一种消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法及装置制造方法及图纸

一种消除温度对Si‑PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法及装置，涉及氡浓度测量技术领域，所述消除温度对Si‑PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法包括信号放大、能谱峰跟随、信号幅度甄别及氡浓度确定四个步骤。本发明专利技术以温湿度传感器测量的温度作为探测器实际温度的参考依据，结合峰保持电路和ADC转换电路采集探测器输出的能谱峰幅度来精确判断探测器实际温度，进而实现了能谱峰跟随、消除温度对Si‑PIN探测器ɑ能谱峰漂移的影响，最大程度地降低了因探测器与温湿度传感器测量的温度存在差异所导致的测量结果偏差，保证了测量结果的准确和可靠性，能够适应核设施现场的连续监测要求。

Method and device for eliminating the temperature of peak drift effect on Si PIN. The detector

A method and a device for eliminating the temperature of peak drift effect on Si alpha PIN detector, relates to the measurement of radon concentration field, the method of eliminating temperature peak drift effect on Si PIN. The detector includes signal amplification, energy spectrum, amplitude discriminator and follow the four steps to determine the concentration of radon. The temperature and humidity sensor temperature measurement of the actual temperature detector as reference, combined with the peak hold circuit and ADC conversion circuit acquisition detector output peak amplitude to accurately judge the actual temperature detector, thus achieving peak follow, eliminate the influence of peak temperature drift of Si PIN detector. The maximum. Reduced by the detector and the temperature and humidity sensors to measure temperature measurement results caused by the difference of the deviation, to ensure the accuracy and reliability of measurement results, can adapt to continuous monitoring of nuclear facilities to the scene.

【技术实现步骤摘要】
一种消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法及装置
本专利技术涉及氡浓度测量
，特别涉及一种消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法及装置。
技术介绍
与其它探测器相比，Si-PIN探测器半导体探测器具有能量分辨率高、时间响应快、线性范围宽、体积小、工作电压较低等优点。该探测器是一个反向偏置的PN结二极管，相当于一个固体电离室，工作原理与气体电离室类似，不同的是用半导体材料取代了气体探测器中的气体。带电粒子入射到耗尽区时产生电子—空穴对，在灵敏区电场作用下分别向两侧运动，被电极所收集形成脉冲电荷信号，此电荷脉冲信号的大小与入射粒子在灵敏区中损失的能量成正比，这是用来测量带电粒子能量的主要依据。探测器的死层越薄、反向漏电流越低、结电容越小，则探测器的性能就越好，对入射带电粒子的能量分辨率也会越高。静电收集α能谱法测氡，采用Si-PIN探测器，在一定的温度范围内能很好地鉴别出各个核素(如218Po，214Po等)释放的ɑ粒子能量，但是温度的变化对半导体有着很大的影响，当测量环境温度发生变化时，相同能量的α粒子经Si-PIN探测器检测后输出的信号幅度会存在差异，从而不能准确甄别出α粒子能量，进而影响氡的准确可靠测量，具体来说，当温度升高时，Si-PIN探测器输出信号的幅度变小，经前置放大器和放大成形电路后，其输出幅度随之变小，效果见图1所示；反之，当温度降低时，其输出幅度升高，温度变化会影响能谱峰的准确甄别，进而影响探测粒子的准确测量。因此,消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移的影响是很有必要的。中国专利文献“CN103984004A”公开了一种自动消除PIPS探测器ɑ能谱峰温度漂移的方法及装置，其通过在测量室与半导体探测器之间建立高压静电场，采用抽气泵取样时长为Ts，使含氡空气以一定的流率(如Q＝3L.min-1)经高效过滤器后进入测量室，由222Rn衰变产生的第一代子体218Po带正电荷会在静电场的作用下吸附到半导体探测器表面，当其子体进一步衰变产生α粒子时，α粒子产生的电信号经前置放大电路进行前级预放大，再由放大成形电路对该信号进一步放大并成形输出，然后通过脉冲幅度甄别电路对其信号的幅度进行甄别后送入单片机的脉冲计数端，单片机对脉冲幅度甄别电路输出的脉冲信号进行计数，最后根据α粒子计数与氡浓度的关系(即刻度因子)确定氡浓度。该专利通过温湿度传感器采集的温度数计算出相应的阈值能谱道数，阈值自动调节电路再按照阈值能道谱数自动调节脉冲幅度甄别电路的阈值电平，能够明显改善温度变化对PIPS探测器ɑ能谱峰漂移的影响。但是仪器在测量过程中，测量室内温度与探测器的温度在未完全达到平衡前，探测器的实际温度与温湿度传感器测量的温度(温湿度传感器测量的是测量室内温度)会存在一定的差异，若直接采用温湿度传感器采集的温度值作为探测器的实际温度，会导致测试结果出现偏差，故该方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中Si-PIN探测器受环境温度变化的影响、提高α离子的测量准确可靠性，提供一种消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法。基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供一种消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的装置。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法，包括以下步骤：一、信号放大：Si-PIN探测器测量α粒子产生的电信号经前置放大电路预放大，再经放大成形电路放大后输出两路信号；二、能谱峰跟随：在所述放大成形电路输出的两路信号中，一路信号通过峰保持电路将脉冲峰值保持一段时间，然后由ADC转换成数字信号输出至单片机，单片机根据温湿度传感器采集的测量室内温度数据，先计算出一个能谱峰参考范围，再根据该能谱峰参考范围中峰值点所对应的能谱道数计算出探测器的实际温度数，然后根据探测器的实际温度数得出上阈值能谱道数实际值和下阈值能谱道数实际值；三、信号幅度甄别：在所述放大成形电路输出的两路信号中，另一路信号经脉冲幅度甄别电路进行信号幅度甄别后输出脉冲信号至单片机，所述脉冲幅度甄别电路的上阈值电平和下阈值电平由单片机根据上阈值能谱道数实际值和下阈值能谱道数实际值来控制阈值自动调节电路进行调节；当脉冲幅度甄别电路输入脉冲的幅度位于其下阈值电平与上阈值电平之间时，则输出一个数字脉冲，若输入脉冲的幅度低于下阈值电平或高于上阈值电平，则无输出脉冲；四、氡浓度确定：单片机对脉冲幅度甄别电路输出的脉冲信号进行计数，最后根据α粒子计数与氡浓度的关系确定氡浓度。在上述方法的步骤二中，所述探测器的实际温度数按照以下公式(1)计算得到，所述能谱峰参考范围的上阈值能谱道数和下阈值能谱道数分别按照以下公式(2)和公式(3)计算得到，所述上阈值能谱道数实际值和下阈值能谱道数实际值分别按照以下公式(4)和公式(5)计算得到：Y1＝-1.39026·exp(7.62672X)+611(1)；Y2＝-1.39026·exp(7.62672x)+650(2)；Y3＝-1.39026·exp(7.62672x)+410(3)；Y4＝-1.39026·exp(7.62672X)+650(4)；Y5＝-1.39026·exp(7.62672X)+410(5)；以上公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)和公式(5)中，x为温湿度传感器采集的测量室内温度数据；X为探测器的实际温度数；Y1为能谱峰参考范围中峰值点所对应的能谱道数；Y2为能谱峰参考范围的上阈值能谱道数；Y3为能谱峰参考范围的下阈值能谱道数；Y4为上阈值能谱道数实际值；Y5为下阈值能谱道数实际值。进一步地，在步骤三中，所述阈值自动调节电路调节脉冲幅度甄别电路输出的上阈值电平为(10/1024)*Y4、下阈值电平为(10/1024)*Y5。其中，所述公式(1)是通过对0℃-45℃条件下的实验测量数据中能谱峰道数值与探测器实际温度数值进行非线性拟合获得的函数关系式，所述公式(2)、公式(3)、公式(4)及公式(5)是依据公式(1)和218Po能谱峰的特性得到函数关系式。作为本专利技术的另一方面，一种消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的装置，包括前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路、峰保持电路、ADC转换电路、单片机、阈值自动调节电路以及设置在测量室内的Si-PIN探测器和温湿度传感器；所述Si-PIN探测器、前置放大电路、放大成形电路、脉冲幅度甄别电路及单片机依次相连，所述阈值自动调节电路的输入端与单片机相连，所述阈值自动调节电路的输出端与脉冲幅度甄别电路相连，所述温湿度传感器与单片机相连，所述峰保持电路的输入端与放大成形电路的输出端相连，所述峰保持电路的输出端连接ADC转换电路，所述ADC转换电路再与单片机相连；该装置依据前述的方法消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移的影响。在上述消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的装置中，优选的，所述单片机型号为STC15F2K60。在本专利技术中，温湿度传感器采集的温度值仅用于提供给单片机来计算能谱峰参考范围(大致确定能谱峰的真实范围)，在大致确定能谱峰的真实范围后，再通过该范围中峰值点所对应的能谱道数计算出探测器的实际温度数，最后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除温度对Si‑PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法，包括以下步骤：一、信号放大：Si‑PIN探测器测量α粒子产生的电信号经前置放大电路预放大，再经放大成形电路放大后输出两路信号；二、能谱峰跟随：在所述放大成形电路输出的两路信号中，一路信号通过峰保持电路将脉冲峰值保持一段时间，然后由ADC转换成数字信号输出至单片机，单片机根据温湿度传感器采集的测量室内温度数据，先计算出一个能谱峰参考范围，再根据该能谱峰参考范围中峰值点所对应的能谱道数计算出探测器的实际温度数，然后根据探测器的实际温度数得出上阈值能谱道数实际值和下阈值能谱道数实际值；三、信号幅度甄别：在所述放大成形电路输出的两路信号中，另一路信号经脉冲幅度甄别电路进行信号幅度甄别后输出脉冲信号至单片机，所述脉冲幅度甄别电路的上阈值电平和下阈值电平由单片机根据上阈值能谱道数实际值和下阈值能谱道数实际值来控制阈值自动调节电路进行调节；当脉冲幅度甄别电路输入脉冲的幅度位于其下阈值电平与上阈值电平之间时，则输出一个数字脉冲，若输入脉冲的幅度低于下阈值电平或高于上阈值电平，则无输出脉冲；四、氡浓度确定：单片机对脉冲幅度甄别电路输出的脉冲信号进行计数，最后根据α粒子计数与氡浓度的关系确定氡浓度。...

【技术特征摘要】
1.一种消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法，包括以下步骤：一、信号放大：Si-PIN探测器测量α粒子产生的电信号经前置放大电路预放大，再经放大成形电路放大后输出两路信号；二、能谱峰跟随：在所述放大成形电路输出的两路信号中，一路信号通过峰保持电路将脉冲峰值保持一段时间，然后由ADC转换成数字信号输出至单片机，单片机根据温湿度传感器采集的测量室内温度数据，先计算出一个能谱峰参考范围，再根据该能谱峰参考范围中峰值点所对应的能谱道数计算出探测器的实际温度数，然后根据探测器的实际温度数得出上阈值能谱道数实际值和下阈值能谱道数实际值；三、信号幅度甄别：在所述放大成形电路输出的两路信号中，另一路信号经脉冲幅度甄别电路进行信号幅度甄别后输出脉冲信号至单片机，所述脉冲幅度甄别电路的上阈值电平和下阈值电平由单片机根据上阈值能谱道数实际值和下阈值能谱道数实际值来控制阈值自动调节电路进行调节；当脉冲幅度甄别电路输入脉冲的幅度位于其下阈值电平与上阈值电平之间时，则输出一个数字脉冲，若输入脉冲的幅度低于下阈值电平或高于上阈值电平，则无输出脉冲；四、氡浓度确定：单片机对脉冲幅度甄别电路输出的脉冲信号进行计数，最后根据α粒子计数与氡浓度的关系确定氡浓度。2.根据权利要求1所述的消除温度对Si-PIN探测器ɑ能谱峰漂移影响的方法，其特征在于：步骤二中，所述探测器的实际温度数按照以下公式(1)计算得到，所述能谱峰参考范围的上阈值能谱道数和下阈值能谱道数分别按照以下公式(2)和公式(3)计算得到，所述上阈值能谱道数实际值和下阈值能谱道数实际值分别按照以下公式(4)和公式(5)计算得到：Y1＝-1.39026·exp(7.62672X)+611(1)；Y2＝-1.39026·exp(7.62672x)+650(2)；Y3＝-1.39026·exp(7.62672x)+410(3)；Y4＝-1.39026·exp(7.62672X)+650(4)；Y5＝-1.390...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志强，肖德涛，
申请(专利权)人：衡阳师范学院，南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43