CN210199317U - 一种电流型探测器输出电流的调制模块 - Google Patents

一种电流型探测器输出电流的调制模块 Download PDF

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CN210199317U CN201920844762.8U CN201920844762U CN210199317U CN 210199317 U CN210199317 U CN 210199317U CN 201920844762 U CN201920844762 U CN 201920844762U CN 210199317 U CN210199317 U CN 210199317U
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Caifeng Lai
赖财锋
Zhilin Chen
陈志林
Yuehong He
贺月虹
Congming Jiang
蒋聪明
Ping Chen
陈平
Ruimin Chang
常瑞敏
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Institute of Nuclear Physics and Chemistry China Academy of Engineering Physics
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Abstract

本实用新型公开了一种电流型探测器输出电流的调制模块。调制模块用于调制电流型探测器输出的电流；所述的调制模块包括电阻、动电容、耦合电阻、隔直电容、分压电阻；电流型探测器与调制模块串联；动电容与耦合电阻串联后整体并联在电阻两端，隔直电容和分压电阻构成交流通路并联在动电容的两端。本实用新型的电流型探测器输出电流的调制模块适用于测氚电离室等电流型探测器，能够测量的最低电流可达10‑14A。

Description

一种电流型探测器输出电流的调制模块
技术领域
本实用新型属于辐射探测技术领域，一种电流型探测器输出电流的调制模块。
背景技术
在涉氚系统中，需实时监测氚在各级包容系统中的浓度，作为氚安全防护及是否排放等的依据。电离室是常用的气体中氚浓度测量仪器。在电离室测氚时，氚衰变发射β粒子在电离室灵敏体积中电离产生正负离子对，正负离子对在向两极漂移过程中会在收集极产生感生电流，电流大小与氚浓度正相关。由于氚的β射线能量低，105 Bq/m3级的氚浓度在灵敏体积为1.0L的电离室内产生的电流信号仅为10-14A量级。这就要求电离室后端的测量装置具有高灵敏的电流测量能力。目前探测器输出的弱电流收集主要通过高性能运放芯片做成前置级电流灵敏放大器实现，针对低至10-14A电流测量，要求运放芯片具有fA级输入偏置电流，比如ADI公司的ADA4530-1运放芯片。但是在强辐射环境，高灵敏芯片易受辐射损伤导致电流测量系统失灵。因此根据防护需要，有必要采取另外的技术途径开发一种适用于特殊辐照环境的电流型探测器输出电流的调制模块。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电流型探测器输出电流的调制模块。
本实用新型的电流型探测器输出电流的调制模块，其特点是：调制模块用于调制电流型探测器输出的电流；
所述的调制模块包括电阻、动电容、耦合电阻、隔直电容、分压电阻，其连接关系为：电流型探测器与调制模块串联；动电容与耦合电阻串联后整体并联在电阻两端，隔直电容和分压电阻构成交流通路并联在动电容的两端。
所述的电流型探测器为氚电离室；电阻和耦合电阻为透孔厚膜电阻；隔直电容为钽电解电容；分压电阻为金属氧化物电阻。
所述的动电容为空气介质电容器，动电容的一个极板为固定极板，动电容的另一个极板为自由振动极板，极板表面电镀一层2~4微米厚的金膜，极板表面粗糙度小于等于Ra0.2，动电容整体采用铁磁性金属外壳封装。
本实用新型的电流型探测器输出电流的调制模块通过对探测器弱电流的调制，实现氚的β射线在探测器中产生的弱电流的测量。电流型探测器输出的弱电流经过调制模块中的电阻产生压降。稳定后的电压在电容极板上感应出与电流幅值相对应的电荷。电容的自由振动极板做正弦振动，使容值做周期变化，其振荡的周期远小于回路的放电常数，电容上的感应电荷来不及变化，则电容器两端会调制出具有稳定频率和幅值的交流电压信号。通过交流电压的定频测量，可以测出调制的交流电压幅值，该交流幅值与电流型探测器输出电流成正比，根据二者的对应关系，得出电流的值。
本实用新型的电流型探测器输出电流的调制模块适用于测氚电离室等电流型探测器，可以测量的最低电流达到10-14A，能够在特殊的辐照环境下使用。
附图说明
图1为本实用新型的电流型探测器输出电流的调制模块结构示意图；
图1中，1.电流型探测器 2.电阻 3.动电容 4.耦合电阻 5.隔直电容 6.分压电阻。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型的电流型探测器输出电流的调制模块包括：调制模块和电流型探测器1，调制模块用于调制电流型探测器1输出的电流；
所述的调制模块包括电阻2、动电容3、耦合电阻4、隔直电容5、分压电阻6，其连接关系为：电流型探测器1与调制模块串联；动电容3与耦合电阻4串联后整体并联在电阻1两端，隔直电容5和分压电阻6构成交流通路并联在动电容3的两端。
所述的电流型探测器1为氚电离室；电阻2和耦合电阻4为透孔厚膜电阻；隔直电容5为钽电解电容；分压电阻6为金属氧化物电阻。
所述的动电容3为空气介质电容器，动电容3的一个极板为固定极板，动电容3的另一个极板为自由振动极板，极板表面电镀一层2~4微米厚的金膜，极板表面粗糙度小于等于Ra0.2，动电容3整体采用铁磁性金属外壳封装。
实施例1
本实施例的电流型探测器1为氚电离室，灵敏体积为1L；电阻2和耦合电阻4为透孔厚膜电阻，电阻2的阻值为1TΩ，耦合电阻4的阻值为1GΩ；隔直电容5为钽电解电容，容值为50pF；分压电阻6为金属氧化物电阻，阻值为500MΩ。
本实施例的调制模块对探测器电流的测量，包括以下步骤：
1.将电流型探测器1输出电流串联引入调制模块
2. 动电容3调制出的交流电压幅值与电流型探测器1输出电流的关系
记电流型探测器1输出电流为，调制的交流电压记作
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，二者对应关系如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(1)
式中：
R L －电阻2的阻值，单位Ω；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
－动电容3的振动角频率，单位2π/s；
K－调制因子，由电容3的初始容值，振动频率，动极板组件质量及振动系数等因数决定，试验前通过标准电流源标定获得；
t－时间，单位s。
3.计算电流型探测器1输出电流
在测得交流幅值后，电流型探测器1输出电流可用公式（2）计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
(2)
电阻2的阻值R L 为1×1012Ω，则电流型探测器1输出电流：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
(3)
4. 计算氚浓度
电流型探测器1中氚浓度(单位：Bq/m3)可用公式（4）计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
(4)
式中：
e－为电子电荷，其值为1.6×10-19C；
V－为电流型探测器1灵敏体积，单位m3；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
－为电流型探测器1介质的平均电离能，单位eV，由电流型探测器1工作气体成份决定。
在本实施例中，电流型探测器1灵敏体积V为1L，
Figure 691494DEST_PATH_IMAGE007
为33eV，则氚浓度(单位：Bq/m3)为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
(5)
本实用新型不限于该实施例，本实用新型内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (3)

1.一种电流型探测器输出电流的调制模块，其特征在于：调制模块用于调制电流型探测器(1)输出的电流；
所述的调制模块包括电阻(2)、动电容(3)、耦合电阻(4)、隔直电容(5)、分压电阻(6)，其连接关系为：电流型探测器(1)与调制模块串联；动电容(3)与耦合电阻(4)串联后整体并联在电阻(2)两端，隔直电容(5)和分压电阻(6)构成交流通路并联在动电容(3)的两端。
2.根据权利要求1所述的一种电流型探测器输出电流的调制模块，其特征在于：所述的电流型探测器(1)为氚电离室；电阻(2)和耦合电阻(4)为透孔厚膜电阻；隔直电容(5)为钽电解电容；分压电阻(6)为金属氧化物电阻。
3.根据权利要求1所述的一种电流型探测器输出电流的调制模块，其特征在于：所述的动电容(3)为空气介质电容器，动电容(3)的一个极板为固定极板，动电容(3)的另一个极板为自由振动极板，极板表面电镀一层2~4微米厚的金膜，极板表面粗糙度小于等于Ra0.2，动电容(3)整体采用铁磁性金属外壳封装。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110208845A (zh) * 2019-06-06 2019-09-06 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种电流型探测器输出电流的调制模块

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