CN112099073B - 一种核素识别谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种核素识别谱仪，包括：探测器模块、电路板；所述探测器模块包括CsI+SiPM探测器和/或中子探测器；所述电路板集成设置有采集电路模块、信号处理模块、电源模块；采用无线充电和/或有线快充提供供电，强弱电分离布局，采集电路采用独立分层电路板设计，设备尽可能地压缩了内部空间。本发明解决了现有设备续航时间短问题；降低了供电电路对电子信号电路的影响；电路板分层设计既充分提高板面积利用率，也使信号完整性得到保障；内部布局在满足功能需求的同时做到合理紧凑，满足手持设备小型握感舒适等需求。

Description

一种核素识别谱仪
技术领域
本发明涉及放射性检测技术领域，具体而言，涉及一种核素识别谱仪。
背景技术
现在的安全检测和反恐领域，放射性辐射检测是其中重要的组成部分，核素识别、剂量率监测、放射源巡检，是放射性辐射检测的主要需求。核素识别仪可判别放射性核素的种类及辐射水平，同时具备放射源搜索定位功能。
现有的核素识别仪采用电池供电，连续工作时间短，续航能力差。
现有核素识别仪的高压供电电路设置位置与电路板隔离性差，供电电路对电子信号电路有干扰影响；电路板分层设计没有区分模块，板面积没有充分利用，采集模块放在电路板信号层里，干扰大，信号完整性差。
并且现有核素识别仪设备内部模块布局分散，占用空间大，造成设备体积大，手持握感不舒适。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是：解决现有核素识别仪连续工作时间短，续航能力差；供电电路对电子信号电路干扰影响大，采集信号模块信号完整性差，设备手持握感舒适度差的问题。
本发明提供一种核素识别谱仪，包括：探测器模块、电路板；
所述探测器模块，包括CsI+SiPM探测器，和/或中子探测器；所述探测器模块，用于寻找和探测放射源，测量放射性辐射剂量率，优选地，包括吸收剂量率、比释动能率、周围剂量当量率、定向剂量当量率；
所述电路板集成设置有采集电路模块、信号处理模块、电源模块；所述电路板设置在所述探测器模块的外上侧；
其中，所述采集电路模块采用独立分层电路板设计，为信号采集电路器件，设置在所述电路板的下部，用于完成对测量输入信号的通道选择、放大、增益控制、A/D转换，所述采集电路模块采用独立分层电路板设计，既充分提高板面积利用率，也使信号完整性得到保障；
所述信号处理模块，包括设置在所述电路板中部的FPGA器件、ARM器件、SRAM器件、Flash器件；所述FPGA器件与所述ARM器件之间连接，所述FPGA器件与所述Flash器件之间连接，所述FPGA器件与所述SRAM器件之间连接；所述信号处理模块用于实现高速实时信号处理，所述FPGA器件，能够以高速、实时、低成本、高灵活性的优点应用于数字信号处理，利用FPGA实现数字信号处理成为数字信号处理领域的一种新的趋势，它可以取代通用DSP芯片或作为通用DSP芯片的协处理器进行工作；
所述采集电路模块与所述探测器模块之间连接，所述采集电路模块与所述信号处理模块之间连接；
所述电源模块，包括锂电池、无线充电器件、Type C接口器件，设置在所述电路板的外左上侧，以用于实现强弱电分离布局，所述电源模块与所述信号处理模块之间连接。
进一步地，所述核素识别谱仪还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块，用于无线通信，设置在所述电路板的上方，所述蓝牙模块与所述信号处理模块之间连接。
进一步地，所述核素识别谱仪还包括报警模块，包括声光报警驱动电路器件，设置在所述电路板的左中部，所述报警模块与所述信号处理模块之间连接。
进一步地，所述信号处理模块，还包括设置在所述电路板右上部的E2prom器件、时钟器件、温度检测器件，所述ARM器件与所述E2prom器件、所述温度检测器件、所述时钟器件之间连接。
进一步地，所述电源模块，还包括电源管理器件、电源转换器件、串口转USB器件，设置在所述电路板的左上方，所述电源管理器件与所述锂电池、所述无线充电器件、所述Type C接口器件之间连接，所述串口转USB器件与所述Type C接口器件之间连接，所述电源管理器件与所述电源转换器件之间连接；所述电源模块为采集电路模块、信号处理模块、报警模块及其他数字或模拟负载提供供电。
进一步地，所述报警模块还包括指示灯、蜂鸣器、震动马达，设置在所述电路板的外左侧，所述声光报警驱动电路器件与所述指示灯、所述蜂鸣器、所述震动马达之间连接，所述报警模块提供报警提示。
进一步地，所述探测器模块与所述电路板布局紧凑连接，所述探测器模块采用小型化设计。
本发明还提供一种设备，该设备包括本发明所述核素识别谱仪。
本发明所述核素识别谱仪，在能谱识别过程中还提供一种温度漂移的修正方法，包括以下步骤：
建立放射线探测器不同温度下的能峰位置和温度点之间的线性回归曲线；
对所述放射线探测器输出的信号进行能谱识别，实时采集能谱S和温度T；
通过所述线性回归曲线查取所述温度T下所对应的放射线的能峰位置，计算和识别所述能峰位置与所述能谱S之间的差值，利用所述差值对所述能谱S进行修正。
进一步地，所述线性回归曲线依据探测器的信号幅度与温度呈现负相关的性质建立；建立所述线性回归曲线之前，探测器采集不同温度下的放射线能谱，并记录不同温度下的能峰位置。
进一步地，所述记录不同温度下的能峰位置，是通过温度与探测器的幅度输出的测试，收集温度与放射线探测器能峰的漂移数据所得到的。
进一步地，利用所述差值对能谱S进行修正的过程中，依据不同温度点下所述探测器输出的信号幅度与放射线能谱的对应关系，建立温度与能谱的补偿数学模型。
进一步地，利用所述差值对能谱S进行修正的过程中，还包括通过所述补偿数学模型的输入温度，自动计算温漂修正系数的步骤，以提高修正的精度。
本发明所述温度漂移的修正方法的系统，包括：
探测器模块：探测器采集不同温度下的放射线能谱，并记录不同温度下的能峰位置；
能谱识别模块：通过所述探测器通道获得待识别的所述放射线能谱，并提取能谱特征向量，分类实现能谱识别；
补偿数学模型模块：依据不同温度点下所述探测器输出的信号幅度与放射线能谱的对应关系，建立温度与能谱的补偿数学模型。
进一步地，所述系统还包括温漂修正模块：通过所述补偿数学模型的输入温度，自动计算温漂修正系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，
1、采用无线充电和/或有线快充为电池提供供电，连续工作时间长，续航能力强；
2、快充、无线充电、高压供电单元采用强弱电分离布局的方式，降低对信号采集电路与控制电路的影响；采集电路采用独立分层电路板设计，既充分提高板面积利用率，也使信号完整性得到保障；
3、设备尽可能地压缩了内部空间，内部布局在满足功能需求的同时做到合理紧凑，满足手持设备小型握感舒适等需求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明的一种核素识别谱仪的内部原理框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和产品的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参阅附图图1，本发明提供的一种核素识别谱仪。
本发明提供一种核素识别谱仪，包括：探测器模块、电路板；
所述探测器模块，包括CsI+SiPM探测器，和/或中子探测器；所述探测器模块，用于寻找和探测放射源，测量放射性辐射剂量率，优选地，包括吸收剂量率、比释动能率、周围剂量当量率、定向剂量当量率；
所述电路板集成设置有采集电路模块、信号处理模块、电源模块；所述电路板设置在所述探测器模块的外上侧；
其中，所述采集电路模块采用独立分层电路板设计，为信号采集电路器件，设置在所述电路板的下部，用于完成对测量输入信号的通道选择、放大、增益控制、A/D转换，所述采集电路模块采用独立分层电路板设计，既充分提高板面积利用率，也使信号完整性得到保障；
所述信号处理模块，包括设置在所述电路板中部的FPGA器件、ARM器件、SRAM器件、Flash器件；所述FPGA器件与所述ARM器件之间连接，所述FPGA器件与所述Flash器件之间连接，所述FPGA器件与所述SRAM器件之间连接；所述信号处理模块用于实现高速实时信号处理，所述FPGA器件，能够以高速、实时、低成本、高灵活性的优点应用于数字信号处理，利用FPGA实现数字信号处理成为数字信号处理领域的一种新的趋势，它可以取代通用DSP芯片或作为通用DSP芯片的协处理器进行工作；
所述采集电路模块与所述探测器模块之间连接，所述采集电路模块与所述信号处理模块之间连接；
所述电源模块，包括锂电池、无线充电器件、Type C接口器件，设置在所述电路板的外左上侧，以用于实现强弱电分离布局，所述电源模块与所述信号处理模块之间连接。
所述核素识别谱仪还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块，用于无线通信，设置在所述电路板的上方，所述蓝牙模块与所述信号处理模块之间连接。
所述核素识别谱仪还包括报警模块，包括声光报警驱动电路器件，设置在所述电路板的左中部，所述报警模块与所述信号处理模块之间连接。
所述信号处理模块，还包括设置在所述电路板右上部的E2prom器件、时钟器件、温度检测器件，所述ARM器件与所述E2prom器件、所述温度检测器件、所述时钟器件之间连接。
所述电源模块，还包括电源管理器件、电源转换器件、串口转USB器件，设置在所述电路板的左上方，所述电源管理器件与所述锂电池、所述无线充电器件、所述Type C接口器件之间连接，所述串口转USB器件与所述Type C接口器件之间连接，所述电源管理器件与所述电源转换器件之间连接；所述电源模块为采集电路模块、信号处理模块、报警模块及其他数字或模拟负载提供供电。
所述报警模块还包括指示灯、蜂鸣器、震动马达，设置在所述电路板的外左侧，所述声光报警驱动电路器件与所述指示灯、所述蜂鸣器、所述震动马达之间连接，所述报警模块提供报警提示。
所述探测器模块与所述电路板布局紧凑连接，所述探测器模块采用小型化设计，设备满足手持设备小型握感舒适等需求，尽可能的压缩了内部空间，内部布局在满足功能需求的同时合理紧凑，优选地，本实施例的电路板尺寸为138*64mm。
本发明实施例还提供一种设备，该设备可包括本发明所述核素识别谱仪。
本发明所述核素识别谱仪，在能谱识别过程中还提供一种温度漂移的修正方法，包括以下步骤：
建立放射线探测器不同温度下的能峰位置和温度点之间的线性回归曲线；
对所述放射线探测器输出的信号进行能谱识别，实时采集能谱S和温度T；
通过所述线性回归曲线查取所述温度T下所对应的放射线的能峰位置，计算和识别所述能峰位置与所述能谱S之间的差值，利用所述差值对所述能谱S进行修正。
进一步地，所述线性回归曲线依据探测器的信号幅度与温度呈现负相关的性质建立；建立所述线性回归曲线之前，探测器采集不同温度下的放射线能谱，并记录不同温度下的能峰位置。
进一步地，所述记录不同温度下的能峰位置，是通过温度与探测器的幅度输出的测试，收集温度与放射线探测器能峰的漂移数据所得到的。
进一步地，利用所述差值对能谱S进行修正的过程中，依据不同温度点下所述探测器输出的信号幅度与放射线能谱的对应关系，建立温度与能谱的补偿数学模型。
进一步地，利用所述差值对能谱S进行修正的过程中，还包括通过所述补偿数学模型的输入温度，自动计算温漂修正系数的步骤，以提高修正的精度。
本发明所述温度漂移的修正方法的系统，包括：
探测器模块：探测器采集不同温度下的放射线能谱，并记录不同温度下的能峰位置；
能谱识别模块：通过所述探测器通道获得待识别的所述放射线能谱，并提取能谱特征向量，分类实现能谱识别；
补偿数学模型模块：依据不同温度点下所述探测器输出的信号幅度与放射线能谱的对应关系，建立温度与能谱的补偿数学模型。
进一步地，所述系统还包括温漂修正模块：通过所述补偿数学模型的输入温度，自动计算温漂修正系数。
结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，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 (1)

1.一种核素识别谱仪，其特征在于，包括：探测器模块、电路板；
所述探测器模块，包括CsI+SiPM探测器，和/或中子探测器；
所述电路板集成设置有采集电路模块、信号处理模块、电源模块；所述电路板设置在所述探测器模块的外上侧；
其中，所述采集电路模块采用独立分层电路板设计，为信号采集电路器件，设置在所述电路板的下部；
所述信号处理模块，包括设置在所述电路板中部的FPGA器件、ARM器件、SRAM器件、Flash器件；所述FPGA器件与所述ARM器件之间连接，所述FPGA器件与所述Flash器件之间连接，所述FPGA器件与所述SRAM器件之间连接；
所述采集电路模块与所述探测器模块之间连接，所述采集电路模块与所述信号处理模块之间连接；
所述电源模块，包括锂电池、无线充电器件、Type C接口器件，设置在所述电路板的外左上侧，以用于实现强弱电分离布局，所述电源模块与所述信号处理模块之间连接；
所述核素识别谱仪在能谱识别过程中提供一种温度漂移的修正方法，包括以下步骤：
建立放射线探测器不同温度下的能峰位置和温度点之间的线性回归曲线；
对所述放射线探测器输出的信号进行能谱识别，实时采集能谱S和温度T；
通过所述线性回归曲线查取所述温度T下所对应的放射线的能峰位置，计算和识别所述能峰位置与所述能谱S之间的差值，利用所述差值对所述能谱S进行修正；
所述核素识别谱仪还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块，用于无线通信，设置在所述电路板的上方，所述蓝牙模块与所述信号处理模块之间连接；
所述核素识别谱仪还包括报警模块，包括声光报警驱动电路器件，设置在所述电路板的左中部，所述报警模块与所述信号处理模块之间连接；
所述信号处理模块，还包括设置在所述电路板右上部的E2prom器件、时钟器件、温度检测器件，所述ARM器件与所述E2prom器件、所述温度检测器件、所述时钟器件之间连接；
所述电源模块，还包括电源管理器件、电源转换器件、串口转USB器件，设置在所述电路板的左上方，所述电源管理器件与所述锂电池、所述无线充电器件、所述Type C接口器件之间连接，所述串口转USB器件与所述Type C接口器件之间连接，所述电源管理器件与所述电源转换器件之间连接；
所述报警模块还包括指示灯、蜂鸣器、震动马达，设置在所述电路板的外左侧，所述声光报警驱动电路器件与所述指示灯、所述蜂鸣器、所述震动马达之间连接。
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