本發(fā)明涉及高量程射線快速測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高量程射線快速測量裝置及其測量方法。

背景技術(shù)：

目前，醫(yī)院的x光機(jī)與工業(yè)探傷的x光機(jī)都是采用的高劑量短時(shí)曝光的技術(shù)對被測對象進(jìn)行成像。其中，x光機(jī)的曝光時(shí)間為20ms～5s，能量在100kev以下?，F(xiàn)有技術(shù)中，大部分是采用蓋革米勒探測器、電離室探測器、碘化銫探測器、半導(dǎo)體探測器、碘化鈉探測器或塑料閃爍體探測器等探測器對x、γ、β射線進(jìn)行測量，而這些探測器的測量時(shí)間都在200ms以上，因此根本無法完成對低于200ms的快速脈沖進(jìn)行測量。

如圖1所示，塑料閃爍體探測器主要由塑料閃爍體11、光電倍增管13、運(yùn)放單元20(電壓敏感運(yùn)算放大器或電荷敏感運(yùn)算放大器)、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元30和控制單元(cpu)40。光電倍增管13打拿極的陰極經(jīng)由耐高壓導(dǎo)線與高壓連接，陽極經(jīng)由屏蔽線與運(yùn)放單元20連接。工作原理為：上電后，光子打到塑料閃爍體上使閃爍體發(fā)光，產(chǎn)生的光子再經(jīng)由光電倍增管收集并放大產(chǎn)生電信號，經(jīng)過電壓靈敏運(yùn)算放大器或電荷敏感運(yùn)算放大器后，接入模數(shù)轉(zhuǎn)換單元30將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將數(shù)字信號傳輸給cpu40的計(jì)數(shù)器，完成整個(gè)測量過程。其中，塑料閃爍體11只能對x、γ、β脈沖射線進(jìn)行測量，但不能實(shí)現(xiàn)對α脈沖射線的測量。同時(shí)，由于塑料閃爍體11的發(fā)光方式采用康普頓散射式，如若塑料閃爍體探測器的運(yùn)放單元20單獨(dú)采用電壓靈敏運(yùn)算放大器，則該測量設(shè)備的低能能量響應(yīng)比較差，無法滿足檢定規(guī)程的要求；如若塑料閃爍體探測器的運(yùn)放單元20單獨(dú)采用電荷靈敏運(yùn)算放大器，測量設(shè)備的測量速度慢，且測量量程比較低，無法滿足對快速高劑量脈沖射線進(jìn)行測量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的射線探測器存在測量射線種類少、測量量程較低，低能能量響應(yīng)比較差等缺陷，目的在于提供一種測量射線種類多，能夠提高測量量程及100kev以下的低能射線能量響應(yīng)時(shí)間的高量程射線快速測量裝置。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的高量程射線快速測量裝置，具有依次串聯(lián)連接的一主探測器、一運(yùn)放單元、一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和一控制單元，所述主探測器具有一塑料閃爍體，其特征在于，

所述主探測器具有至少一與所述塑料閃爍體的射線入射端緊貼固定的能量補(bǔ)償片；

所述能量補(bǔ)償片具有一采用亞克力或高導(dǎo)光率硅膠光導(dǎo)材料制成的基材主體，和一采用硫化鋅噴涂在所述基材主體外表面的外涂層。所述運(yùn)放單元具有一與所述主探測器電連接的電壓靈敏運(yùn)算放大器，和一與所述主探測器電連接且與所述電壓靈敏運(yùn)算放大器并聯(lián)電連接的電荷靈敏運(yùn)算放大器。

所述控制單元具有一與所述電壓靈敏運(yùn)算放大器配合作用的第一計(jì)數(shù)器、一與所述電荷靈敏運(yùn)算放大器配合作用的第二計(jì)數(shù)器，和一將所述第一計(jì)數(shù)器和所述第二計(jì)數(shù)器的頻率數(shù)值進(jìn)行比較的頻率選擇計(jì)數(shù)器。

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元具有一串聯(lián)電連接在所述電壓靈敏運(yùn)算放大器和所述控制單元之間的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，和一串聯(lián)電連接在所述電荷靈敏運(yùn)算放大器和所述控制單元之間的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

所述主探測器還具有一串聯(lián)電連接在所述塑料閃爍體和所述運(yùn)放單元之間的光電倍增管。

所述測量裝置具有一多級輸出高壓電源，所述多級輸出高壓電源與所述光電倍增管打拿極的陰極經(jīng)由耐高壓導(dǎo)線電連接，所述光電倍增管的陽極經(jīng)由屏蔽線與所述運(yùn)放單元連接。

所述塑料閃爍體為衰減時(shí)間為4ns的塑料閃爍體。

本發(fā)明的高量程射線快速測量裝置的測量方法，該方法包括：

步驟一，將能量補(bǔ)償片緊貼固定在塑料閃爍體的射線入射端，將x、γ、β射線的粒子打到具有能量補(bǔ)償片的主探測器的塑料閃爍體上，產(chǎn)生光子。

一較佳實(shí)施例中，該方法還包括：

步驟二，將產(chǎn)生的光子傳遞給主探測器的光電倍增管，收集光子并放大，產(chǎn)生電信號；

步驟三，通過控制單元的第一計(jì)數(shù)器和第二計(jì)數(shù)器自動判斷被測射線頻率，并通過頻率選擇計(jì)數(shù)器選擇測量模式，并自動控制光電倍增管打拿極的陰極連接的多級輸出高壓電源的電壓值。當(dāng)采集的射線頻率小于200ms時(shí)，控制單元控制運(yùn)放單元的電壓靈敏運(yùn)算放大器進(jìn)行采集脈沖式射線及脈沖射線強(qiáng)度；當(dāng)采集的射線頻率大于或等于200ms時(shí)，控制單元控制運(yùn)放單元的電荷靈敏運(yùn)算放大器進(jìn)行采集脈沖式射線及脈沖射線強(qiáng)度。

一較佳實(shí)施例中，該方法還包括：

步驟四，將經(jīng)由運(yùn)放單元處理后的模擬信號傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元設(shè)置的不同的比較閾值，將α射線的信號與x、γ、β射線的信號進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并傳輸給控制單元。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

1)通過將能量補(bǔ)償片與塑料閃爍體緊貼固定，提高了對能量低于100kev的低能射線能量響應(yīng)，對高能射線不敏感，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)測量α粒子，解決現(xiàn)有的塑料閃爍體探測器只能測量x、γ、β射線的缺陷，降低成本同時(shí)提高使用性能；

2)光電倍增管打拿極的陰極與多級輸出高壓電源連接，陽極信號直接與運(yùn)放單元連接，實(shí)現(xiàn)對模擬型號采集，其中，與光電倍增管打拿極的陰極連接的多級輸出高壓電源可通過cpu自動控制改變多級輸出高壓電源的高壓值，提高射線測量量程；

3)運(yùn)放單元同時(shí)設(shè)有電壓靈敏運(yùn)算放大器和電荷靈敏運(yùn)算放大器，根據(jù)第一計(jì)數(shù)器、第二計(jì)數(shù)器以及頻率選擇計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)自動切換測量方式，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對低于200ms的快速脈沖無法進(jìn)行測量測量速度慢，且測量量程比較低的問題，其中，采樣處理速度即x光機(jī)的曝光頻率提升到30ns；

4)測量裝備增加了專家模式功能，可在快速脈沖模式下進(jìn)行計(jì)量溯源，測量結(jié)果更準(zhǔn)確，同時(shí)增加了藍(lán)牙通訊功能，可以通過app完成讀取數(shù)據(jù)信息或設(shè)置工作參數(shù)等操作。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的塑料閃爍體探測器的原理結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的高量程射線快速測量裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面舉出較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本發(fā)明。

如圖2所示，為本實(shí)施例的高量程射線快速測量裝置。本實(shí)施例的高量程射線快速測量裝置依次串聯(lián)電連接有主探測器10、運(yùn)放單元20、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元30、控制單元40和多級輸出高壓電源50。一優(yōu)選實(shí)施例中，控制單元40為200m高速cpu。

主探測器10具有塑料閃爍體11、至少一與塑料閃爍體11緊貼固定的能量補(bǔ)償片12，和串聯(lián)電連接在塑料閃爍體11和運(yùn)放單元20之間的光電倍增管13。一實(shí)施例中，塑料閃爍體11為衰減時(shí)間為4ns的塑料閃爍體。測量裝置具有一能量補(bǔ)償片12。能量補(bǔ)償片12用于對塑料閃爍體11進(jìn)行能量補(bǔ)償。能量補(bǔ)償片12具有基材主體121和噴涂在基材主體121外表面的外涂層122，基材主體121采用亞克力光導(dǎo)材料等制成，外涂層122采用硫化鋅等。能量補(bǔ)償片12實(shí)現(xiàn)提高能量低于100kev的低能射線的能量響應(yīng)，對高能射線不敏感，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)對α粒子進(jìn)行測量，解決現(xiàn)有的塑料閃爍體探測器只能測量x、γ、β射線的缺陷。光電倍增管13打拿極的陰極經(jīng)由耐高壓導(dǎo)線與多級輸出高壓電源50連接，陽極經(jīng)由屏蔽線與運(yùn)放單元20連接。光電倍增管13打拿極的陰極連接的多級輸出高壓電源50的電壓值由控制單元40控制調(diào)節(jié)，提高射線測量量程。

運(yùn)放單元20具有與主探測器10的光電倍增管13的陽極電連接的電壓靈敏運(yùn)算放大器21，和與主探測器10的光電倍增管13的陽極電連接且與電壓靈敏運(yùn)算放大器21并聯(lián)連接的電荷靈敏運(yùn)算放大器22。高帶寬的電壓靈敏運(yùn)算放大器21用于采集小于200ms的脈沖式射線和采集脈沖射線強(qiáng)度，高輸入阻抗的電荷靈敏運(yùn)算放大器22用于采集大于或等于200ms的脈沖式射線和采集脈沖射線強(qiáng)度。

模數(shù)轉(zhuǎn)換單元30具有串聯(lián)電連接在電壓靈敏運(yùn)算放大器21和控制單元40之間的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器31，和串聯(lián)電連接在電荷靈敏運(yùn)算放大器22和控制單元40之間的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器32。設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器31或第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器32的不同比較閾值，分別將α射線的信號與x、γ、β射線的信號通過區(qū)分，同時(shí)將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化成響應(yīng)的數(shù)字信號輸出，并提供給控制單元40完成整個(gè)測量過程。

控制單元40具有與電壓靈敏運(yùn)算放大器21配合作用的第一計(jì)數(shù)器41、與電荷靈敏運(yùn)算放大器22配合作用的第二計(jì)數(shù)器42，和用于將第一計(jì)數(shù)器41和第二計(jì)數(shù)器42的頻率數(shù)值進(jìn)行比較的頻率選擇計(jì)數(shù)器43，根據(jù)頻率選擇計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)自動切換量程?？刂茊卧?0接收模數(shù)轉(zhuǎn)換單元30傳輸?shù)臄?shù)字信號，將測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并輸出給顯示器。

同時(shí)測量裝置還增加了專家模式功能，可在快速脈沖模式下進(jìn)行計(jì)量溯源，測量結(jié)果更準(zhǔn)確，同時(shí)增加了藍(lán)牙通訊功能，可以通過app完成讀取數(shù)據(jù)信息或設(shè)置工作參數(shù)等操作。

本發(fā)明的高量程射線快速測量裝置的測量方法，包括：

步驟一，將能量補(bǔ)償片12緊貼固定在塑料閃爍體11的射線入射端，測量裝置上電，將x、γ、β射線的粒子打到主探測器10的塑料閃爍體11上，產(chǎn)生光子；

步驟二，將產(chǎn)生的光子傳遞給主探測器10的光電倍增管13，將光子收集并放大，產(chǎn)生電信號；

步驟三，通過控制單元40的第一計(jì)數(shù)器41和第二計(jì)數(shù)器42自動判斷被測射線頻率，并通過頻率選擇計(jì)數(shù)器43選擇測量模式，并自動控制光電倍增管13打拿極的陰極連接的多級輸出高壓電源50的電壓值；當(dāng)采集的射線頻率小于200ms時(shí)，控制單元40控制運(yùn)放單元20的電壓靈敏運(yùn)算放大器21進(jìn)行采集脈沖式射線及脈沖射線強(qiáng)度；當(dāng)采集的射線頻率大于或等于200ms時(shí)，控制單元40控制運(yùn)放單元20的電荷靈敏運(yùn)算放大器22進(jìn)行采集脈沖式射線及脈沖射線強(qiáng)度；

步驟四，將經(jīng)由運(yùn)放單元20處理后的模擬信號傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元30，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元30設(shè)置的不同的比較閾值，將α射線的信號與x、γ、β射線的信號進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元30將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并傳輸給控制單元40。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的各較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。