CN204331044U - 航空伽玛能谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种航空伽玛能谱仪，包括晶体探测器阵列、主控计算机、辅助设备以及电源系统；其中，所述晶体探测器阵列由2~5箱单箱晶体探测器组成；单箱晶体探测器由碘化钠晶体、光电倍增管、数字多道脉冲幅度分析器、微控制器和接口电路以及交换机组成；碘化钠晶体用于将来自地面或空中的核辐射信号转变为光信号；光电倍增管用于将所述光信号转变为放大后的电信号；所述每单条晶体探测器测量的数据经过微控制器和接口电路的数据接口传输至交换机，交换机将数据打包经以太网传送给主控计算机；所述主控计算机通过以太网口与晶体探测器进行数据与指令传输，用于实现航空伽玛能谱测量数据的采集和稳峰控制功能。

Description

航空伽玛能谱仪

技术领域

本实用新型涉及一种能谱仪，具体地说是一种航空伽玛能谱仪。

背景技术

航空伽玛能谱仪是应用于航空伽玛能谱测量的仪器，我国的航空伽玛能谱测量工作始于1955年，最初主要应用于寻找放射性矿产以及油气田勘查等，后来逐步扩展到地质填图、放射性元素伴生矿勘查领域， 20世纪80年代以来，航空伽玛能谱测量开始应用于环境放射性污染调查、核事故应急航空监测等领域。

航空伽玛能谱仪通常由晶体探测器阵列、主机、收录系统和配套应用软件组成。实际应用中，一套航空伽玛能谱仪通常使用9至14条晶体探测器组成晶体探测器阵列，每条晶体探测器由NaI(TI)晶体、光电倍增管（PMT）、前置放大器、脉冲处理器、数据缓存器和数据处理器、电源和自动稳谱装置等部件组成，一般2至5条晶体探测器装配成1箱。晶体箱和主机之间通过电缆线连接，晶体箱和主机之间通讯接口一般采用RS232，IEEE488和INTEL8255等接口方式。主机主要功能是采集每条晶体探测器的测量数据、控制探测器的增益和高压、处理传输采集的数据，收录系统用于保存主机采集处理的数据。现有的航空伽玛能谱仪存在结构复杂、抗干扰能力差的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种运行稳定性好的航空伽玛能谱仪，以解决现有能谱仪存在的结构复杂、抗干扰能力差的缺陷。

本实用新型是这样实现的：

一种航空伽玛能谱仪，包括晶体探测器阵列、主控计算机、辅助设备以及电源系统；其中，所述晶体探测器阵列由2~5箱单箱晶体探测器组成；单箱晶体探测器由碘化钠晶体、光电倍增管、数字多道脉冲幅度分析器、微控制器和接口电路以及交换机组成；碘化钠晶体用于将来自地面或空中的核辐射信号转变为光信号；光电倍增管用于将所述光信号转变为放大后的电信号；数字多道脉冲幅度分析器用于将放大的电信号进行滤波，再将模拟信号转换为数字信号，再经过数字脉冲整形，提取脉冲幅度值，合成1024道单谱数据和上/下测1024道全谱数据及宇宙射线数据；所述每单条晶体探测器测量的数据经过微控制器和接口电路的数据接口传输至交换机，交换机将数据打包经以太网传送给主控计算机；所述主控计算机通过以太网口与晶体探测器进行数据与指令传输，用于实现航空伽玛能谱测量数据的采集和稳峰控制功能。

所述的航空伽玛能谱仪中，每单箱晶体探测器内配置4~5条碘化钠晶体。

所述的航空伽玛能谱仪中，所述主控计算机采用CPCI总线结构，存储器为固态硬盘存储器。

所述的航空伽玛能谱仪中，所述辅助设备包括雷达高度计、气压高度计、航空GPS和机载温湿度计，用于采集航空物探测量中必需的雷达高度、气压高度、位置信息和温湿度数据；所述辅助设备通过标准接口连接到所述主控计算机中的数据采集板卡上。

所述的航空伽玛能谱仪中，所述数字多道脉冲幅度分析器包括：

模拟滤波器：用于对接收到的电荷信号进行调制，使之保持在模数转换器的动态输入范围之内；

模数转换器，采用12位的模数转换器，用于将模拟滤波器输出的信号数字化，并将结果实时送到数字脉冲整形器；

数字脉冲整形器，采用梯形整形方法，用于将数字信号转化为脉冲信号；

脉冲峰值保持器，用于计算符合脉冲数量；以及

脉冲甄别器，用于拒绝不符合脉冲。

  本实用新型中，晶体探测器结构紧凑，将碘化钠晶体、光电倍增管、信号放大、脉冲幅度分析、数据缓存等部件集中在一起，使晶体探测器与主控计算机之间的信号传输由传统的模拟信号改为抗干扰能力强的数字信号。晶体探测器与主控计算机之间采用以太网进行数据和指令传输。主控计算机采用CPCI总线结构，数据存储采用固态硬盘进行存储，增加了航空伽玛能谱仪的运行稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的组成示意图。

图2是本实用新型中单条晶体探测器组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明

如图1所示，本实用新型由晶体探测器阵列、主控计算机、电源系统和辅助设备组成。

如图2所示，本实用新型的晶体探测器阵列由若干单箱晶体探测器组成，根据不同需求，晶体探测器阵列由2~5个单箱晶体探测器组成。每箱晶体探测器都由碘化钠晶体、光电倍增管、数字多道脉冲幅度分析器（DMCA）、微控制器和接口电路以及交换机组成。每单箱晶体探测器根据需要配置4~5条碘化钠晶体（每单箱内一般配置4条下测晶体，如果需要上测晶体，则增加1条晶体探测器，即为5条碘化钠晶体）。

数字多道脉冲幅度分析器（DMCA）由模拟滤波器、模数转换器、数字脉冲整形器、脉冲选择器以及脉冲峰值保持器组成。模拟滤波器：模拟滤波器输入端为电荷信号，模拟滤波器将这个电荷信号进行调制，使之保持在模数转换器的动态输入范围之内。模数转换器：采用12位的模数转换器，将模拟滤波器输出的信号以20或80MHz的频率数字化，并将结果实时送到数字脉冲整形器。数字脉冲整形器：利用梯形成型算法，将数字信号转化为脉冲信号。峰值保持器：当出现一个拥有独特峰值的脉冲时，相应存储器位置上的计数器就会增加，用一个数组统计与之对应的峰值的数量。峰值保持器还包括一些计数器，以计算挑选出来的脉冲总数，它也计算输入脉冲，不符合脉冲等。脉冲甄别器：脉冲选择器会拒绝不符合脉冲，其利用反堆积，上升时间判别，外部门信号逻辑等进行识别。

来自地面或空中的核辐射信号经碘化钠晶体转变为光信号，光信号经过光电倍增管（PMT）转变为放大后的电信号；之后放大的电信号输入到数字多道脉冲幅度分析器（DMCA）中，DMCA首先将电信号进行滤波，然后将模拟信号转换为数字信号，再经过数字脉冲整形，提取脉冲幅度值，合成1024道单谱数据和上/下测1024道全谱数据及宇宙射线数据。单条晶体探测器测量的数据经过微控制器和接口电路的数据接口传输至交换机，交换机将数据打包经以太网传送给主控计算机。

本实用新型主控计算机机箱采用高性能标准3U上架式机箱，采用CPCI总线结构，具有良好的抗震性和通风性，可以从机箱前面板拔插板卡，更换和维修方便。主控计算机数据存储采固态硬盘存储，读写速度快、防震性能强，重量轻。主控计算机通过以太网口（RJ45接口）与晶体探测器进行数据与指令传输，同时实现对航空伽玛能谱测量数据的采集和稳峰控制功能。

本实用新型中辅助设备包括雷达高度计、气压高度计、航空GPS和机载温湿度计等设备，用于采集航空物探测量中必需的雷达高度、气压高度、位置信息和温湿度等数据；辅助设备通过标准接口连接到主控计算机中的数据采集板卡上。

本实用新型的电源系统采用宽范围直流稳压电源，电源为VDC18-36V，电源与主控计算和晶体探测器之间采用航空插头形式进行连接。低压电源包括VDC±12V和VDC5V电源，分别为给晶体探测器中的电子电路供电；高压电源由低压电源VDC12V经高压电源模块转换输出，最高达1500V，为光电倍增管（PMT）提供工作电压。实际工作中，系统电源加载后，主控计算机和晶体探测器阵列开始工作。

本实用新型放置晶体探测器的晶体箱采用碳纤维材料设计，具有强度大、重量轻、射线衰减少等优势；数字多道脉冲幅度分析器（DMCA）由FPGA芯片设计，电路较以往设计大幅精简，体积小，脉冲处理能力强，脉冲通过率高，对信号控制灵活方便、运行稳定可靠，易于升级。本实用新型解决了恒温稳谱稳定性差、死时间修正误差等问题，提高了晶体探测器系统能量分辨率和脉冲通过率，满足航空放射性调查工作的需求。

Claims (5)

1.一种航空伽玛能谱仪，其特征是，包括晶体探测器阵列、主控计算机、辅助设备以及电源系统；其中，

所述晶体探测器阵列由2~5箱单箱晶体探测器组成；单箱晶体探测器由碘化钠晶体、光电倍增管、数字多道脉冲幅度分析器、微控制器和接口电路以及交换机组成；碘化钠晶体用于将来自地面或空中的核辐射信号转变为光信号；光电倍增管用于将所述光信号转变为放大后的电信号；数字多道脉冲幅度分析器用于将放大的电信号进行滤波，再将模拟信号转换为数字信号，再经过数字脉冲整形，提取脉冲幅度值，合成1024道单谱数据和上/下测1024道全谱数据及宇宙射线数据；所述每单条晶体探测器测量的数据经过微控制器和接口电路的数据接口传输至交换机，交换机将数据打包经以太网传送给主控计算机；

所述主控计算机通过以太网口与晶体探测器进行数据与指令传输，用于实现航空伽玛能谱测量数据的采集和稳峰控制功能。

2.根据权利要求1所述的航空伽玛能谱仪，其特征是，每单箱晶体探测器内配置4~5条碘化钠晶体。

3.根据权利要求1所述的航空伽玛能谱仪，其特征是，所述主控计算机采用CPCI总线结构，存储器为固态硬盘存储器。

4.根据权利要求1所述的航空伽玛能谱仪，其特征是，所述辅助设备包括雷达高度计、气压高度计、航空GPS和机载温湿度计，用于采集航空物探测量中必需的雷达高度、气压高度、位置信息和温湿度数据；所述辅助设备通过标准接口连接到所述主控计算机中的数据采集板卡上。

5.根据权利要求1所述的航空伽玛能谱仪，其特征是，所述数字多道脉冲幅度分析器包括：

模拟滤波器：用于对接收到的电荷信号进行调制，使之保持在模数转换器的动态输入范围之内；

模数转换器，采用12位的模数转换器，用于将模拟滤波器输出的信号数字化，并将结果实时送到数字脉冲整形器；

数字脉冲整形器，采用梯形整形方法，用于将数字信号转化为脉冲信号；

脉冲峰值保持器，用于计算符合脉冲数量；以及

脉冲甄别器，用于拒绝不符合脉冲。