CN202815233U - 一种用于探测器系统的增益稳定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于探测器系统的增益稳定装置，其包括：一光源；探测器单元，用于接收来自所述光源的光，并将光信号转化成表示所述光信号的电信号；放大电路，其用于对来自探测器单元的电信号进行增益放大；数据采集模块，其与所述放大电路相耦合，用于采集经过所述放大电路增益放大的电信号，并输出对应于所述光源光强的检测输出值；控制单元，其用于将所述数据采集模块输出的检测输出值与预定的射线能量标定值进行比较，并基于所述比较结果对所述放大电路的可变增益进行调整，以使所述检测输出值与所述标定值相一致。

Description

一种用于探测器系统的增益稳定装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于探测器系统的增益稳定装置，更具体地说，涉及一种用于闪烁探测器系统的增益稳定装置。该实用新型用于使用闪烁探测器的放射性物质射线探测系统的性能稳定和自检。

背景技术

探测器是放射性物质探测系统中的重要组成部件。闪烁探测器具有探测效率高、测量灵敏度高和能谱响应广等优点，因此闪烁探测器系统在放射性物质探测领域中被广泛应用。

由于闪烁体晶体、光电倍增管、电子学线路等易受环境温湿度变化和自身老化等因素的影响，导致闪烁探测器系统的性能发生改变，因此该类设备必须定期进行增益校正和刻度。目前通用的方法是定期将该类设备送权威部门，用标准的放射源进行校正、刻度，给实际使用带来很多不便。

已经提出一种利用LED光源的发光特性，模拟射线在晶体中的发光过程，对闪烁体的物理性能进行检验，但是现阶段的同类技术并不具有为探测器系统进行自稳定和自刻度的功能。

相应地，有必要提供一种用于探测器系统的增益稳定装置及其控制方法，其利用发光源进行闪烁探测器系统的自检、自稳、自刻度，特别是对探测器系统的增益以及光源的发光强度进行自稳定的控制装置和方法。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

相应地，本实用新型的目的之一在于提供一种用于探测器系统的增益稳定装置，其包括：一光源；探测器单元，用于接收来自所述光源的光，并将光信号转化成表示所述光信号的电信号；放大电路，其用于对来自探测器单元的电信号进行增益放大；数据采集模块，其与所述放大电路相耦合，用于采集经过所述放大电路增益放大的放大电信号，并输出对应于所述光源光强的检测输出值；控制单元，其用于将所述数据采集模块输出的检测输出值与预定的射线能量标定值进行比较，并基于所述比较结果对所述放大电路的可变增益进行调整，以使所述检测输出值与所述标定值相一致。

在上述技术方案中，所述控制单元包括一上位机，其用于读取所述数据采集模块的检测输出值，并计算所述数据采集模块输出的检测输出值与所述标定值的差值，其中：当所述差值大于零时，降低所述放大电路的增益；当所述差值小于零时，增加所述放大电路的增益。

进一步地，所述探测器系统的增益稳定装置还包括：稳定单元前端模块，其包括：所述光源；以及测光元件，其用于测量来自所述光源的发光强度，将其转换成光强数据并输出。

在一种优选技术方案中，探测器系统的增益稳定装置还包括：稳定单元控制模块，其接收由所述测光元件输出的光强数据，并将其与所述光源的光强标定数据进行比较，并基于所述比较结果对所述光源的发光强度进行调整，以使所述光强数据与所述光强标定数据相一致。

在上述技术方案中，所述稳定单元控制模块计算所述测光元件输出的光强数据与所述光源的光强标定数据的差值，其中：当所述差值大于零时，降低所述光源的发光强度；当所述差值小于零时，增加所述光源的发光强度。

在上述技术方案中，所述稳定单元前端模块还包括：测温元件，其用于测量所述测光元件的温度；所述稳定单元控制模块响应于所述测温元件的温度变化，对所述光源的发光强度进行调整，以使所述光源的发光强度与测光元件的温度无关。

具体地，所述探测器单元包括：闪烁体探测器；和与所述闪烁体探测器相连的光电倍增管。

在上述技术方案中，所述稳定单元前端模块结合到所述闪烁体探测器的表面上，并且与所述闪烁体探测器光耦合。

具体地，所述上位机是工控机，其通过通讯端口分别与稳定单元控制模块、放大电路和数据采集模块进行通讯。

具体地，所述闪烁体探测器用于探测伽马射线或中子；以及所述光源是LED光源。

根据本实用新型的另一方面，其提供一种用于探测器系统增益稳定的控制方法，其包括步骤：

控制发光源以标定的发光强度来发光；

驱动探测器单元接收来自所述光源的光，并将光信号转化成表示所述光信号的电信号；

通过放大电路对来自探测器单元的电信号进行增益放大；

通过数据采集模块采集经过所述放大电路增益放大的放大电信号，并输出对应于所述光源光强的检测输出值；

通过将所述数据采集模块输出的检测输出值与预定的射线能量标定值进行比较，来确定所述探测器系统的参数变动量，并基于所述参数变动量对所述放大电路的可变增益进行调整，以使所述检测输出值与所述标定值相一致。

在上述技术方案中，所述对所述放大电路的可变增益进行调整的步骤包括：读取所述数据采集模块的检测输出值，并计算所述数据采集模块输出的检测输出值与所述标定值的差值，其中：当所述差值大于零时，降低所述放大电路的增益；当所述差值小于零时，增加所述放大电路的增益。

进一步地，探测器系统增益稳定的控制方法，其特征在于还包括步骤：通过测光元件测量来自所述光源的发光强度，将其转换成光强数据并输出；以及接收由所述测光元件输出的光强数据，并将其与所述光源的光强标定数据进行比较，并基于所述比较结果对所述光源的发光强度进行调整，以使所述光强数据与所述光强标定数据相一致。

在上述技术方案中，所述调整步骤包括：计算所述测光元件输出的光强数据与所述光源的光强标定数据的差值，其中：当所述差值大于零时，降低所述光源的发光强度；当所述差值小于零时，增加所述光源的发光强度。

在一种优选方式中，上述控制方法还包括步骤：通过测温元件测量所述测光元件的温度，并将所述测光元件的温度的数据输出到所述稳定单元控制模块中；以及响应于所述测温元件的温度变化，对所述光源的发光强度进行调整，以使所述光源的发光强度与测光元件的温度无关。

进一步地，当所述测光元件输出的光强数据与所述光源的光强标定数据的差值以及所述数据采集模块输出的检测输出值与预定的射线能量标定值的差值都为零时，结束对光源的发光强度和探测器系统的增益的调节。

本实用新型的上述不特定的实施方式至少具有下述一个或者多个方面的优点和效果：

本实用新型是针对上述闪烁探测器系统稳定性易受环境温湿度变化和自身老化等因素影响而发生的改变，在一种优选实施方式中，其提供一个稳定单元，该单元由一个稳定单元前端模块和一个稳定单元控制模块组成；稳定单元前端模块可以包含作为光源的发光器件、环境温度传感器、光强度检测器件和减光片，该稳定单元前端模块紧贴探测器表面安装，并与闪烁体探测器光耦合；稳定单元控制模块控制前端模块中的发光器件的发光强度和时间，是一个具有自动修正的控制模块；配合一个放大电路，例如高精度数字增益放大电路，以及上位机，例如工控机、工作站，可自动完成对闪烁探测器系统的增益校正和刻度。

本实用新型利用发光源发出的恒定脉冲光的光谱与闪烁体发射、传导和吸收光谱相匹配的特性，通过检测和控制发光源发光强度来模拟射线在闪烁体内的发光特性和发光量，结合数字控制增益放大电路，从而在不使用标准放射源的条件下，实现整个探测器系统的增益自稳定和自检。

同现有技术相比，本实用新型在实现闪烁探测器系统定时和非定时自检、自刻度方面具有良好的稳定性和实时性；同时具有设计合理、兼容性好，适应范围广，不需配备复杂设备，不需要放射源，运行成本低，操作安全等特点。由此，本实用新型广泛适用于利用闪烁探测器系统以探测放射性物质射线的剂量、能谱、计数率的各种仪器和设备的开发制造等技术领域。

附图说明

图1是根据本实用新型的一种实施方式的用于探测器系统的增益稳定装置的结构示意图。

图2是显示图1中的用于探测器系统的增益稳定装置的自稳定运行的逻辑关系图；以及

图3是根据本实用新型的一种实施方式的用于探测器系统增益稳定的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图1-3，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体实用新型构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的一种限制。

图1示出了根据本实用新型的一种优选实施方式的用于探测器系统的增益稳定装置的结构示意图。如图1所示，包括上位机1；稳定单元控制模块2；稳定单元前端模块3；闪烁探测器4；与闪烁体探测器耦合的光电倍增管5；放大电路6；数据采集模块7。

在根据本实用新型的一种用于探测器系统的增益稳定装置中，其包括：一光源31；探测器单元4，5，例如NaI或LiI探测器，用于接收来自所述光源31的光，并将光信号转化成表示所述光信号的电信号；放大电路6，其用于对来自探测器单元4，5的电信号进行增益放大；数据采集模块7，其与所述放大电路6相耦合，用于采集经过所述放大电路6增益放大的放大电信号，并输出对应于所述光源光强的检测输出值；作为控制单元的上位机1，其用于将所述数据采集模块7输出的检测输出值与预定的射线能量标定值进行比较，并基于所述比较结果对所述放大电路6的可变增益进行调整，以使所述检测输出值与所述标定值相一致。

在一种实施例中，稳定单元前端模块3由光源31、测光元件32、测温元件33和减光片34构成。在本实用新型中，光源可以采用LED光源，但是本实用新型并不仅限于此，例如其可以是能够用于模拟射线在晶体中的发光过程的适宜光谱的光源，例如蓝光光谱的光源。测光元件32用于测量来自所述光源的发光强度，将其转换成光强数据并输出，其可以是任何适宜检测上述光谱的光强检测器件，例如光电倍增管。测温元件33可以任何类型的测量环境温度的温度计，从而间接获得测光元件32的温度。上位机1可以是工控机，其通过通讯端口分别与稳定单元控制模块2、放大电路6和数据采集模块7进行通讯。

稳定单元前端模块3紧贴闪烁探测器4的表面，以使光源31与闪烁体探测器4光耦合。在本实用新型的上述实施方式中，可以采用外部脉冲恒定光源，其中可以是受控光源或不受控光源，由此光源31耦合闪烁探测器模拟射线在闪烁体晶体中的发光过程。当光源31发光时，一部分光子例如通过减光片或分光片34进入闪烁探测器4，再传导到与闪烁探测器4耦合的光电倍增管5。光电倍增管5输出的电信号输入到放大电路6，例如数字增益放大电路中，在放大电路6中，电信号被正比放大，然后由数据采集模块7进行采集。通过利用上述光源，从而模拟了一个射线被探测器探测到的过程。

另一方面，当光源31发光时，一部分光子通过测光元件32，例如光强检测器件转换成光强数据信号传输给稳定单元控制模块2。在稳定单元控制模块2中，通过实时计算光强数据与光源31的发光强度的标定值的差值ERROR1来对发光强度进行实时修正，保证发光强度的稳定性。在上述实施例中，光源31的发光强度的标定值通过标准射线源进行标定，以使光源的发光强度的标定值与标准射线源的发光强度值一致。

在上述实施方式中，从光电倍增管5输出的信号，经过放大电路6和数据采集模块7进入到作为控制单元的上位机1，例如工控机、工作站由上位机1对数据采集模块7采集到表征探测器4探测到的实际数据与正常探测器系统应该得到既定射线能量标定值进行比较。在本实施例中，正常探测器系统应该得到既定射线能量标定值通过标准射线源进行标定，通过标准射线源进行标定时，探测器系统的采集到标准射线能量值为既定射线能量标定值。当光源31被调整以与标准射线源的发光强度值一致时，可以推定数据采集模块7采集到表征探测器4探测到的实际数据与正常探测器系统应该得到既定射线能量标定值之间的差值由探测器系统各参数的变化量所引起。通过自动调节放大电路6的增益，可以使整个系统恢复到正常状态。

参见图2，上位机1用于读取所述数据采集模块7的检测输出值，并计算所述数据采集模块7输出的检测输出值与所述标定值的差值ERROR2，其中：当所述差值大于零时，降低所述放大电路6的增益；当所述差值小于零时，增加所述放大电路6的增益。

在一种优选技术方案中，探测器系统的增益稳定装置还包括：稳定单元控制模块2，其接收由所述测光元件32输出的光强数据，并将其与所述光源的光强标定数据进行比较，并基于所述比较结果对所述光源31的发光强度进行调整，以使所述光强数据与所述光强标定数据相一致。参见图2，稳定单元控制模块2计算所述测光元件32输出的光强数据与所述光源的光强标定数据的差值ERROR1，其中：当所述差值大于零时，降低所述光源31的发光强度；当所述差值小于零时，增加所述光源31的发光强度。

在上述技术方案中，测温元件33用于测量所述测光元件33的温度，也即外部环境温度，并将所述测光元件32的温度的数据输出到所述稳定单元控制模块2中；所述稳定单元控制模块2响应于所述测温元件33的温度变化，对所述光源31的发光强度进行调整，以使所述光源31的发光强度与测光元件32的温度无关。

下面结合图2和图3对根据本实用新型具体实施方式中的用于探测器系统的增益稳定装置的控制方法进行说明。如图3所示，根据本实用新型的一种用于探测器系统增益稳定的控制方法，其包括步骤：通过上位机1控制发光源31以标定的发光强度来发光（S1）；驱动探测器单元4、5接收来自所述光源31的光，并将光信号转化成表示所述光信号的电信号（S2）；通过放大电路6对来自探测器单元4、5的电信号进行增益放大（S3）；通过数据采集模块7采集经过所述放大电路6增益放大的放大电信号，并输出对应于所述光源31光强的检测输出值（S4）；通过将所述数据采集模块输出的检测输出值与预定的射线能量标定值进行比较，来确定所述探测器系统的参数变动量，并基于所述参数变动量对所述放大电路的可变增益进行调整，以使所述检测输出值与所述标定值相一致（S5）。

如图2所示，在一种优选方式中，还可以通过稳定单元控制模块2实现对光源32发光强度的自稳定。具体地，通过测光元件32测量来自所述光源31的发光强度，将其转换成光强数据并输出；以及接收由所述测光元件32输出的光强数据，并将其与所述光源31的光强标定数据进行比较，并基于所述比较结果对所述光源31的发光强度进行调整，以使所述光强数据与所述光强标定数据相一致。

综合图2可以得到具体地操作流程如下，稳定单元控制模块2接收到上位机1发出的修正指令后，控制稳定单元前端模块3点亮发光源31并把光强度反馈给稳定单元控制模块2，稳定单元控制模块2计算出差值ERROR1的值，更改发光参数值，控制发光强度，直至差值ERROR1符合要求。上位机1读取数据采集模块7输出的信号值与既定射线能量参考值进行比较得出差值ERROR2，并根据具体情况对放大电路6进行修正，直至符合要求，关闭发光源，完成一次操作。参见图2，当所述测光元件32输出的光强数据与所述光源31的光强标定数据的差值以及所述数据采集模块7输出的检测输出值与预定的射线能量标定值的差值都为零时，结束对光源31的发光强度和探测器系统的增益的调节，从而退出自检状态。

下面结合附图2对本实用新型中的探测器系统在放射性物质安检系统，例如伽马射线的监测系统的应用进行简要说明。在一种实施例中，放射性物质安检系统包含本实用新型中的自稳定探测器系统，其工作流程如下：1.上位机1发出指令，系统进入自检状态；2.放射性物质安检系统通过探测器单元4、5测量环境本底剂量、能谱、计数；3.控制发光源31发光，并根据发光参数自动调整发光强度，以使测光元件32输出的光强数据与所述光源31的光强标定数据相一致；4.探测发光源31的发光强度，扣除环境本底剂量、能谱、计数；5.计算探测器系统参数的变化量；6.调节放大电路6的增益，以使所述数据采集模块7输出的检测输出值与预定的射线能量标定值相一致；7.放射性物质安检系统退出自检状态。

通过采用上述技术方案，本实用新型在实现闪烁探测器系统定时和非定时自检、自刻度方面具有良好的稳定性和实时性；同时具有设计合理、兼容性好，适应范围广，不需配备复杂设备，不需要放射源，运行成本低，操作安全等特点。本实用新型广泛适用于利用闪烁探测器系统探测放射性物质射线的剂量、能谱、计数率的各种仪器和设备的开发制造等技术领域。

虽然本总体实用新型构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体实用新型构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于探测器系统的增益稳定装置，其包括： 

光源； 

探测器单元，用于接收来自所述光源的光，并将光信号转化成表示所述光信号的电信号； 

放大电路，其用于对来自探测器单元的电信号进行增益放大； 

数据采集模块，其与所述放大电路相耦合，用于采集经过所述放大电路增益放大的放大电信号，并输出对应于所述光源光强的检测输出值； 

控制单元，其用于将所述数据采集模块输出的检测输出值与预定的射线能量标定值进行比较，并基于所述比较结果对所述放大电路的可变增益进行调整，以使所述检测输出值与所述标定值相一致。 

2.根据权利要求1所述的用于探测器系统的增益稳定装置，其特征在于： 

所述控制单元包括一上位机，其用于读取所述数据采集模块的检测输出值。 

3.根据权利要求2所述的用于探测器系统的增益稳定装置，其特征在于还包括所述稳定单元前端模块，其包括： 

所述光源；以及 

测光元件，其用于测量来自所述光源的发光强度，将其转换成光强数据并输出。 

4.根据权利要求3所述的用于探测器系统的增益稳定装置，其特征在于还包括： 

稳定单元控制模块，其接收由所述测光元件输出的光强数据，并将其与所述光源的光强标定数据进行比较。 

5.根据权利要求4所述的用于探测器系统的增益稳定装置，其特征在于： 

所述稳定单元前端模块还包括：测温元件，其用于测量所述测光元件的温度，并将所述测光元件的温度的数据输出到所述稳定单元控制模块中； 

所述稳定单元控制模块响应于所述测温元件的温度变化，对所述光源的发光强度进行调整，以使所述光源的发光强度与测光元件的温度无关。 

6.根据权利要求1-4中任何一项所述的用于探测器系统的增益稳定装置，其特征在于所述探测器单元包括： 

闪烁体探测器；和与所述闪烁体探测器相连的光电倍增管。 

7.根据权利要求6所述的用于探测器系统的增益稳定装置，其特征在于所述稳定单元前端模块结合到所述闪烁体探测器的表面上，并且与所述闪烁体探测器光耦合。 

8.根据权利要求2-4中任何一项所述的用于探测器系统的增益稳定装置，其特征在于： 

所述上位机是工控机其通过通讯端口分别与稳定单元控制模块、放大电路和数据采集模块进行通讯。 

9.根据权利要求8所述的用于探测器系统的增益稳定装置，其特征在于： 

所述闪烁体探测器用于探测伽马射线或中子；以及所述光源是LED光源。 

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