專利名稱：用于檢測特定放射性核素的能量分段的方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測放射性核素方法，尤其是一種用于檢測特定放射性核素的能量分段的方法及其電路。
背景技術(shù)：
核探測技術(shù)領(lǐng)閾，一般都使用光電轉(zhuǎn)換探測器將吸收的高能射線轉(zhuǎn)換為微弱的電子脈沖，并通過信號處理技術(shù)轉(zhuǎn)換成可測量的脈沖信號，信號的幅度則反應(yīng)了射線的能量。要探測某種特定的放射性核素(如銫-137，Cs-137)的強度，則需要使用多道脈沖幅度分析器(mult1-channelanalyzer, MCA),取得特定的放射性核素對應(yīng)能量峰位(如銫-137的電子對效應(yīng)全能峰在662KeV)的脈沖計數(shù)，根據(jù)一定的算法，得到核素的強度。此方法在得到全能段譜線的情況下，提取出其中的一些特定的能段數(shù)據(jù)用于計算，并通過一定的修正得到最終的結(jié)果。此方法的不足在于需要使用多道脈沖幅度分析器獲得全能段的譜線，硬件和算法都比較復(fù)雜，需要大尺寸的探測器，較大的儀器體積，高速的硬件檢測電路，漫長的檢測過程，不能采集較高計數(shù)率的脈沖信號，并且造價昂貴，特別是對于需要快速測量特定單個核素的場合不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于檢測特定放射性核素的能量分段的方法及其電路，在簡便直接的硬件電路上，采集特定能段數(shù)據(jù)，快速測量特定核素的含量。本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種用于檢測特定放射性核素的能量分段的方法，該方法采用NaI晶體及光電倍增管組成探測器組件，將高能射線轉(zhuǎn)換為微弱脈沖信號，信號放大電路將微弱脈沖信號放大整形為一定幅度的信號供給后續(xù)電路，放大整形后的信號輸出給采用2個低偏置電壓高速比較器組成上甄別閾和下甄別閾判別電路，并由高精度低溫漂集成電壓基準(zhǔn)源電路產(chǎn)生基準(zhǔn)源，并由精密電`位器調(diào)節(jié)后給比較器提供比較電壓，調(diào)節(jié)電位器即調(diào)節(jié)上甄別閾和下甄別閾電壓；比較器輸出信號給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的反符合電路和與非門電路，就可以得到幅度在上下甄別閾之間的特定脈沖信號；脈沖信號由MCU控制器采集后得到脈沖計數(shù)，經(jīng)過線性濾波調(diào)整等算法計算數(shù)量，定量測量特定放射性核素；在對電路能量定標(biāo)后，根據(jù)特定放射性核素的能量特征峰，調(diào)節(jié)上下閾值的電壓，根據(jù)能段寬度調(diào)整相應(yīng)的上下閾值的道寬，就可以適應(yīng)各種不同的放射性核素的定量檢測。用于檢測特定放射性核素的能量分段的電路，該電路包括由探測器、放大電路、單道脈沖幅度分析器、微控制器電路，探測器在高壓電源的激勵下，將吸收高能射線，并轉(zhuǎn)化微弱的電子信號；放大電路將探測器所得到的微弱電子信號放大并展寬為具有一定幅度的可測量的脈沖信號；單道脈沖幅度分析器將脈沖信號中，脈沖幅度介于上下甄別閾之間的甄別出來，給微控制器用于計數(shù)；微控制器獲得指定幅度區(qū)間的脈沖計數(shù)后，通過特殊線性擬合算法計算，實現(xiàn)特定放射性核素的定量檢測；單道脈沖幅度分析器包括上下閾值調(diào)節(jié)器、比較器、可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、與非門電路，經(jīng)過放大展寬后的脈沖信號，通過兩個上下閾值比較器，得到正脈沖信號；再通過兩個不同的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，輸入到與非門電路。本發(fā)明的優(yōu)點在于:硬件簡單易行，只需小尺寸的探測器，就可完成一定精度的測量，不需要大體積的屏蔽室，因此構(gòu)成的定量檢測儀器成本大大降低，使得普通的消費都也能購買使用特定核素的定量檢測儀器。由于使用硬件的脈沖計數(shù)，能測量很高的計數(shù)率(高達20K/s以上)，因此測量范圍更高。通過比較器，使得脈沖幅度位于上下甄別閾值之間的脈沖才作為有效脈沖計入統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從而方便地從能量譜線中取出特定能段的計數(shù)，屏蔽了不想測量的放射性核素的能量計數(shù)，從而使的單核素的測量結(jié)果更加精確。在需要測量不同放射性核素的場合，只需要通過調(diào)節(jié)上下甄別閾值水平，就可以得到不同放射性核素的電子對效應(yīng)全能峰能量計數(shù)，靈活方便，適用于各種放射性核素的定量檢測。針對某些放射性核素具有幾個能量特征峰值，可以使多個單道脈沖幅度甄別電路，單獨計數(shù)，就可以得到多個能段數(shù)據(jù)。


圖1為本發(fā)明所述的檢測特定放射性核素的原理框 圖2為單道脈沖幅 度分析器電路原理框 圖3為單道脈沖幅度分析器電路 圖4為單道脈沖幅度分析器邏輯時序圖。圖中J20為圖3中的電位器VRl調(diào)節(jié)輸出的上閾值電壓、J21為圖3中電位器VR2調(diào)節(jié)輸出的下閾電壓Jl為圖3中的上閾值比較器U2A的輸出信號、J3為圖3中的下閾值比較器U2B的輸出信號J24為圖3中的上閾值單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4A的輸出信號，J25為圖3中的下閾值單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4B的輸出信號；J2為圖在中的與非門U6A的輸出信號。
具體實施例方式本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:前端采用NaI晶體及光電倍增管組成探測器組件，將高能射線轉(zhuǎn)換為微弱脈沖信號；信號放大電路將微弱脈沖信號放大整形為一定幅度的信號供給后續(xù)電路；放大整形后的信號輸出給采用2個低偏置電壓高速比較器組成上甄別閾和下甄別閾判別電路，并由高精度低溫漂集成電壓基準(zhǔn)源電路產(chǎn)生基準(zhǔn)源，并由精密電位器調(diào)節(jié)后給比較器提供比較電壓，調(diào)節(jié)電位器即調(diào)節(jié)上甄別閾和下甄別閾電壓。比較器輸出信號給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的反符合電路和與非門電路，就可以得到幅度在上下甄別閾之間的特定脈沖信號。脈沖信號由MCU控制器采集后得到脈沖計數(shù)，經(jīng)過線性濾波調(diào)整等算法計算數(shù)量，定量測量特定放射性核素。在對電路能量定標(biāo)后，根據(jù)特定放射性核素的能量特征峰，調(diào)節(jié)上下閾值的電壓，根據(jù)能段寬度調(diào)整相應(yīng)的上下閾值的道寬，就可以適應(yīng)各種不同的放射性核素的定量檢測。如圖1所示，本發(fā)明涉及的檢測特定放射性核素的電路原理框圖，包括由探測器、放大電路、單道脈沖幅度分析器、微控制器電路四大部分組成，探測器在高壓電源的激勵下，將吸收高能射線，并轉(zhuǎn)化微弱的電子信號；放大電路將探測器所得到的微弱電子信號放大并展寬為具有一定幅度的可測量的脈沖信號；單道脈沖幅度分析器將脈沖信號中，脈沖幅度介于上下甄別閾之間的甄別出來，給微控制器用于計數(shù)；微控制器獲得指定幅度區(qū)間的脈沖計數(shù)后，通過特殊線性擬合算法計算，實現(xiàn)特定放射性核素的定量檢測。由于某些核素在能量譜線中具有幾個能量特征峰，為了提高測量精度，可采用圖1所示的多個單道脈沖幅度分析器，獲取多個能段數(shù)據(jù)，更好地適應(yīng)測量。如圖2所示，單道脈沖幅度分析器由上下閾值調(diào)節(jié)器、比較器、可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、與非門電路組成。經(jīng)過放大展寬后的脈沖信號，通過兩個上下閾值比較器(信號都從比較器負(fù)端輸入)，得到正脈沖信號；再通過兩個不同的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，輸入到與非門電路。若輸入的一個脈沖，幅度介于上下閾值之間，則單道脈沖幅度分析器會輸出一個負(fù)脈沖，否則沒有輸出。如圖3所 示為實際電路原理圖，圖中所示，精密電位器VRl的將2.5V的基準(zhǔn)電壓分壓后，得到單道脈沖輻度分析器的上閥電壓，調(diào)節(jié)端連接阻抗匹配電阻R2，再連接到比較器U2A的正輸入端3腳，經(jīng)過放大后的脈沖信號(AMP)連接了一個阻抗匹配電阻R3后再連到了比較器U2A的負(fù)輸入端2腳；比較器U2A的比較輸出端I腳連接了一個上拉電阻R1，同時連接到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4A的負(fù)輸入端11腳；U4A的8腳接地，16腳接電源，同時，電源和地之間并聯(lián)了一個退耦電容C2，U4A的13腳和14腳之間并聯(lián)了一個電阻R7和二極管VI，U4A的14腳和15腳之間并聯(lián)了一個電容C4，R7和C4組成RC電路，決定了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度，Vl為快速放電用。同理比較器U2B作為下閥比較器，輸出端7腳經(jīng)過上拉電阻R6，再連接到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4B的正輸入端，同上所述，R5和Cll組成RC電路，決定了U4B的輸出脈沖寬度。兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4A、U4B的輸出端，即9腳和6腳，連接到與非門U6A的兩個輸入端,U6A的輸出端3腳最終輸出有效的脈沖信號。另外，圖中所不的V5為電壓基準(zhǔn)源芯片，VCC在連接電阻R20后，連接到V5的2腳，V5的I腳接地，2腳輸出，輸出端并聯(lián)了一個大電容C13和一個小電容C12。V5的基準(zhǔn)源輸出2.5V基準(zhǔn)電壓，連接到精密電位器VRl和VR2。如圖4所示為本發(fā)明中的單道脈沖幅度分析器的邏輯時序圖，圖中J20 (上閾電壓)表示在圖3所示的電路圖中J20處的電壓波形，同理J21，Jl, J3，J24，J25，J2。其中J20J21為圖3所示的電路圖中的兩個電位器調(diào)節(jié)的電壓，J1，J3為兩個比較器的輸出電壓，J24, J25為兩個單穩(wěn)壓觸發(fā)器的輸出電壓，J2為與非門的輸出電壓。在時刻a至?xí)r刻b過程中，脈沖信號的幅度大于J21的信號，因此下閾比較器輸出J3 一個負(fù)脈沖，上閾比較器輸出信號Jl 一直為高。因此在b時刻，J3的上升沿觸發(fā)了圖3中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4B，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4B由上升沿觸發(fā),輸出常態(tài)為低,觸發(fā)后會輸出一個高電平脈沖。在b時刻，圖3中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4B輸出信號J25為一個高電平脈沖。而由下降沿觸發(fā)，常態(tài)為高，觸發(fā)后為低的圖3中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4A，在一直沒有觸發(fā)，則保持高電平，因此在b時刻后，圖3中與非門U6A的輸出信號J2為一個負(fù)脈沖。至此時刻a至?xí)r刻b這個符合要求的脈沖信號被檢測到并整形為標(biāo)準(zhǔn)脈沖。同理,在時刻c到時刻f期間，輸入信號大于下閾值電壓J21,因此,J3仍會有一個負(fù)脈沖。在時刻d到時刻e期，輸入信號大于上閾值電壓J20，因此Jl也有一個相應(yīng)寬度的負(fù)脈沖。同時，Jl的電壓在e時刻的下降沿觸發(fā)了圖3中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4A，J24輸出一個負(fù)脈沖。J3在f時刻的上升沿觸發(fā)了圖3中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4B，J25在f時刻的輸出一個正脈沖。由于J24的負(fù)脈沖寬度大于J25處的脈沖，因此圖3中與非門U6A的輸出J2 —直為高，至此，這個脈沖幅度不在上下閾之間的脈沖沒有觸后續(xù)的計數(shù)電路，沒有計入有效數(shù)據(jù)。在單道脈沖幅度分析器如圖3中所示的電路，檢測到輸入信號中的符合上下閾要求的脈沖，則給MCU控制電路輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的脈沖，并且過濾掉不符合要求的脈沖信號。換算到能量的角度，則此電路取出了特定能段的計數(shù)數(shù)據(jù)。若需要多個能段來標(biāo)識某個特定的放射性核素，則使用多個如圖3中所示的電路，從而使定量測量更加準(zhǔn)確。
權(quán)利要求
1.用于檢測特定放射性核素的能量分段的方法，其特征在于:該方法采用NaI晶體及光電倍增管組成探測器組件，將高能射線轉(zhuǎn)換為微弱脈沖信號，信號放大電路將微弱脈沖信號放大整形為一定幅度的信號供給后續(xù)電路，放大整形后的信號輸出給采用2個低偏置電壓高速比較器組成上甄別閾和下甄別閾判別電路，并由高精度低溫漂集成電壓基準(zhǔn)源電路產(chǎn)生基準(zhǔn)源，并由精密電位器調(diào)節(jié)后給比較器提供比較電壓，調(diào)節(jié)電位器即調(diào)節(jié)上甄別閾和下甄別閾電壓；比較器輸出信號給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的反符合電路和與非門電路，就可以得到幅度在上下甄別閾之間的特定脈沖信號；脈沖信號由MCU控制器采集后得到脈沖計數(shù)，經(jīng)過線性濾波調(diào)整等算法計算數(shù)量，定量測量特定放射性核素；在對電路能量定標(biāo)后，根據(jù)特定放射性核素的能量特征峰，調(diào)節(jié)上下閾值的電壓，根據(jù)能段寬度調(diào)整相應(yīng)的上下閾值的道寬，就可以適應(yīng)各種不同的放射性核素的定量檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于檢測特定放射性核素的能量分段的方法，其特征在于:該方法的電路包括由探測器、放大電路、單道脈沖幅度分析器、微控制器電路，探測器在高壓電源的激勵下，將吸收高能射線，并轉(zhuǎn)化微弱的電子信號；放大電路將探測器所得到的微弱電子信號放大并展寬為具有一定幅度的可測量的脈沖信號；單道脈沖幅度分析器將脈沖信號中，脈沖幅度介于上下甄別閾之間的甄別出來，給微控制器用于計數(shù)；微控制器獲得指定幅度區(qū)間的脈沖計數(shù)后，通過特殊線性擬合算法計算，實現(xiàn)特定放射性核素的定量檢測；單道脈沖幅度分析器包括上下閾值調(diào)節(jié)器、比較器、可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、與非門電路，經(jīng)過放大展寬后的脈沖信號，通過兩個上下閾值比較器，得到正脈沖信號；再通過兩個不同的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器電路，輸入到與非門電路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于檢測特定放射性核素的能量分段的方法，該方法采用NaI晶體及光電倍增管組成探測器組件，將高能射線轉(zhuǎn)換為微弱脈沖信號，信號放大電路將微弱脈沖信號放大整形為一定幅度的信號供給后續(xù)電路，放大整形后的信號輸出給采用2個低偏置電壓高速比較器組成上甄別閾和下甄別閾判別電路，并由高精度低溫漂集成電壓基準(zhǔn)源電路產(chǎn)生基準(zhǔn)源，并由精密電位器調(diào)節(jié)后給比較器提供比較電壓，調(diào)節(jié)電位器即調(diào)節(jié)上甄別閾和下甄別閾電壓。本發(fā)明的優(yōu)點在于硬件簡單易行，只需小尺寸的探測器，就可完成一定精度的測量，不需要大體積的屏蔽室，因此構(gòu)成的定量檢測儀器成本大大降低，使得普通的消費都也能購買使用特定核素的定量檢測儀器。
文檔編號G01T1/36GK103235331SQ201310148419
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者范美仁, 易勇, 瞿金輝 申請人:貝谷科技股份有限公司