CN117270015A - 环境中子伽马辐射监测系统和环境中子伽马辐射监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环境中子伽马辐射监测系统和环境中子伽马辐射监测方法，可以应用于光学系统技术领域。该系统包括：多个节点，节点包括塑料闪烁体探测器、信号处理器和通信器；塑料闪烁体探测器，用于根据预定时段内探测到的粒子，输出与粒子对应的光子信号；信号处理器，用于：对光子信号进行处理，得到粒子的粒子类型信息和粒子数量信息，其中，粒子类型信息用于表征粒子为伽马粒子和中子中的一种；根据预定时段、粒子类型信息和粒子数量信息，得到粒子的计数率；通信器，用于通过无线通信方式，向多个节点中与节点相关的中继节点发送计数率，以通过中继节点将计数率发送到上位机，其中，中继节点包括多个节点中的至少一个节点。
Description
技术领域
在本发明涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种环境中子伽马辐射监测系统和环境中子伽马辐射监测方法。
背景技术
环境辐射监测是指，为评价和控制核辐射剂量对周围环境产生的辐射影响，对一定范围内的辐射水平和环境介质、生物样品中的放射性浓度进行的监视性测量。该测量广泛应用于放射医学、核探测和核辐射防护、防爆检测等领域。
在实现本发明的发明构思的过程中，发明人发现，辐射监测系统信息传输的范围小，并且，信息传输消耗的资源多。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种环境中子伽马辐射监测系统和环境中子伽马辐射监测方法。
根据本发明的第一个方面，提供了一种环境中子伽马辐射监测系统，其特征在于，包括多个节点，节点包括塑料闪烁体探测器、信号处理器和通信器；塑料闪烁体探测器，用于根据预定时段内探测到的粒子，输出与粒子对应的光子信号；信号处理器，用于：对光子信号进行处理，得到粒子的粒子类型信息和粒子数量信息，其中，粒子类型信息用于表征粒子为伽马粒子和中子中的一种；根据预定时段、粒子类型信息和粒子数量信息，得到粒子的计数率；通信器，用于通过无线通信方式，向多个节点中与节点相关的中继节点发送计数率，以通过中继节点将计数率发送到上位机，其中，中继节点包括多个节点中的至少一个节点。
根据本发明的实施例，处理器包括光电转换模块和信号处理模块；光电转换模块，用于根据光子信号，输出脉冲信号；信号处理模块，包括输出子模块、第一确定子模块和计数子模块；输出子模块，用于在脉冲信号满足第一预定条件的情况下，输出关于脉冲信号的波形触发信号，以通过波形触发信号，触发针对粒子的计数操作，得到粒子数量信息；第一确定子模块，用于确定与脉冲信号对应的粒子类型信息；计数子模块，用于根据粒子数量信息、粒子类型信息和预定时段，得到计数率。
根据本发明的实施例，信号处理模块还包括：第二确定子模块、积分子模块、第三确定子模块和补充子模块；第二确定子模块，用于根据脉冲信号的尾沿，确定脉冲信号的目标信号段，其中，尾沿位于脉冲信号末端，尾沿包括信号上升沿和信号下降沿中的一种；积分子模块，用于对目标信号段进行积分处理，得到第一积分数值信息；第三确定子模块，用于根据第一积分数值信息和第一预定阈值，确定与粒子对应的数量补充信息；补充子模块，用于根据数量补充信息，对粒子的粒子数量信息进行补充，得到补充后的粒子数量信息。
根据本发明的实施例，信号处理模块，还包括：第一滤波子模块、第二滤波子模块和第四确定子模块；第一滤波子模块，用于对脉冲信号进行低频滤波处理，得到中间脉冲信号；第二滤波子模块，用于对中间脉冲信号进行高频滤波处理，得到目标脉冲信号；第四确定子模块，用于在目标脉冲信号的幅值大于等于预定幅值的情况下，确定脉冲信号满足第一预定条件。
根据本发明的实施例，第一确定子模块，包括：积分单元、第一确定单元和第二确定单元；第一积分单元，用于对脉冲信号的预定信号段进行积分处理，得到第二积分数值信息，其中，预定信号段包括预定子信号段，第二积分数值信息包括子积分数值信息，子积分数值信息与预定子信号段对应；第一确定单元，用于根据第二积分数值信息和子积分数值信息，确定积分比值信息；第二确定单元，用于根据积分比值信息和第二预定阈值，确定粒子类型信息。
根据本发明的实施例，信号处理模块还包括：信号放大子模块和数模转换子模块；信号放大子模块，用于对脉冲信号进行处理，得到放大脉冲信号，其中，放大脉冲信号为模拟信号形式；数模转换子模块，用于根据放大脉冲信号，输出数字信号形式的脉冲信号。
根据本发明的实施例，通信器包括启动模块；启动模块，用于响应于接收到查询指令，启用定时发送模式，其中，定时发送模式用于按照节点的发送时刻表，向中继节点发送计数率。
根据本发明的实施例，通信器还包括接收模块和配置变更模块；接收模块，用于接收配置变更信息；配置变更模块，用于根据配置变更信息，变更节点的配置信息，以变更与节点相关的中继节点。
根据本发明的实施例，塑料闪烁体探测器包括闪烁体晶体，闪烁体晶体包括硼元素，硼元素的质量占闪烁体晶体质量的4%~6%。
本发明的第二方面提供了一种利用上述的环境中子伽马辐射监测系统执行的环境中子伽马辐射监测方法，其特征在于，包括：利用塑料闪烁体探测器，根据预定时段内探测到的粒子，输出与粒子对应的光子信号；利用信号处理器：对光子信号进行处理，得到粒子的粒子类型信息和粒子数量信息，其中，粒子类型信息用于表征粒子为伽马粒子和中子中的一种；根据预定时段、粒子类型信息和粒子数量信息，得到粒子的计数率；利用通信器，通过无线通信方式，向多个节点中与节点相关的中继节点发送计数率，以通过中继节点将计数率发送到上位机，其中，中继节点包括多个节点中的至少一个节点。
根据本发明提供的环境中子伽马辐射监测系统和环境中子伽马辐射监测方法，由于塑料闪烁体探测器对环境中的放射性伽马粒子和中子的响应效率高。因此，塑料闪烁体探测器既可以用于伽马探测，又可以用于中子探测。基于此，可以无需分别设置伽马探测器和中子探测器。进而，使用塑料闪烁体探测器，不仅可以满足中子和伽马的探测需求，还缩小了探测器的体积，降低了资源消耗。
并且，利用通信器通过无线通信方式，向多个节点中的中继节点发送计数率，来由中继节点将计数率发送到上位机，避免了使用有线线路连接各个节点，优化了传输结构，减少了资源浪费。
并且，由于通过使用中继节点来进行计数率的传输，因此，减少了系统所需的网关的数量，进一步减少了资源的浪费。
基于此，通过调节节点和上位机之间的中继节点的个数和节点间的距离，可以构成不同的节点网络，来实现对不同区域的辐射监测。进一步地，可以搭建新的节点，并将上述多个节点中的节点作为该新的节点的中继节点，以传输该新的节点的数据，由此，可以扩大辐射探测的区域，从而提高了系统的可扩展性。并且，由于可以对多个节点中用于传输计数率的中继节点进行调整，使不同的节点作为中继节点，因此，提高了调整监测区域的灵活性。
进而，该系统具有成本较低、规模易于扩展、覆盖的空间范围广等特点，可部署在机场、车站、码头、核电厂等大型场所，以阻止放射源的异常流动，并实时监测环境辐射剂量。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明第一实施例的环境中子伽马辐射监测系统的示意图。
图2示出了根据本发明实施例的获得计数率的示意图。
图3示出了根据本发明第二实施例的环境中子伽马辐射监测系统的示意图。
图4示出了根据本发明实施例的环境中子伽马辐射监测方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。
在实现本发明的发明构思的过程中，发明人发现，现有的探测器，难以同时具有伽马的探测功能和中子的探测功能，而如果一起使用具有伽马探测功能的探测器和中子探测功能的探测器，又会导致体积大的问题。例如，用于中子监测的探测器包括3He（氦）探测器。在使用3He配置慢化体的情况下，会使得构成的探测器体积大。
并且，在实现本发明的发明构思的过程中，发明人发现，辐射监测系统信息传输范围小，并且，信息传输消耗的资源多。
有鉴于此，本发明提供了一种环境中子伽马辐射监测系统，包括多个节点，节点包括塑料闪烁体探测器、信号处理器和通信器。塑料闪烁体探测器，用于根据预定时段内探测到的粒子，输出与粒子对应的光子信号。信号处理器，用于：对光子信号进行处理，得到粒子的粒子类型信息和粒子数量信息，其中，粒子类型信息用于表征粒子为伽马粒子和中子中的一种。根据预定时段、粒子类型信息和粒子数量信息，得到粒子的计数率。通信器，用于通过无线通信方式，向多个节点中与节点相关的中继节点发送计数率，以通过中继节点将计数率发送到上位机，其中，中继节点包括多个节点中的至少一个节点。
图1示出了根据本发明第一实施例的环境中子伽马辐射监测系统的示意图。
如图1所示，该环境中子伽马辐射监测系统，包括多个节点，节点110包括塑料闪烁体探测器111、信号处理器112和通信器113。塑料闪烁体探测器111，用于根据预定时段内探测到的粒子，输出与粒子对应的光子信号。信号处理器112，用于：对光子信号进行处理，得到粒子的粒子类型信息和粒子数量信息，其中，粒子类型信息用于表征粒子为伽马粒子和中子中的一种。根据预定时段、粒子类型信息和粒子数量信息，得到粒子的计数率。通信器113，用于通过无线通信方式，向多个节点中与节点110相关的中继节点120发送计数率，以通过中继节点将计数率发送到上位机130，其中，中继节点120包括多个节点中的至少一个节点。
根据本发明的实施例，中继节点120的结构可以与节点110一致，即中继节点120可以包括塑料闪烁体探测器121、信号处理器122和通信器123。
根据本发明的实施例，粒子可以包括伽马粒子和中子，但不限于此，粒子还可以包括其他具有放射性的粒子。塑料闪烁体探测器可以是用于对粒子进行探测，并根据粒子，输出光子信号的探测器。可以对塑料闪烁体探测器的闪烁体晶体掺杂硼元素。
由此，掺杂了硼元素的塑料闪烁体探测器可以在实现对环境中的伽马射线探测的同时，兼顾中子探测功能，由此可以避免使用传统的环境辐射监测系统中对于中子探测所采用的3He探测器。
根据本发明的实施例，信号处理器可以包括光电转换模块。光电转换模块可以包括光电倍增管（PhotoMultiplier Tube，PMT）或硅光电倍增管阵列等，可以根据实际需要确定合适的光电转换模块。
根据本发明的实施例，粒子类型信息可以包括伽马粒子类型信息和中子类型信息中的至少一种。粒子数量信息可以包括伽马粒子数量信息和中子数量信息中的至少一种。
根据本发明的实施例，计数率可以是根据预定时段和粒子数量信息的比值计算得到的。例如，在计算与伽马粒子对应的计数率的情况下，可以根据伽马粒子数量信息和预定时段的比值，确定与伽马粒子对应的计数率；在计算与中子对应的计数率的情况下，可以根据中子数量信息和预定时段的比值，确定与中子对应的计数率。
根据本发明的实施例，通信器可以是LoRa（Long Range Radio，远距离无线电）通信器。通信器可以通过LoRa协议无线发送计数率。通过将在节点110中设置LoRa通信器，由此，可以避免传统有线传输方式的线缆限制。
根据本发明的实施例，中继节点可以是用于将上述节点的信息传输到上位机的节点。可以将上述节点的计数率发送到中继节点，再由中继节点将该计数率发送到上位机。由此，可以实现通过中继节点来实现远距离传输。
并且，上述多个节点中的每个节点均可以作为中继节点，为其他的节点传输信息。例如，多个节点可以包括节点A，节点B和节点C。节点B和节点C可以为与节点A相关的中继节点。例如，节点A可以通过节点B将节点A的计数率发送到上位机。例如，节点A可以通过节点C将节点A的计数率发送到上位机。例如，节点A可以先将节点A的计数率发送到节点B，再由节点B将节点A的计数率发送到节点C，由此，可以通过节点C将节点A的计数率发送到上位机。例如，节点A可以先将节点A的计数率发送到节点C，再由节点C将节点A的计数率发送到节点B，由此，可以通过节点B将节点A的计数率发送到上位机。
基于此，可以通过调整节点数量和节点位置，可以丰富多个节点的组网形式，扩大无线覆盖范围，优化了传输结构，便于已有的环境辐射监测系统升级。
根据本发明的实施例，组网形式可以包括点到点网络和星状拓扑网络。其中，点到点网络，适用于系统的调试阶段。在系统完善后，可以使用星状拓扑网络。基于此，可以利用位于星状拓扑网络中心的节点，与星状拓扑网络中的其他节点进行通信。
根据本发明的实施例，上位机可以利用无线接口接收信号采集处理单元，接收来自多个节点的计数率。上位机还可以利用单片机等片上系统对计数率进行处理，以实时显示当前环境下的伽马粒子的计数率和中子的计数率。在伽马粒子的计数率和中子的计数率中的至少一个大于等于预定计数率阈值的情况下，可以由上位机生成告警信息，以针对伽马粒子的计数率和中子的计数率中的至少一个进行警示。其中，上位机还可以用于执行存储告警信息等操作。上位机可以通过与上位机对应的网关接收计数率。该网关可以是通过LoRa协议进行通信的。
根据本发明的实施例，由于塑料闪烁体探测器对环境中的放射性伽马粒子和中子的响应效率高。因此，塑料闪烁体探测器既可以用于伽马探测，又可以用于中子探测。基于此，可以无需分别设置伽马探测器和中子探测器。进而，使用塑料闪烁体探测器，不仅可以满足中子和伽马的探测需求，还缩小了探测器的体积，降低了资源消耗。
并且，利用通信器通过无线通信方式，向多个节点中的中继节点发送计数率，来由中继节点将计数率发送到上位机，避免了使用有线线路连接各个节点，优化了传输结构，减少了资源浪费。
并且，由于通过使用中继节点来进行计数率的传输，因此，减少了系统所需的网关的数量，进一步减少了资源的浪费。
基于此，通过调节节点和上位机之间的中继节点的个数和节点间的距离，可以构成不同的节点网络，来实现对不同区域的辐射监测。进一步地，可以搭建新的节点，并将上述多个节点中的节点作为该新的节点的中继节点，以传输该新的节点的数据，由此，可以扩大辐射探测的区域，从而提高了系统的可扩展性。并且，由于可以对多个节点中用于传输计数率的中继节点进行调整，使不同的节点作为中继节点，因此，提高了调整监测区域的灵活性。
进而，该系统具有成本较低、规模易于扩展、覆盖的空间范围广等特点，可部署在机场、车站、码头、核电厂等大型场所，以阻止放射源的异常流动，并实时监测环境辐射剂量。
根据本发明的实施例，处理器包括光电转换模块和信号处理模块。光电转换模块，用于根据光子信号，输出脉冲信号。信号处理模块，包括输出子模块、第一确定子模块和计数子模块。输出子模块，用于在脉冲信号满足第一预定条件的情况下，输出关于脉冲信号的波形触发信号，以通过波形触发信号，触发针对粒子的计数操作，得到粒子数量信息。第一确定子模块，用于确定与脉冲信号对应的粒子类型信息。计数子模块，用于根据粒子数量信息、粒子类型信息和预定时段，得到计数率。
根据本发明的实施例，光电转换模块可以包括PMT（PhotoMultiplier Tube，光电倍增管）或硅光电倍增管阵列等。
根据本发明的实施例，信号处理模块可以根据FPGA（Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列）构建的。
根据本发明的实施例，脉冲信号可以包括电压信号或者电流信号。脉冲信号的幅值可以与环境辐射强度成正比。
由于光电转换模块有较高的光子探测效率和增益，因此，可以增加脉冲信号的幅值，从而提升对粒子的探测精度。
根据本发明的实施例，可以通过对脉冲信号的脉宽进行分析，确定与脉冲信号对应的粒子类型信息。
由于伽马粒子在塑料闪烁体探测器中作用产生的快成分占比大，而中子在塑料闪烁体探测器中作用产生的慢成分占比大。基于此，与伽马粒子对应的脉冲信号的脉宽和与中子对应的脉冲信号的脉宽存在区别。进而，可以通过脉冲波形甄别技术区分伽马和中子的波形从而得到分别的计数率。
根据本发明的实施例，可以仅使与伽马粒子或者中子对应的脉冲信号，能触发波形触发信号，由此，可以避免对其他粒子的脉冲信号进行计数。进而可以提高获得与伽马粒子或者中子对应的计数率的效率。
根据本发明的实施例，第一预定条件可以包括预定幅值等。脉冲信号满足第一预定条件，可以是脉冲信号的幅值大于等于预定幅值。基于此，在脉冲信号满足第一预定条件的情况下，可以确定粒子为伽马粒子和中子中的一种。基于此，可以输出关于脉冲信号的波形触发信号，触发针对粒子的计数操作。
例如，在输出波形触发信号的情况下，可以确定粒子数量待增加。然后再在确定粒子类型信息之后，再对与粒子类型信息对应的粒子数量进行增加，以对粒子进行计数。
例如，在脉冲信号满足第一预定条件的情况下，可以确定粒子数量待增加。在确定与脉冲信号对应的粒子为伽马粒子的情况下，增加伽马粒子的数量，以对伽马粒子进行计数，得到伽马粒子数量信息。
在确定与脉冲信号对应的粒子为中子的情况下，增加中子的数量，以对中子进行计数，得到中子数量信息。
根据本发明的实施例，通过使用波形触发信号来触发针对粒子的计数操作，可以在仅接收到伽马粒子或者中子的情况下，对伽马粒子或者中子进行计数，由此，可以保证粒子数量信息不会包括其他粒子的数量，提高了粒子数量信息的准确性，进而可以提高计数率的准确性。
图2示出了根据本发明实施例的获得计数率的示意图。
如图2所示，节点230可以包括塑料闪烁体探测器231、光电转换模块232、信号处理模块233和通信器234。可以在塑料闪烁体探测器231探测到伽马粒子210或中子220的情况下，塑料闪烁体探测器231输出与伽马粒子210或中子220对应的光子信号。可以利用光电转换模块232根据光子信号，输出与伽马粒子210或中子220对应的脉冲信号。基于此，可以利用信号处理模块233处理脉冲信号，得到与伽马粒子210或中子220对应的计数率，并利用通信器234将计数率发送到与上位机250对应的网关240。由此，上位机250可以通过网关240接收到计数率并处理计数率。
根据本发明的实施例，信号处理模块还包括：信号放大子模块和数模转换子模块。信号放大子模块，用于对脉冲信号进行处理，得到放大脉冲信号，其中，放大脉冲信号为模拟信号形式。数模转换子模块，用于根据放大脉冲信号，输出数字信号形式的脉冲信号。
根据本发明的实施例，信号放大子模块可以包括两级放大电路。通过使用该包括两级放大电路的信号放大子模块对脉冲信号进行放大，可以提高增益带宽。
根据本发明的实施例，信号处理模块，还包括：第一滤波子模块、第二滤波子模块和第四确定子模块。第一滤波子模块，用于对脉冲信号进行低频滤波处理，得到中间脉冲信号。第二滤波子模块，用于对中间脉冲信号进行高频滤波处理，得到目标脉冲信号。第四确定子模块，用于在目标脉冲信号的幅值大于等于预定幅值的情况下，确定脉冲信号满足第一预定条件。
根据本发明的实施例，第一滤波子模块可以是根据CR（Capacitance Resistance，电容电阻）微分成形电路等能进行低频滤波的装置构建的。
根据本发明的实施例，第二滤波子模块可以根据RC（Resistance Capacitance，电阻电容）积分器等能进行高频滤波的装置构建的。
根据本发明的实施例，可以通过利用放射源或者标准样品对节点进行标定测试，来确定上述预定幅值。
根据本发明的实施例，通过利用第一滤波子模块降低脉冲信号的带宽，并减少脉冲信号的低频成分，缩短脉冲的衰减时间，可以改善脉冲信号的信噪比。并且，通过利用第二滤波子模块可以衰减不需要的高频成分，从而进一步改善信噪比。由此，可以提高了目标脉冲信号的信号质量，进而可以提高确定脉冲信号满足第一预定条件的准确性。
根据本发明的实施例，信号处理模块还包括：第二确定子模块、积分子模块、第三确定子模块和补充子模块。第二确定子模块，用于根据脉冲信号的尾沿，确定脉冲信号的目标信号段，其中，尾沿位于脉冲信号末端，尾沿包括信号上升沿和信号下降沿中的一种。积分子模块，用于对目标信号段进行积分处理，得到第一积分数值信息。第三确定子模块，用于根据第一积分数值信息和第一预定阈值，确定与粒子对应的数量补充信息。补充子模块，用于根据数量补充信息，对粒子的粒子数量信息进行补充，得到补充后的粒子数量信息。
根据本发明的实施例，第一预定阈值可以是通过实验测得的用于确定粒子堆积状况的数值。在第一积分数值信息大于第一预定阈值的情况下，可以确定存在多个粒子的脉冲信号堆积的状况。堆积的多个粒子的类型可以一致。由此，可以确定需要对粒子数量信息进行补充。在第一积分数值信息小于等于第一预定阈值的情况下，可以确定无脉冲信号堆积的状况。
其中，脉冲信号堆积可以是在一段时间内，多个脉冲信号存在重叠的状况。由此，脉冲信号的尾沿的幅值会发生改变。由此，可以通过将第一积分数值信息与第一预定阈值进行比较，在第一积分数值信息大于第一预定阈值的情况下，确定粒子的脉冲信号堆叠，需要对粒子数量信息进行补充。数量补充信息可以是预定的。例如，数量补充信息可以包括1。
根据本发明的实施例，可以使用数量补充信息，对粒子数量进行补充，得到补充后的粒子数量信息。进而可以根据补充后的粒子数量信息、粒子类型信息和预定时段，得到准确的计数率。
根据本发明的实施例，通过根据脉冲信号的尾沿，来确定脉冲信号的波形叠加状况，进而可以确定脉冲信号是否与多个粒子对应。由此，可以在确定脉冲信号与多个粒子对应的情况下，根据数量补充信息，对粒子数量信息进行补充。
根据本发明的实施例，第一确定子模块，包括：积分单元、第一确定单元和第二确定单元。第一积分单元，用于对脉冲信号的预定信号段进行积分处理，得到第二积分数值信息，其中，预定信号段包括预定子信号段，第二积分数值信息包括子积分数值信息，子积分数值信息与预定子信号段对应。第一确定单元，用于根据第二积分数值信息和子积分数值信息，确定积分比值信息。第二确定单元，用于根据积分比值信息和第二预定阈值，确定粒子类型信息。
根据本发明的实施例，预定信号段可以是按照第一预定时长对脉冲信号进行截取得到的。预定子信号段可以是按照第二预定时长，从预定信号段中截取得到的。其中，第二预定时长小于第一预定时长。第一预定时长和第二预定时长均可以是通过实验确定的。
例如，预定信号段可以是0~T1时刻的脉冲信号的信号段；预定子信号段可以是0~T2时刻的脉冲信号的信号段。其中，T1大于T2。其中，0时刻可以用于表示脉冲信号的起始时刻。
根据本发明的实施例，积分比值信息可以与子积分数值信息占上述第二积分数值信息的比例对应。
根据本发明的实施例，可以通过比较积分比值信息和第二预定阈值的大小，确定粒子类型信息。例如，由于伽马粒子的快成分占比大，中子的慢成分占比大。因此，伽马粒子的脉宽比中子的脉宽短。进而，可以通过上述积分比值信息，确定粒子的粒子类型信息。快成分和慢成分可以是根据脉冲信号的衰减时长进行区分的。例如，快成分的衰减时长短于慢成分的衰减时长。快成分可以表示衰减时长短的脉冲信号，慢成分就是衰减长的脉冲信号。
例如，在积分比值信息小于等于预定阈值的情况下，可以确定粒子为伽马粒子；在积分比值信息大于预定阈值的情况下，可以确定粒子为中子。
根据本发明的实施例，通过使用预定信号段和预定子信号段，可以实现根据伽马粒子的快成分或者中子的慢成分来确定粒子为伽马粒子或中子，由此，提高了确定粒子类型信息的准确性。
根据本发明的实施例，通信器还包括接收模块和配置变更模块。接收模块，用于接收配置变更信息。配置变更模块，用于根据配置变更信息，变更节点的配置信息，以变更与节点相关的中继节点。
根据本发明的实施例，配置变更信息可以是由上位机通过网关发送的。上位机可以直接通过网关向节点发送配置变更信息，也可以通过向中继节点发送配置变更信息，并由中继节点将配置变更信息发送给节点。
配置变更信息可以包括节点变更信息，但不限于此，配置变更信息还可以包括节点的发射功率变更信息、工作模式变更信息和自定义信息帧格式变更信息等。其中，发射功率变更信息可以用于变更节点发送计数率的发射功率等。工作模式变更信息可以用于变更与节点的模式相关的参数等，工作模式可以包括定时发送模式等。自定义信息帧格式变更信息可以用于变更节点的信息帧的属性等，信息帧的属性可以包括信息字段长度等。
基于此，可以通过配置变更信息，实现节点的配置信息的变更，进而可以优化传输架构，有利于系统的快速布置和升级。
根据本发明的实施例，通过使用配置变更信息，利用来变更节点的中继节点，可以改变计数率的信息传输路线，进而可以提高计数率传输的灵活性。进而，可以灵活调节系统中的由多个节点构成的网络的结构，提高了系统的可扩展性。
根据本发明的实施例，通信器包括启动模块。启动模块，用于响应于接收到查询指令，启用定时发送模式，其中，定时发送模式用于按照节点的发送时刻表，向中继节点发送计数率。
根据本发明的实施例，查询指令可以用于查询由节点获取的计数率。查询指令可以是由上位机通过网关定时发送的。
根据本发明的实施例，发送时刻表可以包括节点发送计数率的时刻。每个节点的发送时刻表中的时刻可以不同。
根据本发明的实施例，在由上述多个节点构建的网络建立的情况下，可以利用上位机，通过网关，向每个节点发送当前时刻和与该节点对应的唯一序号。节点内部可以通过计时器进行计时。计时器可以由上位机通过网关进行控制。
根据本发明的实施例，在未启动定时发送模式的情况下，节点可以不发送计数率。在启动定时发送模式的情况下，可以由节点根据与发送时刻表对应的时刻，向中继节点发送计数率。
根据本发明的实施例，通过使用查询指令来控制节点的工作模式，提高了节点运行的灵活性。并且，由于可以使节点不发送计数率，因此，可以减少节点所消耗的资源。
根据本发明的实施例，塑料闪烁体探测器包括闪烁体晶体，闪烁体晶体包括硼元素，硼元素的质量占闪烁体晶体质量的4%~6%。
根据本发明的实施例，通过在闪烁体晶体中掺杂硼元素，可以提高热中子的探测效率，进而可以使塑料闪烁体探测器能适用于中子的探测，并可以提高获得计数率的效率。
图3示出了根据本发明第二实施例的环境中子伽马辐射监测系统的示意图。
如图3所示，多个节点可以包括节点310_1~节点310_n。其中，节点310_1可以包括塑料闪烁体探测器311_1、光电转换模块312_1、信号处理模块313_1和通信器314_1。其中，节点310_n可以包括塑料闪烁体探测器311_n、光电转换模块312_n、信号处理模块313_n和通信器314_n。
节点310_1~节点310_n中的至少一个可以向网关320发送获得的计数率，以使上位机330通过以太网线，接收到来自网关320的计数率。
根据本发明的实施例，系统的组网方式和节点的信道分配方式可以根据实际应用环境需要进行更改。
基于上述环境中子伽马辐射监测系统，本发明还提供了一种利用本发明的环境中子伽马辐射监测系统执行的环境中子伽马辐射监测方法。
图4示出了根据本发明实施例的环境中子伽马辐射监测方法的流程图。
如图4所示，该实施例的环境中子伽马辐射监测方法包括操作S410~ S440。
在操作S410，利用塑料闪烁体探测器，根据预定时段内探测到的粒子，输出与粒子对应的光子信号。
在操作S420，利用信号处理器，对光子信号进行处理，得到粒子的粒子类型信息和粒子数量信息，其中，粒子类型信息用于表征粒子为伽马粒子和中子中的一种。
在操作S430，利用信号处理器，根据预定时段、粒子类型信息和粒子数量信息，得到粒子的计数率。
在操作S440，利用通信器，通过无线通信方式，向多个节点中与节点相关的中继节点发送计数率，以通过中继节点将计数率发送到上位机，其中，中继节点包括多个节点中的至少一个节点。
根据本发明的实施例，由于塑料闪烁体探测器对环境中的放射性伽马粒子和中子的响应效率高。因此，塑料闪烁体探测器既可以用于伽马探测，又可以用于中子探测。基于此，可以无需分别设置伽马探测器和中子探测器。进而，使用塑料闪烁体探测器，不仅可以满足中子和伽马的探测需求，还缩小了探测器的体积，降低了资源消耗。
并且，利用通信器通过无线通信方式，向多个节点中的中继节点发送计数率，来由中继节点将计数率发送到上位机，避免了使用有线线路连接各个节点，优化了传输结构，减少了资源浪费。
并且，由于通过使用中继节点来进行计数率的传输，因此，减少了系统所需的网关的数量，进一步减少了资源的浪费。
基于此，通过调节节点和上位机之间的中继节点的个数和节点间的距离，可以构成不同的节点网络，来实现对不同区域的辐射监测。进一步地，可以搭建新的节点，并将上述多个节点中的节点作为该新的节点的中继节点，以传输该新的节点的数据，由此，可以扩大辐射探测的区域，从而提高了系统的可扩展性。并且，由于可以对多个节点中用于传输计数率的中继节点进行调整，使不同的节点作为中继节点，因此，提高了调整监测区域的灵活性。基于此，可以扩大系统的信息传输范围。
进而，该系统具有成本较低、规模易于扩展、覆盖的空间范围广等特点，可部署在机场、车站、码头、核电厂等大型场所，以阻止放射源的异常流动，并实时监测环境辐射剂量。
附图中的流程图和框图，示意性示出了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明本发明的目的、技术方案和有益效果，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。不脱离本发明的范围，在本发明的精神和原则之内，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环境中子伽马辐射监测系统，其特征在于，包括多个节点，所述节点包括塑料闪烁体探测器、信号处理器和通信器；
所述塑料闪烁体探测器，用于根据预定时段内探测到的粒子，输出与所述粒子对应的光子信号；
所述信号处理器，用于：
对所述光子信号进行处理，得到所述粒子的粒子类型信息和粒子数量信息，其中，所述粒子类型信息用于表征所述粒子为伽马粒子和中子中的一种；
根据所述预定时段、所述粒子类型信息和所述粒子数量信息，得到所述粒子的计数率；
所述通信器，用于通过无线通信方式，向所述多个节点中与所述节点相关的中继节点发送所述计数率，以通过所述中继节点将所述计数率发送到上位机，其中，所述中继节点包括所述多个节点中的至少一个节点。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理器包括光电转换模块和信号处理模块；
所述光电转换模块，用于根据所述光子信号，输出脉冲信号；
所述信号处理模块，包括输出子模块、第一确定子模块和计数子模块；
所述输出子模块，用于在所述脉冲信号满足第一预定条件的情况下，输出关于所述脉冲信号的波形触发信号，以通过所述波形触发信号，触发针对所述粒子的计数操作，得到所述粒子数量信息；
所述第一确定子模块，用于确定与所述脉冲信号对应的粒子类型信息；
所述计数子模块，用于根据所述粒子数量信息、所述粒子类型信息和所述预定时段，得到所述计数率。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块还包括：第二确定子模块、积分子模块、第三确定子模块和补充子模块；
所述第二确定子模块，用于根据所述脉冲信号的尾沿，确定所述脉冲信号的目标信号段，其中，所述尾沿位于所述脉冲信号末端，所述尾沿包括信号上升沿和信号下降沿中的一种；
所述积分子模块，用于对所述目标信号段进行积分处理，得到第一积分数值信息；
所述第三确定子模块，用于根据所述第一积分数值信息和第一预定阈值，确定与所述粒子对应的数量补充信息；
所述补充子模块，用于根据所述数量补充信息，对所述粒子的所述粒子数量信息进行补充，得到补充后的粒子数量信息。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块，还包括：第一滤波子模块、第二滤波子模块和第四确定子模块；
所述第一滤波子模块，用于对所述脉冲信号进行低频滤波处理，得到中间脉冲信号；
所述第二滤波子模块，用于对所述中间脉冲信号进行高频滤波处理，得到目标脉冲信号；
所述第四确定子模块，用于在所述目标脉冲信号的幅值大于等于预定幅值的情况下，确定所述脉冲信号满足所述第一预定条件。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一确定子模块，包括：积分单元、第一确定单元和第二确定单元；
所述第一积分单元，用于对所述脉冲信号的预定信号段进行积分处理，得到第二积分数值信息，其中，所述预定信号段包括预定子信号段，所述第二积分数值信息包括子积分数值信息，所述子积分数值信息与所述预定子信号段对应；
所述第一确定单元，用于根据所述第二积分数值信息和所述子积分数值信息，确定积分比值信息；
所述第二确定单元，用于根据所述积分比值信息和第二预定阈值，确定所述粒子类型信息。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块还包括：信号放大子模块和数模转换子模块；
所述信号放大子模块，用于对所述脉冲信号进行处理，得到放大脉冲信号，其中，所述放大脉冲信号为模拟信号形式；
所述数模转换子模块，用于根据所述放大脉冲信号，输出数字信号形式的脉冲信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信器包括启动模块；
所述启动模块，用于响应于接收到查询指令，启用定时发送模式，其中，所述定时发送模式用于按照所述节点的发送时刻表，向所述中继节点发送所述计数率。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信器还包括接收模块和配置变更模块；
所述接收模块，用于接收配置变更信息；
所述配置变更模块，用于根据所述配置变更信息，变更所述节点的配置信息，以变更与所述节点相关的中继节点。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述塑料闪烁体探测器包括闪烁体晶体，所述闪烁体晶体包括硼元素，所述硼元素的质量占所述闪烁体晶体质量的4%~6%。
10.一种利用如权利要求1~9中任一项所述的环境中子伽马辐射监测系统执行的环境中子伽马辐射监测方法，其特征在于，包括：
利用所述塑料闪烁体探测器，根据预定时段内探测到的粒子，输出与所述粒子对应的光子信号；
利用所述信号处理器：
对所述光子信号进行处理，得到所述粒子的粒子类型信息和粒子数量信息，其中，所述粒子类型信息用于表征所述粒子为伽马粒子和中子中的一种；
根据所述预定时段、所述粒子类型信息和所述粒子数量信息，得到所述粒子的计数率；
利用所述通信器，通过无线通信方式，向所述多个节点中与所述节点相关的中继节点发送所述计数率，以通过所述中继节点将所述计数率发送到上位机，其中，所述中继节点包括所述多个节点中的至少一个节点。
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