CN113075720A - 一种基于组合式定时器的α、β射线甄别系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于组合式定时器的α、β射线甄别系统及方法，属于α、β射线甄别技术领域，解决了对于目前α、β放射性污染复合检测过程中存在的串扰严重、小脉冲无法可靠分辨等主要问题，依旧存在，其技术方案要点是检测到脉冲宽度大于1uS且幅度高于50mV则为α射线，否则为β射线。幅度识别是利用比较器即可实现，宽度识别是利用单片机内部定时器实现，达到了基于组合式定时器来实现，幅度和脉宽综合检测来甄别出α、β射线的效果。
Description
技术领域
本发明涉及α、β射线甄别技术领域,更具体地说，涉及一种基于组合式定时器的α、β射线甄别系统及方法。
背景技术
随着核能的进一步开发利用，以及工作人员的物理保健意识也逐步提高，涉及核场所，对放射性污染检测设备性能提出了更高要求。对于目前α、β放射性污染复合检测过程中存在的串扰严重、小脉冲无法可靠分辨等主要问题，依旧存在。
由于在探测过程中存在能量衰减，射线脉冲幅度小于理论值，形成的小脉冲信号无法准确分辨，致使α、β脉冲串道。因此，准确地甄别小脉冲信号是解决问题的关键。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提供一种基于组合式定时器的α、β射线甄别系统及方法，以解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，包括测量传感器、和微处理器系统，所述测量传感器包括高压电路、塑闪探测器和信号放大电路；
所述高压电路连接于微处理器系统，用于提供塑闪探测器正常使用时所需的偏置电压；
塑闪探测器包括塑料闪烁体、光收集箱和光电倍增管，所述光收集箱呈倒置的梯形结构，光收集箱的内顶部固定涂有ZnS或ZnAg薄层的塑料闪烁体，光收集箱内还覆盖有一层铝膜，光电倍增管固定在一侧通过光收集箱收集光子并进行光电转换，用以产生相应的α、β电脉冲；
信号放大电路连接于光电倍增管的输出端，用于α、β电脉冲的调制和滤波；
微处理器系统包括下限阈值判断模块、上限阈值判断模块、计数模块、复位模块、门控模块、以及系统时钟模块；所述信号放大电路处理后的脉冲输入分别提供给下限阈值判断模块、上限阈值判断模块，根据电脉冲幅度上限和下限阈值比较，高于上限阈值时符合α射线幅值标准，
下限阈值判断模块的输出端分别连接计数模块和复位模块，系统时钟模块连接复位模块，上限阈值判断模块的输出端和复位模块的输出端分别连接于门控模块，
计数模块包括计数器一，计数器一工作在外部计数模式，用于根据下限阈值判断模块甄别出的α、β电脉冲总数进行计数，
复位模块包括计数器二和比较设定单元，复位模块工作在复位模式，计数器二接收系统时钟计数信号并将比较设定单元设定为1uS的脉宽判断基准，计数器二捕获下限阈值判断模块输出的脉冲上升沿则计数值清零，脉宽为1uS的则输出计数信号，
门控模块包括计数器三和逻辑“与”门电路，根据上限阈值判断模块的输出以及复位模块的比较输出的两者信号来使能计数器三的计数输出，依据检测到脉冲宽度大于1uS且幅度高于上限阈值则为α射线，定时器三的计数值即为α射线脉冲的计数值，β射线计数值即为定时器一计数值减去定时器三计数值。
另外，还提供了一种基于组合式定时器的α、β射线甄别方法，采用上述的基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，
第一步：系统初始化，
第二步：判断下限阈值判断模块、上限阈值判断模块的阈值是否需要调节，如果需要调节，进入调节模式，以键盘输入方式设定上限或下限阈值，如果不需要调节进入第三步；
第三步：判断是否有中断任务，有，则进入中断处理，没有就回到第二步；
第四步：中断处理，脉冲宽度甄别和幅度甄别，中断返回。
本发明技术效果主要体现在以下方面：提供一种可靠的，低成本的，利用STM32单片机的定时器实现α、β射线识别并分别计数的一种方案。具有以下优势：1、成本较低；2、提出了幅度甄别与宽度甄别相结合的双重判别方法和系统；3、提高甄别的准确率和可靠性；4、性能稳定，抗干扰强。
附图说明
图1：本发明实施例中的塑闪探测器的结构示意图；
图2：本发明实施例中的信号放大电路的结构示意图；
图3：本发明实施例中的模块方框图；
图4：本发明实施例中的微处理器系统结构示意图。
附图标记：100、高压电路；200、塑闪探测器；201、塑料闪烁体；202、光收集箱；203、光电倍增管；300、信号放大电路；400、微处理器系统。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
实施例1：
一种基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，参考图3所示，包括测量传感器、和微处理器系统400。测量传感器包括高压电路100、塑闪探测器200和信号放大电路300。
高压电路100连接于微处理器系统400，用于提供塑闪探测器200正常使用时所需的偏置电压。高压电路100为输出0-1100V可调控的。高压电路100的电压调节范围：0-1100VDC，纹波≤30mV(峰-峰)，调节电压为O-2．5V。
参考图1所示，塑闪探测器200包括塑料闪烁体201、光收集箱202和光电倍增管203。光收集箱202呈倒置的梯形结构，光收集箱202的内顶部固定涂有ZnS或ZnAg薄层的塑料闪烁体201，光收集箱202内还覆盖有一层铝膜，光电倍增管203固定在一侧通过光收集箱202收集光子并进行光电转换，用以产生相应的α、β电脉冲。α射线探测一般采用ZnS(Ag) 塑料闪烁体201探测，β射线探测大多选用塑料闪烁体201或有机液体闪烁体探测，要实现α、β射线的同时探测可采用在薄片式塑料闪烁体201表面覆盖ZnS(Ag)涂层，ZnS(Ag)发光光谱为400～600 nm，且只对α射线发光效率高，对β、γ及中子等射线不灵敏，薄片式塑料闪烁体201能够探测β射线并充当ZnS(Ag)的光导，这样就保证了在探测β射线的同时实现对α射线的探测，探测过程中，检测到α、β射线将发出荧光，光子通过光收集箱202收集，通过光电倍增管203放大和光电转换，产生相应的α、β电脉冲。
信号放大电路300连接于光电倍增管203的输出端，用于α、β电脉冲的调制和滤波。
参考图2所示，信号放大电路300包括前置放大电路，前置放大电路包括前置输入端、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、放大器A1、和前置输出端，前置输入端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电容C1和电容C2的一端，电容C1的另一端连接电阻R2的一端、放大器A1的输出端和前置输出端，电容C2的另一端连接电阻R2的另一端和放大器A1的反相输入端，放大器的同相输入端接地。前置放大电路将光电倍增管203输出的电流脉冲信号转换成电压脉冲信号，对信号进行滤波和脉冲展宽。
放大电路还包括连接于前置放大电路的前置输出端的主放大电路，主放大电路包括主输入端、主输出端、放大器U1、放大器U2、电阻R11、电阻R12、电容C11、和限幅二极管D1；主输入端连接放大器U1的同相输入端，放大器U1的反相输入端连接电阻R1的一端、电容C11的一端、电阻R12的一端，放大器U1的输出端连接电容C11的另一端、电阻R12的另一端、放大器U2的同相输入端，放大器U2的反相输入端连接放大器U2的输出端、限幅二极管D1的一端和主输出端，限幅二极管D1的两端分别连接3.3V电压和接地端。电容C11为积分电容，滤去前置放大器输出的纹波和噪声。
参考图4所示，微处理器系统400包括下限阈值判断模块、上限阈值判断模块、计数模块、复位模块、门控模块、以及系统时钟模块。信号放大电路300处理后的脉冲输入分别提供给下限阈值判断模块、上限阈值判断模块，根据电脉冲幅度上限和下限阈值比较，高于上限阈值时符合α射线幅值标准，
下限阈值判断模块的输出端分别连接计数模块和复位模块，系统时钟模块连接复位模块，上限阈值判断模块的输出端和复位模块的输出端分别连接于门控模块，
计数模块包括计数器一，计数器一工作在外部计数模式，用于根据下限阈值判断模块甄别出的α、β电脉冲总数进行计数，
复位模块包括计数器二和比较设定单元，复位模块工作在复位模式，计数器二接收系统时钟计数信号并将比较设定单元设定为1uS的脉宽判断基准，计数器二捕获下限阈值判断模块输出的脉冲上升沿则计数值清零，脉宽为1uS的则输出计数信号，
门控模块包括计数器三和逻辑“与”门电路，根据上限阈值判断模块的输出以及复位模块的比较输出的两者信号来使能计数器三的计数输出，依据检测到脉冲宽度大于1uS且幅度高于上限阈值则为α射线，定时器三的计数值即为α射线脉冲的计数值，β射线计数值即为定时器一计数值减去定时器三计数值。
微处理器系统400包括芯片STM32单片机。微处理器系统400上还连接有通讯接口模块。上限阈值取50mV，下限阈值取30mV。
实施例2：
提供了一种基于组合式定时器的α、β射线甄别方法，采用上述的基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，
第一步：系统初始化，
第二步：判断下限阈值判断模块、上限阈值判断模块的阈值是否需要调节，如果需要调节，进入调节模式，以键盘输入方式设定上限或下限阈值，如果不需要调节进入第三步；
第三步：判断是否有中断任务，有，则进入中断处理，没有就回到第二步；
第四步：中断处理，脉冲宽度甄别和幅度甄别，中断返回。
脉冲宽度甄别，定时器一配置为外部计数模式，定时器二配置为外部复位模式，即捕获到外部一个上升沿则计数值清零，定时器三设置为门控制模式，即门控制引脚检测到外部为高电平才允许计数器开始计数，
定时器一用于总脉冲计数，定时器二、三组合成α射线脉冲识别，其中定时器二的溢出作为定时器三的时钟输入，定时器三的计数值即为α射线脉冲的计数值，β射线计数值即为定时器一计数值减去定时器三计数值。
脉冲幅度甄别，通过下限阈值判断模块，当脉冲幅度大于下限阈值时，视为α、β射线脉冲组合体，上限阈值判断模块判断脉冲幅度大于上限阈值时，视为α射线脉冲。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，包括测量传感器、和微处理器系统，其特征是，所述测量传感器包括高压电路、塑闪探测器和信号放大电路；
所述高压电路连接于微处理器系统，用于提供塑闪探测器正常使用时所需的偏置电压；
塑闪探测器包括塑料闪烁体、光收集箱和光电倍增管，所述光收集箱呈倒置的梯形结构，光收集箱的内顶部固定涂有ZnS或ZnAg薄层的塑料闪烁体，光收集箱内还覆盖有一层铝膜，光电倍增管固定在一侧通过光收集箱收集光子并进行光电转换，用以产生相应的α、β电脉冲；
信号放大电路连接于光电倍增管的输出端，用于α、β电脉冲的调制和滤波；
微处理器系统包括下限阈值判断模块、上限阈值判断模块、计数模块、复位模块、门控模块、以及系统时钟模块；所述信号放大电路处理后的脉冲输入分别提供给下限阈值判断模块、上限阈值判断模块，根据电脉冲幅度上限和下限阈值比较，高于上限阈值时符合α射线幅值标准，
下限阈值判断模块的输出端分别连接计数模块和复位模块，系统时钟模块连接复位模块，上限阈值判断模块的输出端和复位模块的输出端分别连接于门控模块，
计数模块包括计数器一，计数器一工作在外部计数模式，用于根据下限阈值判断模块甄别出的α、β电脉冲总数进行计数，
复位模块包括计数器二和比较设定单元，复位模块工作在复位模式，计数器二接收系统时钟计数信号并将比较设定单元设定为1uS的脉宽判断基准，计数器二捕获下限阈值判断模块输出的脉冲上升沿则计数值清零，脉宽为1uS的则输出计数信号，
门控模块包括计数器三和逻辑“与”门电路，根据上限阈值判断模块的输出以及复位模块的比较输出的两者信号来使能计数器三的计数输出，依据检测到脉冲宽度大于1uS且幅度高于上限阈值则为α射线，定时器三的计数值即为α射线脉冲的计数值，β射线计数值即为定时器一计数值减去定时器三计数值；
所述信号放大电路包括前置放大电路，前置放大电路包括前置输入端、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、放大器A1、和前置输出端，前置输入端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电容C1和电容C2的一端，电容C1的另一端连接电阻R2的一端、放大器A1的输出端和前置输出端，电容C2的另一端连接电阻R2的另一端和放大器A1的反相输入端，放大器的同相输入端接地；
所述放大电路还包括连接于前置放大电路的前置输出端的主放大电路，主放大电路包括主输入端、主输出端、放大器U1、放大器U2、电阻R11、电阻R12、电容C11、和限幅二极管D1；主输入端连接放大器U1的同相输入端，放大器U1的反相输入端连接电阻R1的一端、电容C11的一端、电阻R12的一端，放大器U1的输出端连接电容C11的另一端、电阻R12的另一端、放大器U2的同相输入端，放大器U2的反相输入端连接放大器U2的输出端、限幅二极管D1的一端和主输出端，限幅二极管D1的两端分别连接3.3V电压和接地端。
2.如权利要求1所述的基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，其特征在于：所述高压电路为输出0-1100V可调控的。
3.如权利要求1所述的基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，其特征在于：所述微处理器系统包括芯片STM32单片机。
4.如权利要求1所述的基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，其特征在于：所述微处理器系统上还连接有通讯接口模块。
5.如权利要求1所述的基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，其特征在于：所述上限阈值取50mV，下限阈值取30mV。
6.一种基于组合式定时器的α、β射线甄别方法，其特征在于：采用如权利要求1-5任意一项所述的基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，
第一步：系统初始化，
第二步：判断下限阈值判断模块、上限阈值判断模块的阈值是否需要调节，如果需要调节，进入调节模式，以键盘输入方式设定上限或下限阈值，如果不需要调节进入第三步；
第三步：判断是否有中断任务，有，则进入中断处理，没有就回到第二步；
第四步：中断处理，脉冲宽度甄别和幅度甄别，中断返回。
7.如权利要求6所述的基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，其特征在于：脉冲宽度甄别，定时器一配置为外部计数模式，定时器二配置为外部复位模式，即捕获到外部一个上升沿则计数值清零，定时器三设置为门控制模式，即门控制引脚检测到外部为高电平才允许计数器开始计数，
定时器一用于总脉冲计数，定时器二、三组合成α射线脉冲识别，其中定时器二的溢出作为定时器三的时钟输入，定时器三的计数值即为α射线脉冲的计数值，β射线计数值即为定时器一计数值减去定时器三计数值。
8.如权利要求7所述的基于组合式定时器的α、β射线甄别系统，其特征在于：脉冲幅度甄别，通过下限阈值判断模块，当脉冲幅度大于下限阈值时，视为α、β射线脉冲组合体，上限阈值判断模块判断脉冲幅度大于上限阈值时，视为α射线脉冲。
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