專利名稱：一種移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀。
背景技術(shù)：
正電子壽命譜儀是表征材料微結(jié)構(gòu)的有力手段，在金屬、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、高分 子材料和多孔材料等材料研究中有著廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的正電子壽命譜儀主要由兩個(gè)閃爍光 電探測(cè)器，兩個(gè)恒比定時(shí)甑別器，時(shí)幅轉(zhuǎn)換器，多道分析器，高壓電源以及若干導(dǎo)線組成。由 于傳統(tǒng)的正電子壽命譜儀電子元器件較多，以及電子元器件的精度限制，儀器相對(duì)龐大，很 難移動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提供一種移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀，該譜儀構(gòu)造簡(jiǎn) 單，極易組裝和使用，并具有較高的儀器分辨率和性價(jià)比。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀，包括有數(shù)字示波器、 兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的光電探測(cè)器、高壓電源，所述數(shù)字示波器設(shè)置有數(shù)字正電子壽命譜分析繪 制系統(tǒng)；高壓電源向光電探測(cè)器輸出加速電壓；光電探測(cè)器接受正電子湮沒(méi)輻射伽馬光 子，將光能轉(zhuǎn)換為電能并輸出正比于伽馬光能量的波形脈沖，并傳送至數(shù)字示波器；數(shù)字示 波器接收并處理波形脈沖，由數(shù)字正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)分析處理波形脈沖后，繪成 正電子壽命譜圖。而且，所述數(shù)字示波器包含波形數(shù)據(jù)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊和數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)模塊，光電探測(cè)器傳送至數(shù)字示波器的波形脈沖經(jīng)波形數(shù)據(jù)采集模塊采集后送入模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將波形脈沖從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)數(shù)據(jù)緩存模塊送 入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；所述數(shù)字正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中提取波形脈沖進(jìn) 行分析處理，繪成正電子壽命譜圖。而且，所述數(shù)字正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中提取波形脈沖后， 在對(duì)波形脈沖進(jìn)行脈沖甑別和脈沖定時(shí)后生成正電子壽命譜圖。而且，所述脈沖甑別的實(shí)現(xiàn)方式為，預(yù)設(shè)閾值區(qū)間.波形脈沖的參數(shù)在閾值區(qū)間 內(nèi)時(shí)，該脈沖被接受，并被定時(shí)分析處理，并繪成正電子壽命譜圖；所述參數(shù)包含脈沖面積、 脈沖幅度、脈沖面積幅度比率和脈沖上升時(shí)間。而且，所述光電探測(cè)器由快閃爍體和光電倍增管通過(guò)硅油耦合組成。本發(fā)明的數(shù)字式正電子壽命譜儀的突出特點(diǎn)是
1.該移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀元部件少，運(yùn)輸方便，極易組裝和使用。2.該移動(dòng)式數(shù)字式正電子壽命譜儀具有較高的儀器分辨率。3.數(shù)字正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)脈沖幅度、脈沖面積幅度比率和 上升時(shí)間共同甑別，獲得最佳的儀器分辨函數(shù)。4.具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因而性價(jià)比高。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案
參見(jiàn)圖1，實(shí)施例的移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀，包括有數(shù)字示波器、兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的 光電探測(cè)器、高壓電源。光電探測(cè)器接受正電子湮沒(méi)輻射伽馬光子，將光能轉(zhuǎn)換為電能并輸 出正比于伽馬光能量的波形脈沖，并傳送至數(shù)字示波器。兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的光電探測(cè)器，一為 起始道光電探測(cè)器，一為終止道光電探測(cè)器，實(shí)施例還在兩者中間設(shè)阻隔鉛板吸收在起始 道光電探測(cè)器發(fā)生背散射后反射回終止道探測(cè)器方向的伽馬光(若起始道探測(cè)器背散射伽 馬光被終止道探測(cè)器接受會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的符合事件，正電子壽命譜會(huì)因此變形失真)。實(shí)施例 還在終止道光電探測(cè)器和數(shù)字示波器之間設(shè)置了延時(shí)器，使得起始道信號(hào)先于終止道信號(hào) 進(jìn)入示波器中，并可方便調(diào)節(jié)從兩探測(cè)器出來(lái)的信號(hào)時(shí)間差。高壓電源連接到兩個(gè)光電探 測(cè)器的陽(yáng)極，以便提供加速電壓。實(shí)施例的光電探測(cè)器由快閃爍體(BaF2)和光電倍增管通 過(guò)硅油耦合組成，其中起始道光電探測(cè)器的BaF2晶體為30mm直徑、20 mm厚度的圓柱體， 圖中記為30ΦΧ20 mm;終止道光電探測(cè)器的BaF2晶體為30mm直徑、10 mm厚度的圓柱體， 圖中記為30Φ X 10 mm。閃爍體在正電子湮沒(méi)輻射伽馬光作用下發(fā)射熒光光子，熒光光子被 收集到光電倍增管的光陰極上并在光陰極上打出光電子，光電倍增管通過(guò)多級(jí)打拿級(jí)(倍 增級(jí))將光電子數(shù)目增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，在陽(yáng)極負(fù)載上產(chǎn)生正比于伽馬光能量的電信號(hào)。硅油 耦合劑的作用是防止熒光光子被光電倍增管窗口反射。具體實(shí)施時(shí)，快閃爍體還可以采用 塑料閃爍體。高壓電源可以為光電探測(cè)器提供穩(wěn)定的負(fù)高壓。由于輸出電流小，高壓電源 處于低功率工作狀態(tài)。數(shù)字示波器的實(shí)現(xiàn)可以從硬件和軟件兩個(gè)方面綜合設(shè)計(jì)。實(shí)施例的硬件包含波形 數(shù)據(jù)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，光電探測(cè)器傳送至數(shù)字示波 器的波形脈沖經(jīng)波形數(shù)據(jù)采集模塊采集后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將波形脈沖從 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)數(shù)據(jù)緩存模塊送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用高速 內(nèi)存單元實(shí)現(xiàn)，有利于提供系統(tǒng)效率。各模塊的具體實(shí)現(xiàn)屬于電路常規(guī)技術(shù)，本發(fā)明不予贅 述。實(shí)施例的軟件方面提供了數(shù)字正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能是分析處理 硬件所得波形脈沖，繪成正電子壽命譜圖。具體來(lái)說(shuō)，是從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中提取波形脈沖進(jìn) 行分析處理，繪成正電子壽命譜圖。本發(fā)明進(jìn)一步提出，數(shù)字正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中提取波形 脈沖后，在對(duì)波形脈沖進(jìn)行脈沖甑別和脈沖定時(shí)后，才生成正電子壽命譜圖。所述脈沖甑別 的實(shí)現(xiàn)方式為，預(yù)設(shè)閾值區(qū)間，波形脈沖的參數(shù)在閾值區(qū)間內(nèi)時(shí)才用來(lái)做脈沖定時(shí)分析處 理并繪成正電子壽命譜圖；所述參數(shù)包含脈沖面積、脈沖幅度、脈沖面積幅度比率和脈沖上 升時(shí)間。這樣，脈沖甑別方式包含脈沖面積甑別、脈沖幅度甑別、脈沖面積幅度比率甑別和 脈沖上升時(shí)間甑別，以及幾種脈沖甑別的聯(lián)合甑別?？筛鶕?jù)具體情況，自由選擇不同的甑別 方式和甑別參數(shù)。預(yù)設(shè)閾值區(qū)間時(shí)，可以由實(shí)施人員選取合適的閾值上下限。所述脈沖定時(shí) 的實(shí)現(xiàn)方式為，通過(guò)數(shù)值計(jì)算在脈沖前沿尋找一點(diǎn)，使其幅值為脈沖幅度的一恒定比例(如 30%)，該點(diǎn)即為脈沖的定時(shí)點(diǎn)，脈沖定時(shí)即求該點(diǎn)的時(shí)間值。實(shí)施例通過(guò)數(shù)字正電子壽命譜分析軟件繪制起始道探測(cè)器中的1.274 MeV γ射
4線信號(hào)和終止道探測(cè)器中的0.511 MeV Y射線的信號(hào)時(shí)間差的統(tǒng)計(jì)分布圖而生成正電子 壽命譜圖。Na22源在β +衰變時(shí)發(fā)射一個(gè)1.274 MeV的、光子，這個(gè)、光子作為正電子 起始信號(hào)。正電子入射到材料中經(jīng)過(guò)擴(kuò)散慢化后，被中性或負(fù)電性空位缺陷捕獲，并最終與 該處電子湮沒(méi)發(fā)射兩個(gè)0.511 MeV的Y光子，并作為正電子終止信號(hào)。正電子壽命譜為 1.274 MeV的、光子和0. 511MeV的、光子的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)分布。兩個(gè)閃爍體光電探 測(cè)器將接受的、光能量轉(zhuǎn)換為電能量，輸出正比于、光能量的電脈沖，并將脈沖信號(hào)輸送 至數(shù)字示波器的不同通道。兩個(gè)閃爍體光電探測(cè)器分別工作為起始道和終止道，正電子壽 命分析繪制系統(tǒng)只需處理起始道中的1.274 MeV Y射線信號(hào)和在終止道中的0. 511 meV Y射線信號(hào)。延時(shí)器延時(shí)使得起始道信號(hào)先于終止道信號(hào)到達(dá)，并調(diào)節(jié)兩者信號(hào)時(shí)間差。 在數(shù)字示波器中，將觸發(fā)選為限定觸發(fā)或共同觸發(fā)模式，從而使得每次觸發(fā)兩探測(cè)器都有 信號(hào)到達(dá)，保證每次觸發(fā)事件都是符合事件。通過(guò)設(shè)定合適的觸發(fā)電平，可以預(yù)先對(duì)脈沖進(jìn) 行初步的幅度甑別，這樣可以有效提高計(jì)數(shù)率。在實(shí)施正電子壽命譜測(cè)量時(shí)，需先在數(shù)字示 波器中設(shè)置外部函數(shù)入口供供外部應(yīng)用程序訪問(wèn)，并為數(shù)字正電子壽命譜分析繪制軟件寫(xiě) 入接口文件名，隨后可開(kāi)啟數(shù)字正電子壽命譜分析繪制軟件進(jìn)行在線或離線正電子壽命測(cè) 量。在設(shè)置數(shù)字示波器軟件系統(tǒng)外部函數(shù)端口號(hào)和正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)函數(shù)讀取端 口號(hào)一致后，正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)與示波器軟件系統(tǒng)同步，便能訪問(wèn)示波器高速內(nèi) 存單元中的波形數(shù)據(jù)。正電子壽命分析繪制軟件對(duì)脈沖波形進(jìn)行脈沖甑別和脈沖定時(shí)后， 可確定起始道中的1.274 MeV γ射線信號(hào)和終止道探測(cè)器中的0. 511 MeV γ射線信號(hào) 的時(shí)間差值，最終對(duì)該時(shí)間差值繪統(tǒng)計(jì)分布圖而成正電子壽命譜圖。為了方便實(shí)施，本發(fā)明建議如下
1.數(shù)字示波器宜采用高帶寬高采樣率的數(shù)字示波器。2.閃爍體光電探測(cè)器采用BaF2和具有快上升時(shí)間的光電倍增管通過(guò)光耦合劑耦 合組裝而成。3.在數(shù)字示波器通道設(shè)置中，宜充分使得脈沖盡可能占滿屏幕垂直空間，即 讓脈沖具有最大的垂直分辨率和近可能小的掃描時(shí)間，當(dāng)然首先要保證兩通道脈沖波形都 能正確顯示在屏幕中。4.在選擇限定觸發(fā)設(shè)置觸發(fā)電平時(shí)，通過(guò)設(shè)定合適的電平初步實(shí)現(xiàn)脈沖幅度甑 別，并能有效提高計(jì)數(shù)率。5.在使用時(shí)，使用脈沖幅度、脈沖面積幅度比率和脈沖上升時(shí)間功能甑別能顯著 提高儀器分辨率。
權(quán)利要求
一種移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀，其特征在于包括有數(shù)字示波器、兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的光電探測(cè)器、高壓電源，所述數(shù)字示波器設(shè)置有數(shù)字正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)；高壓電源向光電探測(cè)器輸出加速電壓；光電探測(cè)器接受正電子湮沒(méi)輻射伽馬光子，將光能轉(zhuǎn)換為電能并輸出正比于伽馬光能量的波形脈沖，并傳送至數(shù)字示波器；數(shù)字示波器接受并處理波形脈沖，由數(shù)字正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)分析處理波形脈沖后，繪成正電子壽命譜圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀，其特征是所述數(shù)字示波器包 含波形數(shù)據(jù)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，光電探測(cè)器傳送至數(shù) 字示波器的波形脈沖經(jīng)波形數(shù)據(jù)采集模塊采集后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將波形 脈沖從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)數(shù)據(jù)緩存模塊送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；所述數(shù)字正電子 壽命譜分析繪制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中提取波形脈沖進(jìn)行分析處理，繪成正電子壽命譜 圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀，其特征是所述數(shù)字正電子壽 命譜分析繪制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中提取波形脈沖后，在對(duì)波形脈沖進(jìn)行脈沖甑別和脈沖 定時(shí)后生成正電子壽命譜圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀，其特征是所述脈沖甑別的 實(shí)現(xiàn)方式為，預(yù)設(shè)閾值區(qū)間，波形脈沖的參數(shù)在閾值區(qū)間內(nèi)時(shí)才用來(lái)做脈沖定時(shí)分析處理 并繪成正電子壽命譜圖；所述參數(shù)包含脈沖面積、脈沖幅度、脈沖面積幅度比率和脈沖上升 時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀，其特征是所述 光電探測(cè)器由快閃爍體和光電倍增管通過(guò)硅油耦合組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)式數(shù)字正電子壽命譜儀，包括設(shè)置有數(shù)字正電子壽命譜分析繪制系統(tǒng)的數(shù)字示波器、兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的光電探測(cè)器、高壓電源。本發(fā)明設(shè)計(jì)的數(shù)字正電子壽命譜儀元部件少，運(yùn)輸方便，極易組裝和使用，并能軟件中實(shí)現(xiàn)脈沖幅度、脈沖面積幅度比率和上升時(shí)間共同甑別。該移動(dòng)式數(shù)字式正電子壽命譜比傳統(tǒng)的壽命譜儀具有更高的儀器分辨率，同時(shí)也具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因而性價(jià)比高。
文檔編號(hào)G01N23/08GK101923062SQ201010270450
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者李輝, 王少階, 王柱, 邵云東 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)