CN1653357A - 仪器封装和集成的辐射检测器 - Google Patents

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Abstract

核探测器封装包括：一大致柱形的晶体元件(52)；与晶体元件(52)同轴设置的光电倍增管(54)；夹在晶体元件(52)一端和光电倍增管(54)相邻一端之间的光学耦合器(58)；所述晶体元件(52)，光学耦合器(58)和光电倍增管(54)气密密封在柱形护罩(56)内；沿着晶体元件(52)和光电倍增管(54)在外部延伸、并且在柱形护罩(56)内在径向延伸的一挠性支承套筒(120)。广义来说仪器封装包括至少一个大致柱形的仪器部件；包围该仪器部件的一大致柱形的护罩，该护罩的直径比标准的预定的直径小；和一包围该护罩的尺寸控制套筒，从而可将该套筒的直径增加至该标准的预定的直径。

Description

仪器封装和集成的辐射检测器
技术领域
本发明涉及特别在(但不局限于)固体矿物开采或油井测井工作(oilwell logging operation，工业上称为测井电缆工作)中使用的辐射检测器(radiation detector)中适用的低成本、高性能的仪器封装(instrumentation package)；还涉及在冲击和振动强度更大的测量同时钻井(Measurement While Drilling，MWD)或测井同时钻井(Logging WhileDrilling，LWD)工作中使用的高度集成的光电辐射检测器。
背景技术
一般，闪烁封装(scintillation packages)包括支承在一个柱形护罩内的闪烁或晶体元件(或简单地称为晶体)。为了在恶劣环境(例如采煤或油井测井)中可靠地使用而将闪烁封装作得很结实的后果是使其性能降低。将闪烁封装做得很结实还会增加制造成本。虽然，近年来在开发和推广应用能够承受高达大约200℃的温度和可同时承受冲击和振动的闪烁封装方面取得了明显进度，但仍需要进一步改善其功能性能和降低成本，而不损害在恶劣环境下工作的可靠性。
有几个因素造成闪烁封装性能降低。为了承受热和冲击负荷和保证良好的气密密封，有时使用较厚的玻璃窗。为了在闪烁元件和窗(window)之间形成缓冲，和为了有更大的适应性，使得振动时该闪烁元件不易与连接器分离，有时使用较厚的连接器。这些较厚的元件在光程中造成光的损失，并减小从该封装接收光的光电倍增管的视野。
为了减小该元件在振动和冲击下的运动(由于这种运动会在光学输出中产生不需要的噪声)，必须在闪烁元件周围加压缩力。当加在围绕该闪烁元件的一些反射器材料上时，这种压缩力使该材料的反射性降低，并可以使该材料“润湿(wet)”该闪烁元件的表面。高度有效的反射器材料的一个例子为多孔的专用的TEFLON带，这是在接近紫外线(UV)范围中的闪烁产生的光的最有效的反射器中的一种，并且它几十年来广泛用于闪烁封装的反射器上。然而，这种材料是非常易弯曲的，如果将它压紧在一个闪烁元件的表面上，则这种带子作为反射器的效率降低。另外，为了在恶劣环境中使用，和为了不断裂与不产生自发的闪烁，必须牢固地夹持闪烁元件。使用各种弹性材料-封装材料(pottings)、柔性罩(boots)、粉末(powders)和金属件-来支承闪烁件。每一种材料都有其优点和缺点，可以相应地选择。然而，在使用TEFLON带和一些已证明可有效保护该闪烁件不受热影响和高温影响的其他反射器、在闪烁封装内的所有已知的支承方法，都会使该带压缩，造成性能丧失。例如，为了防止该元件在室温下运动，必须在压缩状态下安装设置在该反射器周围的柔性罩。当温度升高时，该闪烁元件膨胀，使压缩力增加。一般由弹性线材料制成的柔性罩材料也膨胀，以进一步增加在该反射器上的压力。使用适当设计的金属支承件，通过限制在该带上的最大压力，可以改善这个加载问题。
同样，在该闪烁元件的后部使用多孔的反射带，也会受到后部弹簧的固定压力的影响。
在该闪烁元件周围使用较厚的不锈钢壳体或护罩，可增加通入该封装的γ射线辐射的衰减。
同样，有几个因素使结实的闪烁封装的成本增加。特别是对于要减少上述性能被削弱的设计更是如此。用较薄的蓝宝石(sapphire)窗代替厚的玻璃窗可大大增加成本，因为蓝宝石比玻璃贵得多，并且如果只是加工小量则成本更贵。使用钛可以将衰减减小至不锈钢的衰减以下，同时保持高强度，而同样的强度情况下，可使其比铝更薄。但使用钛作为护罩比使用不锈钢贵得多。不仅是钛金属较贵，工业上易得的用于制造护罩的钛管尺寸和管路尺寸增加了将该护罩加工至所需公差的工作。在大多数情况下，给定所有变量，使用专门的滚轧机来滚轧挤压(extruded)的钛管以降低加工成本，在商业上是不可接受的。因此需要有设计的方法来解决技术和商业上的问题。
另一个限制成本降低的因素为工业上有一些标准化程度，对许多通常使用的结构的外部和内部尺寸有特殊要求。将这些因素和其他因素放在一起时，造成总的成本较高，同时性能也不能优化。
同样，关于完整的检测器装置，例如在开采工作(油井钻井和固体矿物开采二者)和油井MWD和LWD工作中使用的辐射检测器(一般包括一个闪烁封装，它由一个窗和/或光耦合器与一个光电倍增管或PMT连接)，该检测器应能耐受恶劣环境(例如强烈的振动和冲击)。对于在开采应用场合使用核辐射(例如γ射线)检测器的大部分历史，该检测器内部的关键元件，以及工具壳体内的完整的检测器都利用弹性体材料支承；有时是与纵向设置的弹簧结合起来支承。还经常使用这种较柔软的弹性体材料进行减振或动态隔离冲击和振动。近年来，工艺进步，可以使用较有效和占据较小空间的金属支承装置。金属支承在美国专利5742057，5796109，5962855和6355932号中说明。
如上所述，在核检测器中通常的一个元件，特别是使用吸湿的闪烁晶体时，为设置在该闪烁晶体和PMT或将闪烁转换为电脉冲的其他装置之间的一个窗。使用这个窗是因为必需将该吸湿的晶体放在一个气密密封的壳体中，并且该窗可使闪烁脉冲从该壳体通至PMT。为了形成必需的强度和良好的气密密封，对于下井的应用场合，一般在闪烁封装中使用厚玻璃的窗。
为了改善检测器性能，设计了通过用晶体代替气密密封壳体内的PMT来取消该窗的结构。一个直接的优点是，光可以不通过该窗和其它的光学耦合，直接从该闪烁晶体通过一个薄的光学耦合器通入PMT中。在光程中没有其它的两个元件，使光的损失减少，从每一个闪烁脉冲发出的光量较亮，从而增加该检测器的增益。这个增加的增量对于将该检测器的总增益保持在最小水平以上特别重要，因为由于PMT的光阴极(photocathode)长时间在高温下质量降低使PMT的增益降低。脉冲高度的分辨率(resolution)通过消除晶体窗也可改善，并且可以利用该窗占用的空间来增加更多的晶体。但是，大多数将PMT和晶体设置在单一的气密的壳体中的先前设计在恶劣环境(例如开采工作，特别是MWD和LWD工作)中不能胜任。
另一种满足当前需要的尝试是将PMT和晶体都设置在一个气密密封的壳体中，然后利用弹性体材料动态地支承该PMT和晶体。这种结构在美国专利6222192号中作了说明。由于需要防止PMT/晶体的弯曲，将一个弹性体的柱形套筒安装在PMT/晶体周围，以增强PMT/晶体装置的刚性。这种结构产生另外的问题，并且由于下述原因不能完全令人满意。
除了与辐射检测器的内部结构有关的考虑以外，通常还要在该检测器的外部使用弹性体材料(即支承必需安装在工具腔或壳体中的该检测器)。另外，弹性体占据有价值的空间，并且阻尼性质不好，而这对于动态隔离振动是很希望的。另外，弹性体支承的共振频率低，当与较低的阻尼结合时，产生较大的响应，使引入该检测器中的振动放大。这种放大的振动增加了在检测器输出中产生噪声的可能性或甚至折断该晶体或与PMT的界面。弹性体材料在正常或预期的振动水平过程中，不能提供具有硬机座(hard mount)性质的支承。因此需要用更有效的和空间利用更好的在要使用的工具内支承改进的核检测器的装置。
还需要可在高达175℃或更高的温度下，在振动和冲击大的条件下，保持可靠的紧凑的高性能的检测器。
发明内容
本发明的目的是要提供仪器封装的增强设计，特别是安装在油井测井工具，固体矿物开采或其他恶劣环境中的核辐射检测器所用的闪烁检测器或中子检测器(例如He3比例计数器(He3 proportional counter))的封装的增强设计。
在一个闪烁检测器封装的示例性实施例中，横截面为多边形的一个挠性支承套筒(优选为金属)设置在该闪烁或晶体元件周围，用于在包围的护罩内支承该晶体使得包裹在该晶体周围的大部分反射器材料(例如反射器带)不被压缩，从而改善性能，由于金属套筒是比弹性体材料更有效的动态支承，它不需要与整个闪烁表面接触。金属支承套筒的在最高温下出现的最大力比弹性体材料小。因此由挠性金属套筒的窄接触带部分提供的沿着闪烁元件的支承(由套筒的多角形形状建立的)减小；另外，在这些带部分之间的反射材料的区域保持不压缩状态。另外，因为该挠性支承套筒的长度比晶体短，因此可以利用简单的套筒与该护罩上的内部台阶结合来在轴向将该挠性支承套筒约束在该护罩内，使在伸出该支承套筒以外的这些区域中的反射器带不受压缩。在另一个实施例中，围绕着该闪烁元件的一个径向隔片，与该挠性套筒结合，使反射器材料性能优化。
挠性金属支承套筒制造便宜，安装简单可靠，可以很好地保护免受热的影响，冲击和振动的损害。
蓝宝石窗和薄的光学耦合器是优选的，因为它们可改善从该封装至PMT的闪烁的传递。蓝宝石窗强度很高，当比玻璃和不锈钢之间的一般密封还要薄得多时，也可以密封。使用挠性金属套筒可对闪烁元件进行可预测的轴向约束，使在轴向的冲击和振动作用不会在耦合器或该窗上产生过大的力。这样，即使耦合器比通常的薄，也不会使晶体从耦合器弹出。
钛的护罩可以有效地铜焊在蓝宝石窗上。然而，在进行铜焊的区域的公差和形状必需精确，以达到好的气密密封。标准尺寸的钛管昂贵，需要很多加工才得到必需的尺寸。作成制造护罩尺寸的焊接钛管不能成圆形。如果使用标准尺寸的管制造护罩，则当加工成圆的套筒时，要将它装在直径按1/8英寸的增量标准化的工具空腔中，该直径太小。解决方法是使护罩作得比标准稍小一点，然后将一个金属外壳粘接在该封装表面上。低成本的金属带是适当的外壳材料，具有丙烯酸粘接剂，其在高达150℃的温度下可适用。利用高温粘接剂和粘附剂可将厚度为0.001～0.005英寸的钛箔粘接在护罩上。更有效的解决方法是将一个金属的挠性套筒安装在该检测器周围，套筒可决定尺寸，网状界面(mesh interface)的适应性，和具有不同的膨胀和隔离冲击的适应性。当需要将该检测器支承在硬机座结构的工具空腔内时，这种方法特别适用。“硬机座”是指用挠性套筒支承晶体，使该套筒产生的摩擦力防止晶体在振动过程中相对于工具空腔运动。挠性套筒还有一个优点是它释放以有阻尼的隔离强烈冲击。
将该护罩加工至比一般小的标准直径后，可安装最后加工用的特殊的带(工具固定器)，将铜焊表面倒圆至需要精度，同时由该带保持该护罩为圆的。当将该蓝宝石窗铜焊在钛护罩上时，安装另一条带，将包括要铜焊在蓝宝石上的表面的薄护罩带回至圆的状态。这种方法不需要在护罩的外表面上进行精加工。还可使用精确的铰刀精加工铜焊表面。在护罩和晶体之间使用挠性支承还不需要粗加工要加工至光滑的护罩内表面，因为即使护罩内部摩擦力较大，该挠性金属套筒也可以放入去，另外，和/或不需要另外的安装套筒。
另一个成本因素涉及生产的数量，全世界每年生产的用于结实的油井钻井工作的新的闪烁封装小于10000台。虽然这些装置的经济效益巨大，当考虑许多需要的结构时，给定尺寸的需要的数量都太小不能进行大规模生产。在不锈钢的护罩需要精确配合，以达到硬机座结构的情况下，可以使用挠性套筒达到硬机座，这样，不锈钢护罩可作成“标准尺寸”，其公差较松，制造成本较低。
铣削(mill runs)钛，甚至铣削最优的管路尺寸是不实际的，因此不希望的成本保留下来。由于技术的和历史的许多因素，很难强迫进行标准化，以大大增加任何给定结构的数量。同时，已经出现的标准化阻碍了变换的结构，即使这样的结构有合理的理由。例如，因为标准的封装太小，要安装一个希望的标准尺寸的晶体，则空间太有限。设计一个较小的封装使整个标准化水平降低，而且成本较高。为了提高标准化水平，降低成本同时需要时又可作改变，则要求标准设计能适应其他的设计。
使用薄的窗和薄的耦合器与使用挠性套筒的轴向约束与较短弹簧的结合作用，可使闪烁封装的长度较小，以使将给定的晶体封装装在要使用的机器或工具的一个较小空间中。在后部使用一个长度可调节的端盖(或端盖匹配器)，可使同一个晶体封装延伸，紧贴地装入一个检测器，机器或工具的一个较长的空腔中。因此，对于任何长度的封装，包括比标准稍短并且易得的封装长度，可以使用缩短的护罩。结果，依靠简单的端盒匹配器，去改变最终产品的长度，可以加工较大批量的一种结构的护罩。这些护罩可通过大批量铜焊蓝宝石来加工。为了最终降低成本，建议使用比标准直径小的护罩。通过加各种所选厚度的金属带或箔，可以小量调整封装的直径。由于容易得到不同厚度的这种带，因此可以廉价和迅速地调节护罩的直径，以满足要求。
以上概念可以扩展至整个检测器封装，即扩展至闪烁封装与光电倍增管的结合。
如上所述，需要一种更有效地利用空间的方法，来支承气密地密封在一个管式护罩内的完整的PMT/晶体装置，并使该PMT/晶体在高温下工作更长时间。这点可通过使用放在整个PMT/晶体装置周围的，在示例性实施例是横截面为多边形的一个薄的挠性支承套筒来达到。该PMT/晶体与该挠性套筒一起，气密地密封在一个管式护罩内，该护罩也在该PMT/晶体装置的全长上延伸。
除了提供机械支承，使PMT和晶体可以直接连接，它们之间没有窗以外，该挠性金属支承套筒还可在径向方向对外部引入的振动和冲击进行高阻尼的动态隔离。
纵向的动态支承由在PMT/晶体装置的每一端上的轴向弹簧装置，与在两个部件上延伸的挠性金属支承套筒组成。该挠性金属套筒在纵向的共振频率高，可防止与强度大，频率低的感应共振动态耦合。从下面的详细说明可知，该挠性套筒通过接触摩擦在纵向约束PMT/晶体装置。在强烈冲击条件下，该PMT/晶体可在该挠性套筒内或相对于它滑动。当这样时，滑动摩擦产生高强度的阻尼，可防止支承将感应的振动放大。另外，通过适当地决定挠性套筒的尺寸，在大多数感应共振的过程中，该PMT/晶体装置可以保持基本为刚性，但在冲击或强烈振动下，可松开，以进行动态隔振。
还要考虑由于温度升高闪烁元件或晶体在径向和纵向膨胀。在一个实施例中，位于晶体和挠性套筒之间的一个反射器/支承装置包括反射带和一个侧壁轴向约束与适应性封装(SARCA)，如下所述。另一个实施例使用在该晶体周围的反射支承环，其间为反射材料。这些反射环承受闪烁元件和该挠性套筒之间的负载。在另一个实施例中，使用一个油环式光学耦合器来改善在PMT/晶体界面上的光传递，减小由于晶体和PMT之间的相对运动产生的自发噪声，并且可在最小的空间中完成。
在工作过程中，强烈的振动或冲击使PMT/晶体子装置在挠性套筒内滑动，这种滑动摩擦形成有效的阻尼。在径向方向的挠性套筒的热膨胀系数影响不大，因为挠性套筒的厚度只有几千分之几英寸，并可偏移，以适应热膨胀。
将PMT设置在直径与晶体反射器和/或SARCA相同的PMT壳体中，可将PMT支承在气密管或护罩和挠性套筒的径向内部。在PMT及其壳体之间有多个周向上隔开的径向弹簧，或者更优选的是另一个挠性套筒，以形成PMT的动态隔振。
为了防止光学耦合器损坏，防止由于光学耦合器挠曲产生噪声，和减小在该装置中的弯曲挠态，支承的关键方面是减小PMT/晶体结合(combination)的弯曲。这是可利用多边形截面的挠性金属支承套筒，达到该套筒与PMT/晶体的外面和气密管或护罩的内面接合，并且即使由薄的金属制成刚性也较高。
由于PMT要求高的工作电压和由于它输出电脉冲，因此必需在气密管或护罩外面、在PMT和电路之间、但仍在检测器内有电气连接。这点可通过使用一个特殊的连接线装置达到。将电子元件加入检测器中，避免使用另外的壳体，可进一步节省工具空间。在一个实施例中说明了放在该检测器装置内，但不在是气密管内的一个前置放大器装置。
在包括轴向延伸的径向弹簧或另一个(即外部)挠性金属支承套筒的核检测器外面，对总的检测器装置提供又一个动态支承，因此要放入该检测器的工具腔的机械公差不需太严格，如下面将要详细说明的那样，虽然这个外部挠性支承套筒允许检测器运动，但只能在一定的设计参数内运动。检测器的纵向定位和约束是由在检测器每一个末端上的弹性圆盖或末端塞，与通过滑动摩擦的外部挠性套筒结合来完成的。如同在2001年12月28日提出的，序列号为10/028430的正在审查中的申请所述，可以制造一个所述的挠性的动态壳体。还可以使用一个双重的挠性套筒。如后所述，通过详细设计围绕该检测器的这些支承装置，可达到各种动态响应。
为了将该检测器用于不同的应用场合，可以设置各种端盖匹配器。
还提出了一种检测器封装，其标准核心装置(包括比如晶体和PMT及包围的护罩)的直径有意作得比所采用的一般直径小，长度也比晶体尺寸的标准增量短。核心装置的一个或两个端盖可具有直径较大，深度浅和细螺纹的标准螺纹孔。金属外壳或挠性金属套筒的尺寸可允许调节该核心装置的直径，以适应广泛的工具空腔或壳体尺寸。使用挠性套筒可形成硬的机座结构，以便对于其腔的振动水平，保持动态透过率接近1，或者在较高频率下形成动态隔振。使用具有标准的短的与核心上的浅的，大直径的螺纹孔匹配的螺纹短柱的末端匹配器，可以调节核心装置的长度，以适应在应用场合使用的各种空腔尺寸。应选择末端匹配器的结构，以便与开采机、钻井工具或要安装检测器的其他装置的各种结构匹配。总的来说，几个包括各种增量尺寸的检测元件的标准核心装置可以适应众多的结构。标准化可使标准核心的制造和储存的成本较低，以便于大量使用者使用，其方法是简单地加入所需的匹配器。
因此，本发明的一个方面涉及一种仪器封装，它包括：至少一个大致为柱形的仪器部件；包围所述至少一个仪器部件的一个大致为柱形的护罩，所述护罩的直径比标准的预定的直径小；和围绕所述护罩的一个尺寸控制套筒，从而将该套筒的直径增加至所述标准的预定的直径。
本发明的另一个方面涉及一种核检测器封装，它包括：一个基本为柱形的核检测元件；包围所述核检测元件的一个大致为柱形的护罩，所述护罩的直径比标准的预定的直径小；和围绕所述护罩的一个尺寸控制套筒，从而将该套筒的直径增加至所述标准的预定的直径。
本发明的再一个方面涉及一种辐射检测器，它包括：一个大致为柱形的晶体元件；与所述晶体元件同轴布置的一个光电倍增管；夹在所述晶体元件的一个末端和所述光电倍增管的相邻末端之间的一个光学耦合器；所述晶体元件，光学耦合器和光电倍增管气密地密封在一个柱形护罩内；和沿着所述晶体元件和所述光电倍增管在外部延伸，以及在所述柱形护罩内径向延伸的一个挠性支承套筒。
本发明还有一个方面涉及一种辐射检测器，它包括：一个大致为柱形的晶体元件；与所述晶体元件同轴布置的一个光电倍增管；夹在所述晶体元件的一个末端和所述光电倍增管的相邻末端之间的一个光学耦合器；所述晶体元件，光学耦合器和光电倍增管气密地密封在一个柱形护罩内；和一个靠近所述光电倍增管的气密密封的电子元件壳体，用于使电气元件电气上与所述光电倍增管连接；其中所述光电倍增管安装在所述柱形护罩内的一个PMT壳体内，横截面为多边形的第一个挠性金属套筒径向位于所述光电倍增器和所述PMT壳体之间。
附图说明
图1为根据本发明的闪烁封装的截面侧视图；
图2为沿着图1的2-2线所取的横截面图；
图3为从图1取出的放大的详细图；
图4为从图1取出的放大的详细图；
图5为根据本发明的一个示例性实施例的高度集成的γ射线检测器的部分剖开的侧视图；
图6为图5的中心部分的放大图；
图7为沿着图5的7-7线所取的截面图；
图8为沿着图5的8-8线所取的截面图；
图9为沿着图5的9-9线所取的截面图；
图10为根据本发明的另一个实施例的位于一个工具壳体内的检测器装置的部分截面图；
图11为表示根据本发明的一个末端匹配器的变化的部分截面图。
具体实施方式
首先，参照图1～图5可看出，根据本发明的一个示例性实施例的核检测器封装10包括一个装有仪器部件的气密密封的壳体或护罩12(在这种情况下为闪烁或晶体元件14形式的核检测元件)，包围该晶体元件的一个反射器16，用于在该护罩内支承该晶体元件的一个支承套筒18，一个窗20，和从该闪烁元件来的光通过它发送至外面的光学耦合器21(例如发送至一个连接的光电倍增管)。闪烁或晶体元件14的支承结构对在固体矿物开采或油井测井的恶劣环境中的可靠和没有噪声的性能是关键的。如果不能适当做到，则在强烈振动或冲击作用下，该晶体会移动，并产生噪声，断裂或损坏。这对于MWD和LWD应用特别是如此，但对于电缆工作应用场合也是应考虑的(在油井测井工业中，电缆工作是指将仪器封装下降至钻孔中，然后在取出过程中测量该钻孔的形成和/或状态)。
在该示例性实施例中，该闪烁或晶体元件14的动态支承结构包括一个挠性的支承套筒18。使用这个支承套筒18也可产生其他改进的可能性。从图2中可看出，在该护罩12内的该挠性支承套筒18的横截面为多边形。具体地说，所示的套筒18一般为圆筒形状，但带有5个平的表面或平坦部分22，选择尺寸，使这些平的表面22压紧在放在该闪烁元件14周围的反射器材料16上(例如通常的Teflon带)。选择用于制造该挠性套筒18的材料的厚度和形式，以便支承该闪烁元件14，达到最小的固有频率。该套筒优选由金属(例如不锈钢)制成，也可以由其他相应的材料制成。平坦部分22的数目可以改变。结合在该闪烁元件14和该护罩12的内壁之间的空间，可以确定加在该闪烁元件14的表面上的预加负荷的量。该挠性支承套筒18的内表面上的润滑涂层24(图2)，与在晶体元件14上的预加负荷力结合，可以确定由平坦部分22和反射器材料16的外表面之间的摩擦产生的轴向约束的大小。该挠性支承套筒18的结构占用非常小的空间，因此可以空出空间来供较大的晶体14使用。
在该护罩12的内表面上可以作出高度大约为0.005英寸的一个小的径向台阶26(参见图4)，使该挠性支承套筒18停止向前滑动(向着窗20)，使该挠性套筒18比该晶体14短，则该挠性套筒18的前端部分(靠近该晶体14的光学耦合器21)不会在该晶体14上延伸。虽然在钻井应用中，对于最极端(most extreme)的测量，这种部分支承可能是不可接受的，但对于固体矿物开采和电缆应用情况，在该挠性套筒18内，将该晶体14作成悬臂梁是可行的。这样，在晶体14的前端部分，不会压缩该反射器带16，从而减少光的吸收。这个径向台阶26还可以使利用精确的金属刀(reamer)简单和廉价地完成要铜焊在窗20上的区域的加工成为实际可能的。
同样，在晶体14的后部，围绕着该晶体的反射器带16不压缩，这可改善反射率，并帮助光更有效地从该闪烁晶体14的后面通向窗20。另外，由于在该晶体14的后部，反射器带16的一部分不压缩，因此可以简单地制造在该晶体14后端的一个薄的反射垫28，并通过将该垫28的边缘和/或拐角重叠在该晶体14的柱形表面上，而安装该垫。如果压缩在该晶体14的末端区域中的该反射器带被压缩，则在这个区域中，垫28的重叠材料可使该反射器带16较厚，使它压缩得更多。更糟的是，在高温工作过程中，该晶体14向着后端膨胀，然后粘附在该位置上。当该晶体14冷却时，该晶体的前端会离开该耦合器21。这是一个众所周知的问题。本发明利用重叠，该重叠对于提高性能，简化结构和降低成本，而没有晶体14粘附在后部的风险是所希望的。为了限制挠性套筒18压在该台阶26上，在该挠性套筒18的后部，在该套筒18的后边缘和端盖或后板38之间安装一个薄的定位套筒30。
由于使所有结实的晶体封装的直径和长度与公差都标准化不实际(在许多情况下是不希望的)，如果标准化可使成本降低，则必需用另一种方法实现。通过制造直径较小的标准护罩，再通过加入尺寸控制套筒或金属外壳32，可以增大直径。该金属外壳32大致在该护罩的全长上延伸，并具有所需要的厚度，以便在指定的公差内得到指定的直径。利用这种方法，可得到非常精确的直径，这是一些工具制造者所希望的，另外，可以大大降低进行加工以满足公差要求的成本。
例如，如果需要直径为1.249英寸的不锈钢闪烁封装，公差为±0.001英寸，则可将该护罩12车削成较小尺寸(例如1.240英寸±0.003英寸)。完成后，如果测量直径为1.243英寸，则可以利用适当的粘接材料加入由标准的0.0015英寸厚的金属箔材料制成的尺寸控制套筒32。如果原始护罩的测量尺寸为1.237英寸，则可将由0.004英寸厚的不锈钢制的尺寸控制套筒32粘接在该护罩上。内径(I.D.)为1.249英寸的尺寸控制圆环(没有示出)可以在尺寸控制套筒32的顶部上滑动。在粘接材料硬化后，除去该尺寸控制圆环。根据所希望的过程和成本考虑，可以使用加工尺寸，用于制造尺寸控制套筒的片材和粘接材料的其他结合方式。例如，为了使标准化程度更高，使得必需由相同的标准的原始护罩制造要求加工完的封装直径较小的封装，则可将该护罩加工至标准的直径1.235英寸±0.003英寸。从名义直径为1.235英寸的这个标准的护罩12开始，通过使用0.003英寸的套筒32，可得到加工完的直径为1.245英寸。如上所述，从这个相同的护罩12开始，通过使用0.005英寸的尺寸控制套筒的材料，再放上尺寸控制圆环，可以精确地将该直径控制至1.249英寸。
为了精确地确定该护罩的尺寸，可以使用其他的技术。例如，为了得到所希望的直径，不采用与小尺寸的护罩粘接的金属箔的外壳，而使用背面有适当的粘接剂的带。更具体地说，可以使用与支承套筒18相同的，多边形的挠性金属尺寸控制套筒，来使其它小尺寸的护罩精确地装在一个标准工具壳体中。通过使用该挠性的尺寸控制套筒，可以形成全范围的动态支承方式。可以使用摩擦负载较大的刚性较高的套筒，以便在最希望的振动条件下固定该检测器。利用这种方法，该检测器不会在引起的振动的频率处共振。为了使隔振程度高，没有很大的共振和隔离冲击的程度高，可以使用一个双重的挠性套筒。另一种方法是使用一个刚度中等和摩擦负荷中等的套筒，以便在较高频率下产生动态隔振和在很少相关的频率范围中的阻尼共振。
保证将蓝宝石窗铜焊在薄的套筒上时故障率低和成本较低的另一个重要考虑是保证该护罩是圆的。在将护罩加工至标准的较小直径后，通过使用由与该护罩12相同的材料制成的，在铜焊前安装的尺寸控制套环，可使该护罩保持圆形。
加固的闪烁封装的晶体长度已标准化。典型的长度为英寸的倍数。例如，许多年来流行的是长度为4英寸，直径为1英寸。闪烁晶体14和闪烁封装10的直径一般按1/8英寸的增量变化，因此7/8×4和3/4×4的晶体尺寸为普遍使用的尺寸。近年来，由于在工具或机器内的空间有限，趋向于使用较小直径和较长长度的晶体。
通过选择对于标准晶体尺寸可行的最短的晶体封装，和带有一个延伸器部分(或可除去的隔片)的端盖匹配器，可以通过简单地改变该端盖或更优的改变在该端盖上所用的隔片的尺寸，使一个封装尺寸与许多空腔配合。从图1和图3可看出，带有一个延长器部分或隔片36的端盖匹配器34与该端盖或后板38一致地工作，并可在0.6英寸的常用范围内改变该封装10的长度(显然，该隔片36可以长些或短些)。然而，大多数包括4英寸长的晶片的封装的长度可从4.4英寸变化至5英寸。除了改变隔片36的尺寸以改变该封装的有效长度以外，另一种方法是由两个或多个较小的部件制造该端盖隔片36。或者，该隔片本身可起末端匹配器的作用。该端盖匹配器34还可以具有任何的末端配合结构，例如螺纹短柱，螺纹孔，凸台或销子、主轴等。其中一些末端配合结构在下面进一步说明。对标准化这个概念有决定性意义的是在该端盖38上的标准的界面和在该末端匹配器(34和/或36)上的匹配界面。
装配时，压板40放在反射垫28上，轴向弹簧42放在该压板40和端盖或后板38之间。该护罩12的后端周围与端盖38的周边焊接。轴向放在端盖38和挠性套筒12之间的定位套筒30以名义间隙装在它们之间，可以稍微调整该套筒。一个装配螺钉44穿过该端盖匹配器34和隔片36，并拧入该后板或端盖38中。
在该封装的前端(见图4)，该护罩12的一个小直径的末端部分46铜焊在窗20上，而一个硅酮橡胶(或其他适当的材料)的隔片48放在该连接器21的周围，并且轴向在该窗20和卷绕在该晶体24周围的反射材料或带16之间。
通过模制或利用由光学透明材料(例如为此目的常用的SYLGARD)制成的较薄的连接材料进行粘接，可使闪烁或晶体元件14与窗20连接。使用一个环形垫将连接油保持其表面上，可大大改善光学耦合的质量和耐久性。这个所谓的油环耦合器还可减小机械产生的噪声。在强烈的动态条件下，通过使用挠性支承套筒18，可使该薄的光学耦合器21更有效。该挠性支承套筒18在轴向方向形成确定的约束，使得在强烈振动下，该闪烁元件14不容易运动，并在轴向方向形成高的固有频率。如果冲击或振动大，使该闪烁主体或晶体14在该挠性支承套筒18内滑动，则通过快速对运动进行阻尼的滑动摩擦，该滑动可有效地消耗能量。另外，允许晶体14在强烈振动或冲击过程中，或由于高温偏移稍微滑动，可防止在该封装中产生大的力。这与依靠弹性体相反，弹性体在轻微的振动或冲击作用下，在轴向方向挠曲，使该闪烁元件14共振，这样进一步增大动态力。产生共振是有损害的，和/或会在输出时产生噪声。由于该挠性支承套筒在轴向的刚性非常高，高的固有频率可防止与外界产生的振动动态耦合，因此共振不大可能开始。如上所述，如果产生的振动或冲击强度大，使该闪烁元件开始运动，则滑动摩擦可以迅速衰减该运动。
在开采中使用的γ射线检测器通常由一个闪烁封装(当受到γ射线轰击时，可产生光闪烁)与一个光检测装置结合构成，该光检测装置将该闪烁转换为电脉冲。最经常，该闪烁元件为铊激活的碘化钠晶体，而该光检测装置为光电倍增管(PMT)。当使用吸湿性晶体(例如碘化钠)时，两个部件必须屏蔽不受包括空气中的潮气的影响。一般γ射件检测器由通过将吸湿性晶体密封在一个气密密封的管或护罩中制成，该护罩包括一个闪烁光通过它通至PMT的一个窗。然而，通过将PMT包括在该气密的壳体内，可以取消这个窗。如在这个优选实施例中那样，取消该窗可改善光从晶体转移至PMT中。
参见图5和图6可看出，一个根据示例性实施例的辐射(例如γ射线)检测器50包括可以气密地密封在一管或护罩56内的一个闪烁元件或晶体52与一个光电倍增管(PMT)54。
晶体52和PMT54利用光学耦合器58直接连接，中间没有窗。直接通过光学耦合器58连接晶体52特别是对于在恶劣环境中使用的检测器，需要解决各种工程问题。必要的工作包括进行专门的准备，如何将该晶体52和PMT54支承在管子或护罩56内，和其它一些重要考虑。
在示例性实施例中，晶体52设置在护罩56的一个末端，而PMT54和光学耦合器58放在另一端。设置晶体52的护罩56的末端利用一个末端塞60密封。护罩56的PMT端由一个连接线62密封。图5和图6所示的，PMT54工作所必需的一个电分配器线(divider string)64包括在该护罩56的气密密封部分中。通向该分配器线64的电力和从PMT54发出的信号通过该气密密封的连接线62。在这个具体的实施例中，在检测器50的不气密密封的电子元件壳体部分68中，包括一个前置放大器装置66。该前置放大器装置66可以由轴向延伸的径向弹簧70(见图8)支承在它和壳体68之间，或者另一个方案是，是由一个挠性的支承套筒支承。放在该壳体部分68中的其他电子部件可以包括一个PC板座72，一个电源，数字处理电子元件或其他通常的电气元件，而输出电线76则延伸至检测器外面。
当γ射线在晶体52中产生闪烁时，光从闪烁点向所有方向发出。检测器50有效的工作要求闪烁元件或晶体52产生的在不是向着PMT54的方向上的光必需反射至PMT。在这个实施例中，该反射器由卷绕在晶体52的柱形部分周围的反射TEFLON带和在远离PMT54的晶体52的末端上的一个反射盘74构成。这个盘74可以由包括氧化铝在内的各种材料制成。盘74的替代物为由用在该晶体52的柱形部分周围的多层反射带材料制成的一个垫。通过改变晶体表面上的凹凸形状可以增加晶体52的一些区域的反射量。例如，为了改善光向着PMT的扩散反射，通常要用砂纸打磨远离PMT54区域中的晶体表面或刮刻该表面。
光从晶体52有效地转移至PMT54要求一个光学耦合器装置58。这里所示的光学耦合器装置58为充满光学耦合流体(optical coupling fluid)(优选为硅油)的一个油环式耦合器。这个耦合器58优选为Sylgard垫，它可以承受大致轴向负荷，并模制在PMT54的面板82上，和可行时模制在包围PMT的PMT壳体78上。另一种连接方法为将晶体52的末端80粘接在PMT54的面板82上。还有一种连接方法是利用在耦合器58的两个表面上有贮油环的一个油环式耦合器。
当要求在极恶劣的振动条件(例如振动强度可达40G rms的某些MWD操作)下进行没有噪声的工作时，还需要分外的支承装置。在这个实施例中，PMT54封入PMT壳体78内，包括前部84和后部86。前部84伸出PMT54外面，与PMT54和晶体52之间的光学耦合界面重叠。在该前端部分84的远端上作出圆周上隔开的槽88，同时在该前端部分84的有槽的末端的前部有一个环形间隙90。换句话说，PMT壳体的前部84可滑动地设置在晶体52的一个小直径部分92上，在PMT壳体和晶体52上的作出锥度的肩94之间沿轴向有间隙90。由于下述理由，在晶体的小直径部分92上设置由润滑反射材料或其他适当的反射的，摩擦小的材料涂层的一个金属带96。
PMT壳体78的前部84的直径逐渐增大，从第一个内径98增至第二个内径100和第三个内径102。第一个内径98的尺寸可以在PMT54和壳体78之间形成一个径向空间，充满称为RTV的硅基橡胶材料104。这种材料可以当模制在PMT54的表面上时，防止Sylgard泄漏。
第二个内径100的尺寸可允许将沿轴向延伸的，周围上隔开的径向带式弹簧106(一般为不锈钢制成)，沿径向插入PMT54和PMT壳体78之间。这些弹簧106沿着PMT长度的主要部分延伸，终端在PMT54的后端上的有锥度的肩108上。对于直径为1英寸的检测器，该弹簧的厚度约为0.005英寸，宽度为0.37英寸。可以选择其他尺寸，以改变共振频率和其他性质。PMT弹簧106可以用与下面所述的套筒120相似的另一个挠性的多边形套筒代替。
第三个内径102的尺寸可允许插入一个开口环110和多个防止PMT向后滑动的环形垫片或隔片112。这个结构可以使用不同长度的PMT，即可以除去垫片或加入垫片，以容纳长度增加或减小的PMT(如图1和图2中部分剖视图所示)。
PMT壳体的后部86有一个小直径的末端114，它可伸缩地设置在该壳体78的前部84内。该后部86的相对一端经过锪孔以容纳一个端盖116。RTV材料118部分地充满端盖116和分配器线64之间的空间。
支承通常由容易破损的碘化钠一类材料制成的脆性晶体52和PMT54的一个关键要求是防止该封装弯曲，特别是在光学耦合器58周围的区域弯曲。如果允许弯曲，则由于材料的运动，在强烈振动作用下，经常产生光脉冲。如果界面是利用透明的连接材料(例如耦合器58)将PMT54与晶体52粘接在一起构成，则这种粘接实际上可能被破坏。对于由晶体52相对于PMT54较小的运动产生的非常小量的弯曲也存在这些问题。通过在PMT/晶体装置周围安装一个薄的多边形挠性支承套筒120可防止弯曲。这个套筒优选为金属的，但可以由其他强度高、有弹簧特性的材料制成。从图5还可看出，该挠性支承套筒120位于气密管或护罩56的径向内部，并包围晶体52。该挠性支承套筒120(参见图6和图7)横截面为多边形，即使金属薄(0.002～0.005英寸厚)刚性也较大。在所示的实施例中，该挠性套筒120有10个平坦部分，每一个平坦部分的宽设得大约为0.28英寸。每一个平坦部分或表面134与一个包围晶体和PMT壳体78的外表面的径向和轴向的支承封装122的外表面接合。由平坦表面134形成的拐角136与该气密管或护罩56的内表面接合。结果，该挠性支承套筒120对于减小PMT54和晶体52之间的弯曲有效。PMT54和晶体52(包括下述的支承材料)周围的PMT壳体78的直径大致相同，可以大致沿着该挠性支承套筒120的全长接触。
该晶体52用TEFLON或其他适当的反射带(带的外表面有聚酰胺层)包裹。该晶体由径向和轴向的支承封装122支承。该支承封装可以包括一个侧壁轴向约束和适应性装置，或美国专利5962855号中所公开类型的SARCA。SARCA一般包括一个内部聚酰胺套筒和一个外部不锈钢套筒或外壳，接合外表面用TEFLON涂层，SARCA的最接近位于晶体52和PMT54之间的光学耦合器58的一端，轴向比晶体短，因此不会限制PMT壳体78的轴向运动。同样，由于同样的理由，该挠性套筒的长度比PMT/晶体装置的结合长度小。
另一种结构的支承封装122可以包括在反射Teflon带顶面上的环形支承环，在该环之间有其它的层。第一次所述的SARCA支承封装在MWD工作中特别有用，而第二次所述的支承封装在电缆工作中特别有用。SARCA结构在图1所示的，位于该挠性支承套筒18径向内部的封装中也可应用。
气密管56的晶体末端由端盖或塞子60封闭，轴向弹簧124放在该晶体后端上的该末端塞和反射盘122之间。气密管56的PMT端由连接线62密封，轴向弹簧126放在连接线和端盖116之间。这样，弹簧124和126使PMT和晶体52互相偏移保持在耦合器58上的压缩接合。弹簧124、126产生的轴向力由弹簧的尺寸，不同的热膨胀和动态力确定。利用挠性套筒120可以大大减小这些弹簧124、126所需的力。该挠性套筒产生的轴向约束以比非线性的弹性体支承产生的速率小得多的一个可预测的速率增加。
包围该气密管或护罩56的还有另一个称为挠性动态壳体128的径向支承装置。该装置可包括在一个薄的挠性金属外套筒132内的多个在轴向延伸的金属弹簧130。该套筒132可由滚压厚度为0.0015英寸的一块不锈钢片，形成两个完全的层，然后用高温粘接剂粘接制成。在另一个结构中，弹簧130可被与套筒120相同的，横截面为多边形的挠性金属外支承套筒代替。该挠性动态壳体(包括弹簧132或挠性外套筒)在检测器的全长上延伸，该全长则是在该检测器的晶体末端上的末端塞60和在其相反端的末端塞142之间延伸。
如上所述，柱形支撑封装122的外表面和PMT壳体78的外表面与挠性支承套筒120的平坦部分134接触，而挠性套筒120的拐角136与气密管56的内表面138接触。当将外力加在管56上，使它开始在所加力的方向上加速时，晶体52的惯性使该挠性支承套筒120相对于晶体52运动，使力在套筒的平坦表面134和拐角136处加在挠性支承套筒120上。该挠性支承套筒120开始围绕着接触点弯曲，并增加作用在晶体52上的力，使晶体加速。
该挠性支承套筒120的弯曲量和晶体52加速的速度取决于要加的力和该挠性套筒的刚度。当该挠性套筒120由施加的力弯曲时，结果是拐角136必需在安装它的管56的内表面138上滑动。另外，为了相对于该挠性支承套筒120运动，晶体52必需相对于该挠性支承套筒120的平坦表面134滑动。该挠性支承套筒120的结构可使当偏转增加使摩擦力分量与径向运动成比例的，接触压力增加。支承套筒120相对于内部安装着它的管或护罩56的滑动，以及检测器50(即PMT/晶体)相对于该支承套筒120的滑动，由于滑动摩擦，产生非常有利的阻尼。这与弹簧装置(例如弹性体)相反，一般弹性体不会相对于另一个部件滑动很多，只是变形。这种材料变形产生的阻尼局限于材料变形时材料的内部损失。这种内部损失产生的阻尼不如具有滑动摩擦的设计(例如挠性套筒)有效。大的阻尼是非常有用的，因为它减少对强烈振动和冲击的响应。
热膨胀在下井中使用的核检测器的设计中是一个关键参数，因为温度可高达178℃，甚至高达200℃。当PMT壳体部分84、86相对于PMT的玻璃外壳140(见图5)膨胀时，PMT弹簧106(或适当的挠性套筒)松驰，但仍与PMT壳体部分84、86和PMT54接触。因为一般由聚乙基乙基酮(poly-ethyl-ethyl-ketone，PEEK)制成的PMT壳体部分84、86向外膨胀，其膨胀速率大致与晶体元件52的膨胀速率相同。壳体部分84、86和晶体52的膨胀被该挠性支承套筒120容纳。当支承套筒120压缩时，它作用在该壳体部分84、86和晶体52上的力以固定和可以预测的速率增加。作为金属，该挠性支承套筒120的刚度不会由于所支承的部件的膨胀加载而明显改变，因此，被支承的部件的固有频率不会改变很大的量。温度从室温增加至175℃产生大约0.0046英寸的相对伸长。给定该挠性金属支承套筒120的弹簧性质，PMT壳体部分84、86和晶体52的膨胀量较小。
在工作过程中，径向方向的振动和冲击使该挠性套筒120偏转。理想情况是，支承套筒120在PMT54和晶体52上的偏转相等。然而，由于二者的质量密度不同，会有小的差别。对于测量同时钻井(MWD)应用情况，有时可以引起在耦合器58处，在PMT54和晶体52之间的足够大的相对运动。如在这个实施例中那样，当该耦合器58模制在PMT54的面板82上时，该相对运动在该光学耦合器58内发生，但大多数相对运动在光学耦合器58和晶体52的端面80之间的界面处发生。在该油环耦合器的表面上的油允许有一定自由的相对运动而不会产生光的闪烁。这种光的闪烁会被PMT54认为是闪烁，而给出错误的读数。另外，小的相对运动不会造成耦合器58上的圆环之间的油损失。但是，在最严酷的条件下，该相对运动对光学耦合器58的工作是有害的。为了防止这种问题产生，PMT壳体的一部分92延伸至晶体52的表面外，以便紧握着晶体52的末端，如上所述，如果晶体52的直径比PMT的直径大(如图1所示)，则可减小晶体52的前端的直径，以便使PMT壳体78在小直径部分92上延伸。通过将金属带96设置在晶体52的小直径部分92的周围(即放在被PMT壳体78紧握的区域中)，可以保持该晶体52的这部分的高反射性。这个带用白色的反射涂层(例如氧化铝和氮化硼的结合)涂敷。这种涂层也是一种润滑剂，因此晶体52可在壳体78内自由滑动。也可以使用一个反射的Teflon带层代替这个带。在热循环过程中，为了防止晶体52粘附在稍微离开耦合器58的位置，使油可以流出，在该带上的润滑很重要。这样，该结构形成一个“滑动连接”，可使PMT54和晶体52在轴向彼此相对运动，但约束其在径向的运动。当由于温度升高该光学耦合器58膨胀，并将晶体52推开，然后由于温度降低又收缩时，会发生这种情况。使该挠性套筒的刚度比较线性，可保持径向压缩力足够小。
在PMT54的直径几乎与晶体52一样大的情况下，没有PMT其它支承的空间。在这种情况下，可将PMT的尺寸作成与该挠性支承套筒120直接接触。利用一片薄而强度大的材料(例如不锈钢)包裹PMT可以做到这点。为了在PMT/晶体界面上形成晶体的支承，该包裹外壳可在晶体的前端延伸。
这样，引入挠性支承套筒120和这里所述的其他结构特点可以以可预测和控制的方式，在检测器50内对PMT/晶体装置形成均匀的支承、动态隔振和轴向约束。
图10表示根据本发明的，设置在一个外工具壳体中的另一个高度集成的检测器结构。具体地说，该检测器150包括一个通过光学耦合器156(优选带有充满油的环)在轴向与PMT154连接的一个闪烁或晶体元件152。该晶体和PMT气密地密封在管或护罩158内，该管或护罩相反的两端，分别与在晶体152的后面与端盖或后板160焊接，和在PMT154的前端与前板162焊接在一起。
压缩板164和轴向弹簧166沿轴向放在标准化的后板或端盖160与晶体之间。一个端盖匹配器或隔片168放在该端盖160的后面，弹簧170放在该端盖匹配器168和相邻的工具元件172之间。一个末端匹配器主轴174通过利用螺纹固定在该端盖中的一个浅的、直径较大的螺纹套177中的螺纹短柱176，通过隔片168固定在端盖160上。端盖164的平的表面形成隔片168的匹配界面。还可利用其他的匹配表面结构。
在该装置的前端，前端板162包围电气接头178，该电气接头从该封装突出出来，又被封入另一个端盖匹配器180内，该匹配器包括在中心设置的管状延伸部分或主轴182，引导和保持引线(没有示出)与该接头178连接。一个环形弹簧184设置在端盖匹配器180的肩部186上，夹在后者和另一个相邻的工具188之间。第一个挠性支承套筒190径向位于PMT154和PMT壳体192之间。沿着PMT壳体192和晶体152的径向隔片193延伸的第二个挠性支承套筒194径向位于管或护罩158内。如上所述，该晶体162可以通过SARCA195，用反射带包裹。这整个封装设置在一个圆筒形工具壳体196中，第三个挠性外支承套筒198沿径向设置在该气密管或护罩188与工具壳体196之间。优选，该挠性支承套筒190，194和198为金属制成，横截面为多边形。
为了对仪器部件提供径向和轴向支承，挠性套筒(如套筒190，194和198)还可以与其他辐射检测器结构，以及其他不同种类的仪器封装结合使用。
图11表示包括一个标准端盖202和螺纹短柱200的又一个匹配器结构。在这个结构中，除去了伸长的主轴，以便使顶部204在轴向较短，这样可以不必改变匹配器的设计，可放入一个辐射标定源。
标准的端盖可以带有各种界面，以便固定匹配的匹配器，以满足特殊的要求。
可以结合使用所述的挠性支承套筒，以优化对在仪器封装内各种元件(例如核检测器)的保护。必需支承PMT，PMT/晶体有一个结合的支承，而完整的检测器也必需支承。当在高达40Grms或经常200GS以上的冲击的极恶劣的振动环境中工作时，利用多个挠性套筒，为该封装内的元件提供不同的保护很重要。例如，考虑图5所示形式的一个闪烁检测器。如果这样这个结构用在40Grms振动和175℃的高温环境下，则晶体封装的保护要求可以与PMT或PMT/晶体结合的保护要求不同。为了防止机械运动在界面上或晶体表面上产生闪烁，PMT和晶体的相对运动必需保持非常小。为了使相对运动小，包围该晶体和PMT的挠性支承套筒120刚性必需较大，使其共振频率在500Hz或更大，或者设定预加负荷，使PMT和晶体在振动时锁定在规定位置，而在强烈冲击下松开。如果在PMT周围使用第二个挠性支承套筒(代替单个弹簧106)，则同样刚性应较大，使其共振频率大约为1000Hz。作出这两种选择后，可以决定，是否将挠性外支承套筒作成在期望的频率范围内透过率接近1，或在某些可在较高频率下形成动态隔振的频率上具有中等阻尼的共振。一个因素为在环境产生的频率范围内的期望的功率谱密度，而另一个因素为PMT对高频率的灵敏度。如果PMT容易受较高频率影响或损坏，则可以选择隔振。可以选择共振频率为700Hz左右和选择预加负荷，使其在最大振动强度(这里选择为40Grms)时能提供适当的阻尼。选择在敏感频率上的阻尼量和隔振量，以得到最优的结果。另一方面，如果产生的振动在较高频率下能量不大，或PMT对较高频率不特别灵敏，则可使检测器周围的挠性支承套筒120的尺寸作成具有适当的刚度，和如同在40G rms的硬安装(hardmounted)同样，预加负荷不使检测器运动。另一个例子为在大部分输入的振动能量低于某些频率(例如400Hz)的环境中工作，而且所用的PMT对较低的频率较不敏感。一般可将围绕检测器的挠性套筒的尺寸作成使固有频率至少为最大频率的1.4倍或560Hz。使用这个方法可使安装力小，因为该方法是将固有频率与引起的频率分离，而不是要通过摩擦将检测器固定。另一个例子是使用与图10所示相同的检测器结构，将它用在电缆工作应用场合。在振动环境下，利用在中等恶劣振动电缆工作环境中，在护罩158内的挠性支承套筒194的摩擦将晶体和PMT固定，并且利用与另一个围绕该检测器的挠性外支承套筒198的摩擦将整个检测器固定。在冲击下，该外套筒是首先破坏摩擦允许隔离冲击，接着是内套筒，允许隔离冲击的运动。从这些例子可看出，可以设计将挠性支承套筒和用于各种灵敏的测量元件的在结合振动、冲击和高温环境的大范围下的优化动态支承的设计结合使用。
虽然已结合目前认为是最实际和优选的实施例说明了本发明，但本发明不是仅局限于所述的实施例，相反，在所附权利要求书的精神和范围内，它涵盖各种改进和等价的结构。

Claims (69)

1.一种仪器封装，包括：
至少一个大致为柱形的仪器部件；
包围所述至少一个仪器部件的一个大致为柱形的护罩，所述护罩的直径比标准的预定的直径小；和
围绕所述护罩的一个尺寸控制套筒，从而将该套筒的直径增加至所述标准的预定的直径。
2.如权利要求1所述的仪器封装，其特征为，所述尺寸控制套筒包括与所述护罩粘接的金属箔。
3.如权利要求1所述的仪器封装，其特征为，所述尺寸控制套筒包括背面涂有粘接剂的带。
4.如权利要求1所述的仪器封装，其特征为，所述尺寸控制套筒包括一个横截面为多边形的挠性金属套筒。
5.如权利要求1所述的仪器封装，其特征为，它还包括一个在径向设置在所述至少一个仪器部件和所述护罩之间的一个挠性支承套筒。
6.如权利要求5所述的仪器封装，其特征为，所述挠性支承套筒的横截面为多边形。
7.如权利要求4所述的仪器封装，其特征为，所述尺寸控制套筒和所述挠性支承套筒由不锈钢制成。
8.如权利要求1所述的仪器封装，其特征为，所述至少一个大致为柱形的仪器部件包括一个闪烁晶体。
9.如权利要求1所述的仪器封装，其特征为，所述护罩的一个末端由具有用于附着到一个末端匹配器的界面的端盖封闭。
10.如权利要求9所述的仪器封装，其特征为，所述界面包括一个直径较大的螺纹套或孔。
11.如权利要求10所述的仪器封装，其特征为，所述末端匹配器包括一个具有与所述端盖的所述界面上的一个匹配表面接合的表面的隔片。
12.如权利要求10所述的仪器封装，其特征为，一个螺纹短轴或主轴固定在所述螺纹套或孔中。
13.如权利要求10所述的仪器封装，其特征为，容纳一个辐射标定源的匹配器固定在所述螺纹套或孔中。
14.如权利要求9所述的仪器封装，其特征为，所述末端匹配器包括一个隔片装置，用于有效地增加该仪器装置端盖的长度尺寸，使所述封装装入工具壳体中，否则，其对该仪器封装而言太长。
15.如权利要求10所述的仪器封装，其特征为，所述至少一个大致为柱形的仪器部件包括一个闪烁晶体；其中所述护罩的相反末端由一个窗封闭。
16.一种核检测器封装，它包括：
一个基本为柱形的核检测元件；
包围所述核检测元件的一个大致为柱形的护罩，所述护罩的直径比标准的预定的直径小；和
围绕所述护罩的一个尺寸控制套筒，从而将该套筒的直径增加至所述标准的预定的直径。
17.如权利要求16所述的核检测器封装，其特征为，它还包括一个沿径向设置在所述核检测元件和所述护罩之间的支承套筒。
18.如权利要求17所述的核检测器封装，其特征为，所述支承套筒包括横截面为多边形的第一个挠性金属套筒。
19.如权利要求16所述的核检测器封装，其特征为，所述尺寸控制套筒包括与所述护罩粘接的金属箔。
20.如权利要求16所述的核检测器封装，其特征为，所述尺寸控制套筒包括背面涂有粘接剂的带。
21.如权利要求18所述的核检测器封装，其特征为，所述尺寸控制套筒包括横截面为多边形的第二个挠性金属套筒。
22.如权利要求21所述的核检测器封装，其特征为，所述第一和第二个挠性金属套筒由不锈钢制成。
23.如权利要求16所述的核检测器封装，其特征为，所述支承套筒轴向长度比所述核检测元件短。
24.如权利要求23所述的核检测器封装，其特征为，所述护罩带有可与所述支承套筒的前边缘接合的一个内部肩。
25.如权利要求24所述的核检测器封装，其特征为，所述护罩的一端由一个长度可有效调整的端盖封闭。
26.如权利要求25所述的核检测器封装，其特征为，所述端盖具有用于附着到一个末端匹配器的标准化界面。
27.如权利要求26所述的核检测器封装，其特征为，所述界面包括一个直径较大的螺纹套或孔。
28.如权利要求27所述的核检测器封装，其特征为，所述末端匹配器包括一个具有与所述端盖的所述界面上的一个匹配表面接合的表面的隔片。
29.如权利要求27所述的核检测器封装，其特征为，一个螺纹短轴或主轴固定在所述螺纹套或孔中。
30.如权利要求27所述的核检测器封装，其特征为，包括一个辐射标定源的匹配器固定在所述螺纹套或孔中。
31.如权利要求25所述的核检测器封装，其特征为，在所述端盖和所述支承套筒的后边缘之间沿轴向设置一个定位套筒。
32.如权利要求16所述的核检测器封装，其特征为，所述核检测元件包括一个用反射带包裹的晶体。
33.如权利要求32所述的核检测器封装，其特征为，所述反射带由聚四氟乙烯制成。
34.如权利要求32所述的核检测器封装，其特征为，所述护罩的相反一端由与所述晶体元件的一个端面接合的窗封闭。
35.如权利要求34所述的核检测器封装，其特征为，所述窗铜焊在所述护罩的一个末端上。
36.如权利要求16所述的核检测器封装，其特征为，它包括一个隔片装置，用于有效地增加所述端盖的长度尺寸，使该核检测器封装装入工具壳体内，否则其对于所述核检测器封装而言太长。
37.如权利要求18所述的核检测器封装，其特征为，选择所述第一个挠性金属套筒的材料和性质，使所述第一个挠性金属套筒在所述核检测器元件上产生足够大的力，以防止所述核检测元件在正常振动强度下运动，但在强烈冲击下，松开该核检测元件，以便运动。
38.如权利要求16所述的核检测器封装，其特征为，所述核检测器是闪烁检测器。
39.如权利要求16所述的核检测器封装，其特征为，所述核检测元件为中子检测器。
40.如权利要求39所述的核检测器封装，其特征为，该中子检测器为He3比例计数器。
41.一种辐射检测器，它包括：
一个大致为柱形的晶体元件；
与所述晶体元件同轴布置的一个光电倍增管；
夹在所述晶体元件的一个末端和所述光电倍增管的相邻末端之间的一个光学耦合器；
所述晶体元件，光学耦合器和光电倍增管气密地密封在一个柱形护罩内；和
沿着所述晶体元件和所述光电倍增管在外部延伸、并且在所述柱形护罩内在径向延伸的一个挠性支承套筒。
42.如权利要求41所述的辐射检测器，其特征为，它包括围绕所述晶体元件，在径向方向在所述挠性支承套筒向内的一个不锈钢外壳。
43.如权利要求42所述的辐射检测器，其特征为，它还包括在所述不锈钢外壳和所述挠性支承套筒之间的一个径向隔片。
44.如权利要求41所述的辐射检测器，其特征为，它还包括在所述晶体元件和所述挠性支承套筒之间的一个径向隔片。
45.如权利要求44所述的辐射检测器，其特征为，所述径向隔片由聚乙基乙基酮制成。
46.如权利要求41所述的辐射检测器，其特征为，所述挠性支承套筒包括横截面为多边形的一个挠性金属套筒。
47.如权利要求46所述的辐射检测器，其特征为，所述晶体元件用反射带包裹，并且其中所述挠性金属套筒的内表面沿着窄的接触线，与所述反射带接合。
48.如权利要求41所述的辐射检测器，其特征为，所述挠性金属套筒的厚度为0.002～0.005英寸。
49.如权利要求41所述的辐射检测器，其特征为，一个反射盘设置在所述晶体元件的相反一端，其中所述柱形护罩由一个端盖封闭，在该端盖和该反射盘之间设置一个轴向弹簧。
50.如权利要求41所述的辐射检测器，其特征为，它还包括围绕所述护罩的一个尺寸控制套筒，用于将所述护罩的直径增加至预定的直径。
51.如权利要求50所述的辐射检测器，其特征为，所述尺寸控制套筒包括与所述护罩粘接的金属箔。
52.如权利要求50所述的辐射检测器，其特征为，所述尺寸控制套筒包括背面涂有粘接剂的带。
53.如权利要求50所述的辐射检测器，所述尺寸控制套筒包括一个横截面为多边形的挠性金属套筒。
54.如权利要求50所述的辐射检测器，所述尺寸控制套筒和所述挠性支承套筒由不锈钢制成。
55.如权利要求50所述的辐射检测器，其特征为，所述护罩的一端由具有用于附着到一个端盖匹配器的标准界面的端盖封闭。
56.如权利要求55所述的辐射检测器，其特征为，它包括一个隔片装置，用于有效地增加所述末端匹配器的长度尺寸，使所述封装装入工具壳体内，否则其对于所述大致为柱形的仪器部件太长。
57.如权利要求41所述的辐射检测器，其特征为，它还包括一个工具壳体，所述辐射检测器放在所述工具壳体中，其挠性外金属支承套筒在径向放在所述辐射控制器和所述工具壳体之间。
58.如权利要求57所述的辐射检测器，其特征为，所述挠性的金属外支承套筒的横截面为多边形。
59.如权利要求58所述的辐射检测器，其特征为，所述挠性金属外支承套筒由不锈钢制成。
60.如权利要求41所述的辐射检测器，其特征为，所述光学耦合器包括一个油环式光学耦合器。
61.如权利要求60所述的辐射检测器，其特征为，所述油环式耦合器与所述光电倍增管粘接。
62.如权利要求60所述的辐射检测器，其特征为，所述油环式耦合器模制在所述光电倍增管上。
63.一种辐射检测器它包括：
一个大致为柱形的晶体元件；
与所述晶体元件布置在同一轴件上的一个光电倍增管；
夹在所述晶体元件的一个末端和所述光电倍增管的相邻末端之间的一个光学耦合器；
所述晶体元件，光学耦合器和光电倍增管形成一个气密地密封在一个柱形护罩内的组件；和
一个靠近所述光电倍增管的不气密密封的电子元件壳体，用于使电气元件电气上与所述光电倍增管连接；
其中所述光电倍增管安装在所述柱形护罩内的一个PMT壳体内，横截面为多边形的第一个挠性金属套筒径向位于所述光电倍增器和所述PMT壳体之间。
64.如权利要求63所述的辐射检测器，其特征为，所述PMT壳体的一端伸出所述光电倍增管以外，并与所述晶体元件的一部分重叠。
65.如权利要求64所述的辐射检测器，其特征为，所述PMT壳体的所述相对一端伸出在所述光电倍增管以外，并与一个端盖邻接。
66.如权利要求65所述的辐射检测器，其特征为，在沿径向从所述PMT壳体的所述相对一端向内、所述光电倍增管和所述端盖之间沿轴向设置的一个或多个隔片。
67.如权利要求63所述的辐射检测器，其特征为，它包括径向位于所述装置和所述护罩之间，横截面为多边形的第二个挠性金属套筒。
68.如权利要求67所述的辐射检测器，其特征为，它还包括包围所述护罩的一个外部挠性动态壳体，和多个径向位于所述护罩和所述挠性动态壳体之间的沿轴向延伸的金属弹簧。
69.如权利要求67所述的辐射检测器，其特征为，它还包括包围所述护罩的一个外部挠性动态壳体，和径向位于所述外部挠性动态壳体和所述护罩之间的横截面的多边形的第三个挠性金属套筒。
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