航空伽瑪能譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種能譜儀，具體地說(shuō)是一種航空伽瑪能譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]航空伽瑪能譜儀是應(yīng)用于航空伽瑪能譜測(cè)量的儀器，我國(guó)的航空伽瑪能譜測(cè)量工作始于1955年，最初主要應(yīng)用于尋找放射性礦產(chǎn)以及油氣田勘查等，后來(lái)逐步擴(kuò)展到地質(zhì)填圖、放射性元素伴生礦勘查領(lǐng)域，20世紀(jì)80年代以來(lái)，航空伽瑪能譜測(cè)量開(kāi)始應(yīng)用于環(huán)境放射性污染調(diào)查、核事故應(yīng)急航空監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
[0003]航空伽瑪能譜儀通常由晶體探測(cè)器陣列、主機(jī)、收錄系統(tǒng)和配套應(yīng)用軟件組成。實(shí)際應(yīng)用中，一套航空伽瑪能譜儀通常使用9至14條晶體探測(cè)器組成晶體探測(cè)器陣列，每條晶體探測(cè)器由NaI(TI)晶體、光電倍增管(PMT)、前置放大器、脈沖處理器、數(shù)據(jù)緩存器和數(shù)據(jù)處理器、電源和自動(dòng)穩(wěn)譜裝置等部件組成，一般2至5條晶體探測(cè)器裝配成I箱。晶體箱和主機(jī)之間通過(guò)電纜線連接，晶體箱和主機(jī)之間通訊接口一般采用RS232，IEEE488和INTEL8255等接口方式。主機(jī)主要功能是采集每條晶體探測(cè)器的測(cè)量數(shù)據(jù)、控制探測(cè)器的增益和高壓、處理傳輸采集的數(shù)據(jù)，收錄系統(tǒng)用于保存主機(jī)采集處理的數(shù)據(jù)。現(xiàn)有的航空伽瑪能譜儀存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抗干擾能力差的缺陷。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的就是提供一種運(yùn)行穩(wěn)定性好的航空伽瑪能譜儀，以解決現(xiàn)有能譜儀存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抗干擾能力差的缺陷。
[0005]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種航空伽瑪能譜儀，包括晶體探測(cè)器陣列、主控計(jì)算機(jī)、輔助設(shè)備以及電源系統(tǒng)；其中，所述晶體探測(cè)器陣列由2~5箱單箱晶體探測(cè)器組成；單箱晶體探測(cè)器由碘化鈉晶體、光電倍增管、數(shù)字多道脈沖幅度分析器、微控制器和接口電路以及交換機(jī)組成；碘化鈉晶體用于將來(lái)自地面或空中的核輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)；光電倍增管用于將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉糯蠛蟮碾娦盘?hào)；數(shù)字多道脈沖幅度分析器用于將放大的電信號(hào)進(jìn)行濾波，再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)字脈沖整形，提取脈沖幅度值，合成1024道單譜數(shù)據(jù)和上/下測(cè)1024道全譜數(shù)據(jù)及宇宙射線數(shù)據(jù)；所述每單條晶體探測(cè)器測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)微控制器和接口電路的數(shù)據(jù)接口傳輸至交換機(jī)，交換機(jī)將數(shù)據(jù)打包經(jīng)以太網(wǎng)傳送給主控計(jì)算機(jī)；所述主控計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)口與晶體探測(cè)器進(jìn)行數(shù)據(jù)與指令傳輸，用于實(shí)現(xiàn)航空伽瑪能譜測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和穩(wěn)峰控制功能。
[0007]所述的航空伽瑪能譜儀中，每單箱晶體探測(cè)器內(nèi)配置4~5條碘化鈉晶體。
[0008]所述的航空伽瑪能譜儀中，所述主控計(jì)算機(jī)采用CPCI總線結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器為固態(tài)硬盤存儲(chǔ)器。
[0009]所述的航空伽瑪能譜儀中，所述輔助設(shè)備包括雷達(dá)高度計(jì)、氣壓高度計(jì)、航空GPS和機(jī)載溫濕度計(jì)，用于采集航空物探測(cè)量中必需的雷達(dá)高度、氣壓高度、位置信息和溫濕度數(shù)據(jù)；所述輔助設(shè)備通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口連接到所述主控計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集板卡上。
[0010]所述的航空伽瑪能譜儀中，所述數(shù)字多道脈沖幅度分析器包括:
[0011]模擬濾波器:用于對(duì)接收到的電荷信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使之保持在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)輸入范圍之內(nèi)；
[0012]模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬濾波器輸出的信號(hào)數(shù)字化，并將結(jié)果實(shí)時(shí)送到數(shù)字脈沖整形器；
[0013]數(shù)字脈沖整形器，采用梯形整形方法，用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)；
[0014]脈沖峰值保持器，用于計(jì)算符合脈沖數(shù)量；以及
[0015]脈沖甄別器，用于拒絕不符合脈沖。
[0016]本實(shí)用新型中，晶體探測(cè)器結(jié)構(gòu)緊湊，將碘化鈉晶體、光電倍增管、信號(hào)放大、脈沖幅度分析、數(shù)據(jù)緩存等部件集中在一起，使晶體探測(cè)器與主控計(jì)算機(jī)之間的信號(hào)傳輸由傳統(tǒng)的模擬信號(hào)改為抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)。晶體探測(cè)器與主控計(jì)算機(jī)之間采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令傳輸。主控計(jì)算機(jī)采用CPCI總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用固態(tài)硬盤進(jìn)行存儲(chǔ)，增加了航空伽瑪能譜儀的運(yùn)行穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的組成示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型中單條晶體探測(cè)器組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型由晶體探測(cè)器陣列、主控計(jì)算機(jī)、電源系統(tǒng)和輔助設(shè)備組成。
[0021]如圖2所示，本實(shí)用新型的晶體探測(cè)器陣列由若干單箱晶體探測(cè)器組成，根據(jù)不同需求，晶體探測(cè)器陣列由2~5個(gè)單箱晶體探測(cè)器組成。每箱晶體探測(cè)器都由碘化鈉晶體、光電倍增管、數(shù)字多道脈沖幅度分析器(DMCA)、微控制器和接口電路以及交換機(jī)組成。每單箱晶體探測(cè)器根據(jù)需要配置4~5條碘化鈉晶體(每單箱內(nèi)一般配置4條下測(cè)晶體，如果需要上測(cè)晶體，則增加I條晶體探測(cè)器，即為5條碘化鈉晶體)。
[0022]數(shù)字多道脈沖幅度分析器(DMCA)由模擬濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字脈沖整形器、脈沖選擇器以及脈沖峰值保持器組成。模擬濾波器:模擬濾波器輸入端為電荷信號(hào)，模擬濾波器將這個(gè)電荷信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使之保持在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)輸入范圍之內(nèi)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器:采用12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬濾波器輸出的信號(hào)以20或80MHz的頻率數(shù)字化，并將結(jié)果實(shí)時(shí)送到數(shù)字脈沖整形器。數(shù)字脈沖整形器:利用梯形成型算法，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)。峰值保持器:當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)擁有獨(dú)特峰值的脈沖時(shí)，相應(yīng)存儲(chǔ)器位置上的計(jì)數(shù)器就會(huì)增力口，用一個(gè)數(shù)組統(tǒng)計(jì)與之對(duì)應(yīng)的峰值的數(shù)量。峰值保持器還包括一些計(jì)數(shù)器，以計(jì)算挑選出來(lái)的脈沖總數(shù)，它也計(jì)算輸入脈沖，不符合脈沖等。脈沖甄別器:脈沖選擇器會(huì)拒絕不符合脈沖，其利用反堆積，上升時(shí)間判別，外部門信號(hào)邏輯等進(jìn)行識(shí)別。
[0023]來(lái)自地面或空中的核輻射信號(hào)經(jīng)碘化鈉晶體轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電倍增管(PMT)轉(zhuǎn)變?yōu)榉糯蠛蟮碾娦盘?hào)；之后放大的電信號(hào)輸入到數(shù)字多道脈沖幅度分析器(DMCA)中，DMCA首先將電信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)字脈沖整形，提取脈沖幅度值，合成1024道單譜數(shù)據(jù)和上/下測(cè)1024道全譜數(shù)據(jù)及宇宙射線數(shù)據(jù)。單條晶體探測(cè)器測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)微控制器和接口電路的數(shù)據(jù)接口傳輸至交換機(jī)，交換機(jī)將數(shù)據(jù)打包經(jīng)以太網(wǎng)傳送給主控計(jì)算機(jī)。
[0024]本實(shí)用新型主控計(jì)算機(jī)機(jī)箱采用高性能標(biāo)準(zhǔn)3U上架式機(jī)箱，采用CPCI總線結(jié)構(gòu)，具有良好的抗震性和通風(fēng)性，可以從機(jī)箱前面板拔插板卡，更換和維修方便。主控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采固態(tài)硬盤存儲(chǔ)，讀寫(xiě)速度快、防震性能強(qiáng)，重量輕。主控計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)口(RJ45接口)與晶體探測(cè)器進(jìn)行數(shù)據(jù)與指令傳輸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)航空伽瑪能譜測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和穩(wěn)峰控制功能。
[0025]本實(shí)用新型中輔助設(shè)備包括雷達(dá)高度計(jì)、氣壓高度計(jì)、航空GPS和機(jī)載溫濕度計(jì)等設(shè)備，用于采集航空物探測(cè)量中必需的雷達(dá)高度、氣壓高度、位置信息和溫濕度等數(shù)據(jù)；輔助設(shè)備通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口連接到主控計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集板卡上。
[0026]本實(shí)用新型的電源系統(tǒng)采用寬范圍直流穩(wěn)壓電源，電源為VDC18-36V，電源與主控計(jì)算和晶體探測(cè)器之間采用航空插頭形式進(jìn)行連接。低壓電源包括VDC±12V和VDC5V電源，分別為給晶體探測(cè)器中的電子電路供電；高壓電源由低壓電源VDC12V經(jīng)高壓電源模塊轉(zhuǎn)換輸出，最高達(dá)1500V，為光電倍增管(PMT)提供工作電壓。實(shí)際工作中，系統(tǒng)電源加載后，主控計(jì)算機(jī)和晶體探測(cè)器陣列開(kāi)始工作。
[0027]本實(shí)用新型放置晶體探測(cè)器的晶體箱采用碳纖維材料設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)度大、重量輕、射線衰減少等優(yōu)勢(shì)；數(shù)字多道脈沖幅度分析器(DMCA)由FPGA芯片設(shè)計(jì)，電路較以往設(shè)計(jì)大幅精簡(jiǎn)，體積小，脈沖處理能力強(qiáng)，脈沖通過(guò)率高，對(duì)信號(hào)控制靈活方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，易于升級(jí)。本實(shí)用新型解決了恒溫穩(wěn)譜穩(wěn)定性差、死時(shí)間修正誤差等問(wèn)題，提高了晶體探測(cè)器系統(tǒng)能量分辨率和脈沖通過(guò)率，滿足航空放射性調(diào)查工作的需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種航空伽瑪能譜儀，其特征是，包括晶體探測(cè)器陣列、主控計(jì)算機(jī)、輔助設(shè)備以及電源系統(tǒng)；其中， 所述晶體探測(cè)器陣列由2~5箱單箱晶體探測(cè)器組成；單箱晶體探測(cè)器由碘化鈉晶體、光電倍增管、數(shù)字多道脈沖幅度分析器、微控制器和接口電路以及交換機(jī)組成；碘化鈉晶體用于將來(lái)自地面或空中的核輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)；光電倍增管用于將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉糯蠛蟮碾娦盘?hào)；數(shù)字多道脈沖幅度分析器用于將放大的電信號(hào)進(jìn)行濾波，再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)字脈沖整形，提取脈沖幅度值，合成1024道單譜數(shù)據(jù)和上/下測(cè)1024道全譜數(shù)據(jù)及宇宙射線數(shù)據(jù)；所述每單條晶體探測(cè)器測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)微控制器和接口電路的數(shù)據(jù)接口傳輸至交換機(jī)，交換機(jī)將數(shù)據(jù)打包經(jīng)以太網(wǎng)傳送給主控計(jì)算機(jī)； 所述主控計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)口與晶體探測(cè)器進(jìn)行數(shù)據(jù)與指令傳輸，用于實(shí)現(xiàn)航空伽瑪能譜測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和穩(wěn)峰控制功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空伽瑪能譜儀，其特征是，每單箱晶體探測(cè)器內(nèi)配置4~5條碘化鈉晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空伽瑪能譜儀，其特征是，所述主控計(jì)算機(jī)采用CPCI總線結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器為固態(tài)硬盤存儲(chǔ)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空伽瑪能譜儀，其特征是，所述輔助設(shè)備包括雷達(dá)高度計(jì)、氣壓高度計(jì)、航空GPS和機(jī)載溫濕度計(jì)，用于采集航空物探測(cè)量中必需的雷達(dá)高度、氣壓高度、位置信息和溫濕度數(shù)據(jù)；所述輔助設(shè)備通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口連接到所述主控計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)米集板卡上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空伽瑪能譜儀，其特征是，所述數(shù)字多道脈沖幅度分析器包括: 模擬濾波器:用于對(duì)接收到的電荷信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使之保持在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)輸入范圍之內(nèi)； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬濾波器輸出的信號(hào)數(shù)字化，并將結(jié)果實(shí)時(shí)送到數(shù)字脈沖整形器； 數(shù)字脈沖整形器，采用梯形整形方法，用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)； 脈沖峰值保持器，用于計(jì)算符合脈沖數(shù)量；以及 脈沖甄別器，用于拒絕不符合脈沖。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種航空伽瑪能譜儀，包括晶體探測(cè)器陣列、主控計(jì)算機(jī)、輔助設(shè)備以及電源系統(tǒng)；其中，所述晶體探測(cè)器陣列由2~5箱單箱晶體探測(cè)器組成；單箱晶體探測(cè)器由碘化鈉晶體、光電倍增管、數(shù)字多道脈沖幅度分析器、微控制器和接口電路以及交換機(jī)組成；碘化鈉晶體用于將來(lái)自地面或空中的核輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)；光電倍增管用于將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉糯蠛蟮碾娦盘?hào)；所述每單條晶體探測(cè)器測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)微控制器和接口電路的數(shù)據(jù)接口傳輸至交換機(jī)，交換機(jī)將數(shù)據(jù)打包經(jīng)以太網(wǎng)傳送給主控計(jì)算機(jī)；所述主控計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)口與晶體探測(cè)器進(jìn)行數(shù)據(jù)與指令傳輸，用于實(shí)現(xiàn)航空伽瑪能譜測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和穩(wěn)峰控制功能。
【IPC分類】G01T1-36
【公開(kāi)號(hào)】CN204331044
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520006771
【發(fā)明人】劉士凱, 李江坤, 劉忠, 王軍, 李素岐, 安政委, 李藝舟
【申請(qǐng)人】核工業(yè)航測(cè)遙感中心
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月7日