CN110058290A - 一种反符合流气式多丝正比计数器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反符合流气式多丝正比计数器，包括用于探测α、β和γ粒子的探测器Ⅰ，用于对所述探测器Ⅰ输出的一路α、β和γ信号进行放大、极零相消、模拟整形以及模数转换处理的第一信号处理支路，用于探测γ粒子的探测器Ⅱ，用于对所述探测器Ⅱ输出的一路γ信号进行放大、极零相消、模拟整形以及模数转换处理的第二信号处理支路，用于接收所述第一信号处理支路和所述第二信号处理支路输出的信号，并进行反符合运算的数据处理器以及用于处理所述数据处理器的运算结果的单片机。本发明通过反符合运算将天然本底γ信号有效反符合，取代依靠铅室抑制天然本底γ信号，没有了铅室从而减轻了正比计数器的重量，降低了成本，便于运输和安装。
Description
技术领域
本发明涉及一种多丝正比计数器，尤其是涉及一种反符合流气式多丝正比计数器。
背景技术
正比计数器是一种测量放射性强度的装置，由充气的管或小室作为探测器，对探测器施加的电压在一定范围内时，粒子在管内引起电离所产生的脉冲大小与粒子的能量成正比，与探测器相连的电子系统就能够分析不同的能量粒子的强度。
经典的正比计数器如盖革-缪勒管，是由一根细丝装在直径约为1cm的管子中央构成的。在细丝和管壁间加几千伏的高压，带电粒子穿过充气的管子，会使气体电离。在这个过程中，气体的中性原子会释放带负电的电子，而变成带正电的离子。在电场的作用下，电子向管心的细丝(即阳极)运动，接近细丝的地方电场非常强，电子大大加速，于是就有足够的能量使气体游离，因而有更多的电子被释放，这些电子又被加速，这样就形成了电子和正离子的雪崩。正是由于电子和离子的运动，引起了阳极丝产生一电信号，给出带电粒子通过的信息，通过测量阳极丝上产生的电信号强弱就能够分析不同的能量粒子的强度。
为了使正比计数器的空间精度达到更小，用于大面积探测，夏帕克提出了多丝正比计数器，由大量平行细丝组成，所有这些细丝都处于两块相距几厘米的阴极平面之间的一个平面内，阳极细线的直径约为十分之一毫米，间距约为一或几毫米，多丝正比计数器中的每根丝都能承担极高的粒子记录速率，都可单独配备一个放大器，可高达每秒几十万次。
流气式多丝正比计数器作为多丝正比计数器中的一种，目前流气式多丝正比计数器利用铅室抑制天然本底伽马信号如图1所示，测量时本底的高低主要由铅室的厚度决定，造成现有的流气式多丝正比计数器制作成本高，体积大，重量重，流运输和安装成本较高。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，本发明在此的目的在于提供一种成本低、运输和安装方便，坪斜小、坪区长、测试效率及精度高的反符合流气式多丝正比计数器。
为实现本发明的目的，在此所提供的反符合流气式多丝正比计数器包括：
探测器Ⅰ：用于探测α、β和γ粒子；
第一信号处理支路：用于对所述探测器Ⅰ输出的一路α、β和γ信号进行放大、极零相消、模拟整形以及模数转换处理；
探测器Ⅱ：用于探测γ粒子；
第二信号处理支路：用于对所述探测器Ⅱ输出的一路γ信号进行放大、极零相消、模拟整形以及模数转换处理；
数据处理器：用于接收所述第一信号处理支路和所述第二信号处理支路输出的信号，并进行反符合运算；以及
单片机：用于处理所述数据处理器的运算结果。
具体的，数据处理器U8为FPGA。
本发明的有益效果是：本发明采用反符合运算对探测器输出的电信号进行处理，实现了坪斜小、坪区长、测试效率及精度高。通过反符合运算将天然本底γ信号有效反符合，取代依靠铅室抑制天然本底γ信号，没有了铅室从而减轻了正比计数器的重量，降低了成本，便于运输和安装。
采用FPGA来实现反符合，实现了并行处理且数据处理速度快，提高了反符合精度。
附图说明
图1为现有的多丝正比计数器原理框图；
图2为本发明所记载的反符合流气式多丝正比计数器原理框图；
图3为本发明所记载的第一信号处理支路和第二信号处理支路电路原理图；
图4为利用FPGA实现反符合算法的反符合算法原理图。
具体实施方式
在此结合示例对本发明所提供的技术方案做进一步说明，本发明所提供的示例已在附图中体现。
解决目前行业使用的流气式多丝正比计数器笨重而本底高的缺点,本发明提供一种反符合流气式多丝正比计数器，图2图解了本发明所提供的反符合流气式多丝正比计数器的原理框图，其包括：
探测器Ⅰ：用于探测α、β和γ粒子；
第一信号处理支路：用于对探测器Ⅰ输出的一路α、β和γ信号进行放大、极零相消、模拟整形以及模数转换处理；
探测器Ⅱ：用于探测γ粒子；
第二信号处理支路：用于对探测器Ⅱ输出的一路γ信号进行放大、极零相消、模拟整形以及模数转换处理；
数据处理器：用于接收第一信号处理支路和第二信号处理支路输出的信号，并进行反符合运算；以及
单片机：用于处理数据处理器的运算结果。
本发明所记载的探测器Ⅰ、探测器Ⅱ可以采用现有的任何一种能够探测α、β和γ粒子的探测器，在此采用10微米的细丝探测器。
本发明所记载的第一信号处理支路和第二信号处理可以采用的任何一种电路结构对探测器输出的信号进行进行放大、极零相消、模拟整形以及模数转换处理。在此所述第一信号处理支路包括依次串联的第一前级放大电路、第一极零相消电路、第一主放大电路、第一前级整形电路、后级放大电路、后级整形电路和第一模数转换电路；第一前级放大电路的输入端为第一信号处理支路的信号输入端，第一模数转换电路的信号输出端为第一信号处理支路的信号输出端。
在此，第一信号处理支路中的第一前级放大电路、第一极零相消电路、第一主放大电路、第一前级整形电路、后级放大电路、后级整形电路和第一模数转换电路可以采用现有的任何一种，如图3所示，本发明在此第一前级放大电路、第一极零相消电路、第一主放大电路、第一前级整形电路、后级放大电路、后级整形电路和第一模数转换电路分别采用如下具体结构：
第一前级放大电路包括放大器U1，探测器Ⅰ输出的信号经隔直器加载于放大器U1的反向输入端，放大器U1的正向输入端经电阻R1接地；放大器U1的反向输入端和输出端之间连接有由电阻R2和电容C2构成的RC电路。
第一极零相消电路包括电位器RP1、电阻R4和电容C4，第一前级放大电路输出的信号一路经电容C3输入第一主放大电路，另一路加载于电位器RP1上，电容C4和电阻R4串联于电位器RP1的输出端与第一主放大电路的输入端之间。
第一放大电路包括放大器U2，第一前级放大电路输出的信号和第一极零相消电路输出的信号加载于放大器U2的正向输入端，放大器U2的反向输入端经电阻R5接地，放大器U2的反向输入端和输出端之间连接有由电阻R6和电容C5 构成的RC电路。
第一前级整形电路为电阻R7和电容C6构成的RC电路，后级整形电路为电阻R10和电容C8构成的RC电路。
后级放大电路包括放大器U3，第一前级整形电路输出的信号加载于放大器 U3的正向输入端，放大器U3的反向输入端经电阻R8接地，放大器U3的反向输入端和输出端之间连接有由电阻R9和电容C7构成的RC电路。
第一模数转换电路包括放大器U4，后级整形电路输出的信号加载于放大器 U4的正向输入端，放大器U4的反向输入端经电阻R11和电阻R12接地，电阻R11 和电阻R12相连接的一端上加载有电源+12V。
在此，第二信号处理支路包括依次串联的第二前级放大电路、第二极零相消电路、第二主放大电路、整形电路和第二模数转换电路；第二前级放大电路的输入端为第二信号处理支路的信号输入端，第二模数转换电路的信号输出端为第二信号处理支路的信号输出端。其中，第二前级放大电路、第二极零相消电路、第二主放大电路、整形电路和第二模数转换电路可以采用现有的任何一种，如图3 所示，本发明在此第二前级放大电路、第二极零相消电路、第二主放大电路、整形电路和第二模数转换电路分别采用如下具体结构：
第二前级放大电路包括放大器U5，探测器Ⅱ输出的信号经隔直器加载于放大器U5的反向输入端，放大器U5的正向输入端经电阻R13接地；放大器U5的反向输入端和输出端之间连接有由电阻R14和电容C10构成的RC电路。
第二极零相消电路包括电位器RP2、电阻R16和电容C12，第二前级放大电路输出的信号一路经电容C11输入第二主放大电路，另一路加载于电位器RP2 上，电容C12和电阻R16串联于电位器RP2的输出端与第二主放大电路的输入端之间。
第二主放大电路包括放大器U6，第二前级放大电路输出的信号和第二极零相消电路输出的信号加载于放大器U6的正向输入端，放大器U6的反向输入端经电阻R17接地，放大器U6的反向输入端和输出端之间连接有由电阻R18和电容 C13构成的RC电路。
整形电路为电容C14和电阻R19构成的RC电路。
第二模数转换电路包括放大器U7，整形电路输出的信号加载于放大器U7的正向输入端，放大器U7的反向输入端经电阻R20和电阻R21接地，电阻R20和电阻R21相连接的一端上加载有电源+12V。
本发明所记载的数据处理器U8可以采用任何一种能够存储计算机程序的芯片，在此采用可编程逻辑器(FPGA)，反符合运算存储于FPGA内，FPGA比传统电路处理信号最大的优势是能并行处理，同时速度高，精度高，比传统的分离元件设计的反符合电路处理效果更好；此外，采用FPGA进行反符合运算提高了反符合精度，降低了本底。
本发明所记载的放大器U1～U3，放大器U5和放大器U6为运算放大器。所记载的隔直器为电容，如图3中所示的电容C1和电容C9。
本发明提供的反符合流气式多丝正比计数器的工作过程是:当系统上电工作时，待测α样品或者β样品放入探测器Ⅰ对应的位置，探测器Ⅰ将会输出α信号、β信号和天然本底γ信号，三种信号经过放大器U1反相放大、RP1和R4构成的极零相消电路、C3和R3微分整形电路、放大器U2正相放大、C6和R7微分整形电路、放大器U3正相放大、C8和R10微分整形电路以及放大器U4，最后加载于数据处理器U8。探测器Ⅱ将会输出天然本底γ信号，γ信号经过同样的信号处理最后加载于数据处理器U8；两路信号在具体设计时放大倍数以及整形电路参数会有不同，以保证能将第一信号支路中的γ信号有效反符合；数据处理器U8 处理后的计数信息在输入到单片机，单片机根据数据处理器U8输入的信息完成计算、控制、及其他任务，配合显示器可以进行信息显示。
图4图解了本发明所记载的利用FPGA实现反符合算法的反符合算法原理图，为提高α和β的测量精度和测量下限，需要将第一支路的天然γ信号有效反符合。天然同一个γ粒子作用于探测器Ⅰ和探测器Ⅱ经过信号处理后会出现图4 所示1～6种情况，数据处理器实时检测第一支路信号的上升沿和下降沿，在上升沿和下降沿之间判断第二支路信号是否为高平电，如果为高电平，第一支路信号将被有效反符合，反之第一支路信号将作为正常α或者β信号输出如7～5号。基于这种算法原理2～5号将会被有效的反符合，而第6号γ信号依然将被作为α或者β信号输出。
经过实际测评，采用FPGA作为数据处理器时进行反符合运算，能够对天然γ的抑制效率能达到70％，而完全依靠铅室对天然γ的抑制效率只能达到50％。
本发明采用了反符合技术，不需要笨重的铅室。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (15)
1.一种反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于，包括：
探测器Ⅰ：用于探测α、β和γ粒子；
第一信号处理支路：用于对所述探测器Ⅰ输出的一路α、β和γ信号进行放大、极零相消、模拟整形以及模数转换处理；
探测器Ⅱ：用于探测γ粒子；
第二信号处理支路：用于对所述探测器Ⅱ输出的一路γ信号进行放大、极零相消、模拟整形以及模数转换处理；
数据处理器：用于接收所述第一信号处理支路和所述第二信号处理支路输出的信号，并进行反符合运算；以及
单片机：用于处理所述数据处理器的运算结果。
2.根据权利要求1所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第一信号处理支路包括依次串联的第一前级放大电路、第一极零相消电路、第一主放大电路、第一前级整形电路、后级放大电路、后级整形电路和第一模数转换电路；所述第一前级放大电路的输入端为所述第一信号处理支路的信号输入端，所述第一模数转换电路的信号输出端为所述第一信号处理支路的信号输出端。
3.根据权利要求2所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第一前级放大电路包括放大器U1，所述探测器Ⅰ输出的信号经隔直器加载于所述放大器U1的反向输入端，所述放大器U1的正向输入端经电阻R1接地；所述放大器U1的反向输入端和输出端之间连接有RC电路。
4.根据权利要求2所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第一极零相消电路包括电位器RP1、电阻R4和电容C4，所述第一前级放大电路输出的信号一路经电容C3输入所述第一主放大电路，另一路加载于所述电位器RP1 上，所述电容C4和电阻R4串联于所述电位器RP1的输出端与所述第一主放大电路的输入端之间。
5.根据权利要求2所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第一放大电路包括放大器U2，所述第一前级放大电路输出的信号和所述第一极零相消电路输出的信号加载于所述放大器U2的正向输入端，所述放大器U2的反向输入端经电阻R5接地，所述放大器U2的反向输入端和输出端之间连接有RC电路。
6.根据权利要求2所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第一前级整形电路和所述后级整形电路为RC电路。
7.根据权利要求2所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述后级放大电路包括放大器U3，所述第一前级整形电路输出的信号加载于所述放大器U3的正向输入端，所述放大器U3的反向输入端经电阻R8接地，所述放大器U3的反向输入端和输出端之间连接有RC电路。
8.根据权利要求2所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第一模数转换电路包括放大器U4，所述后级整形电路输出的信号加载于所述放大器U4的正向输入端，所述放大器U4的反向输入端经电阻R11和电阻R12接地，所述电阻R11和电阻R12相连接的一端上加载有电源。
9.根据权利要求1所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第二信号处理支路包括依次串联的第二前级放大电路、第二极零相消电路、第二主放大电路、整形电路和第二模数转换电路；所述第二前级放大电路的输入端为所述第二信号处理支路的信号输入端，所述第二模数转换电路的信号输出端为所述第二信号处理支路的信号输出端。
10.根据权利要求9所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第二前级放大电路包括放大器U5，所述探测器Ⅱ输出的信号经隔直器加载于所述放大器U5的反向输入端，所述放大器U5的正向输入端经电阻R13接地；所述放大器U5的反向输入端和输出端之间连接有RC电路。
11.根据权利要求9所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第二极零相消电路包括电位器RP2、电阻R16和电容C12，所述第二前级放大电路输出的信号一路经电容C11输入所述第二主放大电路，另一路加载于所述电位器RP2上，所述电容C12和电阻R16串联于所述电位器RP2的输出端与所述第二主放大电路的输入端之间。
12.根据权利要求9所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第二主放大电路包括放大器U6，所述第二前级放大电路输出的信号和所述第二极零相消电路输出的信号加载于所述放大器U6的正向输入端，所述放大器U6的反向输入端经电阻R17接地，所述放大器U6的反向输入端和输出端之间连接有RC电路。
13.根据权利要求9所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述整形电路为RC电路。
14.根据权利要求9所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述第二模数转换电路包括放大器U7，所述整形电路输出的信号加载于所述放大器U7的正向输入端，所述放大器U7的反向输入端经电阻R20和电阻R21接地，所述电阻R20和电阻R21相连接的一端上加载有电源。
15.根据权利要求1所述的反符合流气式多丝正比计数器，其特征在于：所述数据处理器U8为FPGA。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190726 |