CN109143306B - 基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，包括碲锌镉探测器、旋转伸缩系统、处理系统，其中：处理系统包括信号处理模块、核辐射剂量模块、机械控制模块、成像系统；机械控制模块对所述旋转伸缩系统进行控制，使得旋转伸缩系统进行一定角度旋转并能在一定距离内伸缩探测器；碲锌镉探测器安装于所述旋转伸缩系统上，用于探测核辐射射线并将其转换为电荷信号；处理系统安装于所述旋转系统上，对探测器的输出信号进行处理，并最终绘制出辐射场的核辐射强度分布图。本发明通过旋转伸缩碲锌镉探测器的方法，检测辐射场中不同方向和位置的辐射剂量值。根据核辐射剂量值与方向、位置的关系，可在所述成像系统显示辐射场辐射分布图。

Description

基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置

技术领域

本发明涉及一种核辐射的检测剂量装置，特别是还涉及一种碲锌镉核辐射的检测剂量装置，还涉及一种核辐射场成像装置，应用于核辐射探测技术领域。

背景技术

现有的对于核辐射的检测大多是核辐射剂量仪，这种核辐射剂量仪有以下不足：

大多采用闪烁体探测器，而闪烁探测器能够检测到的核辐射范围较小且闪烁体探测器的能量分辨率相对较低，不适合像核电站这种核辐射强度比较大的场合；核辐射剂量仪大多为非自动化的手持式设备，需要工作人员手持操作，大大增加了工作人员的危险性；现今主流的核辐射剂量仪，大多只能实现报警功能，只能定性的检测出辐射的强度，不够直观。

总之，现有的核辐射剂量仪对核辐射环境的检测和解析输出还需要进一步提高，这成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，能实现通过一定角度旋转和一定距离内伸缩碲锌镉探测器的方法，检测出某一空间范围内的核辐射强度，并根据检测到的核辐射剂量值与旋转角度、伸缩长度的关系绘制出该检测区域内的核辐射强度分布图。该核辐射强度分布图能直观地显示出核辐射强度分布状况，能从所绘制的核辐射强度分布图中观察出放射源的基本方向以及可能位置，提高对核辐射环境的检测和解析输出能力。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，采用碲锌镉探测器和处理系统，还包括旋转伸缩系统；

处理系统包括信号处理模块、核辐射剂量和分析模块、机械控制模块和成像系统，其中，信号处理模块能接收来自碲锌镉探测器输出信号，核辐射剂量和分析模块用于分析信号处理系统的输出信号，得出核辐射剂量和分析结果数据，机械控制模块对旋转伸缩系统进行控制，使得旋转伸缩系统带动碲锌镉探测器在设定的二维平面内进行旋转和伸缩，成像系统用于对待测核辐射场进行成像，接收来自核辐射剂量和分析模块输出的核辐射剂量和分析结果信息，对核辐射剂量和分析结果信息进行图像化数据处理，绘制出了探测区域内的核辐射强度分布图，并通过成像系统的显示终端，将包括待测核辐射场的核辐射强度分布图在内的核辐射剂量和分析结果图像化信息进行显示输出；

碲锌镉探测器安装于旋转伸缩系统的传动件的运动输出端上，将目标探测空间作为待测辐射场，用于探测辐射场内的核辐射射线，并将所探测生物核辐射信息转换为电荷信号，并向处理系统的信号处理模块进行传输；信号处理模块对碲锌镉探测器输出信号进行放大处理，并将获得的放大信号传输到核辐射剂量和分析模块；处理系统也安装于旋转伸缩系统上，由信号处理模块处理后的信息被核辐射剂量和分析模块接收后，对来自探测器的输出信号进行计算分析处理，并包括绘制出目标探测空间内的核辐射强度分布图，得到核辐射剂量和分析结果数据；

碲锌镉探测器采用碲锌镉晶体阵列的结构形式，在碲锌镉晶体阵列中每块晶体作为探测器微感应端，都会对核辐射射线进行独立探测并有电荷信号输出，并且每块晶体都会连接到的处理系统中的信号处理模块的信号接收端，信号处理模块包含多路选择装置，能对碲锌镉探测器中的任意一块晶体输出的信号进行选择采集并进行对应的信号处理，信号处理模块通过选择控制方法，对来自碲锌镉晶体阵列中不同位置的晶体感应的核辐射信号进行选择接收，从而形成对目标探测空间内的核辐射射线进行多次探测，并产生多路输出信号作为输入信息，向核辐射剂量和分析模块进行输入。

作为本发明优选的技术方案，碲锌镉探测器安装有碲锌镉晶体阵列以及抗辐射铅块，抗辐射铅块将碲锌镉晶体阵列中的每一块晶体的两侧和背部进行安装，使每一块晶体的正面作为探测器微感应端面，使得碲锌镉探测器的每一块晶体只检测当前方向和位置的核辐射射线，碲锌镉探测器的所有晶体的裸露的表面朝向一致，组成碲锌镉探测器的核辐射探测工作面。

作为本发明优选的技术方案，整个碲锌镉探测器的核辐射探测工作面的前端具有开闭可控的保护盖，在需要进行核辐射探测的时候，控制保护盖自动打开，在不需要进行核辐射探测时，保护盖自动关闭。

作为本发明优选的技术方案，利用机械控制模块控制碲锌镉探测器所在的空间位置，检测待测辐射场中不同方向和位置的辐射剂量值，并利用碲锌镉晶体阵列检测辐射场中不同设定空间高度的辐射剂量值，然后利用核辐射剂量和分析模块根据核辐射剂量值与测待测辐射场内的空间方向、位置的关系，绘制出待测辐射场内的核辐射强度分布图，得到核辐射剂量和分析结果数据。

作为本发明优选的技术方案，旋转伸缩系统主要包括作为运动机构的旋转伸缩台和作为基座的控制台两部分，碲锌镉探测器安装于旋转伸缩台的运动输出端上，处理系统安装于控制台上；旋转伸缩台的运动输出端上安装碲锌镉晶体阵列，旋转伸缩台的被传动端与控制台连接，控制台通过驱动旋转伸缩台，使得碲锌镉晶体阵列在设定的二维平面内发生设定角度旋转和设定长度的伸缩位移变换；机械控制模块控制旋转伸缩系统，能够使碲锌镉探测器进行360度的顺时针旋转或逆时针旋转。

作为本发明优选的技术方案，机械控制模块包含MCU，并提供了交互功能系统，能设置旋转伸缩系统的运动输出端的旋转方向、旋转角度以及伸缩长度。

作为本发明优选的技术方案，碲锌镉晶体阵列由线性排列的晶体组成直排阵列，将碲锌镉晶体阵列竖直安装，形成不同高度的探测器微感应端组合，在当前角度及伸缩长度下，取碲锌镉晶体阵列探测的核辐射信号的平均值，绘制碲锌镉晶体阵列所在的核辐射场的核辐射强度分布图。

作为本发明优选的技术方案，信号处理模块主要包括多路电子开关、前置信号放大器、信号主放大器和A/D转换模块，其中前置信号放大器、信号主放大器和A/D转换模块组成能进行信号分级放大和A/D转换的信号处理模块主功能器件，而多路电子开关的每一路电子开关子模块分别与碲锌镉晶体阵列的每一个碲锌镉晶体进行对应的信号连接，对应接收不同路的碲锌镉晶体输出信号；多路电子开关根据来自处理系统发出的指令信号，选择是否开启对应的电子开关子模块，对多路电子开关的不同路电子开关子模块进行选择控制，从而接收由碲锌镉探测器上的对应位置的碲锌镉晶体所检测的核辐射射线信息，然后向前置信号放大器进行输送；前置信号放大器将碲锌镉探测器收集的电荷信号进行初步放大；信号主放大器将前置信号放大器输出信号进一步放大；A/D转换模块能将信号主放大器的输出信号进行A/D采样并将采样信号向核辐射剂量和分析模块传输。

作为本发明优选的技术方案，所述核辐射剂量和分析模块采用脉冲核脉冲剂量模块，包括核辐射脉冲剂量仪，核辐射脉冲剂量仪能获得信号处理模块当前选择的晶体在单位时间内检测到的核脉冲个数，并根据核辐射剂量的算法计算出对应的剂量值。

根据辐射场的核辐射强度分布图，比较不同的强度梯度分布曲线，得到核辐射强度分布图的局部核辐射强度最强区域，从而初步判断为核辐射基本方向以及初步位置，提高对核辐射环境的检测和解析输出能力。

优选本发明机械控制模块提供了交互功能，并能设置旋转伸缩台的旋转方向、旋转角度，旋转伸缩台的伸缩长度，机械控制模块进行旋转伸缩台的方位状态控制的具体步骤如下：

S1：设置旋转伸缩台的旋转方向、单位旋转角度b、单位伸缩长度d、总伸缩长度T；

S2：机械控制模块置于初始状态，即旋转伸缩台的当前旋转角度a为0度，其当前伸缩长度S为0cm；

S3：等待碲锌镉晶体阵列检测到的信号处理完毕后，根据旋转伸缩台的当前角度及伸缩杆长度存储处理结果；

S4：控制旋转伸缩台的伸长单位伸缩长度d；

S5：重复步骤S3、S4，当前旋转伸缩台的方位状态控制的位置方位，即当前伸缩长度S是在上一次旋转伸缩台的方位状态的方位基础上再伸缩一个单位伸缩长度d，直到旋转伸缩台的当前伸缩长度S等于旋转伸缩台的总伸缩长度T为止；

S6：还原旋转伸缩台初始状态，即使得旋转伸缩台的当前伸缩长度S为0cm；

S7：继续进行下一次旋转伸缩台的方位状态控制，控制旋转伸缩台按照旋转方向旋转一个单位旋转角度b；

S8：重复步骤S3、S4、S5、S6、S7；当前旋转伸缩台的方位状态控制的角度方位，即当前旋转角度a是在上一次旋转伸缩台的方位状态的角度方位基础上再旋转一个单位旋转角度b，直到旋转角度为360度为止；

S9：初始化机械控制模块。

本发明基于碲锌镉探测器的辐射场成像装置的优选工作流程具体步骤如下：

S10：将基于碲锌镉探测器的辐射场成像装置置于待测区域中；

S20：设置相关参数：旋转伸缩台的旋转方向、当前旋转角度a、单位旋转角度b、当前伸缩长度S、单位伸缩长度d、总伸缩长度T；

S30：初始化装置，设定当前旋转角度a＝0°，总伸缩长度S＝0cm，控制N选1模式的多路电子开关选择第i＝1路，其中N为大于2的整数；

S40：信号处理模块对选择的第i路电信号进行放大、A/D采样，得到离散的数字信号；

S50：将经过S40处理得到的数字信号分别送至核脉冲剂量仪，记录下在当前旋转角度a、当前伸缩长度S和所选择的第i路信号的情况下的核脉冲剂量值及能谱数据；

S60：控制N选1模式的多路电子开关选择第i＝i+1路信号，若i小于或者等于N，表示在前旋转角度a以及当前伸缩长度S的情况下，碲锌镉晶体阵列的N路电荷信号输出没有全部处理结束，再次依次执行步骤S40、S50，直到当i大于N时，表示在前旋转角度a以及当前伸缩长度S的情况下，碲锌镉晶体阵列的N路电荷信号输出都已经处理完毕，则执行S70；

S70：对多次执行S50步骤记录下的N个不同路采集信号的处理结果取平均值，即得到在前旋转角度a以及当前伸缩长度S下的进行N次测量的核脉冲剂量平均值及能谱平均值；

S80：将N选1模式的多路电子开关复位，即选择第i＝1路，机械控制模块保持前旋转角度a不变，控制当前旋转伸缩台的方位状态控制的位置方位，将当前伸缩长度S是在上一次旋转伸缩台的方位状态的方位基础上再伸缩一个单位伸缩长度d，使当前伸缩长度S＝S+d；若当前伸缩长度S小于或者等于总伸缩长度T，则再次依次S40、S50、S60、S70步骤，否者执行S90；

S90：复位N选1模式的多路电子开关，选择第i＝1路，复位旋转伸缩台使得当前伸缩长度S＝0cm，按照设置的旋转方向，将旋转伸缩台旋转一个单位旋转角度b，即使得当前旋转角度a＝a+b；若当前旋转角度a小于等于360°，则执行S40、S50、S60、S70、S80，否者执行S100；

S100：根据在不同的当前旋转角度a和当前伸缩长度S条件下进行多次执行S70步骤记录下的核脉冲剂量平均值及能谱平均值，绘制该范围内的核辐射强度分布图；

S110：复位整个基于碲锌镉探测器的辐射场成像装置。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明通过进行一定角度旋转和一定距离内伸缩碲锌镉探测器的方法，检测出某一空间范围内的核辐射强度，并根据检测到的核辐射剂量值与旋转角度、伸缩长度的关系绘制出该检测区域内的核辐射强度分布图；本发明装置能自动检测某一区域内的核辐射，可以绘制出探测空间内的核辐射场强度分布图，根据核辐射强度分布图可以直观的显示出核辐射强度分布状况、可以从所绘制的核辐射强度分布图中观察出放射源的大致方向以及位置；

2.本发明基于碲锌镉晶体阵列探测器的核辐射场成像装置，在核辐射剂量仪的基础上，还添加了控制装置以及核辐射场成像的功能，能通过核辐射成像呈现环境核辐射状况；并且实现了自动检测核辐射的功能，不再需要工作人员手执操作，大大增加了工作人员的安全性；

3.本发明装置能够检测到的核辐射范围较大，且能量分辨率较高，适合像核电站这种核辐射强度比较大的场合，不仅能实现报警功能，还能能定性的检测出辐射的强度，直观性强；

4.本发明辐射场成像装置能广泛应用于各种放射性的环境，在实验室、核电厂、核燃料厂、放射源库等场所适合应用。

附图说明

图1为本发明实施例一核辐射场成像装置的结构示意图。

图2为本发明实施例一辐射场成像装置的探测器模块碲锌镉晶体点阵结构示意图。

图3为本发明实施例一辐射场成像装置的信号处理系统结构示意图。

图4为本发明实施例一辐射场成像装置的工作流程示意图。

图5为本发明实施例一辐射场成像装置输出的成像效果示意图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一

在本实施例中，参见图1～5，一种基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，采用碲锌镉探测器和处理系统，其特征在于：还包括旋转伸缩系统；

处理系统包括信号处理模块、核辐射剂量和分析模块、机械控制模块306和成像系统307，其中，信号处理模块能接收来自碲锌镉探测器输出信号，核辐射剂量和分析模块用于分析信号处理系统的输出信号，得出核辐射剂量和分析结果数据，机械控制模块306对旋转伸缩系统进行控制，使得旋转伸缩系统带动碲锌镉探测器在设定的二维平面内进行旋转和伸缩，成像系统307用于对待测核辐射场进行成像，接收来自核辐射剂量和分析模块输出的核辐射剂量和分析结果信息，对核辐射剂量和分析结果信息进行图像化数据处理，绘制出了探测区域内的核辐射强度分布图，并通过成像系统307的显示终端，将包括待测核辐射场的核辐射强度分布图在内的核辐射剂量和分析结果图像化信息进行显示输出；

碲锌镉探测器安装于旋转伸缩系统的传动件的运动输出端上，将目标探测空间作为待测辐射场，用于探测辐射场内的核辐射射线，并将所探测生物核辐射信息转换为电荷信号，并向处理系统的信号处理模块进行传输；信号处理模块对碲锌镉探测器输出信号进行放大处理，并将获得的放大信号传输到核辐射剂量和分析模块；处理系统也安装于旋转伸缩系统上，由信号处理模块处理后的信息被核辐射剂量和分析模块接收后，对来自探测器的输出信号进行计算分析处理，并包括绘制出目标探测空间内的核辐射强度分布图，得到核辐射剂量和分析结果数据；

碲锌镉探测器采用碲锌镉晶体阵列1的结构形式，在碲锌镉晶体阵列中每块晶体作为探测器微感应端，都会对核辐射射线进行独立探测并有电荷信号输出，并且每块晶体都会连接到的处理系统中的信号处理模块的信号接收端，信号处理模块包含多路选择装置，能对碲锌镉探测器中的任意一块晶体输出的信号进行选择采集并进行对应的信号处理，信号处理模块通过选择控制方法，对来自碲锌镉晶体阵列中不同位置的晶体感应的核辐射信号进行选择接收，从而形成对目标探测空间内的核辐射射线进行多次探测，并产生多路输出信号作为输入信息，向核辐射剂量和分析模块进行输入。

在本实施例中，参见图2，碲锌镉探测器安装有碲锌镉晶体阵列以及抗辐射铅块，抗辐射铅块将碲锌镉晶体阵列中的每一块晶体的两侧和背部进行安装，使每一块晶体的正面作为探测器微感应端面，使得碲锌镉探测器的每一块晶体只检测当前方向和位置的核辐射射线，碲锌镉探测器的所有晶体的裸露的表面朝向一致，组成碲锌镉探测器的核辐射探测工作面。

在本实施例中，参见图1～5，利用机械控制模块306控制碲锌镉探测器所在的空间位置，检测待测辐射场中不同方向和位置的辐射剂量值，并利用碲锌镉晶体阵列1检测辐射场中不同设定空间高度的辐射剂量值，然后利用核辐射剂量和分析模块根据核辐射剂量值与测待测辐射场内的空间方向、位置的关系，绘制出待测辐射场内的核辐射强度分布图，得到核辐射剂量和分析结果数据。

在本实施例中，参见图1～5，旋转伸缩系统主要包括作为运动机构的旋转伸缩台2和作为基座的控制台两部分，碲锌镉探测器安装于旋转伸缩台2的运动输出端上，处理系统安装于控制台上；旋转伸缩台2的运动输出端上安装碲锌镉晶体阵列1，旋转伸缩台2的被传动端与控制台3连接，控制台3通过驱动旋转伸缩台2，使得碲锌镉晶体阵列1在设定的二维平面内发生设定角度旋转和设定长度的伸缩位移变换；机械控制模块306控制旋转伸缩系统，能够使碲锌镉探测器进行360度的顺时针旋转或逆时针旋转。

在本实施例中，参见图3，机械控制模块306包含MCU，并提供了交互功能系统，能设置旋转伸缩系统的运动输出端的旋转方向、旋转角度以及伸缩长度。

在本实施例中，参见图1和2，碲锌镉晶体阵列1由线性排列的晶体组成直排阵列，将碲锌镉晶体阵列1竖直安装，形成不同高度的探测器微感应端组合，在当前角度及伸缩长度下，取碲锌镉晶体阵列1探测的核辐射信号的平均值，绘制碲锌镉晶体阵列1所在的核辐射场的核辐射强度分布图。

在本实施例中，参见图3，信号处理模块主要包括多路电子开关301、前置信号放大器302、信号主放大器303和A/D转换模块304，其中前置信号放大器302、信号主放大器303和A/D转换模块304组成能进行信号分级放大和A/D转换的信号处理模块主功能器件，而多路电子开关301的每一路电子开关子模块分别与碲锌镉晶体阵列1的每一个碲锌镉晶体进行对应的信号连接，对应接收不同路的碲锌镉晶体输出信号；多路电子开关301根据来自处理系统发出的指令信号，选择是否开启对应的电子开关子模块，对多路电子开关301的不同路电子开关子模块进行选择控制，从而接收由碲锌镉探测器上的对应位置的碲锌镉晶体所检测的核辐射射线信息，然后向前置信号放大器302进行输送；前置信号放大器302将碲锌镉探测器收集的电荷信号进行初步放大；信号主放大器303将前置信号放大器302输出信号进一步放大；A/D转换模块304能将信号主放大器303的输出信号进行A/D采样并将采样信号向核辐射剂量和分析模块传输。

在本实施例中，参见图3，核辐射剂量和分析模块采用和脉冲核脉冲剂量及能谱分析模块305，包括核辐射脉冲剂量仪，核辐射脉冲剂量仪能获得信号处理模块当前选择的晶体在单位时间内检测到的核脉冲个数，并根据核辐射剂量的算法计算出对应的剂量值。

在本实施例中，参见图1～5，本实施例基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置根据辐射场的核辐射强度分布图，比较不同的强度梯度分布曲线，得到核辐射强度分布图的局部核辐射强度最强区域，从而初步判断为核辐射基本方向以及初步位置，提高对核辐射环境的检测和解析输出能力。

在本实施例中，参见图1、图3和图4，机械控制模块提供了交互功能，并能设置旋转伸缩台的旋转方向、旋转角度，旋转伸缩台的伸缩长度，机械控制模块进行旋转伸缩台的方位状态控制的具体步骤如下：

S1：设置旋转伸缩台的旋转方向、单位旋转角度b、单位伸缩长度d、总伸缩长度T；

S2：机械控制模块置于初始状态，即旋转伸缩台的当前旋转角度a为0度，其当前伸缩长度S为0cm；

S3：等待碲锌镉晶体阵列检测到的信号处理完毕后，根据旋转伸缩台的当前角度及伸缩杆长度存储处理结果；

S4：控制旋转伸缩台的伸长单位伸缩长度d；

S5：重复步骤S3、S4，当前旋转伸缩台的方位状态控制的位置方位，即当前伸缩长度S是在上一次旋转伸缩台的方位状态的方位基础上再伸缩一个单位伸缩长度d，直到旋转伸缩台的当前伸缩长度S等于旋转伸缩台的总伸缩长度T为止；

S6：还原旋转伸缩台初始状态，即使得旋转伸缩台的当前伸缩长度S为0cm；

S7：继续进行下一次旋转伸缩台的方位状态控制，控制旋转伸缩台按照旋转方向旋转一个单位旋转角度b；

S8：重复步骤S3、S4、S5、S6、S7；当前旋转伸缩台的方位状态控制的角度方位，即当前旋转角度a是在上一次旋转伸缩台的方位状态的角度方位基础上再旋转一个单位旋转角度b，直到旋转角度为360度为止；

S9：初始化机械控制模块。

图3中成像系统307采用显示器，成像系统307是本装置的关键部分。成像系统307根据相应的算法对核脉冲剂量仪中存储的不同角度和不同伸缩杆长度的剂量值进行数据处理。将有相同剂量值的点依次相连构成一个闭合的曲线。这样就绘制出了探测区域内的核辐射强度分布图。成像系统绘制的辐射场强度分布效果图如图5所示。从绘制出来的辐射场强度分布都可以判断出放射源的位置。

在本实施例中，参见图1～5，基于碲锌镉晶体阵列的核辐射场成像装置，装置包括有碲锌镉探测器、旋转伸缩系统、处理系统，其中：

碲锌镉探测器安装有碲锌镉晶体阵列1以及抗辐射铅块。加入抗辐射铅块以减下碲锌镉晶体阵列的辐射损耗。在碲锌镉晶体阵列1中每块晶体都会有电荷信号输出，并且接都会连接到处理系统中的信号处理模块，以处理碲锌镉探测器检测到的信号。

旋转伸缩系统包括旋转伸缩台2和控制台3，其中碲锌镉探测器安装于旋转伸缩台2上，旋转伸缩台2包括旋转杆及伸缩杆。碲锌镉探测器安装于旋转伸杆的末端。处理系统安装于控制台3上。

处理系统包括信号处理模块、核脉冲剂量模块、机械控制模块306、成像系统307。

处理系统中的机械控制模块306对旋转伸缩系统中的旋转伸缩台2进行控制，使得旋转杆可进行360度顺时针的旋转，伸缩杆可以在一定距离内的伸缩。

处理系统中的信号处理模块、核脉冲剂量模块、成像系统307，用于对碲锌镉探测器的输出电荷信号进行处理，并最终绘制出整个探测区域的核辐射强度分布图。

通过处理系统中的机械控制模块306对旋转伸缩台2进行控制，使得旋转杆可以360度的顺时针旋转，伸缩杆可以在一定距离内伸缩。

处理系统中的信号处理模块，包含多路选择装置，可以选择对碲锌镉探测器中的某一晶体进行信号处理。信号处理模块能够用于对碲锌镉探测器输出信号进行放大处理，并将获得的放大信号传输到核脉冲剂量模块。信号处理模块包含多路选择装置，可以选择对碲锌镉探测器中的某一晶体进行信号处理。

处理系统中的核辐射脉冲剂量仪，获得信号处理系统当前选择的晶体在单位时间内检测到的核脉冲个数并根据核辐射剂量的算法得到核辐射剂量值。

机械控制模块306对经核脉冲剂量及能谱分析系统的输出进行比较，控制旋转伸缩系统。

在本实施例中，参见图1～5，基于碲锌镉探测器的辐射场成像装置的工作流程具体步骤如下：

S10：将基于碲锌镉探测器的辐射场成像装置置于待测区域中；

S20：设置和定义相关参数：旋转伸缩台的旋转方向、当前旋转角度a、单位旋转角度b、当前伸缩长度S、单位伸缩长度d、总伸缩长度T；

S30：初始化装置，设定当前旋转角度a＝0°，总伸缩长度S＝0cm，控制8选1模式的多路电子开关选择第i＝1路；

S40：信号处理模块对选择的第i路电信号进行放大、A/D采样，得到离散的数字信号；

S50：将经过S40处理得到的数字信号分别送至核脉冲剂量仪，记录下在当前旋转角度a、当前伸缩长度S和所选择的第i路信号的情况下的核脉冲剂量值及能谱数据；

S60：控制8选1模式的多路电子开关选择第i＝i+1路信号，若i小于或者等于8，表示在前旋转角度a以及当前伸缩长度S的情况下，碲锌镉晶体阵列的8路电荷信号输出没有全部处理结束，再次依次执行步骤S40、S50，直到当i大于8时，表示在前旋转角度a以及当前伸缩长度S的情况下，碲锌镉晶体阵列的8路电荷信号输出都已经处理完毕，则执行S70；

S70：对多次执行S50步骤记录下的8个不同路采集信号的处理结果取平均值，即得到在前旋转角度a以及当前伸缩长度S下的进行8次测量的核脉冲剂量平均值及能谱平均值；

S80：将8选1模式的多路电子开关复位，即选择第i＝1路，机械控制模块保持前旋转角度a不变，控制当前旋转伸缩台的方位状态控制的位置方位，将当前伸缩长度S是在上一次旋转伸缩台的方位状态的方位基础上再伸缩一个单位伸缩长度d，使当前伸缩长度S＝S+d；若当前伸缩长度S小于或者等于总伸缩长度T，则再次依次S40、S50、S60、S70步骤，否者执行S90；

S90：复位8选1模式的多路电子开关，选择第i＝1路，复位旋转伸缩台使得当前伸缩长度S＝0cm，按照设置的旋转方向，将旋转伸缩台旋转一个单位旋转角度b，即使得当前旋转角度a＝a+b；若当前旋转角度a小于等于360°，则执行S40、S50、S60、S70、S80，否者执行S100；

S100：根据在不同的当前旋转角度a和当前伸缩长度S条件下进行多次执行S70步骤记录下的核脉冲剂量平均值及能谱平均值，绘制该范围内的核辐射强度分布图；

S110：复位整个基于碲锌镉探测器的辐射场成像装置。

在本实施例中，参见图1～5，图1中碲锌镉晶体阵列1作为碲锌镉阵列探测器的传感器阵列，碲锌镉阵列探测器用于检测辐射场的核辐射射线，并将检测到的核射线转换为电信号。图2为碲锌镉晶体阵列1的晶体阵列示意图。本装置采用8个碲锌镉晶体组成一个晶体阵列，减小了不同高度的影响，大大提高了采样的准确性，最大程度的消除不同高度的核辐射的影响。碲锌镉晶体阵列1按图2方式排列安装。晶体阵列两边安装有抗辐射铅块，保持抗辐射铅块的长度与碲锌镉晶体阵列1的长度一致。加入抗辐射铅块可以避免其他方向上的核射线对整个成像装置的影响，使得探测器只检测当前方向和位置的核辐射。抗辐射铅块也减少了探测器的核辐射损耗。每个碲锌镉晶体均可将核射线转换为电信号，故共有8路电荷输出。

如图1所示，碲锌镉阵列探测器安装于旋转伸缩台2中，旋转伸缩台2包括旋转杆和伸缩杆。旋转杆的旋转方向可以设置，旋转杆的具体伸缩长度可以设置。本实施例装置的旋转杆使得探测器能够360度的旋转，伸缩杆能使得探测器在一定距离内伸缩。通过360度的旋转碲锌镉探测器的方式，获得不同角度，不同方向上的核辐射剂量值。通过拉伸碲锌镉探测器能扩大检测的范围，进而扩大成像的范围。如图1所示，控制台3是本装置的核心部分，设有信号控制系统，控制台3中安装有处理系统。控制台内部结构图如图3所示。由图3可知，处理系统包括信号处理模块、核脉冲剂量模块、机械控制模块306、成像系统。

信号处理模块如图3所示，其中多路电子开关301采用8选1电子开关，并由8选1电子开关、前置信号放大器302、信号主放大器303、A/D转换模块304组成信号处理模块。8选1电子开关用于选择探测器的8路输出信号中的某一路输出，前置信号放大器302将所选的探测器输出信号进行初步的放大，但是前置信号放大器302的输出脉冲信号的尾部衰减时间常数较长，上升时间很短，这样的信号很容易使放大器输出脉冲出现严重堆积，影响探测器探测效率及能量分辨率，因此增加上信号主放电路303，对前置信号放大器302的输出信号进行成形滤波和甄别反堆积。然后采用高速的A/D转换模块304，将模拟信号转换为数字信号，提供核脉冲剂量模块分析处理。

核脉冲剂量模块，如图3所示，其中核辐射剂量和分析模块采用和脉冲核脉冲剂量及能谱分析模块305，包括核脉冲剂量仪，核脉冲剂量仪可剂量单位时间内所选碲锌镉晶体所检测到的核脉冲个数，再根据相应的核辐射剂量算法获得核辐射剂量值。

机械控制模块如图1和图3所示，其中机械控制模块306包含MCU和外围电路，机械控制模块306提供了交互功能，可以设置旋转杆的旋转方向、旋转角度，伸缩杆的伸缩长度。

本实施例核辐射场成像装置信号处理模块包括以下步骤：

1)前置放大器将碲锌镉探测器收集的电荷信号进行初步放大；

2)主放大器将前置放大器输出信号进一步放大；

3)将主放大器的输出信号进行A/D采样。

本实施例基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置包括碲锌镉探测器、旋转伸缩系统、处理系统。其中，处理系统包括信号处理模块、核辐射剂量模块、机械控制模块306、成像系统307。机械控制模块306对旋转伸缩系统进行控制，使得旋转伸缩系统进行360度顺时针旋转，并可以在一定距离内伸缩探测器；碲锌镉探测器安装于旋转伸缩系统上，用于探测核辐射射线并将其转换为电荷信号；处理系统安装于旋转系统上，对探测器的输出信号进行处理，并最终绘制出辐射场的核辐射强度分布图。本实施例装置通过旋转伸缩碲锌镉探测器的方法，检测辐射场中不同方向和位置的辐射剂量值。根据核辐射剂量值与方向、位置的关系，可在成像系统显示辐射场辐射分布图，能广泛应用于各种放射性的环境的核辐射探测。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，其整个碲锌镉探测器的核辐射探测工作面的前端具有开闭可控的保护盖，在需要进行核辐射探测的时候，控制保护盖自动打开，在不需要进行核辐射探测时，保护盖自动关闭。这样保护了探测器不受过多的核辐射破坏，提高设备的使用寿命，保证测量精度和准确性，并减少干扰。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，采用碲锌镉探测器和处理系统，其特征在于：还包括旋转伸缩系统；

所述处理系统包括信号处理模块、核辐射剂量和分析模块、机械控制模块(306)和成像系统(307)，其中，所述信号处理模块能接收来自碲锌镉探测器输出信号，所述核辐射剂量和分析模块用于分析信号处理模块的输出信号，得出核辐射剂量和分析结果数据，所述机械控制模块(306)对所述旋转伸缩系统进行控制，使得旋转伸缩系统带动碲锌镉探测器在设定的二维平面内进行旋转和伸缩，所述成像系统(307)用于对待测核辐射场进行成像，接收来自所述核辐射剂量和分析模块输出的核辐射剂量和分析结果信息，对核辐射剂量和分析结果信息进行图像化数据处理，绘制出了探测区域内的核辐射强度分布图，并通过所述成像系统(307)的显示终端，将包括待测核辐射场的核辐射强度分布图在内的核辐射剂量和分析结果图像化信息进行显示输出；

所述碲锌镉探测器安装于所述旋转伸缩系统的传动件的运动输出端上，将目标探测空间作为待测辐射场，用于探测辐射场内的核辐射射线，并将所探测生物核辐射信息转换为电荷信号，并向处理系统的信号处理模块进行传输；所述信号处理模块对所述碲锌镉探测器输出信号进行放大处理，并将获得的放大信号传输到所述核辐射剂量和分析模块；所述处理系统也安装于所述旋转伸缩系统上，由信号处理模块处理后的信息被核辐射剂量和分析模块接收后，对来自探测器的输出信号进行计算分析处理，并包括绘制出目标探测空间内的核辐射强度分布图，得到核辐射剂量和分析结果数据；

所述碲锌镉探测器采用碲锌镉晶体阵列(1)的结构形式，在碲锌镉晶体阵列中每块晶体作为探测器微感应端，都会对核辐射射线进行独立探测并有电荷信号输出，并且每块晶体都会连接到所述的处理系统中的信号处理模块的信号接收端，所述信号处理模块包含多路选择装置，能对碲锌镉探测器中的任意一块晶体输出的信号进行选择采集并进行对应的信号处理，信号处理模块通过选择控制方法，对来自碲锌镉晶体阵列中不同位置的晶体感应的核辐射信号进行选择接收，从而形成对目标探测空间内的核辐射射线进行多次探测，并产生多路输出信号作为输入信息，向所述核辐射剂量和分析模块进行输入。

2.根据权利要求1所述基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，其特征在于：所述碲锌镉探测器安装有碲锌镉晶体阵列以及抗辐射铅块，所述抗辐射铅块将碲锌镉晶体阵列中的每一块晶体的两侧和背部进行安装，使每一块晶体的正面作为探测器微感应端面，使得碲锌镉探测器的每一块晶体只检测当前方向和位置的核辐射射线，碲锌镉探测器的所有晶体的裸露的表面朝向一致，组成碲锌镉探测器的核辐射探测工作面。

3.根据权利要求2所述基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，其特征在于：整个碲锌镉探测器的核辐射探测工作面的前端具有开闭可控的保护盖，在需要进行核辐射探测的时候，控制保护盖自动打开，在不需要进行核辐射探测时，保护盖自动关闭。

4.根据权利要求1所述基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，其特征在于：利用机械控制模块(306)控制所述碲锌镉探测器所在的空间位置，检测待测辐射场中不同方向和位置的辐射剂量值，并利用碲锌镉晶体阵列(1)检测辐射场中不同设定空间高度的辐射剂量值，然后利用核辐射剂量和分析模块根据核辐射剂量值与测待测辐射场内的空间方向、位置的关系，绘制出待测辐射场内的核辐射强度分布图，得到核辐射剂量和分析结果数据。

5.根据权利要求1所述基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，其特征在于：所述旋转伸缩系统主要包括作为运动机构的旋转伸缩台(2)和作为基座的控制台两部分，所述碲锌镉探测器安装于旋转伸缩台(2)的运动输出端上，所述处理系统安装于控制台上；所述旋转伸缩台(2)的运动输出端上安装碲锌镉晶体阵列(1)，所述旋转伸缩台(2)的被传动端与控制台(3)连接，所述控制台(3)通过驱动所述旋转伸缩台(2)，使得碲锌镉晶体阵列(1)在设定的二维平面内发生设定角度旋转和设定长度的伸缩位移变换；所述机械控制模块(306)控制所述旋转伸缩系统，能够使所述碲锌镉探测器进行360度的顺时针旋转或逆时针旋转。

6.根据权利要求1所述基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，其特征在于：所述机械控制模块(306)包含MCU，并提供了交互功能系统，能设置所述旋转伸缩系统的运动输出端的旋转方向、旋转角度以及伸缩长度。

7.根据权利要求1所述基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，其特征在于：所述碲锌镉晶体阵列(1)由线性排列的晶体组成直排阵列，将所述碲锌镉晶体阵列(1)竖直安装，形成不同高度的探测器微感应端组合，在当前角度及伸缩长度下，取所述碲锌镉晶体阵列(1)探测的核辐射信号的平均值，绘制所述碲锌镉晶体阵列(1)所在的核辐射场的核辐射强度分布图。

8.根据权利要求1所述基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，其特征在于：所述信号处理模块主要包括多路电子开关(301)、前置信号放大器(302)、信号主放大器(303)和A/D转换模块(304)，其中前置信号放大器(302)、信号主放大器(303)和A/D转换模块(304)组成能进行信号分级放大和A/D转换的信号处理模块主功能器件，而多路电子开关(301)的每一路电子开关子模块分别与碲锌镉晶体阵列(1)的每一个碲锌镉晶体进行对应的信号连接，对应接收不同路的碲锌镉晶体输出信号；多路电子开关(301)根据来自所述处理系统发出的指令信号，选择是否开启对应的电子开关子模块，对多路电子开关(301)的不同路电子开关子模块进行选择控制，从而接收由所述碲锌镉探测器上的对应位置的碲锌镉晶体所检测的核辐射射线信息，然后向前置信号放大器(302)进行输送；前置信号放大器(302)将碲锌镉探测器收集的电荷信号进行初步放大；信号主放大器(303)将前置信号放大器(302)输出信号进一步放大；A/D转换模块(304)能将信号主放大器(303)的输出信号进行A/D采样并将采样信号向所述核辐射剂量和分析模块传输。

9.根据权利要求1所述基于碲锌镉阵列的核辐射场成像装置，其特征在于：所述核辐射剂量和分析模块采用脉冲核脉冲剂量模块(305)，包括核辐射脉冲剂量仪，所述核辐射脉冲剂量仪能获得所述信号处理模块当前选择的晶体在单位时间内检测到的核脉冲个数，并根据核辐射剂量的算法计算出对应的剂量值。

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