CN88212804U

CN88212804U - 微机化便携式γ能谱仪

Info

Publication number: CN88212804U
Application number: CN 88212804
Authority: CN
Inventors: 贾文懿; 唐红; 葛君伟
Original assignee: CHENGDU GEOLOGICAL COLLEGE
Current assignee: CHENGDU GEOLOGICAL COLLEGE
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1988-10-05

Abstract

本实用新型提供了一种微机化便携式γ能谱仪，其主要特征在于可在野外直接探测岩石、土壤中铀、钍、钾的横向分布，得出γ射线总强度，铀、钍、钾含量和U/Th、U/K、Th/k比值等7个参数，从而解决有关地质问题。仪器由NaI(T1)闪烁计数器、数控可调增益放大器、四道脉冲幅度分析器、自动稳谱装置、自动测谱电路、接口、pC—1500袖珍计算机组成。其特点是用天然放射性能峰自动稳谱；能现场自动处理数据并绘制出图件。

Description

本实用新型是一种微机化便携式γ能谱仪，可在野外直接探测岩石、土壤中铀、钍、钾的横向分布，得出γ射线总强度、铀、钍、钾含量（U、Th、K）和U／Th、U／K、Th／K比值等七个参数，从而解决有关地质问题。

地面γ能谱测量是地质工作的重要手段之一，和其它放射性勘探方法相比，它采集的数据多，计算，整理工作量大，可一次测得多个参数。当前使用和生产的便携式γ能谱仪存在如下问题和缺陷，使地面γ能谱测量的应用受到限制：

1.仪器的调节、操作困难，操作人员不易掌握，难以保证仪器稳定和可靠。

2.数据采集和资料整理脱节，致使工作效率低，不能及时给出资料，影响应用效果。

3.采用附加放射性参考源（如¹³⁷Cs、¹³³Ba）来自动稳谱，使仪器本底增加，影响测量精度，损失了低能部分的有用信息，且易使操作人员产生不必要的恐惧心理。

目前使用和生产的便携式γ能谱仪，一类是可以自动计算铀、钍、钾含量或自动进行计数修正的仪器，如国产的FD－840，FD－3003，加拿大Scintrex公司的GAD－6四道γ能谱仪。这类仪器设有内部运算电路，可以显示经过初步处理的数据，如FD－840和FD－3003可显示U、Th、K、含量，GAD－6可显示经剥谱的计数。由于内部运算电路复杂，故设计时对运算作了一定的近似，如不考虑钾的影响等，这对找铀矿尚可。但对于地质工作的其它应用领域来说，运算精度的影响偏大。这类仪器没有自动记录和贮存数据的装置，操作员在测量时只得将数据记录在笔记本上，过后才能进行处理，工作效率低，容易产生失误。国产仪器FD－840和FD－3003等的脉冲幅度分析器是由与非门等逻辑电路构成，各道的阀压和道宽靠各自的电位器来分别调整确定，一般操作人员不易掌握。

目前较先进的便携式γ能谱仪，采用了微处理机技术，如加拿大EAD公司的GRS－650二道γ能谱仪，捷克斯洛伐克的GS－256多道γ能谱仪等。这类仪器带有微处理机，可储存野外读数，在野外测量时不必进行手工记录。但需要另配计算机等设备才能调用所存数据，所以仍需回到室内或是有外设的基地后方能进行数据处理工作。

由于仪器的探测器NaI（T1）闪烁计数器受温度影响在温度变化时，它的输出信号幅度也会发生改变，γ能谱仪的稳谱技术是经长期研究而未能很好解决的问题。目前便携式γ能谱仪多采用附加放射性参考源（如¹³⁷Cs、¹³³Ba等）的自动稳谱装置，实时调整增益，补偿相应变化。上述的几种仪器均是采用这种方案。因上述第3项缺点，人们也在寻找更好的稳谱方案，例如有的航空γ能谱仪采用有温度控制的或恒温的容器来保护、NaI（T1）闪烁计数器；有的多道γ能谱仪采用软件稳谱方案，即对测得的全谱进行能量标定，确定各能窗的位置。前者显然不适合用于便携式γ能谱仪，后者因需较大内存的计算机而难以在野外进行实时调整，一般是整理数据时进行修正，而当谱峰漂出监测范围，则无法补偿。

为了克服现有便携式γ能谱仪的上述缺陷，本实用新型采用了体积小，功耗低的PC－1500袖珍计算机系统（uS），使数据采集和资料整理工作在同一台仪器上完成，能够在野外现场及时得到直观的探测结果；由于可用BASIC语言编程，实现了人机对话操作方式，使得掌握容易；对脉冲幅度分析器的阀压和道宽调节采用固定方式工作，因而调节简单；利用自然γ射线谱峰自动稳谱，既可进行实时调整，又免除了受附加参考源之影响，从而本底降低，低能信号得以利用，灵敏度提高，且可免去应用放射源的恐惧心理。

本实用新型主要包括：①探测器（NaI（T1）闪烁计数器），它将γ射线转换成电信号；②数控可变增益放大器；③四道脉冲幅度分析器；④接口电路；⑤PC－1500袖珍计算机系统；⑥应用软件；⑦自动稳谱电路；⑧自动测谱电路。

如图1所示，1是探测器，采用NaI（T1）闪烁计数器，可将γ射线转换成幅度正比于射线能量的电信号，它外表有一泡沫隔热层，以防止野外环境温度突变的影响，同时又可起到减震作用。

2是数控可变增益放大器，包括一个运算放大器和一数控电阻网络，将1给出的脉冲信号放大到一定幅度。它的增益由自动稳谱电路给出的八位二进制数来决定，以保证输出脉冲幅度稳定。

3是四道脉冲幅度分析器，从2输出的脉冲由它分离出对应于四个能窗的脉冲，这四个窗口是：50kev以上，1.37－1.57Mev，1.66－1.86Mev，2.41－2.81Mev，分别代表总γ射线强度，⁴⁰K的1.46Mev峰，²¹⁴Bi的1.76Mev峰，²⁰⁸Ti的2.62Mev峰。3由四个电路相同的单道脉冲幅度分析器组成，每个分析器的阈压由对应的分压电阻确定。

4是与PC－1500袖珍计算机相连接的接口电路，由四块可以对脉冲进行计数，本身具有输出多路转换选择，三态缓冲、BCD码输出特性的4534五位十进制计数器和一些逻辑控制电路构成。接口地址利用了PC－1500系统中未占用的MEi区的000H－7FFFH段。利用MEI、AD₁₅、AD₁₄、AD₁₃、AD₁₂、五根地址线和R／W线，经地址译码，选通有关控制电路，并利用数据线D₀－D₃给出控制指令，即利用PC－1500系统对存贮器的写指令完成对接口的控制。因4534数字集成电路中记录的数据经多路调整和三态控制后，在Q₀－Q₃端以BCD码的形式输出，故将数据总线D₀－D₃直接连接在Q₀～Q₃上，就可完成数据的采集，高4位D4－D7上的数可以用软件屏蔽掉，即利用PC－1500系统对存贮器读指令完成数据的采集。4534的五位数是按扫描时钟一位一位地取走，可由软件给出指令由万位至个位取数，并完成它们之间的连接和表示。

5是PC－1500袖珍计算机系统（或PC－1500A，PC－1501），是由日本SHARP公司生产，我国组装的。6是为其配制的应用软件，可完成数据采集，自动测谱、记录、存贮数据，计算，打印结果，绘制剖面曲线，统计检查各道计数情况，将数据存贮在盒式磁带上长期保存等工作，5和6在人机对话操作方式下执行各种功能。

7是自动稳谱电路，包括两个单道脉冲幅度分析器，一个可逆计数器和一8位锁存器等。它利用自然γ射线谱峰作参考源，正常情况下，两个分析器的计数相同，可逆计数器的计数不变，锁存器给出的8位二进制控制数亦不变，2的增益不变。

当某个因素引起输出脉冲幅度变化时，参考峰位随之变化，上述两个分析器的计数将不相同，使得上述可逆计数器的计数改变，上述锁存器给出的控制数随之改变，使得2的增益变化，将输出脉冲幅度变为正常，达到稳谱的目的。

8是自动测谱电路，它实质上是一个数一模变换器、由PC－1500袖珍计算机给出指令，改变其输出电压，这个电压即为一单道脉冲幅度分析的阀压。不同的阀压对应于不同的能量，该分析器即可得到不同能量时的计数，故可在软件支持下自动完成测谱功能。

与其它便携式γ能谱仪相比，本实用新型具有以下特点：

1.利用自然γ射线谱峰自动稳谱，本底低，能测量低能γ射线，灵敏度高，并且经济，安全；

2.利用数一模变换器实现自动测全谱（0－3.0Mev），电路简单，价格便宜；

3.人机对话方式工作，操作方便，掌握容易；

4.γ能谱测量中的数据采集、记录、存储、计算U、Th、K、含量和U／Th、U／K、Th／K比值，打印数据，绘制图件等工作都可由一台仪器完成，可在野外现场得出γ射线总强度∑U、Th、K、含量和U／Th、U／K、Th／K七个测量结果和相应的剖面曲线。

图1是微机化便携式γ能谱仪方框图。图中1是探测器，2是数控可变增益放大器，3是四道脉冲幅度分析器，4是与PC－1500相连接的接口，5是PC－1500袖珍计算机系统，6是应用软件，7是自动稳谱电路，8是自动测谱电路。

图2是脉冲幅度分析器原理图。图中，21，22分别是下阈、上阈甄别器，23，24是单稳态成形电路。

图3是接口电路原理图。图中，31是四个通道数据选择器，32①、32②、32③、32④是四个4534五位十进制计数器，33是逻辑控制电路；34是地址译码电路，35是分频器，40是数一模变换器。

图4是自动稳谱原理图。图中41、42分别是下道，上道脉冲幅度分析器，43，44，48为分频器，45是设置的预置数，46是可逆计数器，47是八位锁存器。

本实用新型的实施方案中，采用了如图2所示脉冲幅度分析器，如图3所示接口电路，如图4所示自动稳谱电路。

如图2所示，21，22是电压比较器（LM339），分别作为上、下甄别器，其阈压由分压电阻R1、R2和电压V2确定，V1和V2分别对应于一个能窗的下限和上限。23、24和微分电路R3及与非门25组成反符合电路，其中24单稳态成形电路的时间常数大于23的时间常数，保证仅当输入脉冲幅度在能窗范围之内时（V1≤Vi≤V2），输出一矩形脉冲。

如图3所示，接口电路以四块4534五位十进制计数器为主体构成四通道数据采集器，31是四个数据选择器，选用二块4052双四路模拟开关，A、B端为选择地址。地址不同，计数器可采集不同内容的计数，分别是来自四个能窗的计数，自稳下、上道计数和测谱道计数；来自PC－1500的检验信号，或者是无计数。33是控制电路，包括数据选择地址控制，取数控制，清零位调整控制等。34为地址译码器，采用4028BCD十进制译码器，利用ME1、AD15、AD14、AD13、AD12、五根地址线其给出Z0、Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、等信号。地址分配如下：0800H为清零位调整控制电路地址，1800H，2800H，3800H，4800H分别为32①、32②、32③、32④通道取数地址，6800H是31地址选择控制电路的地址。接口在软件操作下工作（以32①为例）：

1）软件给出指令，控制电路对R端输出“1”信号，计数器清零；

2）软件给出指令，控制电路给出A、B地址，选通所要数据通道，计数器计数；

3）按一定时间间隔，软件给出指令，控制电路对SR端输出“1”信号，计数器扫描时钟复位（位调整）；然后软件依次给出指令，控制电路对Qc、Sc端输出“0”信号，开启三态门，使PC－1500能对32①从万位至个位取数并显示。

4）测量时间到，软件给出指令，控制电路使A、B为“1”“1”，计数器停止计数，PC－1500按③取数，显示并记录。PC－1500φos端输出1.3MHZ脉冲经35分频后，作为接口检验信号。

40是自动测谱电路中的数一模变换器，由八位锁存器5408和π型电阻网络构成，它的地址是5800H，其数据输入端与PC－1500数据总线相接，在软件操作下可输出256组电压，Vc，Vc加到图2所示脉冲幅度分析器的V2端，即构成程控阈压脉冲幅度分析器，采用比例道宽，为R2（R1＋R2），当V2改变时，25输出不同谱段的脉冲数，通过接口，可由PC－1500绘制出完整的谱线（0－3.0MEV）。

如图4所示，41，42是两个如图2所示脉冲幅度分析器，它们的能窗分别位于参考峰两侧，正常情况下两道计数相同。43，44是分频器（4060十四级分频器），41，42的脉冲经其分频后分别送至46的CPd和CPu端，可以减少统计涨落的影响。46是由二块40193构成的八位二进制可逆计数器，其Q端输出CPu和CPd相减的结果。47（4508八位锁存器）用来存放一个采样周期内46的差值计数，以此控制增益。ST端是三态输入控制端，一个采样周期的时间由41的计数决定，43，48利用同一块4060十四级分频器，41的计数足够时，48输出一脉冲至ST端，开启47的三态输入门；47将46的差值计数锁存并送去控制图1中2的增益，同时给43（包括48），44清零；重新开始工作。开机时，由PC－1500给出指令，使50端得一脉冲，给46预置45设置的预置数，并由47送往2，使2得到初始增益。

Claims

1、一种微机化便携式γ能谱仪，它主要包括Nal(T1)闪烁计数器、数控可调增益放大器、四道脉冲幅度分析器、自动稳谱装置、自动测谱电路、接口、pc-1500袖珍计算机系统和应用软件。其特征在于能在人机对话操作方式下自动完成数据采集、对数据进行处理，给出γ射线总强度Σ、U、Th、K、含量和U/Th、U/K、Th/K比值7个参数。能在现场绘制出图件和表格。

2、根据权利要求1所述的γ能谱仪，特征是采用了数字稳谱装置，方法是用谱漂后产生的计数差值来改变数控增益放大器的增益，以稳定输出脉冲幅度。

3、根据权利要求1、2所述自动稳谱装置，特征是用自然γ射线谱峰作参考峰。

4、根据权利要求1所述γ能谱仪，特征是用数一模转换器自动测得全谱（0－3.0Mev）。

5、根据权利要求1所述γ能谱仪，特征是采用了四通道数据采集接口与PC－1500袖珍计算机系统相连接。

6、根据权利要求1、5所述接口，其特征在于采用四块可以对脉冲进行计数的大规模集成电路4534五位十进制计数器。