專利名稱：用于有機(jī)和/或塑料閃爍裝置的自動(dòng)增益穩(wěn)定和溫度補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及輻射測(cè)量裝置，并且尤其涉及一種用于在這種裝置中進(jìn)行自動(dòng)增益穩(wěn)定和溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br> 背景技術(shù)：
在典型的核測(cè)量裝置中，核檢測(cè)器基于閃爍材料。閃爍材料在暴露于核輻射時(shí)產(chǎn)生光。產(chǎn)生的光的量與撞擊在閃爍材料上的電離輻射的量相關(guān)。在伽瑪輻射的情況下，產(chǎn)生的光譜取決于能量是否經(jīng)由康普頓散射(Compton scattering)或光電吸收效應(yīng)而耗散。原子數(shù)小于25的閃爍材料主要經(jīng)受康普頓散射，而原子數(shù)大于25的閃爍材料經(jīng)受康普頓散射和光電吸收。康普頓散射產(chǎn)生寬的光譜，并且總體沒有可區(qū)分的特性或光峰。相反地，光電效應(yīng)基于所吸收的伽瑪輻射的能量而產(chǎn)生可區(qū)分的光峰?！?br> 通過使用光電倍增管(“PMT”)來檢測(cè)光，光電倍增管(“PMT”)將入射光子轉(zhuǎn)換成電流脈沖。耦合至閃爍材料一端的PMT檢測(cè)從閃爍材料發(fā)出的光。PMT產(chǎn)生指示撞擊在材料上的輻射量的信號(hào)，其表示裝置的特定測(cè)量結(jié)果。在美國(guó)專利No. 3884288、4481595、4651800,4735253,4739819和5564487中討論了這種類型的傳感器，于此通過引用并入了所述文獻(xiàn)的全部。在核類型的檢測(cè)器中也已經(jīng)使用了其它核輻射檢測(cè)技術(shù)，例如在美國(guó)專利No. 3473021中示出了蓋格計(jì)數(shù)管，于此通過引用并入了所述文獻(xiàn)的全部。還存在利用兩種不同閃爍材料的閃爍檢測(cè)器，其稱為疊層閃爍體檢測(cè)器。疊層閃爍體(“磷夾層結(jié)構(gòu)”)是彼此光耦合并且光耦合至共用PMT (或多個(gè)PMT)的具有不同脈沖形狀特性的閃爍體的組合。脈沖形狀分析區(qū)分來自兩個(gè)閃爍體的信號(hào)，識(shí)別在哪個(gè)閃爍體中發(fā)生事件。不幸的是，常規(guī)電離輻射測(cè)量裝置具有數(shù)個(gè)缺點(diǎn)，尤其是使用閃爍材料作為輻射檢測(cè)器的那些裝置。PMT的增益隨著溫度而漂移，并且一般地，閃爍材料的光產(chǎn)量通常也隨著溫度而改變。諸如暗電流脈沖的其它因素可能是問題，但是閃爍裝置的主要缺點(diǎn)與溫度相關(guān)。在呈現(xiàn)光峰，例如Nal，的高原子數(shù)(Z)閃爍體的情況下，補(bǔ)償影響PMT增益的溫度和歸因于溫度的閃爍體光產(chǎn)量改變并且基于在光峰光譜中追蹤漂移的方法，是眾所周知的，并且易于獲得。然而，在低Z有機(jī)和/或塑料閃爍檢測(cè)器的情況下，如果存在光峰，則光峰不可區(qū)分。因此，基于用于NaI閃爍的光峰檢測(cè)方法的溫度補(bǔ)償和/或自動(dòng)增益穩(wěn)定不可應(yīng)用于塑料或有機(jī)閃爍裝置。在從-60°C至40°C的溫度范圍上，塑料和有機(jī)閃爍材料通常具有相對(duì)穩(wěn)定的光產(chǎn)量。然而，隨著溫度的PMT增益漂移仍然足以是要求溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。歸因于溫度改變的此溫度漂移可以影響增益達(dá)每攝氏度百分之一的一半。用于使得這些增益漂移無效的溫度補(bǔ)償?shù)哪壳胺椒ㄍǔＪ情_環(huán)的，使用近似光產(chǎn)量與溫度的關(guān)系和PMT增益與溫度的關(guān)系的函數(shù)。可以基于此函數(shù)對(duì)PMT增益進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如可以獲取溫度讀數(shù)，而后可以基于該讀數(shù)而調(diào)整電子器件和/或高電壓增益。此外，其它現(xiàn)行的溫度補(bǔ)償方法可以包括點(diǎn)亮閃爍材料下方的發(fā)光二極管(LED)。在理想溫度情況下，在閃爍對(duì)象的另一側(cè)檢測(cè)來自LED的光的一定百分比。然而，隨著溫度上升，檢測(cè)到較少的光。對(duì)檢測(cè)到的LED的光的量進(jìn)行測(cè)量，并且隨后可以對(duì)增益進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。因而，本領(lǐng)域中需要一種基于PMT和閃爍材料的溫度依賴性的用于PMT的增益控制的更好的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種檢測(cè)器，包括第一閃爍材料，具有光產(chǎn)量溫度依賴性以及響應(yīng)于從電離輻射源發(fā)射的輻射的輸出；第二閃爍材料，具有與所述第一閃爍材料類似的光產(chǎn)量溫度依賴性，以及響應(yīng)于從電離輻射源發(fā)射的輻射的輸出；以及檢測(cè)電路。所述第一閃爍材料的所述輸出處于第一能級(jí)，且所述第二閃爍材料的所述輸出處于比所述第一能級(jí)高的第二能級(jí)。所述檢測(cè)電路包括光電倍增管，配置為將來自所述第一和第二閃爍材料的光子輸出轉(zhuǎn)換成電脈沖；計(jì)數(shù)器電路，配置為對(duì)所述第一和第二閃爍材料在所述光電倍增管中生成的所述電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及增益控制電路。所述增益控制電路配置為監(jiān)測(cè)所
述第二閃爍材料在同一光電倍增管中生成的電脈沖，并且在所述第二閃爍材料的所述輸出中檢測(cè)到漂移時(shí)調(diào)節(jié)所述檢測(cè)器的增益。在一些實(shí)施例中，所述第二閃爍材料可以嵌入在所述第一閃爍材料中。在其它實(shí)施例中，所述第二閃爍材料可以與所述第一閃爍材料相鄰。在這些實(shí)施例的一些中，所述第一和第二閃爍材料的所述輸出可以通過光導(dǎo)傳輸至公共PMT。在一些其它實(shí)施例中，所述第二閃爍材料可以在所述第一閃爍材料和所述光電倍增管之間，且所述第一閃爍材料的所述輸出通過所述第二閃爍材料來引導(dǎo)。其它實(shí)施例可以包括彼此不接觸的所述第一和第二閃爍材料，并且來自所述第一和第二閃爍材料的所述輸出通過光導(dǎo)來引導(dǎo)至同一 PMT。在一些實(shí)施例中，所述第一閃爍材料可以是塑料閃爍材料，而所述第二閃爍材料可以是無機(jī)閃爍材料。在特定實(shí)施例中，所述無機(jī)閃爍材料可以是YSO、YAP、LSO或LYS0。此外，在一些實(shí)施例中，所述第二能級(jí)可以比所述第一能級(jí)高。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種控制檢測(cè)器增益的方法。從電離輻射或放射源發(fā)出輻射。響應(yīng)于由具有光產(chǎn)量溫度依賴性的第一閃爍材料接收的所發(fā)射的輻射而生成第一輸出。所述第一輸出處于第一能級(jí)。同時(shí)，響應(yīng)于由具有與所述第一閃爍材料類似的光產(chǎn)量溫度依賴性的第二閃爍材料接收的所發(fā)射的輻射而生成第二輸出。所述第二輸出處于與所述第一能級(jí)不同且高于所述第一能級(jí)的第二能級(jí)。確定與所述第一和第二輸出相關(guān)的電脈沖的數(shù)量。然后可以根據(jù)所述第二輸出確定所述檢測(cè)器的增益調(diào)節(jié)。在一些實(shí)施例中，確定與所述第一輸出相關(guān)的電脈沖的所述數(shù)量包括將所述第一輸出轉(zhuǎn)換成一系列電脈沖；以及對(duì)所述電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。在一些實(shí)施例中，根據(jù)所述第二輸出確定所述檢測(cè)器的所述增益調(diào)節(jié)包括識(shí)別所述第二輸出中的光峰或光譜特性；追蹤所述光峰或光譜特性中歸因于溫度改變的漂移變；以及調(diào)節(jié)所述檢測(cè)器的所述增益以補(bǔ)償所述歸因于所述溫度改變的漂移。在一些實(shí)施例中，當(dāng)所述第二閃爍材料是諸如LYSO或LSO的镥化合物時(shí)，所述第二輸出還可以響應(yīng)于高能貝塔和伽瑪電離輻射的自然發(fā)生源。


并入于說明書中并且構(gòu)成其一部分的附圖，示例了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與上述本發(fā)明的總體描述以及下文將給出的詳細(xì)描述一同用于解釋本發(fā)明。圖I示例了不同溫度下脈沖計(jì)數(shù)和通道數(shù)(channel number)之間的關(guān)系的三個(gè)范例；圖2示例了相關(guān)光輸出的百分比和閃爍晶體1的溫度之間的關(guān)系；圖3示例了經(jīng)由光電效應(yīng)而吸收能量的閃爍材料的光峰；圖4A-4E示例了第一閃爍材料、第二閃爍材料和光電倍增管之間的多個(gè)潛在配置以及關(guān)系；圖5示例了使用閃爍塑料光1纖束的范例核能級(jí)感測(cè)計(jì)，以及用于檢測(cè)由與本發(fā)明實(shí)施例一致的光纖束產(chǎn)生的閃爍光的相應(yīng)電子元件。 應(yīng)當(dāng)理解，附圖并非必須按比例繪制，示出了表示本發(fā)明基本原理的各個(gè)特征的略簡(jiǎn)化圖示。如于此所公開的操作序列的具體設(shè)計(jì)特征，包括例如各個(gè)所示例部件的具體尺寸、取向、位置和形狀，將部分地由特定預(yù)期應(yīng)用和使用環(huán)境而確定。所示例實(shí)施例的某些特征已經(jīng)相對(duì)于其它實(shí)施例放大或扭曲，以有助于可視化和更易于理解。尤其是，例如為了清楚或示例，薄特征可能被加厚。
具體實(shí)施例方式便宜的塑料閃爍體較受歡迎，因?yàn)樗鼈円子跈C(jī)械加工成幾乎任何形狀，包括光纖、條棒等。而且，生產(chǎn)魯棒且可靠的光電倍增管的技術(shù)的改進(jìn)，有助于使得用于在困難的環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)量的閃爍檢測(cè)器的應(yīng)用成為更具吸引力的替代方案。然而，已知閃爍探針無增益控制時(shí)非常不穩(wěn)定。為了解決穩(wěn)定性問題，可以使用自動(dòng)增益控制電路以協(xié)助實(shí)現(xiàn)可接受的測(cè)量穩(wěn)定性。當(dāng)在困難的環(huán)境情況下實(shí)施持續(xù)在線測(cè)量時(shí)，例如，可能發(fā)生寬_1 在 http: //www. scionix. nl/crystals. htm(2010 年 2 月 9 日最后訪問)的圖 3. 3中能夠找到用于NaI (TI)、CsI (Na)、CsI (TI)、和BGO的數(shù)據(jù)曲線的源。范圍的溫度改變時(shí)，這可能尤為重要。塑料閃爍體，諸如聚苯乙烯，便宜且易于形成條棒、光纖或其它配置。不幸的是，這些塑料閃爍體不產(chǎn)生任何可識(shí)別的峰或光譜分布，可以對(duì)該可識(shí)別的峰或光譜分布進(jìn)行追蹤以協(xié)助確定如何在自動(dòng)增益控制中調(diào)節(jié)增益。除了閃爍體中的變化，塑料閃爍體耦合至光電倍增管，其也呈現(xiàn)歸因于溫度的變化。例如，圖I示例了閃爍探針中對(duì)于不具有增益控制的具體通道數(shù)的探針，溫度對(duì)脈沖計(jì)數(shù)的影響。示出了該關(guān)系的三個(gè)范例。“脈沖計(jì)數(shù)”是每單位時(shí)間的脈沖數(shù)量，而曲線圖上的“通道數(shù)”是增益測(cè)量的位置。為了示例溫度影響，在圖I中作為遍及每個(gè)曲線的虛線示出了通道數(shù)10。第一曲線圖12示出了理想條件下的關(guān)系，其中基于參考增益水平選擇通道數(shù)10。隨著溫度升高，如曲線14中所示例，參考增益從通道數(shù)10漂移開。類似地，如曲線圖16中所示，隨著溫度下降，參考增益從通道數(shù)10漂移開。如果僅監(jiān)測(cè)通道數(shù)10，通道數(shù)10產(chǎn)生了不切實(shí)際的脈沖計(jì)數(shù)，因?yàn)閰⒖家呀?jīng)移動(dòng)遠(yuǎn)離通道。為了協(xié)助調(diào)節(jié)增益，本發(fā)明的實(shí)施例利用第二閃爍材料，其可以添加至塑料閃爍體(條棒、光纖或液體)，以便于提供追蹤歸因于溫度的任何漂移或其它變化的手段，并且協(xié)助穩(wěn)定檢測(cè)器。第二閃爍材料可以是大量不同的材料。例如，第二閃爍體可以是另一塑料，但是該閃爍體應(yīng)當(dāng)具有至少約I. 5至2倍的光輸出，并且具有能夠被追蹤的一些可測(cè)量能量峰。替代地，第二閃爍體可以是能夠提供將用于增益控制的輻射的光峰的無機(jī)閃爍體，并且類似于上述，光峰應(yīng)當(dāng)至少約為塑料材料的光輸出的I. 5至2倍，使得它們與第一閃爍材料分開和相區(qū)別。通常，塑料閃爍 體從約-60°C至約+50°C操作，具有歸因于塑料自身的溫度的小于1%的光產(chǎn)量的改變。第二閃爍材料應(yīng)當(dāng)如檢測(cè)中使用的塑料閃爍體那樣對(duì)溫度具有類似的光產(chǎn)量依賴性。由于塑料是非吸濕性的，所以第二閃爍材料也可以是非吸濕性的，但是在其它實(shí)施例中可以使用吸濕性材料。當(dāng)選擇用于第二閃爍體的材料時(shí)，由于其出眾的光產(chǎn)量，NaI看似良好的替代。然而，如圖2中所看到的NaI 20以及CsI、BG0和PbWSO4的光產(chǎn)量溫度依賴性使得，當(dāng)與也如圖2中所可看到的具有很少或沒有光產(chǎn)量溫度依賴性的其它無機(jī)閃爍體材料相比，其為較不合適的替代。替代地，例如氧化釔正硅酸鹽(“YS0”)、釔鋁鈣鈦礦(“YAP”)、氧化镥正硅酸鹽(“LS0”)、氧化镥釔正硅酸鹽“LYS0”)，以及例如LaBr(Ce)的其它高光產(chǎn)量無機(jī)閃爍體，與NaI相比具有相當(dāng)?shù)偷墓猱a(chǎn)量溫度依賴性，可能更適于增益控制方法。例如，所有這些閃爍體在寬操作溫度范圍上，從約_20°C至約50°C，具有小于約1%的光產(chǎn)量改變。用于第二閃爍體的其它潛在材料還可以包括GSO、LGSO, LI、LF、LaCl3^ffAG和Sri。圖2還示例了相關(guān)光輸出的百分比和閃爍晶體的溫度之間的關(guān)系。尤其是，此圖附加地示例了塑料閃爍材料22和LYSO 24之間的關(guān)系。如圖2中能夠看到的，與塑料閃爍材料22相比，LYSO 24具有高得多的相對(duì)光輸出。同樣地，隨著溫度改變，LYSO 24和塑料22的光輸出均維持相對(duì)恒定。由于上述無機(jī)閃爍體是具有高Z元素(原子數(shù)大于25)的材料，它們基本上提供區(qū)別的光峰，并且因而它們很適于提供適于自動(dòng)增益穩(wěn)定的光譜特性。將無機(jī)閃爍體的光譜特性與塑料閃爍體的光譜特性組合的效果，提供了通常僅對(duì)NaI檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)的，用于精確、準(zhǔn)確自動(dòng)增益控制的手段。該方法可以應(yīng)用于或使用所有類型的塑料檢測(cè)器，包括光纖、條棒型和液體。增益控制的此手段取決于無機(jī)閃爍體的光產(chǎn)量，其大于(例如，約I. 5至2倍大)塑料閃爍體的光產(chǎn)量，并且對(duì)溫度的光產(chǎn)量依賴性對(duì)于塑料和無機(jī)閃爍體基本上相同。無機(jī)材料的光峰位于塑料閃爍體的能量范圍之外，其于是可以用于追蹤如圖I中看到的漂移，并且用于相應(yīng)地調(diào)節(jié)增益。在其它實(shí)施例中，第二閃爍材料，例如LYS0，可能未提供可使用的光峰，而是提供了位于塑料閃爍體的能量范圍之外的參考或穩(wěn)定光譜輸出。該輸出與上述光峰相同，可以被追蹤并且隨后用于解決閃爍探針中的任何漂移，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)增益。圖3示例了兩種類型的閃爍材料的脈沖計(jì)數(shù)和通道數(shù)的關(guān)系。諸如塑料22的第一閃爍材料經(jīng)由康普頓散射吸收能量。諸如LYSO 24的第二閃爍材料經(jīng)由康普頓散射和光電效應(yīng)吸收能量。應(yīng)當(dāng)注意，第二閃爍材料24的光峰30距第一閃爍材料22的任何相關(guān)峰具有大的距離。這有助于定位第二閃爍材料的光峰，以及避免對(duì)第一閃爍材料的任何干擾。一旦已經(jīng)定位了此光峰，就可以進(jìn)行對(duì)于溫度的增益調(diào)節(jié)。由于第一和第二閃爍材料之間的溫度依賴性的相似性，針對(duì)第二閃爍材料進(jìn)行的解決系統(tǒng)中的漂移的任何調(diào)節(jié)，自動(dòng)地校正第一閃爍材料中的漂移。
用于增益控制的第二閃爍材料24的量需要充足，以能夠定位和測(cè)量光峰或其它能量峰，以追蹤漂移。然而，第二閃爍材料24的量不必類似于塑料閃爍材料22的量，來自塑料閃爍材料22的光子對(duì)于計(jì)數(shù)非常重要。通常，與第一閃爍體材料相比，第二閃爍體材料尺寸非常小。現(xiàn)在參考圖4A，第一閃爍材料40可以例如是晶體形式，而第二閃爍材料42可以嵌入在第一閃爍材料40中。第一和第二閃爍材料40、42均將光子傳輸至同一 PMT 44中。嵌入在第一閃爍材料40中的第二閃爍材料42的量應(yīng)當(dāng)足以能夠產(chǎn)生能夠被追蹤的能量或光峰。在替代實(shí)施例中，如圖4B中所看到的，第一閃爍材料40可以例如是成束的光纖的形式，而第二閃爍材料42可以是成束的光纖之一。于是，第一和第二閃爍材料40、42可以再如上所述地耦合至同一 PMT 44，其中第一閃爍材料40所產(chǎn)生的光子通過第一閃爍材料40的光纖傳輸,而第二閃爍材料42的光子通過第二閃爍材料42的光纖傳輸。在光纖束布置中，第一閃爍材料40的光纖數(shù)量將可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過第二閃爍材料42的光纖數(shù)量，因?yàn)榈诙?閃爍材料42中的光子數(shù)量并不重要。然而，第二閃爍材料42的光纖數(shù)量應(yīng)當(dāng)足以能夠產(chǎn)生能夠被追蹤的能量或光峰。在替代實(shí)施例中，第二閃爍材料可以僅是光纖端部處或附近的光纖一部分。替代地，在圖4B中，第一和第二閃爍材料40、42也可以是不同的形式，諸如條棒，例如，第一閃爍條棒鄰近第二閃爍條棒。圖4C示出了替代實(shí)施例，其中閃爍材料40、42與圖4B的配置類似，其中例如，閃爍材料可以是光纖或者是條棒形式。圖4C示出了第一和第二閃爍材料40、42和PMT 44之間的居間光導(dǎo)46。光導(dǎo)46將光子從第一和第二閃爍材料40、42傳輸至同一 PMT 44,允許PMT 44具有比第一和第二閃爍材料40、42的終端的總面積小的輸入端，但是仍然允許兩個(gè)閃爍材料直接耦合至PMT 44。在圖4D中所示例的另一實(shí)施例中，可以將第二閃爍材料42放置在第一閃爍材料40和PMT 44之間。在此實(shí)施例中，第一閃爍材料40中生成的光子通過第二閃爍材料42傳輸至PMT 44。居間第二閃爍材料42的量應(yīng)當(dāng)足以能夠產(chǎn)生能夠被追蹤的能量或光峰。此夕卜，第二閃爍材料應(yīng)當(dāng)足夠透明以能夠允許將光子從第一閃爍材料40通過第二閃爍材料42傳輸至共用PMT 44。圖4E示例了另一實(shí)施例，其中第一和第二閃爍材料40、42并無接觸關(guān)系?？梢詫牡谝缓偷诙W爍材料40、42輸出的光子分別通過光導(dǎo)48和50而引導(dǎo)至同一 PMT 44。在此實(shí)施例的替代配置中，第一或第二閃爍材料40、42中之一可以直接連接至同一 PMT 44，而將閃爍材料40、42中的另一個(gè)可以通過光導(dǎo)連接，如圖4E中所示。此配置可能很適于如上所述通過使用第二閃爍材料實(shí)現(xiàn)增益控制的遠(yuǎn)程傳感器安裝?，F(xiàn)在參考圖5，例如可以在核能級(jí)感測(cè)計(jì)60中實(shí)施上述的自動(dòng)增益調(diào)節(jié)方法。核能級(jí)感測(cè)計(jì)60可以包括光纖束62，光纖束62布置在填充有將進(jìn)行能級(jí)感測(cè)的產(chǎn)品66的處理容器64的外周周圍。核輻射源68照射容器中的產(chǎn)品。此范例中的塑料閃爍檢測(cè)器62可以是閃爍光纖的形式，但是可以替代地使用任何其它類型的塑料或有機(jī)閃爍。塑料和/或有機(jī)閃爍材料可以以氣體、液體或固體形式存在。還可以在本發(fā)明的實(shí)施例中使用具有與塑料閃爍光纖的熱特性類似的熱特性的第二閃爍材料70，用于與上述的實(shí)施例一致的增益控制。示出了第二閃爍材料70的一個(gè)可能位置，但是例如以上對(duì)圖4A-4E中的實(shí)施例中所述，還預(yù)期了第二閃爍材料的替代位置。在大部分實(shí)施例中，第二閃爍材料70可以比第一閃爍材料小得多。如上述的方法中所述，第二閃爍材料還可以具有高得多的光產(chǎn)量，以位于塑料閃爍體或者使用的不具有限定的光峰的任何閃爍材料的范圍之外。束62中的閃爍光纖的端部通常直接耦合入光電倍增管(“PMT”)72中。PMT 72利用例如約1000伏DC的高電壓，其由高壓電源76提供。在圖5所示例的范例中，將從PMT72輸出的電流傳送至前置放大器電路78，用于將信號(hào)線74上的電流輸出轉(zhuǎn)換成信號(hào)線80上的電壓輸出。在一些實(shí)施例中，前置放大器78可以利用超低失真、寬帶寬電壓反饋運(yùn)算放大器，以捕獲閃爍光纖62產(chǎn)生的50-100納秒脈沖。前置放大電路78在信號(hào)線80上的輸出饋送至超快精確比較器82的非反相輸入端。比較器的反相輸入端可以連接至信號(hào)線86上的參考電壓84。除了對(duì)閃爍體光纖62產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以追蹤100發(fā)生第二閃爍材料70的光峰的能級(jí)。比較器82在信號(hào)線88上的輸出可以饋送至線路驅(qū)動(dòng)器98。 在使用中，穿過產(chǎn)品66的來自源68的發(fā)射輻射部分撞擊在閃爍光纖束62上，其通過產(chǎn)生閃爍光而進(jìn)行響應(yīng)。束62中所產(chǎn)生的閃爍光光子由于光纖的幾乎全內(nèi)反射特性而沿著各個(gè)光纖運(yùn)送，并且撞擊在PMT 72上，在PMT 72，這些光子被放大并且轉(zhuǎn)換成信號(hào)線74上的電流波形。得到的電流波形的特性在于隨機(jī)分布的各種高度的尖峰，每一個(gè)對(duì)應(yīng)于由撞擊在光纖束62上的福射產(chǎn)生的光脈沖。前置放大器將此電流波形轉(zhuǎn)換成信號(hào)線路80上的電壓波形，其具有分布的各種高度的尖峰，每一個(gè)對(duì)應(yīng)于信號(hào)線路74上的電流波形的尖峰。比較器82將這些電壓尖峰與參考84所建立的閾值進(jìn)行比較，以生成數(shù)字脈沖串。每個(gè)數(shù)字脈沖反應(yīng)電壓波形中高于閾值的尖峰。在此情況下，隨后可以使用數(shù)字脈沖來確定容器中的材料66的能級(jí)(level)。此外，可以測(cè)量和追蹤100高于第二能級(jí)或從第二閃爍體70的閃爍光光子得到的第二光輸出能級(jí)的附加尖峰的光峰。于是，PMT 72的增益控制102可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)PMT 72的增益，以解決系統(tǒng)內(nèi)的任何漂移。雖然已經(jīng)通過描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例而示例了本發(fā)明，并且雖然已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了這些實(shí)施例，但是它們并不是意在限定或以任何方式限制所附權(quán)利要求的范圍于這樣的細(xì)節(jié)。而且，雖然已經(jīng)在能級(jí)測(cè)量應(yīng)用中示出了自動(dòng)增益控制方法，但是此方法同樣可應(yīng)用于密度測(cè)量、放射性檢測(cè)、重量測(cè)量等。而且，該方法不局限于塑料或有機(jī)閃爍體。該方法適用于不具有可檢測(cè)光峰或任何其它可區(qū)分的光譜特性的任何閃爍材料，其與提供不同且較高能級(jí)的第二閃爍材料一起使用，其中兩個(gè)閃爍材料在操作范圍上至少具有相同的溫度特性。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，附加優(yōu)點(diǎn)和修改將是容易的。因而，本發(fā)明在其較寬的方面并不限制于具體細(xì)節(jié)、典型設(shè)備和方法以及所示和所描述的示例性范例。因此，可以對(duì)這種細(xì)節(jié)進(jìn)行改變，而不脫離總體創(chuàng)新概念的范圍。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)器，包括 第一閃爍材料，具有光產(chǎn)量溫度依賴性以及響應(yīng)于從電離福射源發(fā)射的福射的輸出，所述第一閃爍材料的所述輸出處于第一能級(jí)； 第二閃爍材料，具有與所述第一閃爍材料類似的光產(chǎn)量溫度依賴性，以及響應(yīng)于從電離輻射源發(fā)射的輻射的輸出，所述第二閃爍材料的所述輸出處于與所述第一能級(jí)不同的第二能級(jí)；以及 檢測(cè)電路，包括 光電倍增管，配置為將來自所述第一和第二閃爍材料的光子輸出轉(zhuǎn)換成電脈沖； 計(jì)數(shù)器電路，配置為對(duì)所述第一和第二閃爍材料在所述光電倍增管中生成的所述電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及 增益控制電路，配置為監(jiān)測(cè)所述第二閃爍材料在所述光電倍增管中生成的超過所述第一閃爍材料的電脈沖的電脈沖，并且還配置為在所述第二閃爍材料的所述輸出中檢測(cè)到漂移時(shí)調(diào)節(jié)所述檢測(cè)器的增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)器，其中，所述第二閃爍材料嵌入在所述第一閃爍材料中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)器，其中，所述第二閃爍材料與所述第一閃爍材料相鄰。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)器，其中，所述第一和第二閃爍材料的所述輸出通過光導(dǎo)傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)器，其中，所述第二閃爍材料在所述第一閃爍材料和所述光電倍增管之間，且所述第一閃爍材料的所述輸出通過所述第二閃爍材料來引導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)器，其中，所述第一和第二閃爍材料彼此不接觸，并且來自所述第一和第二閃爍材料的所述輸出通過光導(dǎo)來引導(dǎo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)器，其中，所述第一閃爍材料是塑料閃爍材料和有機(jī)閃爍材料之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)器，其中，所述第二閃爍材料是閃爍光產(chǎn)量大于所述第一閃爍材料的閃爍光產(chǎn)量的無機(jī)閃爍材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)器，其中，所述無機(jī)閃爍材料選自下列構(gòu)成的組YSO、YAP、LSO 和 LYSO。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)器，其中，所述第二閃爍材料包含選自下列構(gòu)成的組的元素GS0、LGS0、LI、LF、LaCl3、WAG、SrI 及其組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)器，其中，所述第二能級(jí)高于所述第一能級(jí)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)器，其中，所述光電倍增管具有共用于所述第一閃爍材料的所述輸出和所述第二閃爍材料的所述輸出的輸入端。
13.一種控制檢測(cè)器增益的方法 從電離輻射源發(fā)射輻射； 響應(yīng)于由具有光產(chǎn)量溫度依賴性的第一閃爍材料接收的所發(fā)射的輻射而生成第一輸出，所述第一輸出處于第一能級(jí)； 同時(shí)響應(yīng)于由具有與所述第一閃爍材料類似的光產(chǎn)量溫度依賴性的第二閃爍材料接收的所發(fā)射的輻射而生成第二輸出，所述第二輸出處于與所述第一能級(jí)不同的第二能級(jí)；確定與所述第一輸出相關(guān)的電脈沖的數(shù)量；以及 根據(jù)所述第二輸出確定所述檢測(cè)器的增益調(diào)節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，確定與所述第一輸出相關(guān)的電脈沖的所述數(shù)量包括 將所述第一輸出轉(zhuǎn)換成一系列電脈沖；以及 對(duì)所述電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，根據(jù)所述第二輸出確定所述檢測(cè)器的所述增益調(diào)節(jié)包括 識(shí)別所述第二輸出中的可區(qū)分光譜特性； 追蹤所述可區(qū)分光譜特性中歸因于溫度改變的改變；以及 調(diào)節(jié)所述檢測(cè)器的所述增益以補(bǔ)償所述可區(qū)分光譜特性中所述歸因于所述溫度改變的改變。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述可區(qū)分光譜特性是光峰。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述可區(qū)分光譜特性是操作能量范圍。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第二輸出響應(yīng)于來自镥的自然發(fā)生輻射源。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第二能級(jí)高于所述第一能級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種檢測(cè)器和相關(guān)方法，包括具有光產(chǎn)量溫度依賴性和處于第一能級(jí)的輸出的第一閃爍材料40；具有類似于第一材料的光產(chǎn)量溫度依賴性和處于第二能級(jí)的輸出的第二閃爍材料42；以及檢測(cè)電路72、76、78、82、84、100、102。第一和第二輸出響應(yīng)于從電離輻射源68發(fā)射的輻射。檢測(cè)電路包括光電倍增管72，配置為將來自第一和第二閃爍材料40、42的光子輸出轉(zhuǎn)換成電脈沖；計(jì)數(shù)器電路，配置為對(duì)第一和第二材料在光電倍增管72中生成的電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及增益控制電路102，配置為監(jiān)測(cè)第二材料42在光電倍增管72中生成的電脈沖，并且在檢測(cè)到第二材料42的輸出中的漂移時(shí)調(diào)節(jié)檢測(cè)器的增益。
文檔編號(hào)G01T1/202GK102906598SQ201180017362
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者B·卡希爾 申請(qǐng)人:Vega格里沙貝兩合公司