一種α、β脈沖甄別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及α、β表面污染儀的設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種α、β表面污染儀測(cè)量的α、β粒子脈沖甄別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]便攜式α、β表面污染儀，使用雙閃爍體和一個(gè)光電探測(cè)器件實(shí)現(xiàn)α、β表面污染的測(cè)量，其中雙閃爍體由ZnS(Ag)閃爍體涂布在塑料閃爍體上組成。測(cè)量時(shí)，α粒子基本只在ZnS(Ag)閃爍體中產(chǎn)生電離效應(yīng)并發(fā)光，β粒子則主要在塑料閃爍體中產(chǎn)生電離效應(yīng)并發(fā)光。光電探測(cè)器件收集閃爍光，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)α、β粒子的測(cè)量。由于使用同一光電探測(cè)器件，α、β粒子產(chǎn)生的脈沖信號(hào)形狀類似，因此，如何區(qū)分并確定產(chǎn)生脈沖信號(hào)的射線種類是表面污染儀的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]為解決α、β脈沖甄別的問題，國(guó)內(nèi)外便攜式α、β表面污染儀主要使用了四種技術(shù)方法。其一，采用雙探頭，將ZnS(Ag)閃爍體和塑料閃爍體封裝在兩個(gè)不同的探頭內(nèi)，分別測(cè)量α、β粒子；其二，脈沖幅度甄別方法，根據(jù)ZnS(Ag)閃爍體發(fā)光強(qiáng)度大的特點(diǎn)，通過輸出脈沖幅度的高低判斷粒子的種類；其三，通過調(diào)整光電倍增管的工作電壓，配合幅度甄別的方法實(shí)現(xiàn)α、β粒子的甄別；其四，通過α、β粒子信號(hào)經(jīng)電容充電后形成的模擬脈沖下降沿寬度的差別，實(shí)現(xiàn)α、β粒子甄別。其中使用最為廣泛的是第二種和第四種技術(shù)方案。
[0004]第一種技術(shù)方法需要使用兩個(gè)探頭，在實(shí)際測(cè)量時(shí)針對(duì)不同的粒子要手動(dòng)切換探頭，使用時(shí)較為繁瑣，增加了測(cè)量時(shí)間，且其生產(chǎn)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度更高；第二種技術(shù)方法中，由于粒子能量、入射角度的不同，導(dǎo)致其在閃爍體中沉積的能量有較大的變化范圍，因此α、β粒子輸出脈沖幅度的范圍具有一定的重疊，難以通過設(shè)置幅度區(qū)間實(shí)現(xiàn)完全區(qū)分；第三種技術(shù)方法在第二種方法的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整光電器件的工作電壓改變?cè)鲆妫瑥亩黾应?、β脈沖的幅度差異，減小其幅度范圍的重疊，但此方法同樣需要手動(dòng)更換測(cè)量方式，不能同時(shí)獲取α、β粒子信息；第四種技術(shù)方法目前主要為國(guó)外廠商使用，其原理是通過特定的RC電路和兩路多極運(yùn)算放大器，實(shí)現(xiàn)對(duì)前置放大器輸出的α、β粒子模擬脈沖的下降沿時(shí)間的甄別，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種通過簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)α、β脈沖甄別的方法，并提高α、β粒子的甄別效率。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種α、β脈沖甄別方法，包括如下步驟:
[0007](1)將α、β表面污染儀的光電探測(cè)器件產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大，形成用于甄別和記錄的脈沖信號(hào)；
[0008](2)將模擬脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)保留了模擬脈沖的時(shí)間信息；
[0009](3)將數(shù)字信號(hào)脈沖直接接入單片機(jī)，通過單片機(jī)記錄輸入數(shù)字信號(hào)脈沖的時(shí)間信息并計(jì)算脈沖寬度；
[0010](4)將計(jì)算得到的輸入脈沖的寬度與預(yù)先設(shè)定在單片機(jī)中的α、β粒子脈沖的寬度區(qū)間進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)α、β脈沖的甄別。
[0011]進(jìn)一步，如上所述的α、β脈沖甄別方法，步驟(1)中，根據(jù)放大器的放大倍數(shù)和成形時(shí)間，設(shè)定信號(hào)幅度的判定閾值，從而扣除噪聲本底對(duì)電路的影響。
[0012]進(jìn)一步，如上所述的α、β脈沖甄別方法，步驟(1)中，采用光電倍增管作為所述光電探測(cè)器件，通過運(yùn)算放大器對(duì)光電倍增管輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。
[0013]進(jìn)一步，如上所述的α、β脈沖甄別方法，步驟(2)中，使用高速比較器，在設(shè)定的基準(zhǔn)電平條件下，將模擬脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0014]進(jìn)一步，如上所述的α、β脈沖甄別方法，步驟(3)中，單片機(jī)通過定時(shí)器輸入端口，以固定時(shí)間間隔的采樣頻率對(duì)輸入的TTL脈沖進(jìn)行采樣，通過采樣到一個(gè)上升沿和一個(gè)下降沿來判斷是否為一個(gè)有效脈沖，并通過上升沿和下降沿間的采樣個(gè)數(shù)計(jì)算脈沖寬度。
[0015]進(jìn)一步，如上所述的α、β脈沖甄別方法，步驟(4)中所述的預(yù)先設(shè)定在單片機(jī)中的α、β粒子脈沖的寬度區(qū)間是使用單一粒子的放射源對(duì)相應(yīng)脈沖的寬度區(qū)間進(jìn)行標(biāo)定得到的。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明采用的脈沖甄別技術(shù)可實(shí)現(xiàn)α、β粒子間的串道率低于5 %，與幅度甄別方法下的串道率20 %相比，有效提高了脈沖的甄別效率。與下降沿時(shí)間甄別方法相比，本方法的電路結(jié)構(gòu)中減少了成形電路和相應(yīng)的多級(jí)放大電路和脈沖時(shí)間甄別電路，降低了成本和電路的復(fù)雜度。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的α、β脈沖寬度甄別電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0019]本發(fā)明是基于脈沖寬度甄別思想，采用新型的單片機(jī)，通過簡(jiǎn)單、低成本的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)α、β粒子脈沖的甄別，能夠降低系統(tǒng)的復(fù)雜度并提高α、β粒子脈沖的甄別效率。
[0020]本發(fā)明的α、β脈沖甄別方法，包括如下步驟:
[0021]1.信號(hào)準(zhǔn)備
[0022]α、β表面污染儀的光電探測(cè)器件產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過放大器放大后，形成用于甄別和記錄的脈沖信號(hào)。根據(jù)放大器的放大倍數(shù)和成形時(shí)間，設(shè)定信號(hào)幅度的判定閾值，從而扣除噪聲本底對(duì)電路的影響。
[0023]2.模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)
[0024]使用高速比較器，在設(shè)定的基準(zhǔn)電平條件下，將模擬脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)保留了模擬脈沖的時(shí)間信息。
[0025]3.脈沖寬度記錄
[0026]將高速比較器輸出的數(shù)字信號(hào)脈沖直接接入單片機(jī)，通過單片機(jī)程序記錄輸入數(shù)字信號(hào)脈沖的時(shí)間信息并計(jì)算脈沖寬度。該步驟中單片機(jī)通過特定的定時(shí)器輸入端口，以固定時(shí)間間隔的采樣頻率對(duì)輸入的TTL脈沖進(jìn)行采樣，通過采樣到一個(gè)上升沿和一個(gè)下降沿來判斷是否為一個(gè)有效脈沖，通過上升沿和下降沿間的采樣個(gè)數(shù)計(jì)算脈沖寬度。
[0027]4.脈沖寬度甄別區(qū)間的設(shè)定
[0028]使用單一粒子的放射源對(duì)相應(yīng)脈沖的寬度區(qū)間進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定，分別給出α、β粒子輸出脈沖的寬度區(qū)間。通過單片機(jī)程序，將輸入脈沖的寬度與所設(shè)定的區(qū)間進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)α、β脈沖的甄別。
[0029]實(shí)施例
[0030]本發(fā)明采用光電倍增管作為光電探測(cè)器件。通過運(yùn)算放大器0Ρ284對(duì)光電倍增管輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，并通過ΜΑΧ991快速比較器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。利用STM32F207單片機(jī)對(duì)每個(gè)數(shù)字信號(hào)的脈沖寬度進(jìn)行記錄，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的脈沖寬度區(qū)間，判斷該信號(hào)為α信號(hào)、β信號(hào)或噪聲信號(hào)。
[0031]如圖1所示，搭建α、β脈沖甄別電路及測(cè)量分析系統(tǒng)。利用α、β放射源對(duì)α、β脈沖甄別電路進(jìn)行測(cè)試。
[0032]利用復(fù)合閃爍體探測(cè)器及α面源241Am、β面源9°Sr對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，可以較好地區(qū)分α、β脈沖信號(hào)，其中α粒子進(jìn)入β道計(jì)數(shù)比小于5%，β粒子進(jìn)入α道計(jì)數(shù)比小于1 %。
[0033]上述測(cè)試結(jié)果表明，利用本發(fā)明的α、β脈沖甄別方法能夠有效甄別α、β射線，較好地提高α、β表面污染儀的測(cè)量性能。
[0034]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種α、β脈沖甄別方法，包括如下步驟: (1)將α、β表面污染儀的光電探測(cè)器件產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大，形成用于甄別和記錄的脈沖信號(hào)； (2)將模擬脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)保留了模擬脈沖的時(shí)間信息； (3)將數(shù)字信號(hào)脈沖直接接入單片機(jī)，通過單片機(jī)記錄輸入數(shù)字信號(hào)脈沖的時(shí)間信息并計(jì)算脈沖寬度； (4)將計(jì)算得到的輸入脈沖的寬度與預(yù)先設(shè)定在單片機(jī)中的α、β粒子脈沖的寬度區(qū)間進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)α、β脈沖的甄別。2.如權(quán)利要求1所述的α、β脈沖甄別方法，其特征在于:步驟(1)中，根據(jù)放大器的放大倍數(shù)和成形時(shí)間，設(shè)定信號(hào)幅度的判定閾值，從而扣除噪聲本底對(duì)電路的影響。3.如權(quán)利要求1或2所述的α、β脈沖甄別方法，其特征在于:步驟⑴中，采用光電倍增管作為所述光電探測(cè)器件，通過運(yùn)算放大器對(duì)光電倍增管輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。4.如權(quán)利要求1所述的α、β脈沖甄別方法，其特征在于:步驟⑵中，使用高速比較器，在設(shè)定的基準(zhǔn)電平條件下，將模擬脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。5.如權(quán)利要求1所述的α、β脈沖甄別方法，其特征在于:步驟(3)中，單片機(jī)通過定時(shí)器輸入端口，以固定時(shí)間間隔的采樣頻率對(duì)輸入的TTL脈沖進(jìn)行采樣，通過采樣到一個(gè)上升沿和一個(gè)下降沿來判斷是否為一個(gè)有效脈沖，并通過上升沿和下降沿間的采樣個(gè)數(shù)計(jì)算脈沖寬度。6.如權(quán)利要求1所述的α、β脈沖甄別方法，其特征在于:步驟(4)中所述的預(yù)先設(shè)定在單片機(jī)中的α、β粒子脈沖的寬度區(qū)間是使用單一粒子的放射源對(duì)相應(yīng)脈沖的寬度區(qū)間進(jìn)行標(biāo)定得到的。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種α、β表面污染儀測(cè)量的α、β粒子脈沖甄別方法。該方法將光電探測(cè)器件產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大，形成用于甄別和記錄的脈沖信號(hào)；將模擬脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)脈沖直接接入單片機(jī)，通過單片機(jī)記錄輸入數(shù)字信號(hào)脈沖的時(shí)間信息并計(jì)算脈沖寬度；將計(jì)算得到的輸入脈沖的寬度與預(yù)先設(shè)定在單片機(jī)中的α、β粒子脈沖的寬度區(qū)間進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)α、β脈沖的甄別。本發(fā)明通過簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)就實(shí)現(xiàn)了α、β脈沖甄別，并且提高了α、β粒子的甄別效率。
【IPC分類】G01T1/167, G01T1/38
【公開號(hào)】CN105319574
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510783028
【發(fā)明人】劉陽(yáng), 駱志平, 劉哲, 龐洪超, 董遷, 陳勤
【申請(qǐng)人】中國(guó)原子能科學(xué)研究院
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年11月16日