基于Time-to-Count方法的伽马剂量计及监测方法技术

本发明专利技术提供一种基于Time

Gamma dosimeter and monitoring method based on time to count method

【技术实现步骤摘要】
基于Time
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Count方法的伽马剂量计及监测方法


[0001]本专利技术属于核辐射探测
，具体涉及一种基于Time
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Count方法的伽马剂量计及监测方法。

技术介绍

[0002]盖革
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弥勒计数管，简称GM计数管，因其具有稳定性高、信号读出电路简单、成本低等优点，被广泛应用于各种核辐射探测器中。但受其固有死时间的影响，单个GM计数管的线性量程范围会极大地受到限制。此外，在各种应用场合的环境剂量率范围可达7～8个数量级，而单个GM计数管的量程范围一般仅有3～4个数量级，已不能满足监测需求。
[0003]脉冲计数法工作模式下的GM计数管，通过测量单位时间内的脉冲个数来获取剂量率，测量方法简单。但由于GM计数管固有死时间以及高剂量率下脉冲堆叠现象的影响，脉冲计数法工作模式下的GM计数管线性量程范围难以扩展。在GM计数管固有死时间内，无法检测到伽马射线，导致漏计数，虽然可通过调整电路参数减小死时间，比如降低阳极电阻值、选取合适的工作电压等，但不能彻底消除其影响。此外，高剂量率下脉冲堆叠的现象也会造成大量漏计数，虽然可以通过改进信号调理电路减少脉冲堆叠，但仍不能彻底消除其影响。
[0004]Time
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Count方法可以有效解决脉冲计数法模式下存在的问题，通过测量GM计数管加高压开始工作到产生第一个脉冲的时间间隔(称为计数前时间)来获取剂量率。当GM计数管在高压下产生脉冲时，立即关断高压使GM计数管进入休眠状态，维持2ms后，重新加高压使GM计数管进入工作状态。休眠时间可以使GM计数管跨过死时间的影响，并且高剂量率下不会产生脉冲堆积，可以有效扩展GM计数管的线性量程范围。
[0005]实现Time
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Count方法的关键技术是设计响应迅速的高压脉冲电路以及高精度的时间测量模块。现有的高压脉冲实现方式中，采用单开关管控制电阻分压，使GM计数管阳极电压在工作高压与设定低压间切换的方法，响应速度慢，而且电阻分压会造成过多额外功耗；在GM计数管阳极加正高压、在GM计数管阴极加负高压的方法，虽然可以提高响应速度，但是需要提供两个高压电源，结构复杂。
[0006]采用具有不同量程范围的双GM计数管设计伽马剂量计，可有效扩展剂量计的线性量程范围，实现双GM计数管工作的关键技术是量程切换技术。现有技术中，在高压侧串联开关的方式容易造成电路损坏，降低仪器的可靠性；在低压侧使用继电器作为开关的方式，电路结构复杂、体积大，而且存在电磁辐射。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中GM计数管用作剂量率监测时的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于Time
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Count方法的伽马剂量计及监测方法，本专利技术实现了高压脉冲的迅速切换、GM计数管输出信号的高效处理、高低量程GM计数管的稳定自动切换以及GM计数管在Time
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Count方法下的稳定运行，能够有效拓宽伽马剂量计的线性探测量程，提高仪器性能。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种基于Time
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Count方法的伽马剂量计，包括低压电源、高压电源、高压脉冲电路、高量程GM计数管、低量程GM计数管、阳极负载、阴极负载、信号调理电路、量程切换电路、单片机工作系统、通讯模块以及上位机；单片机工作系统由时间测量模块、数据处理模块、高压控制模块、量程判断及控制模块组成；低压电源用于给伽马剂量计提供工作电压，连接至伽马剂量计中需要供电的芯片和模块；高压电源用于给高压脉冲电路提供直流高压，连接至高压脉冲电路；高压脉冲电路用于给高量程GM计数管和低量程GM计数管提供脉冲高压，高压脉冲电路的输入端连接至单片机工作系统中的高压控制模块，高压脉冲电路的输出端连接至阳极负载；高量程GM计数管和低量程GM计数管用于检测环境中的伽马射线，两个GM计数管的阳极连接至阳极负载，两个GM计数管的阴极连接至阴极负载；信号调理电路包括高量程GM计数管信号调理电路和低量程GM计数管信号调理电路，两个信号调理电路分别将各自的GM计数管产生的电流脉冲信号转化为规则的电压脉冲信号，其输入端分别连接至各自的GM计数管的阴极，输出端连接至单片机工作系统中的时间测量模块；量程切换电路包括高量程GM计数管量程切换电路和低量程GM计数管量程切换电路，分别用于控制各自的GM计数管的开通和关断，其输入端连接至单片机工作系统中的量程判断及控制模块，输出端连接至阴极负载；单片机工作系统用于采集高量程GM计数管和低量程GM计数管的计数前时间并转化为剂量率、控制高压切换、控制高量程GM计数管和低量程GM计数管自动完成量程切换；单片机工作系统通过通讯模块将剂量率传送至上位机，实时显示当前剂量率。
[0010]所述高压脉冲电路由第六电阻R6、光耦隔离芯片IC1、第七电阻R7、栅极驱动芯片IC2、第三开关二极管D3、极性电容E1、第八电阻R8、第九电阻R9、第一场效应管NMOS1、第二场效应管NMOS2组成；第六电阻R6一端连接至+3.3V电压，另一端连接至光耦隔离芯片IC1的VF+引脚；光耦隔离芯片IC1的VF
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引脚连接至单片机工作系统中的高压控制模块，光耦隔离芯片IC1的VCC引脚和VE引脚连接至+5V电压，光耦隔离芯片IC1的VO引脚连接至栅极驱动芯片IC2的IN引脚，光耦隔离芯片IC1的GND引脚接地；第七电阻R7一端连接至光耦隔离芯片IC1的VE引脚，另一端连接至光耦隔离芯片IC1的VO引脚；栅极驱动芯片IC2的VCC引脚连接至+12V和第三开关二极管D3的正极，栅极驱动芯片IC2的SD引脚连接至+5V电压，栅极驱动芯片IC2的COM引脚接地，栅极驱动芯片IC2的VB引脚连接至第三开关二极管D3的负极和极性电容E1的正极，栅极驱动芯片IC2的HO引脚通过第八电阻R8连接至第一场效应管NOMS1的栅极，栅极驱动芯片IC2的VS引脚连接至极性电容E1的负极，栅极驱动芯片IC2的LO引脚通过第九电阻R9连接至第二场效应管NOMS2的栅极；第一场效应管NMOS1的漏极连接至高压电源，第一场效应管NMOS1的源极连接至第二场效应管NMOS2的漏极和栅极驱动芯片IC2的VS引脚，第二场效应管NMOS2的源极接地。第一场效应管NMOS1的源极和第二场效应管NMOS2的漏极作为高压脉冲电路的输出端连接至高量程GM计数管HGM和低量程GM计数管LGM的阳极负载，为两个GM计数管提供响应迅速的脉冲高压。
[0011]所述高量程GM计数管信号调理电路和低量程GM计数管信号调理电路的结构相同，均包括阴极负载电路、CR微分电路、双向限幅电路和幅值甄别器。对低量程GM计数管LGM信号调理电路描述如下：所述阴极负载电路由第一电容C1和第一电阻R1并联组成，其输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Time
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Count方法的伽马剂量计，其特征在于，包括低压电源、高压电源、高压脉冲电路、高量程GM计数管、低量程GM计数管、阳极负载、阴极负载、信号调理电路、量程切换电路、单片机工作系统、通讯模块以及上位机；单片机工作系统由时间测量模块、数据处理模块、高压控制模块、量程判断及控制模块组成；低压电源用于给伽马剂量计提供工作电压，连接至伽马剂量计中需要供电的芯片和模块；高压电源用于给高压脉冲电路提供直流高压，连接至高压脉冲电路；高压脉冲电路用于给高量程GM计数管和低量程GM计数管提供脉冲高压，高压脉冲电路的输入端连接至单片机工作系统中的高压控制模块，高压脉冲电路的输出端连接至阳极负载；高量程GM计数管和低量程GM计数管用于检测环境中的伽马射线，两个GM计数管的阳极连接至阳极负载，两个GM计数管的阴极连接至阴极负载；信号调理电路包括高量程GM计数管信号调理电路和低量程GM计数管信号调理电路，两个信号调理电路分别将各自的GM计数管产生的电流脉冲信号转化为规则的电压脉冲信号，其输入端分别连接至各自的GM计数管的阴极，输出端连接至单片机工作系统中的时间测量模块；量程切换电路包括高量程GM计数管量程切换电路和低量程GM计数管量程切换电路，分别用于控制各自的GM计数管的开通和关断，其输入端连接至单片机工作系统中的量程判断及控制模块，输出端连接至阴极负载；单片机工作系统用于采集高量程GM计数管和低量程GM计数管的计数前时间并转化为剂量率、控制高压切换、控制高量程GM计数管和低量程GM计数管自动完成量程切换；单片机工作系统通过通讯模块将剂量率传送至上位机，实时显示当前剂量率。2.如权利要求1所述的基于Time
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Count方法的伽马剂量计，其特征在于，高压脉冲电路由第六电阻(R6)、光耦隔离芯片(IC1)、第七电阻(R7)、栅极驱动芯片(IC2)、第三开关二极管(D3)、极性电容(E1)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第一场效应管(NMOS1)和第二场效应管(NMOS2)组成；第六电阻(R6)一端连接至+3.3V电压，另一端连接至光耦隔离芯片(IC1)的VF+引脚；光耦隔离芯片(IC1)的VF
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引脚连接至单片机工作系统中的高压控制模块，光耦隔离芯片(IC1)的VCC引脚和VE引脚连接至+5V电压，光耦隔离芯片(IC1)的VO引脚连接至栅极驱动芯片(IC2)的IN引脚，光耦隔离芯片(IC1)的GND引脚接地；第七电阻(R7)一端连接至光耦隔离芯片(IC1)的VE引脚，另一端连接至光耦隔离芯片(IC1)的VO引脚；栅极驱动芯片(IC2)的VCC引脚连接至+12V和第三开关二极管(D3)的正极，栅极驱动芯片(IC2)的SD引脚连接至+5V电压，栅极驱动芯片(IC2)的COM引脚接地，栅极驱动芯片(IC2)的VB引脚连接至第三开关二极管(D3)的负极和极性电容(E1)的正极，栅极驱动芯片(IC2)的HO引脚通过第八电阻(R8)连接至第一场效应管(NOMS1)的栅极，栅极驱动芯片(IC2)的VS引脚连接至极性电容(E1)的负极，栅极驱动芯片(IC2)的LO引脚通过第九电阻(R9)连接至第二场效应管(NOMS2)的栅极；第一场效应管(NMOS1)的漏极连接至高压电源，第一场效应管(NMOS1)的源极连接至第二场效应管(NMOS2)的漏极和栅极驱动芯片(IC2)的VS引脚，第二场效应管(NMOS2)的源极接地；第一场效应管(NMOS1)的源极和第二场效应管(NMOS2)的漏极作为高压脉冲电路的输出端连接至高量程GM计数管(HGM)和低量程GM计数管(LGM)的阳极负载，为两个GM计数管提供响应迅速的脉冲高压。3.如权利要求1所述的基于Time
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Count方法的伽马剂量计，其特征在于，高量程GM计数管信号调理电路和低量程GM计数管信号调理电路的结构相同，均包括阴极负载电路、CR微分电路、双向限幅电路和幅值甄别器；对低量程GM计数管信号调理电路描述如下：所述
阴极负载电路由第一电容(C1)和第一电阻(R1)并联组成，其输入端连接至低量程GM计数管(LGM)阴极，输出端连接至第一开关三极管(Q1)的集电极，将低量程GM计数管(LGM)产生的电流脉冲信号转化为电压脉冲信号；所述CR微分电路由第二电容(C2)和第二电阻(R2)串联组成，第二电容(C2)和第二电阻(R2)的连接点作为CR微分电路的输出端，第二电容(C2)另一端连接至低量程GM计数管(LGM)阴极，第二电阻(R2)另一端接地，CR微分电路将低量程GM计数管(LGM)阴极电压脉冲信号进一步转化为具有预设幅值和脉宽的电压脉冲信号，在一定程度上使前级堆叠的脉冲信号相互分开，减少高剂量率下的漏计数；所述双向限幅电路由第五电阻(R5)、第一开关二极管(D1)和第二开关二极管(D2)组成，第五电阻(R5)的输入端连接至CR微分电路的输出端，第一开关二极管(D1)负极连接至+5V，第一开关二极管(D1)正极连接至第二开关二极管(D2)负极，第二开关二极管(D2)正极接地，第一开关二极管(D1)和第二开关二极管(D2)的连接点连接至第五电阻(R5)的输出端和第一电压比较器(U1)的正向...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书焕，张君，孟凡钧，马勇，王炫，宋辞，李忠良，吴磊，高飞，曹煜，张国和，李浩迪，贺朝会，褚俊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：