CN108459339A - 一种便携式辐射剂量仪及剂量监控设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式辐射剂量仪及剂量监控设备，属于放射性检测仪器技术领域。该便携式辐射剂量仪包括：CZT探测器、信号处理系统和屏蔽罩。CZT探测器与信号处理系统耦合，CZT探测器和信号处理系统均设置于所述屏蔽罩内，信号处理系统用于对CZT探测器输出的电信号进行放大、成形、筛选处理后输出，屏蔽罩由金属材料制成。采用了CZT探测器，从而保证了出色的探测效率。加之，采用信号处理系统对所述CZT探测器输出的电信号进行放大、成形、筛选处理，从而可以改变输出信号的幅值、脉宽等，以提高便携式辐射剂量仪及剂量监控设备的剂量线性。该屏蔽罩可以避免CZT探测器和信号处理系统受到外界电磁信号的干扰，以提高辐射剂量率的准确性。

Description

一种便携式辐射剂量仪及剂量监控设备

技术领域

本发明属于放射性检测仪器技术领域，具体涉及一种便携式辐射剂量仪及剂量监控设备。

背景技术

人们在广泛利用核能和核技术的同时也面临着特殊的人身安全和环境安全等问题。因此，在核技术应用中要确保公众和周围生态环境的安全就需要环境级的剂量率仪对周围的环境辐射剂量进行实时监测。

当前市场上主要的剂量仪的探头部分主要为G－M管和硅二极管，由于G－M管死时间较大以及对γ射线的探测效率较低，同时硅二极管的角响应较差以及其对γ射线的探测效率偏低等原因，使得这两种类型的个人剂量仪的应用受到较大的限制。而新型的CZT半导体探测器的剂量仪可以弥补G－M管和硅二极管探测效率低以及死时间大的缺陷。因此基于CZT半导体探测器的剂量率仪是一种较为理想的X、γ剂量率仪。

虽然CZT半导体探测器的X、γ剂量率仪是一种较为理想的剂量检测设备，但是目前国内市场上尚无基于CZT半导体探测器的该类检测设备，其中一个较大的技术难点就是如何设计一种高灵敏、宽量程和小体积的CZT半导体探测器计数模块。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种便携式辐射剂量仪及剂量监控设备，以有效地改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供了一种便携式辐射剂量仪，包括：CZT探测器、信号处理系统和屏蔽罩。所述CZT探测器与所述信号处理系统耦合，所述CZT探测器和所述信号处理系统均设置于所述屏蔽罩内，所述信号处理系统用于对所述CZT探测器输出的电信号进行放大、成形、筛选处理后输出，所述屏蔽罩由金属材料制成。

在本发明较佳的实施例中，所述信号处理系统包括：前置放大模块、预处理模块和比较模块，所述CZT探测器、所述前置放大模块、所述预处理模块和所述比较模块依次耦合；所述前置放大模块用于将接收到的所述CZT探测器输出的电信号进行放大处理后输出给所述预处理模块；所述预处理模块用于将所述前置放大模块输出的电信号进行成形、放大处理后输出给比较模块；所述比较模块用于将所述预处理模块输出的电信号中的符合预设标准的信号输出给外部设备进行处理。

在本发明较佳的实施例中，所述前置放大模块包括：MOS管和第一放大器，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏级分别与所述第一放大器的第一输入端和第二输入端耦合，所述MOS管的栅极分别与所述CZT探测器和所述第一放大器的输出端耦合，所述第一放大器的输出端还与所述预处理模块耦合。

在本发明较佳的实施例中，所述预处理模块包括：微分电路和放大电路，所述微分电路分别与所述前置放大模块和所述放大电路耦合，所述放大电路与所述比较模块耦合；所述微分电路用于将所述前置放大模块输出的电信号进行成形处理后输出给所述放大电路；所述放大电路用于将所述微分电路输出的电信号进行放大处理后输出给比较模块。

在本发明较佳的实施例中，所述微分电路为CR微分电路。

在本发明较佳的实施例中，所述放大电路包括：第二放大器，所述第二放大器的第一输入端与所述微分电路耦合，所述第二放大器的第二输入端与其输出端耦合，所述第二放大器的输出端与所述比较模块耦合，所述第二放大器的第二输入端还接地。

在本发明较佳的实施例中，所述比较模块包括：比较器，所述比较器的第一输入端与参考电压耦合，所述比较器的第二输入端与所述预处理模块耦合，所述比较器的输出端用于与所述外部设备耦合。

在本发明较佳的实施例中，所述屏蔽罩设置有通信端口，所述通信端口与所述信号处理系统耦合。

在本发明较佳的实施例中，所述CZT探测器的长宽厚尺寸小于等于20mmX20mmX10mm。

本发明实施例还提供了一种剂量监控设备，包括：控制终端和上述的便携式辐射剂量仪，所述控制终端与所述便携式辐射剂量仪中的信号处理系统耦合。

本发明实施例提供了一种便携式辐射剂量仪及剂量监控设备，与现有技术相比，该便携式辐射剂量仪包括：CZT探测器、信号处理系统和屏蔽罩。由于该CZT探测器具有较高的原子序数，因而探测材料的厚度可以达到厘米量级，从而保证了其出色的探测效率，此外，还具有能量分辨率高、灵敏度高、体积小、重量轻等特点。加之，采用信号处理系统对所述CZT探测器输出的电信号进行放大、成形、筛选处理，从而可以改变输出信号的幅值、脉宽等，以提高便携式辐射剂量仪及剂量监控设备的剂量线性。该屏蔽罩不仅可以保护置于其内的CZT探测器和信号处理系统，避免其损坏，以延长使用寿命；而且还可以避免CZT探测器和信号处理系统受到外界电磁信号的干扰，以提高辐射剂量率的准确性。此外，本发明还具备：探测效率好、灵敏度高、体积小、抗干扰能力强等优点。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种便携式辐射剂量仪的结构示意图。

图2示出了本发明实施例提供的图1中的信号处理系统的结构框图。

图3示出了本发明实施例提供的图2中的前置放大模块的电路原理图。

图4示出了本发明实施例提供的图2中的预处理模块的电路原理图。

图5示出了本发明实施例提供的图2中的比较模块的电路原理图。

图6示出了本发明实施例提供的剂量监控设备的结构框图。

图标：10－便携式辐射剂量仪；11－屏蔽罩；13－CZT探测器；15－信号处理系统；151－前置放大模块；152－预处理模块；1521－微分电路；1522－放大电路；153－比较模块；20－剂量监控设备；21－控制终端。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种便携式辐射剂量仪10，如图1所示。该便携式辐射剂量仪10包括：CZT探测器13、信号处理系统15和屏蔽罩11。

所述屏蔽罩11用于保护所述CZT探测器13和所述信号处理系统15，即，该CZT探测器13和信号处理系统15均设置于所述屏蔽罩11内。所述屏蔽罩11的形状可以有多种，例如，可以是长方体，也可以是圆柱体，还可以是椭圆柱体等。所述屏蔽罩11由金属材料制成，例如，可以是铁、铝、铜等，以保护CZT探测器13和信号处理系统15免受外界电磁信号的干扰，以提高辐射剂量率的准确性。于本实施例中，优选地，所述屏蔽罩11设置有通信端口(图中未示出)，该通信端口与所述信号处理系统15耦合。该通信端口用于与外部设备进行通信，以便于将探测的信号输出给外部设备，以及接收外部设备的控制指令，便于便携式辐射剂量仪10的更新、维护等处理。其中，该通信端口可以是USB端口，也可以是RS232端口，还可以是RJ45端口等通信端口。

所述CZT探测器13是一种采用CdZnTe三元化合物半导体材料制成的探测器，由于碲锌镉(CdZnTe)具有较高的原子序数，因而探测材料的厚度可以达到厘米量级，从而保证了其出色的探测效率。CZT探测器13是一种新型核辐射探测部件，输出脉冲信号，探头无需制冷，具有能量分辨率高、灵敏度高、体积小、重量轻等特点，主要用于X和γ射线的能谱测量。所述CZT探测器13可以是目前市面上常使用的CZT探测器13，例如，该CZT探测器13的型号可以是DT－P01。其中，优选地，所述CZT探测器13的长宽厚尺寸不大于(即小于等于)20mmX20mmX10mm，其包括了多种尺寸，例如，20mmX20mmX8mm、20mmX20mmX10mm、10mmX20mmX5mm等，于本实施例中，进一步优选地，所述CZT探测器13的长宽厚尺寸是20mmX20mmX5mm。

所述信号处理系统15用于对CZT探测器13输出的电信号进行放大、滤波、成形、筛选、模数转换等处理，以提高便携式辐射剂量仪10的剂量线性。于本实施例中，如图2所示，优选地，所述信号处理系统15包括：前置放大模块151、预处理模块152和比较模块153。

所述前置放大模块151分别与所述CZT探测器13和所述预处理模块152耦合，用于将接收到的所述CZT探测器13输出的电信号进行反向放大处理后输出给所述预处理模块152。于本实施例中，如图3所示，优选地，所述前置放大模块151包括：MOS管Q1和第一放大器U1。所述MOS管Q1的源极接地，进一步优选地，所述MOS管Q1的源极经第一电阻R1接地。所述MOS管Q1的漏级分别与所述第一放大器U1的第一输入端和第二输入端耦合，此外，所述MOS管Q1的漏级还经第二电阻R2与+5V电源连接，以及所述MOS管Q1的漏级还经第三电阻R3与+5V电源连接。所述MOS管Q1的栅极分别与所述CZT探测器13和所述第一放大器U1的输出端耦合，优选地，所述MOS管Q1的栅极经第一电容C1与所述CZT探测器13连接；所述MOS管Q1的栅极还经第二电容C2与第一放大器U1的输出端耦合，以及所述MOS管Q1的栅极还经第四电阻R4与第一放大器U1的输出端耦合。所述第一放大器U1的输出端还与所述预处理模块152耦合。此外，所述第一放大器U1的第二输入端还经第五电阻R5接地。第一放大器U1的第一电源端与+5V电源连接，第二电源端接地。

其中，该MOS管Q1为运放的输入级，用以提高输入阻抗，以及将CZT探测器13输出的信号进行放大。上述中的经第二电容C2为反馈电容，第四电阻R4为反馈电阻，通过调整C2、R4可以改变幅度及脉冲宽度。

其中，优选地，所述第一放大器U1的第一输入端可以是同相输入端，所述第一放大器U1的第二输入端可以是反相输入端。所述第一放大器U1的第一电源端为同相电源端，所述第一放大器U1的第二电源端为反相电源端。

其中，图3中的端口HV用于接外部高压电源，其中，该外接高压电源可以是100V，用于为CZT探测器13供电。图3中的端口1用于与预处理模块152连接。

所述预处理模块152分别与所述前置放大模块151和所述比较模块153耦合，用于将所述前置放大模块151输出的电信号进行滤波、成形、放大处理后输出给比较模块153。于本实施例中，如图4所示，优选地，所述预处理模块152包括：微分电路1521和放大电路1522。

所述微分电路1521分别与所述前置放大模块151和所述放大电路1522耦合，于本实施例中，优选地，所述微分电路1521为CR微分电路。如图4中的左边虚线框所示，进一步优选地，该微分电路1521包括：第三电容C3和第六电阻R6。所述第三电容C3的一端用于与前置放大模块151连接，进一步的，所述第三电容C3的一端用于与前置放大模块151中的第一放大器U1的输出端连接。所述第三电容C3的另一端经第六电阻R6接地，此外，所述第三电容C3的另一端还与放大电路1522耦合。经前置放大模块151输出的脉冲信号经该微分电路1521后，变为准高斯信号输出，此外，该微分电路1521还可以滤除叠加在CZT探测器13输出信号中的噪声信号。

所述放大电路1522分别与所述微分电路1521和所述比较模块153耦合，用于将经微分电路1521输出的信号放大后输出给比较模块153。于本实施例中，如图4中的右边虚线框所示，优选地，所述放大电路1522包括：第二放大器U2。所述第二放大器U2的第一输入端与所述微分电路1521耦合，进一步地，所述第二放大器U2的第一输入端与所述第三电容C3的另一端连接，以及所述第二放大器U2的第一输入端还经第六电阻R6接地。此外，所述第二放大器U2的第一输入端还经第七电阻R7接地，以及所述第二放大器U2的第一输入端还经第八电阻R8与+5V电源连接。所述第二放大器U2的第二输入端与其输出端耦合，进一步优选地，所述第二放大器U2的第二输入端经第九电阻R9与其输出端连接。此外，所述第二放大器U2的第二输入端还接地，进一步优选地，所述第二放大器U2的第二输入端还经第十电阻R10和第四电容C4串联后接地。所述第二放大器U2的输出端与所述比较模块153耦合，进一步地，该第二放大器U2的输出端经第十一电阻R11与所述比较模块153耦合。第二放大器U2的第一电源端与+5V电源连接，第二电源端接地。

其中，优选地，所述第二放大器U2的第一输入端可以是同相输入端，所述第二放大器U2的第二输入端可以是反相输入端。所述第二放大器U2的第一电源端为同相电源端，所述第二放大器U2的第二电源端为反相电源端。

其中图4中的端口2用于与图3中的端口1连接，图4中的端口3用于与比较模块153连接。

所述比较模块153与所述预处理模块152耦合，用于将所述预处理模块152输出的电信号中的符合预设标准的信号输出给外部设备进行处理。于本实施例中，如图5所示，优选地，所述比较模块153包括：比较器U3。所述比较器U3的第一输入端与参考电压耦合，进一步优选地，所述比较器U3的第一输入端经第十二电阻R12与参考电压连接，此外，所述比较器U3的第一输入端还经第十三电阻R13接地。所述比较器U3的第二输入端与所述预处理模块152耦合，进一步优选地，所述比较器U3的第一输入端经第十四电阻R14与所述预处理模块152连接，此外，所述比较器U3的第一输入端还经第十五电阻R15接地。所述比较器U3输出端用于与所述外部设备耦合，优选地，所述比较器U3的输出端与第十六电阻R16连接后，用于与所述外部设备耦合。所述比较器U3的第一电源端与+5V电源连接，所述比较器U3的第二电源端接地。经预处理模块152输出的准高斯信号经比较模块153筛选后输出方波信号。此外，所述比较模块153还用于将接收到的模拟信号转换为数字信号输出。

其中，该参考电压可以根据实际需求来设定，于本实施例中，优选地，该比较模块153将预处理模块152输出的电信号中的大于参考电压的信号输出。其中，上述中的预设标准即为参考电压，可以根据实际需求来设定的，例如，本实施例中，设定该参考电压为+5V。

其中，优选地，所述比较器U3的第一输入端可以是反相输入端，所述比较器U3的第二输入端可以是同相输入端。所述比较器U3的第一电源端为同相电源端，所述比较器U3的第二电源端为反相电源端。

其中，图5中的端口4用于与图4中的端口3连接，图5中的端口5用于与外部设备设备连接，例如，处理器。

本发明实施例还提供了一种剂量监控设备20，如图6所示。该剂量监控设备20包括：控制终端21和上述的便携式辐射剂量仪10，所述控制终端21与所述便携式辐射剂量仪10中的信号处理系统15耦合。进一步的，该控制终端21信号处理系统15中的比较模块153的输出端耦合，即与5图中的端口5耦合。其中，上述中的控制终端21包括但不限于电脑。

综上所述，本发明实施例提供了一种便携式辐射剂量仪及剂量监控设备。该便携式辐射剂量仪包括：CZT探测器、信号处理系统和屏蔽罩。其中，所述信号处理系统包括：前置放大模块、预处理模块和比较模块。由于该CZT探测器具有较高的原子序数，因而探测材料的厚度可以达到厘米量级，从而保证了其出色的探测效率，此外，还具有能量分辨率高、灵敏度高、体积小、重量轻等特点。加之，采用信号处理系统对所述CZT探测器输出的电信号进行放大、成形、滤波、筛选处理，从而可以改变输出信号的幅值、脉宽等，以提高便携式辐射剂量仪及剂量监控设备的剂量线性。进一步地，该前置放大模块用于将接收到的所述CZT探测器输出的脉冲信号进行放大处理后输出给所述预处理模块；经前置放大模块输出的脉冲信号经该预处理模块后，变为准高斯信号输出，此外，该预处理模块还可以滤除叠加在CZT探测器输出信号中的噪声信号；经预处理模块输出的准高斯信号经比较模块筛选后输出方波信号。该屏蔽罩不仅可以保护置于其内的CZT探测器和信号处理系统，避免其损坏，以延长使用寿命；而且还可以避免CZT探测器和信号处理系统受到外界电磁信号的干扰，以提高辐射剂量率的准确性。此外，本发明还具备：探测效率好、灵敏度高、体积小、抗干扰能力强等优点。

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。

Claims (10)

1.一种便携式辐射剂量仪，其特征在于，包括：CZT探测器、信号处理系统和屏蔽罩，所述CZT探测器与所述信号处理系统耦合，所述CZT探测器和所述信号处理系统均设置于所述屏蔽罩内，所述信号处理系统用于对所述CZT探测器输出的电信号进行放大、成形、筛选处理后输出，所述屏蔽罩由金属材料制成。

2.根据权利要求1所述的便携式辐射剂量仪，其特征在于，所述信号处理系统包括：前置放大模块、预处理模块和比较模块，所述CZT探测器、所述前置放大模块、所述预处理模块和所述比较模块依次耦合；

所述前置放大模块用于将接收到的所述CZT探测器输出的电信号进行放大处理后输出给所述预处理模块；

所述预处理模块用于将所述前置放大模块输出的电信号进行成形、放大处理后输出给比较模块；

所述比较模块用于将所述预处理模块输出的电信号中的符合预设标准的信号输出给外部设备进行处理。

3.根据权利要求2所述的便携式辐射剂量仪，其特征在于，所述前置放大模块包括：MOS管和第一放大器，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏级分别与所述第一放大器的第一输入端和第二输入端耦合，所述MOS管的栅极分别与所述CZT探测器和所述第一放大器的输出端耦合，所述第一放大器的输出端还与所述预处理模块耦合。

4.根据权利要求2所述的便携式辐射剂量仪，其特征在于，所述预处理模块包括：微分电路和放大电路，所述微分电路分别与所述前置放大模块和所述放大电路耦合，所述放大电路与所述比较模块耦合；

所述微分电路用于将所述前置放大模块输出的电信号进行成形处理后输出给所述放大电路；

所述放大电路用于将所述微分电路输出的电信号进行放大处理后输出给比较模块。

5.根据权利要求4所述的便携式辐射剂量仪，其特征在于，所述微分电路为CR微分电路。

6.根据权利要求4所述的便携式辐射剂量仪，其特征在于，所述放大电路包括：第二放大器，所述第二放大器的第一输入端与所述微分电路耦合，所述第二放大器的第二输入端与其输出端耦合，所述第二放大器的输出端与所述比较模块耦合，所述第二放大器的第二输入端还接地。

7.根据权利要求2所述的便携式辐射剂量仪，其特征在于，所述比较模块包括：比较器，所述比较器的第一输入端与参考电压耦合，所述比较器的第二输入端与所述预处理模块耦合，所述比较器的输出端用于与所述外部设备耦合。

8.根据权利要求1所述的便携式辐射剂量仪，其特征在于，所述屏蔽罩设置有通信端口，所述通信端口与所述信号处理系统耦合。

9.根据权利要求1所述的便携式辐射剂量仪，其特征在于，所述CZT探测器的长宽厚尺寸小于等于20mmX20mmX10mm。

10.一种剂量监控设备，其特征在于，包括：控制终端和如权利要求1-9任意一项所述的便携式辐射剂量仪，所述控制终端与所述便携式辐射剂量仪中的信号处理系统耦合。