一種基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測儀及其探測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于輻射傳感探測技術領域，特別是應用了分布式光纖傳感技術將整根閃 爍光纖作為傳感部分的單端反射型在線放射性探測儀，其可以在核泄漏監(jiān)控、海洋監(jiān)測、地 質勘探、生物醫(yī)學、追蹤定位、軍事航天等領域連續(xù)實時地對輻射環(huán)境的劑量等輻射物理參 數進行測量，并且可分析獲得放射源的位置信息。相較于傳統的放射性探測儀，其解決了在 海洋、高空、地底等人類難以進入的惡劣環(huán)境中進行在線的放射性監(jiān)測與分析定位的難題。
【背景技術】
[0002] 分布式光纖傳感探測技術是根據沿線光波分布特征參量，同時獲取在傳感光纖區(qū) 域內隨時間和空間變化的被測量的分布信息，可以有效的實現長距離、大范圍的實時、連 續(xù)、長期傳感，還具有精度高、布線方便、能克服惡劣環(huán)境等優(yōu)點。采用分布式光纖傳感的系 統在空間上具備測量的連續(xù)性，避免使用大量分立的傳感元件，可以大大降低傳感部分的 系統成本。
[0003] 閃爍光纖是一種兼有輻照探測和光信號傳輸功能的功能元件。根據使用的閃爍材 料，閃爍光纖可分為三大類：閃爍玻璃光纖、閃爍塑料（聚苯乙烯）光纖和閃爍毛細管液 體（苯、二甲苯、甲苯）光纖。閃爍光纖摻雜的稀土元素，當有快速運動的α、β粒子，或 Y、X射線照射閃爍光纖時，在光纖芯內將會激勵起閃爍光。這時，閃爍光纖就是一個射線 探測器。在光纖芯內激勵起的閃爍光是各向同性的。由于光纖芯部的折射率大于包層的折 射率，根據全反射原理，只有那些位于臨界角以外的閃爍光才能在光纖內傳輸。這時，閃爍 光纖便起光傳輸的作用。近年來，隨著高能物理的發(fā)展和各種像增強技術的出現，使閃爍光 纖技術得到了迅速發(fā)展。與普通閃爍體相比，閃爍光纖的傳輸衰減和時間特性都有了很大 的改善。閃爍光纖可以彎成不同的形狀，可以延伸到空間任何位置，用其組成的探測器具有 空間分辨好、時間分辨好、機械可塑性好等優(yōu)點，因此受到高能物理學家的普遍重視。目前 正廣泛地應用于核與粒子物理實驗中，同時在工業(yè)、醫(yī)學、生物的射線成像系統中也將有重 要的應用。
[0004] -些現有的利用閃爍光纖的放射探測系統克服了傳統的閃爍體探測器的許多缺 點，但是由于閃爍光纖體積的限制，基體密度很小，與輻射產生相互作用有限，光產量比較 小，在低能量和低劑量率的情況下，靈敏度不會很高，所以多用于光學成像方面。又由于閃 爍光纖自身的傳輸損耗比較大，所以在靈敏度、能量特性、可測量的輻射劑量率范圍和長距 離傳輸應用上會受到限制。還有，現有的輻射探測器多是對輻射劑量的檢測，而鮮有進一步 的對輻射能譜的分析。最后，傳統的輻射探測器并不能對輻射作用發(fā)生位置進行追溯，抑或 要采用多端探測結構而大大加大系統成本。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明旨在解決對放射性探測和分析的現有方法中存在的上述問題，提供了一種 基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測儀，同時提供了一種該探測儀的探測方 法。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：
[0007] -種基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測儀，該探測儀包括閃爍光 纖、光耦合器件、多模光纖、光電轉換器、信號處理模塊、計算機，所述的閃爍光纖其中一端 面鍍有高反射膜，另一端未鍍高反射膜，未鍍高反射膜一端通過光耦合器件連接至多模光 纖一端，多模光纖的另一端耦合連接至光電轉換器，光電轉換器依次連接信號處理模塊和 計算機。
[0008] 進一步的，所述光耦合器件為具有光收集能力和極低的插入損耗光纖連接器，其 兩端接口尺寸分別對應閃爍光纖外徑和多模光纖外徑，用于連接閃爍光纖與傳輸用多模光 纖。
[0009] 進一步的，所述的閃爍光纖通過連接多模光纖傳導延長使用范圍，所述多模光纖 為在閃爍光纖熒光波段低損傳輸光纖。
[0010] 進一步的，所述光電轉換器、信號處理模塊和計算機部分整體做封裝處理。
[0011] 進一步的，所述光電轉換器為光電二極管或雪崩二極管。
[0012] 進一步的，該探測儀可采用多根閃爍光纖組成探測網絡。
[0013] 進一步的，所述的閃爍光纖其中一端面鍍有的高反射膜為銀材質，厚度為 45_55nm〇
[0014] -種基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測儀的探測方法，包括以下 步驟：
[0015] (1)閃爍光纖傳感探頭置于輻射環(huán)境中，吸收射線能量繼而產生閃爍光脈沖的步 驟；
[0016] (2)閃爍光脈沖沿兩條路徑抵達光電轉換器的步驟；
[0017] (3)對比兩路徑閃爍光脈沖抵達光電轉換器的時間差，分析出輻射與閃爍光纖相 互作用的位置信息的步驟；
[0018] (4)閃爍光脈沖通過多模光纖傳輸后進入光電轉換器轉化為的電子脈沖信號，經 過信號處理后進入計算機進行數據儲存及能譜分析的步驟；
[0019] (5)經上述步驟（4)得到輻射環(huán)境的輻射物理參數，完成對被測環(huán)境的放射性探 測的步驟。
[0020] 進一步的，以上所述的方法中通過采用多根閃爍光纖組成探測網絡，實現對放射 源的定位。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點及效果：
[0022] 本發(fā)明所述儀器如前文所述，通過應用分布式光纖傳感技術的思路，在閃爍光纖 一端鍍高反膜，使閃爍光脈沖會沿兩條路徑抵達光電轉換器，對比兩路徑閃爍光脈沖抵達 光電轉換器的時間差，可以分析出輻射與閃爍光纖相互作用的位置信息；通過閃爍光纖作 為傳感單元，吸收射線能量繼而產生閃爍光脈沖，閃爍光脈沖通過多模光纖進入光電轉換 器轉化為電子脈沖信號，再通過信號處理后進入計算機進行數據儲存及能譜分析，可以獲 得所測環(huán)境內的輻射物理參數。根據測試原理，待測輻射環(huán)境的劑量和能譜以及發(fā)生位置 都可以分析得出，這樣設計的放射性探測儀功能齊全，最主要的效果是能實現對放射源的 追蹤定位。同時，利用端面反射技術只需在光纖一端布置光電轉換器件和信號處理模塊，實 現了單端探測，控制了儀器成本。此外，提出了一種適用于該儀器的信號甄別算法，能夠提 取有效信號，提高儀器性能。最后，該儀器還具有傳感探頭部分體積小、靈活度高，單探測器 可測量范圍廣、可遠程實時感測、電子學部分受外界環(huán)境影響小等優(yōu)點，可適用范圍廣泛。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖，
[0024] 圖中：1.閃爍光纖，2.光耦合器件，3.多模光纖，4.光電轉換器，5.信號處理模 塊，6.計算機。
【具體實施方式】
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明提供的基于閃爍光纖的分布式反射型在線低本底放射探測儀 包括閃爍光纖1、光纖連接器2、多模光纖3、信號處理模塊4、計算機5 ;所述閃爍光纖1可 以與福射相互作用產生光脈沖，閃爍光纖1的一端鍍有高反射膜，閃爍光纖1的另一端通過 光纖連接器2連接至多模光纖3,多模光纖3的另一端連接光電轉換器4,光電探測器4接 入信號處理模塊5和計算機6,光電探測器4、信號處理模塊5和計算機6三部分做封裝處 理。閃爍光纖傳感探頭部分置于輻射環(huán)境中，產生的閃爍光脈沖會沿兩條路徑抵達光電轉 換器4,通過信號處理模塊5和計算機6譜分析從中可以得出輻射與閃爍光纖1相互作用的 位置信息和輻射物理參數。本發(fā)明中閃爍光纖1的一端鍍有的高反射膜采用銀材質，厚度 為45-55nm可達到本發(fā)明效果。
[0026] 本發(fā)明中，利用閃爍光纖1作為傳感器件，閃爍光纖1其中一端鍍有50nm銀材質 高反射膜，由于輻射環(huán)境中的高能粒子進入閃爍光纖1，可以與之發(fā)生相互作用（主要包括 光電效應、康普頓散射、正負電子對效應），并產生次級電子，這些次級電子又會再次激發(fā)發(fā) 光材料產生閃爍光脈沖。這些閃爍光脈沖會沿閃爍光纖1兩個方向運動，其中一方向的光 脈沖會直接通過耦合進多模光纖3將閃爍光脈沖收集到適配的光電轉換器4(如光電二極 管或雪崩二極管）中，產生電子脈沖。另一方向的光脈沖會先經過光纖端面反射后反向傳 輸耦合進多模光纖3,繼而通過多模光纖3傳輸收集入適配的光電轉換器4中，產生電子脈 沖。產生于同一輻射事件的光脈