CN201173973Y - 手持式一体化多功能γ能谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种手持式一体化多功能γ能谱仪，包括γ辐射探测器、GPS模块、多道脉冲幅度分析器、多道数据采集分析模块和低功耗电源管理模块；所述γ辐射探测器经信号处理模块和多道数据采集分析模块相连接；所述微处理器分别与GPS模块、多道数据采集分析模块和人机接口模块相连接；所述GPS模块包括GPS天线和GPS数据接收处理模块；所述GPS数据接收处理模块一端连接GPS天线，另一端与微处理器相连接；所述GPS模块通过串口与微处理器相连接，微处理器通过USB接口与计算机进行相连。该能谱仪适用于地质矿产勘探、环境核辐射监测、核反恐等多个领域，具有结构简单合理、体积小功耗低、价格低廉、使用方便等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种γ能谱仪，具体涉及一种可实现镭、铀、钍、钾含量及其活度分析和γ辐射剂量率分析的手持式一体化多功能γ能谱仪。
背景技术
γ能谱测量广泛应用于地质工业、卫生环境放射性监测等领域。在地质工业中，常要对地层进行横向和纵向的勘测。通过对测区γ能谱资料进行分析和类比，提出成矿有利地区，供地质找矿验证。在环境放射性监测领域，如在核辐射泄漏事故中，γ能谱法也是一种常规的确定所泄漏核素的方法。因此特别适用于地质填图、划分地层边界、探查地质构造、矿产资源勘查、环境辐射监测、天然和人工放射性核素现场检测等领域。在这些应用中，很多都工作于现场，需要仪器功能满足要求的同时又需要操作方便、功耗低、结构便携等特点。现有的现场γ能谱测量装置，都采用NaI(Tl)探测器以及GPS定位系统与γ多道能谱测量分析系统分离的方法设计，这给用户现场操作带来了很多不便，从而在某种程度上降低工作效率，并限制了人们对环境辐射分布的研究和更进一步的探索。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提供一种手持式一体化多功能γ能谱仪，该手持式一体化多功能γ能谱仪针对目前环境地球领域的现场γ核辐射探测的应用要求，将NaI(Tl)探测器、γ多道能谱测量分析系统和现场GPS定位系统采用一体化设计，构成一个可完成镭、铀、钍、钾含量分析和γ辐射剂量率测量以及现场全球定位的综合系统，还具有结构简单合理、体积小、功耗低、价格低廉、使用方便等优点。
为能达到上述发明目的，所采用的技术方案是：一种手持式一体化多功能γ能谱仪，其特征在于：包括γ辐射探测器、GPS模块、多道脉冲幅度分析器、多道数据采集分析模块和低功耗电源管理模块；所述γ辐射探测器由NaI(Tl)晶体与光电倍增管相连组成；所述γ辐射探测器经信号处理模块和多道数据采集分析模块相连接；所述微处理器分别与GPS模块、多道数据采集分析模块和人机接口模块相连接；所述GPS模块包括GPS天线和GPS数据接收处理模块；所述GPS数据接收处理模块一端连接GPS天线，另一端与微处理器相连接；所述GPS模块通过串口与微处理器相连接，微处理器通过USB接口与计算机进行相连。
按照本实用新型提供的手持式一体化多功能γ能谱仪，其特征在于：所述微处理器还设置有用于和计算机数据分析系统相连接的USB接口。
按照本实用新型提供的手持式一体化多功能γ能谱仪，其特征在于：所述NaI(Tl)晶体以及光电倍增管外面包裹一层磁屏蔽材料。
按照本实用新型提供的手持式一体化多功能γ能谱仪，其特征在于：所述手持式一体化多功能γ能谱仪采用铝质材料制成的金属外壳。
通过上面的叙述可以看出，本实用新型具有以下优点：在结构设计上，采用便携式一体设计方案，方便现场操作和维护；在系统设计上，采用NaI(Tl)晶体，同时与多道分析系统以及GPS系统进行一体化设计；在系统功能上，完成传统的γ能谱测量分析的同时，把GPS技术作为一种可选功能的形式集成到系统中，方便对测点现场的定位要求；在系统性能上，采用低功耗电源设计方案，并采用最新的OLED显示技术；该能谱仪留有USB接口，方便与计算机的后台数据库相连接，以便数据的二次分析；在技术指标上，能量分辨率优于8％(铯137源)，样品中镭(铀)、钍、钾放射性比活度之和大于37Bq/Kg时，其测量不确定度＜10％，256道全谱显示，GPS定位精度水平误差＜3米，整机功耗＜300mW，整机重量＜3Kg。
附图说明
图1为本实用新型提供的手持式一体化多功能γ能谱仪的模块连接原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述：
图1为本实用新型提供的手持式一体化多功能γ能谱仪的模块连接原理图。如图中所示，一种手持式一体化多功能γ能谱仪，其特征在于：包括γ辐射探测器、GPS模块、多道脉冲幅度分析器、多道数据采集分析模块和低功耗电源管理模块；所述γ辐射探测器由NaI(Tl)晶体与光电倍增管相连组成；所述γ辐射探测器经信号处理模块和多道数据采集分析模块相连接；所述微处理器分别与GPS模块、多道数据采集分析模块和人机接口模块相连接；所述GPS模块包括GPS天线和GPS数据接收处理模块；所述GPS数据接收处理模块一端连接GPS天线，另一端与微处理器相连接；所述GPS模块通过串口与微处理器相连接，微处理器通过USB接口与计算机进行相连。
所述微处理器还设置有用于和计算机数据分析系统相连接的USB接口。所述NaI(Tl)晶体以及光电倍增管外面包裹一层磁屏蔽材料。所述手持式一体化多功能γ能谱仪采用铝质材料制成的金属外壳。
使用时，通过γ辐射探测器探测γ射线与物质作用发生的电磁辐射的产生电信号的强度，通过多道数据采集分析模块确定环境γ放射性有没有异常；通过GPS模块自动确定测量地点，结合计算机数据分析系统，完成异常分布情况的分析，从而在找矿领域可分析成矿有利地区，供地质找矿验证；在环境核辐射监测领域，达到核事故环境污染分布监测目的，以便进行应急处理。
在电路功能上主要完成γ能谱测量分析和现场GPS定位数据的测量。在γ能谱测量方面，由于γ射线与物质发生作用时会发生的电磁辐射，通过核辐射探测器把这个电磁辐射转换成微弱的电讯号。然后通过后续电路，对这个微弱的点讯号进行整形放大，使之成为一个电脉冲信号后进入多道数据采集分析模块。通过控制电路控制多道脉冲幅度进行工作，把不同幅度的模拟信号转换成对应的数字信号，这个数字代表一个道地址，以道地址作为存储器的地址码记录脉冲数，各道地址的记数就可以把脉冲幅度的分布情况表现出来。而幅度信号大小为各元素辐射能量不同的表现，相应道址的计数代表相应能量的辐射强度。多道数据进入微处理器后，可以通过软件调用，对数据进行分析处理，数据保存及输出等。在GPS测量方面，采用GPS模块与微处理器连接，通过串口向GPS模块发指令，从而控制GPS模块工作。GPS数据接收处理模块通过GPS天线接收卫星数据，通过模块内部处理单元处理数据后，得到测点(的经纬度以及高程位置数据，由微处理器通过串口读取这个数据并保存到Flash中。
在物理结构上，采用NaI(Tl)探测器、多道数据采集分析模块和全球定位系统一体化设计。为了避光、避磁、避电场等的要求，整个结构采用金属外壳，一般采用铝质材料。由于考虑到GPS天线对系统的影响以及定位精度的要求，采用外接有源天线的方式，而不是在系统内嵌入无源GPS天线。
GPS数据接收模块结合GPS天线接收现场定位信息，通过串口传给微处理器。γ多道能谱数据采集分析装置在采集γ能谱数据同时，通过GPS模块获取当前测点的经度、纬度、高程位置信息。为了满足现场便携性工作的要求，对系统各个部件进行便携式一体化设计，同时，为了满足现场长时连续性工作的需求，在系统设计上采用低功耗设计电源管理方案。
对γ辐射探测的灵敏度主要取决与核辐射探测器，为了满足现场工作灵敏的要求，通常选用尺寸比较大的NaI(Tl)晶体探测器，能量分辨率一般能优于8％(铯137源)。同时，由于NaI(Tl)探测器受环境因素比较大，在结构设计上，考虑到避光、避磁设计；在考虑温度影响时，在采取隔温设计的同时，在电路上采用了温度补偿设计，同时采用硬件和软件相结合的稳谱技术，消除温度以及其它因素对NaI(Tl)探测器的影响。
现场定位精度根据选用的GPS数据接收处理模块以及接收天线的不同而不同，也根据GPS测量方法不同而不同。为了简便，在GPS测量方法上采用单点定位方法。在完成γ能谱数据测量和GPS定位测量后，打包γ能谱数据和GPS定位信息数据并保存于内部Flash中。该手持式一体化多功能γ能谱仪在现场就可以进行数据的初步分析处理，还可通过USB接口把测量数据信息传递给计算机，由计算机对数据进一步进行分析处理。
虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域普通技术人员在所附权利要求的范围内不需要创作性劳动就能作出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。
Claims (4)
1、手持式一体化多功能γ能谱仪，其特征在于：包括γ辐射探测器、GPS模块、多道脉冲幅度分析器、多道数据采集分析模块和低功耗电源管理模块；所述γ辐射探测器由NaI(Tl)晶体与光电倍增管相连组成；所述γ辐射探测器经信号调理模块和多道数据采集分析模块相连接；所述微处理器分别与GPS模块、多道数据采集分析模块和人机接口模块相连接；所述GPS模块包括GPS天线和GPS数据接收处理模块；所述GPS数据接收处理模块一端连接GPS天线，另一端与微处理器相连接；所述GPS模块通过串口与微处理器相连接，微处理器通过USB接口与计算机进行相连。
2、根据权利要求1所述的手持式一体化多功能γ能谱仪，其特征在于：所述微处理器还设置有用于和计算机数据分析系统相连接的USB接口。
3、根据权利要求1所述的手持式一体化多功能γ能谱仪，其特征在于：所述NaI(Tl)晶体以及光电倍增管外面包裹一层磁屏蔽材料。
4、根据权利要求1所述的手持式一体化多功能γ能谱仪，其特征在于：所述手持式一体化多功能γ能谱仪采用铝质材料制成的金属外壳。
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