CN109917443A - 高能伽玛辐射探测装置 - Google Patents

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张文涛
张秀
杨甲桥
刘建忠
吕文强
李松
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Abstract

本发明涉及一种高能伽马辐射探测装置，包括监测主机和探测结构；所述探测结构包括依次信号连接的硅半导体探测器、电荷灵敏放大器和主放大器；所述主放大器与所述检测主机连接。本发明的有益效果如下：采用半导体探测器，相对于GM计数管，其优点是：GM计数管通常需要几百伏电压，本设计不需要高的工作电压，只需2.7V‑6.0V电压；GM计数管在高剂量率照射时会出现阻塞，输出脉冲频率反而很低，难以测量高剂量率，而半导体探测器量程较宽，输出脉冲宽度为20μs，频率可达到5×104/s，避免了高剂量率时的测量阻塞。全固态结构适合在没有空气的真空环境工作，同时具备在极端温度下工作的能力，对于优化功能设计都大为有利。

Description

高能伽玛辐射探测装置
技术领域
本发明属于射线探测领域，具体涉及一种高能伽马辐射探测装置。
背景技术
实验舱内高能伽玛辐射探测装置是一种高能伽玛辐射探测器。常规使用的γ探测器有半导体探测器、电离室、G-M计数管、正比计数管、闪烁体等，其测量范围为0.01uGy/h-300mGy/h，能量范围：50Kev-7Mev,不能满足太空舱内及太空环境的高真空、高辐射环境、温度变化及体积重量等特殊要求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种高能伽马辐射探测装置，该技术方案能够不需要高的工作电压，量程较宽，避免了高剂量率时的测量阻塞体积小重量轻，适合航天任务的应用。
本发明的技术方案如下：
高能伽马辐射探测装置，包括监测主机和探测结构；所述探测结构包括依次信号连接的硅半导体探测器、电荷灵敏放大器和主放大器；所述主放大器与所述检测主机连接。
进一步地，上述的高能伽马辐射探测装置，经过所述主放大器后的电信号通过数模转换器传输给监测主机。
进一步地，上述的高能伽马辐射探测装置，所述监测主机包括处理器、显示模块、人机交互模块、数据接口电路、数据存储模块、数据传输模块和报警系统；所述显示模块、人机交互模块、数据接口电路、数据存储模块、数据传输模块和报警系统均与所述处理器连接；所述主放大器与所述数据接口电路连接。
进一步地，上述的高能伽马辐射探测装置，所述电荷灵敏放大器的输入极为结型场效应管。
进一步地，上述的高能伽马辐射探测装置，所述电荷灵敏放大器之后设置有极零补偿网络。
进一步地，上述的高能伽马辐射探测装置，每套高能伽马辐射探测装置包括4套探测机构。
进一步地，上述的高能伽马辐射探测装置，所述硅半导体探测器外层由碳钢包覆，安装于设置在铜皮外壳内的支架上。
本发明的有益效果如下：
1.采用半导体探测器，相对于GM计数管，其优点是：GM计数管通常需要几百伏电压，本设计不需要高的工作电压，只需2.7V-6.0V电压；GM计数管在高剂量率照射时会出现阻塞，输出脉冲频率反而很低，难以测量高剂量率，而半导体探测器量程较宽，输出脉冲宽度为20μs，频率可达到5×104/s，避免了高剂量率时的测量阻塞。
2.全固态结构适合在没有空气的真空环境工作，同时具备在极端温度下工作的能力，对于优化功能设计都大为有利。
3.硅半导体探测器之后选用一级低噪声、高跨导的结型场效应管作为电荷灵敏放大器器的输入极，有效降低噪声，增强电路的可靠性和抗干扰能力。
4.电荷灵敏放大器与主放大器均采用单电源供电的微功耗运放，其电源电压为2.7V-6.0V，耗电少。
5.在电荷灵敏放大器之后加一简单的极零补偿网络，使脉冲变窄，并消除下冲，改善输入到主放大器的脉冲形状。
6.本发明采用硅半导体探测器(能量可达11Mev)、高灵敏前置放大器、先进模拟电路与数字电路，主要应用在航天航空辐射探测，能够用于评价航天舱内设备的耐辐照性能、特种设备(如激光机)的寿命及判断重屏蔽层的完整性。
附图说明
图1为本发明的高能伽马辐射探测装置的结构框图。
图2为本发明的监测主机的结构框图。
图3为本发明中一个实施例的极零补偿电路图。
图4为本发明的硅半导体探测器的安装结构示意图。
上述附图中，1、硅半导体探测器；2、铜皮外壳；3、支架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供了高能伽马辐射探测装置，包括监测主机和探测结构；所述探测结构包括依次信号连接的硅半导体探测器、电荷灵敏放大器和主放大器；所述主放大器与所述检测主机连接。经过所述主放大器后的电信号通过数模转换器传输给监测主机。监测主机通过高压控制电路控制输出给所述的硅半导体探测器的电压。
本实施例中，所述电荷灵敏放大器的输入极为结型场效应管。一级低噪声、高跨导的结型场效应管作为电荷灵敏放大器器的输入极，能够有效降低噪声，增强电路的可靠性和抗干扰能力。除了要求运算放大器具有满足要求的响应速度和带宽之外，前置放大器和主放大器均采用微功耗运放。
为了改善输入到主放大器的脉冲形状，所述电荷灵敏放大器之后设置有极零补偿电路，以使脉冲变窄，并消除下冲。具体结构如图3所示。
如图2所示，所述监测主机包括处理器、显示模块、人机交互模块、数据接口电路、数据存储模块、数据传输模块和报警系统；所述显示模块、人机交互模块、数据接口电路、数据存储模块、数据传输模块和报警系统均与所述处理器连接；所述主放大器与所述数据接口电路连接。
本实施例中，每套高能伽马辐射探测装置包括4套探测机构。
图4示出了本发明的硅半导体探测器的安装结构，所述硅半导体探测器1外层由碳钢包覆，安装于设置在铜皮外壳2内的支架3上。全固态结构适合在没有空气的真空环境工作，同时具备在极端温度下工作的能力，对于优化功能设计都大为有利。
本实施例提供的高能伽马辐射探测装置采用硅半导体探测器(能量可达11Mev)、高灵敏前置放大器、先进模拟电路与数字电路，目的是为测量航天实验舱内γ累积剂量(特种设备寿命值)与辐射水平，从而得到航天器内重要设备(如激光机)耐辐照性能，同时判断实验舱重屏蔽的屏蔽效果及完整性。其优点是：不需要高的工作电压，量程较宽，避免了高剂量率时的测量阻塞，体积小重量轻，适合航天任务的应用；全固态结构适合在没有空气的真空环境工作，同时具备在极端温度下工作的能力，对于优化功能设计都大为有利。
该装置能实现实验舱内特种设备的累计剂量(寿命值)以及该环境下的实时剂量率，测量范围为0.1uGy/h-10Gy/h，能量范围：28Kev-11Mev,充分满足了太空舱的运行环境和运行成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.高能伽马辐射探测装置，其特征在于：包括监测主机和探测结构；所述探测结构包括依次信号连接的硅半导体探测器、电荷灵敏放大器和主放大器；所述主放大器与所述检测主机连接。
2.如权利要求1所述的高能伽马辐射探测装置，其特征在于：经过所述主放大器后的电信号通过数模转换器传输给监测主机。
3.如权利要求1所述的高能伽马辐射探测装置，其特征在于：所述监测主机包括处理器、显示模块、人机交互模块、数据接口电路、数据存储模块、数据传输模块和报警系统；所述显示模块、人机交互模块、数据接口电路、数据存储模块、数据传输模块和报警系统均与所述处理器连接；所述主放大器与所述数据接口电路连接。
4.如权利要求1所述的高能伽马辐射探测装置，其特征在于：所述电荷灵敏放大器的输入极为结型场效应管。
5.如权利要求4所述的高能伽马辐射探测装置，其特征在于：所述电荷灵敏放大器之后设置有极零补偿网络。
6.如权利要求1所述的高能伽马辐射探测装置，其特征在于：每套高能伽马辐射探测装置包括4套探测机构。
7.如权利要求1-6任一所述的高能伽马辐射探测装置，其特征在于：所述硅半导体探测器外层由碳钢包覆，安装于设置在铜皮外壳内的支架上。
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