專利名稱：一種基于γ射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深海可燃冰探測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輻射檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深?？扇急綔y儀。
背景技術(shù)：
可燃冰或稱天然氣水合物(Natural Gas Hydrate)、甲燒氣水包合物、甲燒水合物、甲烷冰、固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)，外貌極像冰雪或固體酒精。分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，其主要成分是甲烷。怎么樣才能獲得實(shí)地探測的準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)？這成為全球科學(xué)家技術(shù)攻關(guān)的難題之一?，F(xiàn)在我國已形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的可燃冰高精度地震、原位和流體地球化學(xué)等 關(guān)鍵探測技術(shù)體系。如中科院海洋所張鑫博士作為第一完成人與美國MBARI研究所合作研制成功了基于深海ROV纜控機(jī)器人的深海甲烷原位探測系統(tǒng)，又稱氣密性孔隙水原位采樣體系，所述深海甲烷原位探測系統(tǒng)即探頭插入海底，所述探頭先吸入海底沉積物中的孔隙水，經(jīng)過金屬燒結(jié)而成的過濾器過濾，采樣通過泵吸到一個只有O. 087mL容器的光學(xué)微探測艙中，經(jīng)過激光照射檢測出拉曼光譜，就可分析出海底該處沉積物中的甲烷含量。如中國地質(zhì)大學(xué)于2010年研制成功的中功率海洋可控源電磁(MCAEM)儀器，主要包括可控源電磁發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。如王維熙在2000年研制出基于化學(xué)傳感器的820型高靈敏度氫及氣態(tài)烴現(xiàn)場測定系統(tǒng)。上述表明，深海可燃冰探測技術(shù)獲得重大突破。但也存在如下問題
1、設(shè)備價格昂貴，例如纜控機(jī)器人價格為4000萬元/臺以上，
2、整套探測裝置結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，
3、探測能力很有限，難以適應(yīng)可燃冰分布特點(diǎn)的探測。相關(guān)領(lǐng)域研究表明，天然氣水合物只會在某個狹窄范圍內(nèi)(如大陸棚)的深度下形成，以及在某些地點(diǎn)的深度范圍內(nèi)才會存在，而且通常是在低濃度的地點(diǎn)。這表明只有在有限地區(qū)的甲烷包合物礦床才有經(jīng)濟(jì)上的開采價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深?？扇急綔y儀，以解決直接、快速、安全、準(zhǔn)確地判斷可燃冰存在的問題。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深海可燃冰探測儀，包括有耐高壓筒、探測儀機(jī)箱、Y射線源系統(tǒng)、探測采傳系統(tǒng)、多路探測器以及多路后準(zhǔn)直器，所述探測儀機(jī)箱安裝在耐高壓筒內(nèi)，所述探測儀機(jī)箱內(nèi)的頂部設(shè)有蓄電池組，底部設(shè)有主安裝板，所述Y射線源系統(tǒng)、多路探測器以及多路后準(zhǔn)直器均安裝在主安裝板上，所述多路后準(zhǔn)直器下端設(shè)有薄底板。
所述探測采傳系統(tǒng)包括集成在探測儀機(jī)箱內(nèi)多路探測器(即探測器陣列)、高壓電源機(jī)箱、多道脈沖幅度分析器、通信接口，所述多路探測器上設(shè)有輸出電纜插座，其上方設(shè)有探測采傳系統(tǒng)機(jī)箱，所述探測采傳系統(tǒng)機(jī)箱上端設(shè)有高壓電源機(jī)箱。所述Y射線源系統(tǒng)包括Y射線源容器，Y射線源和前準(zhǔn)直器，所述Y射線源容器由重金屬材料制成，所述Y射線源系統(tǒng)外部設(shè)有屏蔽套，
所述多路探測器通過多路選擇器共用一個多道脈沖幅度分析器，由接口電路送給信號發(fā)射電路。多道脈沖幅度分析器設(shè)有嵌入式微處理器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使探測器采傳系統(tǒng)高度智能。所述多道脈沖幅度分析器能按康普頓背散射測量要求設(shè)定和卡住能量閾值，達(dá)到判別可燃冰的目的。所述耐高壓筒能承受深海海水壓力，以保護(hù)探測儀正常工作。耐高壓筒頂部設(shè)有吊環(huán)把手，以便吊放到深海底或提升到平臺以及船上；底部設(shè)有可伸縮的插腳，耐高壓筒吊放到深海底后，所述可伸縮的插腳插進(jìn)海底被測物中，使探測儀底部貼著被測物，這時電機(jī) 自動將耐高壓筒的可平移開關(guān)的底蓋門打開，Y射線源系統(tǒng)、被測物、多路探測器構(gòu)成康普頓背散射掃描幾何學(xué)，便于作康普頓背散射(CBS)測量。本發(fā)明的技術(shù)原理是基于射線與物質(zhì)特別是輕物質(zhì)相互作用的康普頓背散射效應(yīng)所測定的光子數(shù)，通過數(shù)據(jù)處理或重建，得出被測物電子密度分布，質(zhì)量密度，有效原子序數(shù)和相對百分比含量等參數(shù)，據(jù)此建立標(biāo)準(zhǔn)樣品數(shù)據(jù)庫，通過自行研發(fā)的軟件和判別指標(biāo)，自動地判斷是否為可燃冰。經(jīng)過反復(fù)理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，康普頓背散射測量技術(shù)計數(shù)輕物質(zhì)檢測是非常有效的?？灯疹D背散射(CBS)光子數(shù)ns為ns=C· P -Vi 式中 C=n?！?[do ( Θ )/dQ]KN · (Na*Z/A) · Aa· n ^frf2 n0——Y射線源發(fā)射的初始光子數(shù)·
[do ( Θ )/d Ω ]KN-康普頓散射截面
Δ a—探測點(diǎn)有效接收面積 η——探測點(diǎn)的探測效率 fi——入射來在被測物中的減弱因子 f2——散射來在被測物中的減弱因子 Na——阿佛加德羅常數(shù) Z—被測物的原子序數(shù) A——被測物的原子量 P——被測物的質(zhì)量密度(g/cm3)
Vi——檢測體積
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)；
1、設(shè)備生產(chǎn)成本降低，易推廣；
2、適應(yīng)海底探測，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；
3、探測能力廣，在技術(shù)原理上基于Y射線與物質(zhì)相互作用的康普頓背散射掃描技術(shù)，依據(jù)康普頓背散射光子計數(shù)特征直接、快速、準(zhǔn)確判斷被測物是否為可燃冰。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I的底視圖。圖3為本發(fā)明的康普頓背散射測量示意圖。圖4為本發(fā)明的探測采傳系統(tǒng)方框圖。圖中1、Y射線源，2、Y射線源容器，3、前準(zhǔn)直器，4、鉛屏蔽套，5、多路探測器，6、輸出電纜插座，7、多路后準(zhǔn)直器，8、高壓電源機(jī)箱，9、探測采傳系統(tǒng)機(jī)箱，10、蓄電池組，11、信號發(fā)射電路，12、探測儀機(jī)箱，13、耐高壓筒，14、吊環(huán)把手，15、可伸縮的插腳，16、可平移開關(guān)的底蓋門，17、電機(jī)，18、主安裝板，19、薄底板，20、射出的Y射線，21、入射的、射線，22、被測物，23 30、探測器，31、探測儀的輸出信號電纜，32、多路選擇器，33、緩沖放大器，34、峰保持器，35、尋峰電路，36、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，37、時序發(fā)生器，38、嵌入式微處理器，39、存儲器，40、接口電路，41、高壓直流電源，42、低壓直流電源。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖f 4所示，一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深?？扇急綔y儀，包括有耐高壓筒13、探測儀機(jī)箱12、Y射線源系統(tǒng)、探測采傳系統(tǒng)、多路探測器5以及多路后準(zhǔn)直器7，所述探測儀機(jī)箱12安裝在耐高壓筒13內(nèi)，所述探測儀機(jī)箱12內(nèi)的頂部設(shè)有蓄電池組10，底部設(shè)有主安裝板18，所述Y射線源系統(tǒng)、多路探測器5以及多路后準(zhǔn)直器7均安裝在主安裝板18上，所述多路后準(zhǔn)直器7下端設(shè)有薄底板19。所述探測采傳系統(tǒng)包括集成在探測儀機(jī)箱內(nèi)多路探測器(即探測器陣列)5、高壓電源機(jī)箱8、多道脈沖幅度分析器、通信接口，所述多路探測器上設(shè)有輸出電纜插座6，其上方設(shè)有探測采傳系統(tǒng)機(jī)箱8，所述探測采傳系統(tǒng)機(jī)箱上端設(shè)有高壓電源機(jī)箱9。所述Y射線源系統(tǒng)包括Y射線源容器2，低能量的Y射線源I和前準(zhǔn)直器3，所述Y射線源容器2由重金屬材料制成，所述Y射線源系統(tǒng)外部設(shè)有鉛屏蔽套4。所述多路探測器5通過多路選擇器32共用一個多道脈沖幅度分析器，由接口電路送給信號發(fā)射電路U。多道脈沖幅度分析器設(shè)有嵌入式微處理器38和模數(shù)轉(zhuǎn)換器36，使探測采傳系統(tǒng)高度智能。所述多道脈沖幅度分析器能按康普頓背散射測量要求設(shè)定和卡住能量閾值，達(dá)到判別可燃冰的目的。所述耐高壓筒13能承受深海海水壓力，以保護(hù)探測儀正常工作。耐高壓筒頂部設(shè)有吊環(huán)把手14，以便吊放到深海底或提升到平臺以及船上；底部設(shè)有可伸縮的插腳15，耐高壓筒13吊放到深海底后，所述可伸縮的插腳15插進(jìn)海底被測物22中，使探測儀底部貼著被測物22，這時電機(jī)17自動將耐高壓筒12的可平移開關(guān)的底蓋門16打開，Y射線源系統(tǒng)、被測物22、多路探測器5構(gòu)成康普頓背散射掃描幾何學(xué)，便于作康普頓背散射(CBS)測量。本發(fā)明的使用方法如下
首先打開設(shè)備開關(guān)，將高壓電源機(jī)箱8上的插頭插上輸出電纜插座6，蓄電池組10開始提供低壓電源42，通過高壓電源機(jī)箱8產(chǎn)生高壓電源41供給多路探測器5。其次通過吊環(huán)把手14將耐高壓筒13放到深海海底，耐高壓筒13的可伸縮的插腳伸15出插進(jìn)海底被測物22，直至可平移開關(guān)的底蓋門16貼著被測物22，電機(jī)17驅(qū)動可平移開關(guān)的底蓋門16打開。進(jìn)一步的，主安裝板18底部薄底板19貼著被測物22，Y射線源容器2中的Y射線源I通過前準(zhǔn)直器3射出的出射的Y射線20穿過薄底板19進(jìn)入被測物22，被測物22散射的入射的Y射線21穿過薄底板19進(jìn)入多路探測器5中。進(jìn)一步的，一個地點(diǎn)探測結(jié)束后，電機(jī)17驅(qū)動可平移開關(guān)的底蓋門16關(guān)閉，可伸縮的插腳15縮回，等待耐高壓筒13移往新位置測量，在所有的探測完成后，耐高壓筒13吊上去后，打開可平移開關(guān)的底蓋門16，取出探測儀機(jī)箱12。所述探測儀機(jī)箱12中的多路探測器5輸出的負(fù)脈沖信號，經(jīng)過探測儀的輸出信號電纜31傳送給探測采傳系統(tǒng)中的多路選擇器32，選通道進(jìn)入緩沖放大器33，獲得一定的增益并倒相為正脈沖；所述正脈沖一路傳送給峰保持器34，另一路傳送給尋峰電路35 ;所述尋峰電路35得到一個指示信號峰值位置的數(shù)字脈沖信號，所述數(shù)字脈沖信號能觸發(fā)時序 發(fā)生器37，獲得一系列的同步的數(shù)字脈沖信號；如延遲脈沖，所述數(shù)字脈沖信號用于給嵌入式微處理器38傳送中斷信號，所述中斷信號用于開始模數(shù)轉(zhuǎn)換器36轉(zhuǎn)換，以保證模數(shù)轉(zhuǎn)換器36有足夠的采樣跟蹤時間，模數(shù)轉(zhuǎn)換器36轉(zhuǎn)換的時鐘信號CLK也由時序發(fā)生器37完成的；嵌入式微處理器38被所述中斷信號觸發(fā)后，等到模數(shù)轉(zhuǎn)換器36轉(zhuǎn)換到結(jié)束，讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器36的結(jié)果，從相應(yīng)的存儲器39讀取原計數(shù)值，加一后再寫回存儲器39，完成多道脈沖幅度分析器的計數(shù)。所述多道脈沖幅度分析器能按康普頓背散射測量要求設(shè)定和卡住能量閾值，達(dá)到判別可燃冰的目的。同時所述嵌入式微處理器38通過接口電路40與信號發(fā)射電路11通信。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深海可燃冰探測儀，包括有耐高壓筒、探測儀機(jī)箱、Y射線源系統(tǒng)、探測采傳系統(tǒng)、多路探測器以及多路后準(zhǔn)直器，其特征在于所述探測儀機(jī)箱安裝在耐高壓筒內(nèi)，所述探測儀機(jī)箱內(nèi)的頂部設(shè)有蓄電池組，底部設(shè)有主安裝板，所述Y射線源系統(tǒng)、多路探測器以及多路后準(zhǔn)直器均安裝在主安裝板上，所述多路后準(zhǔn)直器下端設(shè)有薄底板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深?？扇急綔y儀，其特征在于所述探測采傳系統(tǒng)包括集成在探測儀機(jī)箱內(nèi)多路探測器、高壓電源機(jī)箱、多道脈沖幅度分析器、通信接口，所述多路探測器上設(shè)有輸出電纜插座，其上方設(shè)有探測采傳系統(tǒng)機(jī)箱，所述探測采傳系統(tǒng)機(jī)箱上端設(shè)有高壓電源機(jī)箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深?？扇急綔y儀，其特征在于所述Y射線源系統(tǒng)包括Y射線源容器，低能量的Y射線源和前準(zhǔn)直器，所述Y射線源容器由重金屬材料制成，所述Y射線源系統(tǒng)外部設(shè)有鉛屏蔽套。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深?？扇急綔y儀，其特征在于所述多道脈沖幅度分析器設(shè)有嵌入式微處理器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深?？扇急綔y儀，其特征在于所述耐高壓筒頂部設(shè)有吊環(huán)把手，底部設(shè)有可伸縮的插腳。
全文摘要
一種基于γ射線康普頓背散射掃描技術(shù)的深?？扇急綔y儀，包括有耐高壓筒、探測儀機(jī)箱、γ射線源系統(tǒng)、探測采傳系統(tǒng)、多路探測器以及多路后準(zhǔn)直器，所述探測儀機(jī)箱安裝在耐高壓筒內(nèi)，所述探測儀機(jī)箱內(nèi)的頂部設(shè)有蓄電池組，底部設(shè)有主安裝板，所述γ射線源系統(tǒng)、多路探測器以及多路后準(zhǔn)直器均安裝在主安裝板上，所述多路后準(zhǔn)直器下端設(shè)有薄底板。本發(fā)明適應(yīng)海底探測，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，探測能力廣，在技術(shù)原理上基于γ射線與物質(zhì)相互作用的康普頓背散射掃描技術(shù)，依據(jù)康普頓背散射光子計數(shù)特征直接、快速、準(zhǔn)確判斷被測物是否為可燃冰。
文檔編號G01N23/203GK102778469SQ201210292108
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者丁厚本, 余章倩, 余章敏, 馮盼盼 申請人:合肥奧意克斯光電科技有限公司