CN115793026A - 具备自检通路状态功能的闪烁探测系统及其自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统及其自检方法，解决了现有的闪烁探测系统通路状态的检测装置结构复杂且占用资源较多的问题。具体包括闪烁探测器、屏蔽外壳、高压同轴电缆、光源、电容单元、示波器以及电源；闪烁探测器、光源以及电容单元均设置在屏蔽外壳内；高压同轴电缆包括电缆内导体芯线和同轴套装在所述电缆内导体芯线外的电缆屏蔽网层；电缆内导体芯线一端与电源输出连接器端口连接，另一端与闪烁探测器高压输入端口连接；所述电缆屏蔽网层一端与电源的接地线连接，另一端与屏蔽外壳连接；示波器输入端连接闪烁探测器的信号输出端；电容单元一端与内导体芯线连接，另一端与光源一端管脚连接；光源的另一端管脚与电缆屏蔽网层连接。

Description

具备自检通路状态功能的闪烁探测系统及其自检方法

技术领域

本发明涉及探测系统的通路状态检测，涉及一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统及其自检方法。

背景技术

闪烁探测器是脉冲辐射场测量领域常用的探测器之一。它的结构包括闪烁体(辐射转换)、光收集系统以及光敏器件(光电转换)，用于致电离辐射带电粒子探测。

基于闪烁探测器构建的探测系统通常包括：探测器部分，信号、高压传输部分，以及信号记录部分。其中，探测器部分主要完成将脉冲辐射源信息转换成能够被传输和记录的电信号，其结构设计依据探测对象辐射脉冲粒子类型及辐射脉冲强度来确定；信号、高压传输部分包括为探测器部分提供工作电压的高压传输电缆以及将探测器输出的电流信号传输至信号记录部分的信号传输电缆；信号记录部分是把探测器输出的电信号，由射频同轴信号电缆传输至构成记录部分的高采样率示波器信道，实现对辐射脉冲波形的测试，进而对波形特征进行分析处理。将探测器部分，信号、高压传输部分以及信号记录部分进行连接，即可构建一个完整的闪烁探测系统。

闪烁探测系统建立完毕后，需要随时对全系统的通路状态进行检测，以确认全系统处于能够正常工作的状态。尤其是在全系统规模较大、传输距离较长的工程条件下，实时、快捷地实现全系统通路状态检测是必须要完成的工作内容。

现有的闪烁探测系统通路状态的检测方法包括两种：

一种可以通过直流高压电源为闪烁探测器提供工作电压，以相同或不同的步进伏值电压为闪烁探测器加电，闪烁探测器中的真空光电器件在逐步加电达到它的正常工作电压过程中，由微电流计监测其阳极暗脉冲，当电压值由低电位向高电位跳变时会产生瞬时脉冲电压冲击现象，在相应的工作电压下输出的暗电流信号会由瞬间电压的冲击反映在微电流计测试的相对稳定暗电流值上，并叠加瞬间电流冲击现象，对逐次的加压冲击，微电流计测量的真空光电器件相对工作电压下的暗电流值都会先过冲再回到稳定暗电流测量值，直至真空光电器件加至正常工作电压，微电流计测量到此工作电压下的稳定暗电流输出值，由此来检测、确认闪烁探测系统是否处于正常工作状态。这种闪烁探测器系统通路状态的检测方法简单且有效，但需要将信号传输电缆连接在微电流计上，且以示波器记录部分的信道必须正常工作为前提；采用该检测方法检测的过程，没有对真空光电器件的光电转换工作过程进行检测。故而该检测方法存在的不足为：对探测系统通路状态检测内容不完整。

另一种为能够实时、方便检测通路状态的方法，是在闪烁探测系统构建完毕后，设置专用的通路检查线路，脉冲信号源通过该检查线路为设置在闪烁探测器内的真空光电器件光窗前的光源提供激励信号，由该光源产生脉冲光信号，再由真空光电器件响应光脉冲并输出阳极电流信号，经由信号记录部分记录信号，由此对闪烁探测系统的工作状态进行检测。该检测方法需要为提供光信号的光源铺设专用的激励电信号电缆，并准备脉冲信号源设备，以激励光源发光。实施中需要专门配置传输电缆及其他仪器资源，导致整个闪烁探测系统结构复杂且占用资源较多。

发明内容

本发明提供一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统及其自检方法，目的是解决在现有的闪烁探测系统进行通路状态检测时，存在检测内容不完整的不足，或者是需要专门为提供光信号的光源铺设专用的激励电信号电缆，并准备脉冲信号源设备，以激励光源发光，导致整个闪烁探测系统结构复杂且占用资源较多的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特殊之处在于：包括闪烁探测器、屏蔽外壳、高压同轴电缆、光源、电容单元、示波器以及电源；

所述闪烁探测器、光源以及电容单元均设置在屏蔽外壳内；

所述高压同轴电缆包括电缆内导体芯线和同轴套装在所述电缆内导体芯线外的电缆屏蔽网层；所述电缆内导体芯线一端与电源输出连接器端口连接，另一端与闪烁探测器高压输入端口连接；所述电缆屏蔽网层一端与电源的接地线连接，另一端与屏蔽外壳连接；

所述示波器输入端连接闪烁探测器的信号输出端；

所述电容单元一端与内导体芯线连接，另一端与光源一端管脚连接；所述光源的另一端管脚与电缆屏蔽网层连接。

进一步地，所述电容单元包括一个电容C，电容C一端与内导体芯线连接，另一端与光源一端连接；

或者，所述电容单元包括两个及两个以上的电容C，且各个电容C相互串联或并联，相互串联或并联后的电容C一端与内导体芯线连接，另一端与光源一端连接。

进一步地，所述电容C为无极性耐高压瓷片电容。

进一步地，还包括探测器输出信号分路器以及示波器；

所述示波器包括至少两个记录信道；

所述闪烁探测器的信号输出端通过射频同轴信号传输电缆与所述探测器输出信号分路器的输入端连接；

所述探测器输出信号分路器的各个输出端分别与所述示波器各个记录信道的输入端连接。

进一步地，还包括位于屏蔽外壳内的电阻R；

所述电阻R与所述光源并联。

进一步地，所述光源的负极管脚一端与所述电缆内导体芯线连接，适用于所述闪烁探测器工作在负高压时；

或者，所述光源的正极管脚一端与所述电缆内导体芯线连接，适用于所述闪烁探测器工作在正高压时。

进一步地，所述电容单元的耐压参数大于所述闪烁探测器工作电压的1.5倍。

同时，本发明还提供了一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统的自检方法，基于上述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、为电源设置加电的步进幅值，使所述电源为闪烁探测器及光源同时供电；

步骤2、使电源由低电位向高电位逐次阶跃加电，以产生瞬间冲击电压，为光源提供脉冲电流信号，点亮光源，使其发出脉冲光信号；

步骤3、观察所述光源的点亮瞬间，闪烁探测器输出的信号是否正常，进而实时判定闪烁探测系统的通路状态是否正常。

进一步地，步骤3之后还包括对闪烁探测系统的工作状态进行调整的步骤：

步骤4、确定所述闪烁探测器响应待测脉冲信号后输出的波形特征信息，所述波形特征信息至少包括脉冲极性，脉冲幅度，波形前沿、后沿，波形半宽；

步骤5、根据所述闪烁探测器输出的波形特征信息，对示波器的信道灵敏度、示波器时基、触发电平进行调整，以使所述闪烁探测系统处于待探测工作状态。

进一步地，当所述电源的电压加至所述闪烁探测器正常工作电压时，所述电源为所述闪烁探测器提供的电压变化率小于0.1％。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的闪烁探测系统为闪烁探测器、光源以及电容单元设置了屏蔽外壳，并通过高压同轴电缆将电源与其他各个元器件及屏蔽外壳进行合理连接，形成了能够自检通路状态的闪烁探测系统，该探测系统不需要提前铺设通路检测电缆，也不需要单独配置激励光源发光的脉冲信号源，整个系统简单有效地实施了全系统状态的检测，能够保证检测内容的完整性，且实现了资源最简化。

2、本发明中的电源既为整个闪烁探测系统供电，同时也为通路状态检测电路供电，在保障探测系统正常工作的同时，实现了全系统的通路连接状态实时检测，简单实用。

3、本发明的闪烁探测系统能够对自身的通路状态进行实时检测，更有效的保证整个闪烁探测系统的正常工作。

4、本发明提供的闪烁探测系统在传输距离较长、系统规模较大时，不仅能够显著节约实验成本，而且可以在较短的时间内完成所有闪烁探测系统的通路状态检测工作，经济便捷。

附图说明

图1是本发明一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统实施例的结构示意图之一；

图2是本发明一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统实施例的结构示意图之二；

图3是本发明实施例中的不同步进电压升压过程的瞬时电压冲击激励光源发光时，光电倍增管(包含于闪烁探测器内)阳极输出信号波形。

附图标号：

2-1、闪烁探测器，2-2、射频同轴信号传输电缆，2-3、高压同轴电缆，2-4、屏蔽外壳，2-5、电缆内导体芯线，2-6、电缆屏蔽网层，3-1、探测器输出信号分路器，3-21、示波器第一记录信道，3-22、示波器第二记录信道，3-3、电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明原理：本发明在不单独设置通路检测信号传输电缆以及激励信号源的条件下，以高压传输电缆加压过程的瞬间冲击电压，点亮位于闪烁探测器真空光电器件光窗前端侧面位置的光源发生器件，利用设置完成的既有闪烁探测系统，对自身的通路状态进行实时检测，同时确保不影响闪烁探测器对辐射脉冲的正常测试工作状态。

一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，如图1及图2所示，包括闪烁探测器2-1、屏蔽外壳2-4、高压同轴电缆2-3、光源、电容单元、电源3-3、探测器输出信号分路器3-1、示波器以及电阻R；

闪烁探测器2-1、光源、电容单元以及电阻R均设置在屏蔽外壳2-4内；高压同轴电缆2-3包括电缆内导体芯线2-5和同轴套装在电缆内导体芯线2-5外的电缆屏蔽网层2-6；电缆内导体芯线2-5一端与电源3-3输出连接器端口连接，另一端与闪烁探测器2-1高压输入端口连接；电缆屏蔽网层2-6一端与电源3-3的接地线连接，另一端与屏蔽外壳2-4连接；电容单元一端与内导体芯线2-5连接，另一端与光源一端管脚连接，电容单元的耐压参数大于闪烁探测器2-1工作电压的1.5倍；光源的另一端管脚与电缆屏蔽网层2-6连接，本发明实施例采用发光二极管(LED)做光源。LED的正极管脚或负极管脚连接在电缆内导体芯线2-5上的决定因素，由闪烁探测器2-1的工作电压极性决定，当闪烁探测器2-1工作在负高压时，光源的负极管脚与电缆内导体芯线2-5连接；当闪烁探测器2-1工作在正高压时，光源的正极管脚与电缆内导体芯线2-5连接，另一管脚与屏蔽外壳2-4连接，也即与电缆屏蔽网层2-6连接形成回路。其中，电容单元包括至少一个电容C；当电容单元包括两个及两个以上的电容C时，各个电容C相互串联，也可以相互并联，本实施例中为串联。电容C可选用耐千伏高压隔直磁介质电容，优选无极性瓷片电容。电容单元的作用是隔离直流高压信号，只通过电位逐级升高时瞬间电压冲击脉冲，电容单元的选值要考虑RC电路的时间性能。电容单元为本发明的关键点，起到隔直通交的作用，如果没有电容单元，该方法难以实现。为确保电容单元安全、有效工作，其耐压参数参照闪烁探测器2-1中的真空光电器件的工作电压值确定，至少比真空光电器件的工作电压高1.5倍以上，若一个电容C的耐压值比光电器件的工作电压小，也可以使用多个电容C串联分压的工作方式实现电容的安全应用。电阻R并联在光源的管脚两端。电容C与电阻R构成的回路，可以缓解瞬间脉冲电压带来的冲击，使得光电器件的加压过程更为平缓、安全，并且在瞬时电压冲击脉冲到来时，与LED分流，保护LED不在瞬时电压过冲状态下过载损坏。另外，电容C在闪烁探测器的供电电路中还具有储能作用，为闪烁探测器在脉冲信号测试中补充电荷，稳定闪烁探测器在脉冲工作条件时的电压。闪烁探测器2-1通过射频同轴信号传输电缆2-2与探测器输出信号分路器3-1的输入端连接；探测器输出信号分路器3-1的第一输出端与示波器第一记录信道3-21输入端连接，其第二输出端与示波器第二记录信道3-22输入端连接。

电源3-3为整个闪烁探测系统提供直流高压电源；闪烁探测器2-1由辐射转换体(如：有机闪烁体、无机闪烁体、切伦科夫辐射体等)配合真空光电器件构成。辐射转换体将待测试的辐射脉冲信号转换为光信号，真空光电器件通过光电转换将光信号再转换成可以记录的电信号，从而完成对辐射脉冲信号的测量。闪烁探测器2-1探测到的电信号，通过射频同轴信号传输电缆2-2以及探测器输出信号分路器3-1分别被传输、分配至示波器第一记录信道3-21和示波器第二记录信道3-22。探测器输出信号分路器3-1可以采用同轴功率分配器、同轴功率衰减器或信号放大器等电子器件；示波器可以采用高采样率数字示波器，高采样率数字示波器可以通过测试需求设置记录通道的波形采样率、记录长度、触发通道等参数，将闪烁探测器输出的电流信号经高采样率数字示波器内阻转为电压信号记录下来，通过对记录的波形特征进行分析处理，实现诊断辐射脉冲的时间、强度等信息的目的。该闪烁探测系统既能够实现为闪烁探测器提供稳定的工作电压功能，同时又可以快捷地对闪烁探测系统工作状态进行实时、近端或者远距离检测功能。

本发明实施例还提供了一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统自检方法，基于上述的一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，具体包括以下步骤：

步骤1、为电源设置加电的步进幅值，使电源为闪烁探测器2-1及光源同时供电。

具体的，分析待测辐射脉冲信号波形特征，选择有机闪烁体配合真空光电转换器件(本实施例中的真空光电转换器为光电倍增管)构成闪烁探测器2-1，为闪烁探测器2-1设计具有电磁屏蔽性能的屏蔽外壳2-4，先对光电倍增管的性能参数进行测试选择，再将有机闪烁体、光电倍增管装配在屏蔽外壳2-4中。确定闪烁探测器2-1的灵敏度量程，并在相应辐射模拟装置和不同的放射源上对其灵敏度进行刻度。在刻度好灵敏度的闪烁探测器2-1的光电倍增管光窗前安装一只LED，LED按照图2的方法连接，并将闪烁探测器安置在测量位置，由直流高压电源3-3为系统提供工作电压。采用射频同轴信号传输电缆作为闪烁探测器输出电流信号的传输介质，即高压同轴电缆2-3，根据电信号幅度、带宽、传输距离、实施工程条件等综合因素确定传输电缆的型号。闪烁探测系统建立好之后，为电源3-3设置加电的步进幅值。

步骤2、使电源由低电位向高电位逐次阶跃加电，以产生瞬间冲击电压，为光源提供脉冲电流信号，点亮光源LED，使其发出脉冲光信号。

具体的，如图3所示，直流高压电源3-3为光电倍增管加负极性工作电压。使得电源3-3由低电位逐步升至光电器件的正常工作电压值，在逐次阶跃加电的过程中，利用电压由低电位跳变至高一级电位(由-1000V升压至-1200V、-1200V升压至-1400V、-1400V升压至-1600V、-1600V升压至-1700V)产生的瞬间冲击电压，为LED提供几十毫秒的瞬时脉冲工作电流，点亮LED发出瞬时脉冲光信号，光电倍增管逐渐升压进入工作区，响应LED发出的脉冲光信号，实现实时对全系统通路状态进行检测。图3即直流高压电源4次升压过程光电倍增管响应脉冲光信号的阳极输出波形。直流高压电源电压升至光电倍增管预定工作电压后，会为光电倍增管提供电压变化率小于0.1％的稳定工作电压，不会再发生瞬间突变状况，LED不再工作，探测器进入正常待探测状态。

步骤3、观察光源的点亮瞬间，闪烁探测器2-1输出的信号是否正常，进而实时判定闪烁探测系统的通路状态是否正常。

具体的，利用光电器件在逐渐升压进入工作区开始工作，能够响应LED发出的脉冲光信号，进而对闪烁探测系统进行实时检测。当闪烁探测系统进入预定工作电压，进入稳定工作状态，此时，高压电源3-3工作在稳定输出模式，电压的稳定度小于等于0.1％，通路状态检查分路中的LED不再发光。闪烁探测系统将完成辐射脉冲信号的测试工作过程，即：当有辐射脉冲信号到来时，其经过辐射致光，再由光转换为电信号的测量过程，将辐射脉冲信号转化为可以传输、记录的脉冲电流信号。

步骤4、确定闪烁探测器2-1响应待测脉冲信号后输出的波形特征信息，波形特征信息至少包括脉冲极性，脉冲幅度，波形前沿、后沿，波形半宽；

步骤5、根据闪烁探测器2-1输出的波形特征信息，对示波器第一记录信道3-21及示波器第二记录信道3-22的垂直灵敏度、示波器时基、触发电平、扫速等进行调整，使闪烁探测系统处于待测试工作状态。

具体的，光电倍增管阳极输出信号先由探测器输出信号分路器3-1进行分配，本发明实施例优选同轴功率分配器，再分别进入示波器第一记录信道3-21及示波器第二记录信道3-22，当然也可以根据测量需要安排相应数量的高采样率数字示波器记录信道，示波器的设置包括：垂直灵敏度、时基、触发电平等依据被测试波形的特征进行调整。

该方法具有实施便捷、资源经济、实用有效的优点，能够实现对闪烁探测系统实时工作状态检测的目的。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特征在于：包括闪烁探测器(2-1)、屏蔽外壳(2-4)、高压同轴电缆(2-3)、光源、电容单元、示波器以及电源(3-3)；

所述闪烁探测器(2-1)、光源以及电容单元均设置在屏蔽外壳(2-4)内；

所述高压同轴电缆(2-3)包括电缆内导体芯线(2-5)和同轴套装在所述电缆内导体芯线(2-5)外的电缆屏蔽网层(2-6)；所述电缆内导体芯线(2-5)一端与电源(3-3)输出连接器端口连接，另一端与闪烁探测器(2-1)高压输入端口连接；所述电缆屏蔽网层(2-6)一端与电源(3-3)的接地线连接，另一端与屏蔽外壳(2-4)连接；

所述示波器输入端连接闪烁探测器(2-1)的信号输出端；

所述电容单元一端与内导体芯线(2-5)连接，另一端与光源一端管脚连接；所述光源的另一端管脚与电缆屏蔽网层(2-6)连接。

2.根据权利要求1所述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特征在于：所述电容单元包括一个电容C，电容C一端与内导体芯线(2-5)连接，另一端与光源一端连接；

或者，所述电容单元包括两个及两个以上的电容C，且各个电容C相互串联或并联，相互串联或并联后的电容C一端与内导体芯线(2-5)连接，另一端与光源一端连接。

3.根据权利要求2所述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特征在于：所述电容C为无极性耐高压瓷片电容。

4.根据权利要求1-3任一所述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特征在于：还包括探测器输出信号分路器(3-1)以及示波器；

所述示波器包括至少两个记录信道；

所述闪烁探测器(2-1)的信号输出端通过射频同轴信号传输电缆(2-2)与所述探测器输出信号分路器(3-1)的输入端连接；

所述探测器输出信号分路器(3-1)的各个输出端分别与所述示波器各个记录信道的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特征在于：还包括位于屏蔽外壳(2-4)内的电阻R；

所述电阻R与所述光源并联。

6.根据权利要求5所述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特征在于：所述光源的负极管脚一端与所述电缆内导体芯线(2-5)连接，适用于所述闪烁探测器(2-1)工作在负高压时；

或者，所述光源的正极管脚一端与所述电缆内导体芯线(2-5)连接，适用于所述闪烁探测器(2-1)工作在正高压时。

7.根据权利要求6所述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特征在于：所述电容单元的耐压参数大于所述闪烁探测器(2-1)工作电压的1.5倍。

8.一种具备自检通路状态功能的闪烁探测系统的自检方法，基于权利要求1-5任一所述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、为电源(3-3)设置加电的步进幅值，使所述电源(3-3)为闪烁探测器(2-1)及光源同时供电；

步骤2、使电源(3-3)由低电位向高电位逐次阶跃加电，以产生瞬间冲击电压，为光源提供脉冲电流信号，点亮光源，使其发出脉冲光信号；

步骤3、观察所述光源的点亮瞬间，闪烁探测器(2-1)输出的信号是否正常，进而实时判定闪烁探测系统的通路状态是否正常。

9.根据权利要求8所述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统的自检方法，其特征在于，步骤3之后还包括对闪烁探测系统的工作状态进行调整的步骤：

步骤4、确定所述闪烁探测器(2-1)响应待测脉冲信号后输出的波形特征信息，所述波形特征信息至少包括脉冲极性，脉冲幅度，波形前沿、后沿，波形半宽；

步骤5、根据所述闪烁探测器(2-1)输出的波形特征信息，对示波器的信道灵敏度、示波器时基、触发电平进行调整，以使所述闪烁探测系统处于待探测工作状态。

10.根据权利要求9所述的具备自检通路状态功能的闪烁探测系统的自检方法，其特征在于，步骤2中，当所述电源(3-3)的电压加至所述闪烁探测器(2-1)正常工作电压时，所述电源(3-3)为所述闪烁探测器(2-1)提供的电压变化率小于0.1％。

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