定架上。

优选地，所述闪烁晶体单元设置有遮光层，所述遮光层包覆闪烁晶体，仅保留闪烁晶体的一个出光面；以及光电转换单元，所述光电转换单元与所述出光面耦合设置。

优选地，所述脉冲放大器设置在PCB上，所述PCB设置在所述固定架上。

优选地，所述固定架包括第一固定架与第二固定架，所述闪烁晶体单元设置于第一固定架上，所述PCB设置于第二固定架上。

优选地，所述第一壳体与第二壳体的材质为具有高磁导率的合金或金属。

优选地，所述第一壳体与第二壳体的材质为无取向硅钢片或铁氧体。

优选地，所述遮光层为二氧化钛层。

优选地，所述闪烁晶体为长方体或正方体结构。

优选地，所述光电转换单元为硅光电二极管。

优选地，所述第一壳体与第二壳体的内侧和外侧均具有抗氧化的镀膜或者内侧和外侧至少其中之一具有抗氧化的镀膜。

本发明公开的伽马射线传感器主要通过闪烁晶体、光电转化单元以及脉冲放大器组成，具有结构简单，体积小，成本低等优点，适合便携式电离辐射检测设备使用。

附图说明

图1为本发明伽马射线传感器的整体示意图；

图2为本发明伽马射线传感器的爆炸示意图；

图3为本发明原理示意图；

图4为本发明闪烁晶体组件示意图；

图5为本发明第一固定架与第二固定架装配图；

图6为本发明第二固定架与PCB装配图；

图7为本发明第二固定架结构示意图；

图8为本发明第一固定架结构示意图；

图9为本发明第一固定架结构另一视角示意图；

图10为本发明闪烁晶体单元立体结构示意图；

图11为本发明闪烁晶体单元部分示意；

图12为图10中立体结构的主视图；

图13为图12的A-A’剖视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如附图1至13所示，本发明公开了一种伽马射线传感器100，其包括第一壳体110，第二壳体120以及闪烁晶体组件130，所述第一壳体110与第二壳体120组合形成一收纳空间，闪烁晶体组件130设置于所述收纳空间内，其中所述闪烁晶体组件130还包括：闪烁晶体单元、脉冲放大器138与固定架，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器138电性连接，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器设置于固定架上。

进一步地，上述闪烁晶体单元还包括：遮光层131、闪烁晶体136以及光电转换单元132，所述遮光层131包覆闪烁晶体136，但保留闪烁晶体136的一个出光面1361，且所述光电转换单元132与所述出光面1361耦合设置，再通过若干导线139A将脉冲放大器138与光电转换单元132电连接，具体而言是将脉冲放大器138与光电转换单元132的导电引脚1321电连接。

通过本发明所述的伽马射线传感器结构，可以实现将伽马射线转化为可检测的电信号的功能。当有伽马射线照射时，闪烁晶体组件130将伽马射线转化为不规则的电流脉冲信号输出给与之电性连接的脉冲放大器138，进而通过脉冲放大器138将捕获的不规则的电流脉冲信号转化为不规则的电压脉冲信号，再通过导线139B输出给外部电路（未图示，即在实际使用伽马射线传感器时与伽马射线传感器电连接的电路）。详言之，即所述闪烁晶体单元将伽马射线转化为光，由于遮光层131的作用，光经过若干次反射后通过闪烁晶体136的出光面1361射出，此时与所述出光面1361耦合设置的光电转换单元132将接收到的光转化为不规则的电流脉冲信号，再将电流脉冲信号输出给与之电性连接的脉冲放大器138，进而将捕获的不规则的电流脉冲信号转化为不规则的电压脉冲信号并输出给外部电路。其中，所述脉冲放大器138由低噪声、高跨导的结型场效应管BF862和运算放大器AD8542组成，通过脉冲放大器138把电荷信号转换为电压幅度输出, 并实现放大的功能。由于结型场效应管BF862将电流转化为电压，及通过运算放大器AD8542将电压放大输出是成熟的现有技术在此不做赘述。

此外，本发明所述的所述第一壳体110与第二壳体120的材质为具有高磁导率的合金或金属，优选无取向硅钢片或铁氧体，以避免外部静磁场的干扰。

另外，所述第一壳体110与第二壳体120的内侧和外侧均设置有抗氧化的镀膜，或者内侧和外侧至少其中之一设置有抗氧化的镀膜。如是单层镀膜则优选金镀膜，如是两层或两层以上金属镀膜组合，则优选先镀铜膜后镀镍膜，铜镀膜可屏蔽低能电磁波，以减少外部干扰，镀镍膜则具有良好的抗氧化作用，防止被腐蚀，进而确保所述第一壳体110与第二壳体120接缝处长时间紧密接触，并可减小接触阻抗，提高使用效果。

进一步地，所述第一壳体110多个侧面上设置有多个固定结构112，以及多个与所述固定结构112边沿处向外弯折结构111，且所述相邻弯折结构111之间设置有一定的间隙，形成波浪结构或锯齿结构或方波结构，该结构可以减少第一壳体110与第二壳体120装配时产生的应力，防止第一壳体110与第二壳体120装配不牢固或多次装配后配合松脱。

另外，本发明所述的遮光层131材质为对于光具有高反射功能的金属或者合金，优选铝或者二氧化钛。所述光电转换单元为光电二极管，优选硅光电二极管。需说明的是，所述光电转换单元与所述出光面1361通过透明导光硅胶137实现耦合，以避免闪烁晶体潮解，并确保二者达到最小的接触间隙，以减小光路损耗，提高转化效率。

本发明所述的闪烁晶体为长方体或正方体结构，以确保伽马射线转化的可见光在遮光层的作用下光路简单，经过若干次反射后即可从出光面1361射出，当然也可以选择其他立体结构的闪烁晶体实现同样效果。此外，所述闪烁晶体优选碘化铯或碘化铊。

本发明所述的脉冲放大器138的若干导线139B外侧均设置有绝缘层150，所述绝缘层采用钛酸铅陶瓷，除实现导线139B与壳体之间保持绝缘外，还具有铁磁性，实现全屏蔽，且所述具有绝缘层150的导线139B通过固定片结构140固定在所述第一壳体110上。

本发明所述的固定架包括第一固定架133与第二固定架134，所述闪烁晶体单元设置于第一固定架133上，所述脉冲放大器138设置在PCB135上并固定在第二固定架134上。

下面结合图4至图13所示，对本发明所述的闪烁晶体组件130予以详细说明。从图4至图7中所示内容可知，闪烁晶体组件130是由第一固定架133与第二固定架134相配合形成上下两层的容纳空间，闪烁晶体单元设置于第一固定架133上方的容纳空间，所述脉冲放大器138设置在PCB135上并固定在第一固定架133与第二固定架134形成的下部空间中。

如图7所示，第二固定架134为第一侧面1342、第二侧面1344以及第三侧面1343构成的凹槽结构，所述凹槽结构用于收纳第一固定架133。其中，所述第一侧面1342与第二侧面1344相对设置， 且第一侧面1342、第二侧面1344均设置有多个突起134A、134B、134C，以及多个卡合结构1341，所述突起134A、134B、134C设置在第二固定架134内侧，为便于开模及增强固定力，所述多个突起结构优选半圆形，所述突起134A、134B为相对设置的半圆形，即突起134A、134B组合在一起可以形成一个圆形或椭圆形，所述突起134C与134B结构相似，但是设置在卡合结构1341上。

如图8-图9所示，本发明第一固定架133的结构示意图，所述第一固定架133上设置有多个与所述卡合结构1341相卡合的缺口1336，以及用于固定所述闪烁晶体单元中的光电转换单元132的卡口1335，以及第一固定筋1331和第二固定筋1332，以及一信号线孔1333，以及用于收纳闪烁晶体单元的支撑面1334。

如图6所示，设置有脉冲放大器138的PCB135通过多个突起134A、134B固定在第二固定架134下部，

如图5所示，第一固定架133通过多个缺口1336与第二固定架134上的多个卡合结构1341相卡合，并通过第一固定筋1331和第二固定筋1332固定，为防止第一固定架133上下移动，通过多个突起134C固定第一固定架133。

须说明的是，所述第一固定架遮光层为金属膜或者合金膜133遮光层为金属膜或者合金膜与第二固定架遮光层为金属膜或者合金膜134遮光层为金属膜或者合金膜的材质均具高磁导率的合金或金属，且在其内侧和外侧均设置有抗氧化镀膜或者内侧和外侧至少其中之一具有抗氧化的镀膜。优选地，所述具高磁导率的合金或金属可以是无取向硅钢片或铁氧体，以达到屏蔽静磁场的效果。所述抗氧化镀膜优选金（AU）镀膜，或者在所述具高磁导率的合金或金属内侧和外侧分别镀至少一层铜膜与一层镍膜，且以所述铜膜为底，铜膜上再镀镍膜，以实现全屏蔽效果。

本发明选择碘化铯作为闪烁晶体，采用滨松公司S5106系列的硅光电二极管作为光电转换单元对本发明的原理进行详细介绍。由于S5106系列硅光电二极管灵敏度0.72A/W,最大暗电流5000pA，结电容40pF，最大截止频率20MHz，保证了整个体统能有足够的分辨率和灵敏度。而碘化铯或碘化铊闪烁晶体的峰值波长在550nm，最为接近S5106的峰值响应波长，因此用碘化铯或碘化铊能有效的和硅光电二极管S5106匹配，实现较佳的伽马射线识别效果。

综上所述，本发明公开的伽马射线传感器具有结构简单，体积小，成本低等优点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种伽马射线传感器，包括第一壳体（110），第二壳体（120）以及闪烁晶体组件（130），所述第一壳体（110）与第二壳体（120）组合形成一收纳空间，闪烁晶体组件（130）设置于所述收纳空间内，其特征在于，所述闪烁晶体组件（130）包括：闪烁晶体单元、脉冲放大器（138）与固定架，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器（138）电性连接，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器设置于固定架上。

2.根据权利要求1所述的伽马射线传感器，其特征在于：所述闪烁晶体单元设置有遮光层（131），所述遮光层（131）包覆闪烁晶体（136），仅保留闪烁晶体的一个出光面（1361）；以及光电转换单元（132），所述光电转换单元（132）与所述出光面（1361）耦合设置。

3.根据权利要求1所述的伽马射线传感器，其特征在于：所述脉冲放大器设置在PCB（135）上，所述PCB（135）设置在所述固定架上。

4.根据权利要求3所述的伽马射线传感器，其特征在于：所述固定架包括第一固定架（133）与第二固定架（134），所述闪烁晶体单元设置于第一固定架（133）上，所述PCB（135）设置于第二固定架（134）上。

5.根据权利要求1所述的伽马射线传感器，其特征在于：所述第一壳体（110）与第二壳体（120）的材质为具有高磁导率的合金或金属。

6.根据权利要求5所述的伽马射线传感器，其特征在于：所述第一壳体（110）与第二壳体（120）的材质为无取向硅钢片或铁氧体。

7.根据权利要求2所述的伽马射线传感器，其特征在于：所述遮光层（131）为二氧化钛层。

8.根据权利要求2所述的伽马射线传感器，其特征在于：所述闪烁晶体（136）为长方体或正方体结构。

9.根据权利要求2所述的伽马射线传感器，其特征在于：所述光电转换单元（132）为硅光电二极管。

10.根据权利要求1至9任一权利要求所述的伽马射线传感器，其特征在于：所述第一壳体（110）与第二壳体（120）的内侧和外侧均具有抗氧化的镀膜或者内侧和外侧至少其中之一具有抗氧化的镀膜。