CN221010084U - 一种脉冲检测电路架构、电子芯片及核辐射检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及核辐射检测技术领域，尤其涉及一种脉冲检测电路架构、电子芯片及核辐射检测设备，所述电路架构包括比较模块；检测支路，输出端与所述比较模块的负向输入端连接；电压采样支路，包括主控制模块和DAC模块，所述主控制模块与所述DAC模块的输入端连接，所述DAC模块的输出端与所述比较模块的正向输入端连接。本申请提供的脉冲检测电路架构，主控制模块接收输入的信号经DAC模块转换后输出至比较模块，通过改变输入的信号以调整输出的甄别阈值，可以实现动态调整核辐射信号检测中甄别阈值，无需拆卸核辐射检测设备便可进行甄别阈值的调整，减小温漂影响、调整方便、精度高。

Description

一种脉冲检测电路架构、电子芯片及核辐射检测设备

技术领域

本申请涉及核辐射检测技术领域，尤其是涉及一种脉冲检测电路架构、电子芯片及核辐射检测设备。

背景技术

在核辐射脉冲信号检测分析方法上，通常由辐射探测器检测放射性核素发出的α、β、γ等射线后输出微弱的电脉冲信号，再通过场效应管或运算放大器进行前置信号放大，再对放大后的信号进行幅度甄别，剔除环境本底噪声信号，最后进行信号整形输出，部分应用场合还会用到符合计数，其中信号幅度甄别对降低检测仪器对天然本底噪声的影响起到关键作用，其实现方式一般使用高速比较模块方案，固定其中一个输入端电压作为甄别阈值，另一端作为信号输入，甄别阈值输入端电压通常通过可调电位器与分压电阻构成。

当检测仪器所处的环境本底噪声发生变化时，因全国各地环境天然本底辐射量各不相同，即使是同一地区，同一建筑，不同的房间也可能存在环境本底噪声不一致的情形，此时需要根据环境本底噪声大小调节仪器的甄别阈值，使得仪器能适应该环境本底，以减小对正常样本测量的影响，阈值调节方式通常需拆开仪器壳体后手动调整，操作较为繁琐，且采用机械电位器调节甄别阈值，存在着调节精度差、使用寿命短、容易受温漂影响等问题，甄别阈值调节后还需进行本底探测，存在多次调节才可满足要求的情形。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种脉冲检测电路架构、电子芯片及核辐射检测设备。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种脉冲检测电路架构，所述电路架构包括：

比较模块；

检测支路，输出端与所述比较模块的负向输入端连接；

电压采样支路，包括主控制模块和DAC模块，所述主控制模块与所述DAC模块的输入端连接，所述DAC模块的输出端与所述比较模块的正向输入端连接；

其中，所述主控制模块用于接收输入设备输入的信号，并根据所述信号调整所述电压采样支路输出至所述比较模块的甄别阈值。

结合第一方面，所述检测支路包括：

前置放大模块，输入端与探测器连接，输出端与所述比较模块的负向输入端连接；用于获取放射性核素发出射线后输出的电脉冲信号并将所述电脉冲信号放大后输入至所述比较模块。

结合第一方面，所述电压采样支路还包括：

电压跟随模块，输入端与所述DAC模块的输出端电性连接，输出端与所述比较模块的正向输入端连接，用于接收并增强所述DAC模块输出的电信号后传输至所述比较模块。

结合第一方面，所述输入设备为人机交互界面。

结合第一方面，所述电路架构还包括：

信号整形模块，输入端与所述比较模块的输出端电性连接，输出端与所述主控制模块电性连接；用于对所述比较模块输出的脉冲信号进行整形处理后反馈至主控制模块。

结合第一方面，所述比较模块有多个，所述电压跟随模块有多个第一引脚，多个第一引脚与多个所述比较模块的正向输入端一一对应；

所述前置放大模块有多个第二引脚，多个第二引脚与多个比较模块的负向输入端一一对应。

结合第一方面，所述电路架构还包括：

符合电路，包括两个输入端和一个输出端；两个输入端与两个所述信号整形模块的输出端一一对应，输出端与所述主控制模块电性连。

第二方面，本申请提供一种电子芯片，所述电子芯片上集成有如上述的脉冲检测电路架构。

第三方面，本申请提供一种核辐射检测设备，包括如上述的电路架构，所述主控制模块与人机交互界面电性连接。

结合第三方面，所述核辐射检测设备，还包括警报装置，所述警报装置与所述主控制模块电性连接。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：本申请提供的脉冲检测电路架构，主控制模块接收输入的信号经DAC模块转换后输出至比较模块，通过改变输入的信号以调整输出的甄别阈值，可以实现动态调整核辐射信号检测中甄别阈值，无需拆卸核辐射检测设备便可进行甄别阈值的调整，减小温漂影响、调整方便、精度高。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的脉冲检测电路架构结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种脉冲检测电路架构结构示意图。

附图标记如下：

10-比较模块、20-检测支路、21-前置放大模块、30-电压采样支路、31-主控制模块、32-DAC模块、33-电压跟随模块、40-输入设备、50-信号整形模块、60-符合电路。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面先对本申请涉及的技术用于进行简单介绍。

环境本底，指自然环境在未受污染的情况下，各种环境要素中化学元素或化学物质的基线含量，也即人类活动干扰前的环境状态下，地球生物圈中的大气、水体、土壤、生物等环境要素在自然形成和发展过程中，其本身原有的基本化学组成和能量分布。同一环境要素在不同的地理、地址环境中，自然背景值是不同的。

DAC(Digital To Analog Converter),数模转换器，是一种通过电流、电压或电荷的形式将数字信号转换为模拟信号的设备，与之相对的设备为模数转换器(ADC)。

在介绍了本申请涉及的技术用语后，接下来，对本申请实施例的应用场景和设计思想进行简单介绍。

在核辐射脉冲信号检测分析方法中，当检测仪器所处的环境本底噪声发生变化时需要根据环境本底噪声大小调节仪器的甄别阈值，使得仪器能适应该环境本底。

而现有的甄别阈值调整方式为拆开仪器壳体后手动调整，采用机械电位器调节甄别阈值，存在着调节精度差、使用寿命短、容易受温漂影响等问题，且甄别阈值调节后还需进行本底探测，存在多次调节才可满足要求的情形，人工劳动量大、操作较为繁琐、调节精度低。

基于此本申请实施例提供一种脉冲检测电路架构、电子芯片、核辐射检测设备及方法。

实施例1

本申请提供一种脉冲检测电路架构，结合图1所示，该电路架构包括：比较模块10、检测支路20和电压采样支路30。

检测支路20的输出端与比较模块10的负向输入端连接，检测支路20用于将辐射探测器检测放射性核素发出射线后输出微弱的电脉冲信号放大后输入至比较模块10的负向输入端。

电压采样支路30包括主控制模块31和DAC模块32，主控制模块31与DAC模块32的输入端连接，DAC模块32的输出端与比较模块10的正向输入端连接；电压采样支路30用于将主控制模块31输出的数字信号转换为电信号后输出至比较模块10的正向输入端，并将该电压值作为甄别阈值。

其中，主控制模块31用于接收输入设备40输入的信号，并根据信号调整电压采样支路30输出至比较模块10的甄别阈值。

在本申请中，通过输入设备40向主控制模块31输入信号，以改变输出至比较模块10正向输入端的甄别阈值，以实现不需要人工拆卸核辐射检测设备进行甄别阈值调整，可以减小人工劳动量和阈值调整难度。

结合图1所示，检测支路20包括：前置放大模块21，输入端与探测器连接，输出端与比较模块10的负向输入端连接；用于获取放射性核素发出射线后输出的电脉冲信号并将电脉冲信号放大后输入至比较模块。

在本实施例中，该前置放大模块21由场效应管或运算放大器及外围电路构成，此为现有技术中常规技术手段，在此不对具体的电路结构加以限定。该前置放大模块21的作用是将输入端接收到的电脉冲信号进行放大后由输出端输出，该电脉冲信号是由辐射探测器检测放射性核素发出射线后输出的。

结合第一方面，电压采样支路30还包括：电压跟随模块33。

电压跟随模块33的输入端与DAC模块32的输出端电性连接，输出端与比较模块10的正向输入端连接，用于接收并增强DAC模块32输出的电信号后传输至比较模块10。通过电压跟随模块33对DAC模块32输出的直流电压进行驱动增强，可以提升抗干扰能力。

即，电压采样支路30包括：依次连接的主控制器31、DAC模块32和电压跟随模块33。

主控制模块31通常由ARM、FPGA或DSP处理器及外围电路构成；作用是对DAC模块及其他外设进行控制，读取来自DAC模块或其他输入设备40的信号或写入控制指令执行相应的动作。DAC模块32由DAC芯片及外围电路构成；作用是通过主控制模块31写入不同数字量可实现多组不同直流电压输出。

主控制器31的输入端为电压采样支路30的输入端，电压跟随模块33的输出端为该电压采样支路30的输出端；电压采样支路30的输入端(即主控制器31的输入端)与输入设备40连接，输入设备40输入的数字信号经DAC模块32转换为电信号，之后通过电压跟随模块33传送至比较模块10的正向输入端作为甄别阈值。

其中，输入设备40与主控制器31之间可以为线连接、电性连接以及无线通信连接中任意一种方式进行连接，只要能进行信息传输即可，在此不加以限定。

其中，输入设备40可以为远程PC端、键盘、鼠标等普遍使用的输入设备40，在本实施例中，该输入设备40为人机交互界面，通过人机交互进行数据传输以及检测结果获取。

结合上述的方案，本申请提供的电路架构的工作原理为：

在辐射探测器对待检测件进行检测后向检测支路20的输入端输入原始电脉冲信号，检测支路20将该电脉冲信号放大后传输至比较模块10的负向输入端；同时，主控制模块31接收输入设备40如人机交互界面输入的阈值指令，发送数字信号给DAC模块32，经DAC模块32对数字信号进行转换生成直流电压，并通过电压跟随模块33进行驱动增强后传输至比较模块10的正向输入端，并将该电压值作为甄别阈值。

比较模块10将上述两个输入端输入的信号进行比较，当负向输入端输入信号幅值小于正向输入端输入的甄别阈值时，输出为高电平1，反之输出为低电平0。即，当检测支路20输入的电脉冲信号幅值小于电压采样支路30输入的甄别阈值时，输出为高电平1；当检测支路20输入的电脉冲信号幅值大于电压采样支路30输入的甄别阈值时，输出为高电平1。

结合第一方面，在本申请提供的电路架构中还包括：信号整形模块50。

信号整形模块50的输入端与比较模块10的输出端电性连接，输出端与主控制模块31电性连接；用于对比较模块10输出的脉冲信号进行整形处理后反馈至主控制模块31。该信号整形模块50由单稳态触发器及外围电路构成，是现有技术中较为成熟的技术，在此不加以赘述。

将比较模块10对检测支路20输入的电脉冲信号与电压采样支路30输入的甄别阈值进行比较后，在比较模块10的输出端得到幅值一定但宽度不均的脉冲信号，此时需要将该信号整形为固定宽度以便于主控制器采集计数。

结合第一方面，比较模块10有多个，电压跟随模块33有多个第一引脚，多个第一引脚与多个比较模块10的正向输入端一一对应；前置放大模块21有多个第二引脚，多个第二引脚与多个比较模块10的负向输入端一一对应。

结合图2所示，主控制模块31、DAC模块32和电压跟随模块33均有多个输入引脚、多个输出引脚，电压跟随模块33的多个输出引脚与多个比较模块10的正向输入端一一对应，以向多个比较模块10传输对应的甄别阈值；多个比较模块10的负向输入端与前置放大模块21的多个输出引脚一一对应，以对输入的电脉冲信号与多个甄别阈值分别进行比较。

值得说明的是，一组输入信号的甄别阈值通常有上下2路，也有3路、4路或更多路的甄别阈值，可根据实际需求选定所需要的阈值数目；在需要进一步去除单脉冲事件时间的本底噪声，可通过如符合电路实现。

符合电路60包括两个输入端和一个输出端；两个输入端与两个信号整形模块50的输出端一一对应，输出端与主控制模块31电性连。该符合电路60由与非门逻辑器件及外围电路构成；作用是将两路探测器在同一时段内同时检测到的脉冲信号整合为一路以判断是否同时产生。

因不同放射性核数所释放的射线种类和能谱区间各不相同，假设被测样品X内发出的有用信号主要为A射线，但在样品X内不仅仅只含有A射线还包含B射线、以及环境中还包含有C射线，若需要测量样品X所发出的有用信号(A射线)脉冲计数时，需把另外两种射线(B射线、C射线)剔除掉，此时需要用到阈值甄别方法，不同射线因能谱区间不同因此所释放的射线能量也不同，经过检测支路20到达高速比较模块的脉冲高度也各不一致，假设射线A的能量分布在2～4.5之间，射线B的能量分布在4.5～6.5之间，射线C的能量分布在6.5～9之间，若需检测样品X内的有用信号脉冲计数，在进行阈值设定时，只需把阈值探测区间设置为2～4.5范围，即可实现样品X的有效测量。根据需要探测的射线种类的能谱分布区间，通过输入设备向主控制模块31输入合适的甄别阈值范围，即可有效提取到需要的信号，并剔除大部分不需要的无用信号，可以解决现有的拆机手动调节带来的操作繁琐、效率低下、机械电位器抽头位置自动发生变化或温度漂移等问题。

第二方面，本申请提供一种电子芯片，该电子芯片上集成有如上述的脉冲检测电路架构。

第三方面，本申请提供一种核辐射检测设备，包括如上述的电路架构，主控制模块31与人机交互界面电性连接。

结合第三方面，核辐射检测设备还包括警报装置，该警报装置与主控制模块电性连接。以在检测计数过大超过设定阈值的情况下启动警报装置，以提示检测人员该处检测异常。其中，该警报装置可以为任意一种声光报警装置，再此不加以限定。

其中，可以在主控制模块31内存储有标定地的初始计数值以及初始甄别阈值，当核辐射检测设备由标定地运输至目标地点以进行核辐射检测工作之前，由于各地的环境本底不同，此时需要对核辐射检测设备的检测误差进行判断，当误差过大时，需要对该核辐射检测设备进行调节。

具体的工作原理为：在使用该核辐射检测设备的目标地垫对某一标准件进行测量，并获取当前检测计数。将该当前检测计数与预设于主控制模块31内存储的初始计数值进行比较，判断误差是否超出预设范围，若超出范围根据当前检测计数于初始计数的差值修正该核辐射检测设备的初始甄别阈值，并将修正后的初始甄别阈值作为该和扶着检测设备在该目标地点的目标甄别阈值。这样可以抵消环境本底带来的测量影响。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种脉冲检测电路架构，其特征在于，所述电路架构包括：

比较模块；

检测支路，输出端与所述比较模块的负向输入端连接；

电压采样支路，包括主控制模块和DAC模块，所述主控制模块与所述DAC模块的输入端连接，所述DAC模块的输出端与所述比较模块的正向输入端连接；

其中，所述主控制模块用于接收输入设备输入的信号，并根据所述信号调整所述电压采样支路输出至所述比较模块的甄别阈值。

2.根据权利要求1所述的电路架构，其特征在于，所述检测支路包括：

前置放大模块，输入端与探测器连接，输出端与所述比较模块的负向输入端连接；用于获取放射性核素发出射线后输出的电脉冲信号并将所述电脉冲信号放大后输入至所述比较模块。

3.根据权利要求2所述的电路架构，其特征在于，所述电压采样支路还包括：

电压跟随模块，输入端与所述DAC模块的输出端电性连接，输出端与所述比较模块的正向输入端连接，用于接收并增强所述DAC模块输出的电信号后传输至所述比较模块。

4.根据权利要求3所述的电路架构，其特征在于，所述输入设备为人机交互界面。

5.根据权利要求3所述的电路架构，其特征在于，还包括：

信号整形模块，输入端与所述比较模块的输出端电性连接，输出端与所述主控制模块电性连接；用于对所述比较模块输出的脉冲信号进行整形处理后反馈至主控制模块。

6.根据权利要求5所述的电路架构，其特征在于，所述比较模块有多个，所述电压跟随模块有多个第一引脚，多个第一引脚与多个所述比较模块的正向输入端一一对应；

所述前置放大模块有多个第二引脚，多个第二引脚与多个比较模块的负向输入端一一对应。

7.根据权利要求6所述的电路架构，其特征在于，还包括：

符合电路，包括两个输入端和一个输出端；两个输入端与两个所述信号整形模块的输出端一一对应，输出端与所述主控制模块电性连。

8.一种电子芯片，其特征在于，所述电子芯片上集成有如权利要求1-7任一项所述的脉冲检测电路架构。

9.一种核辐射检测设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的电路架构，所述的电路架构中的主控制模块与人机交互界面电性连接。

10.根据权利要求9所述的核辐射检测设备，其特征在于，还包括警报装置，所述警报装置与所述主控制模块电性连接。