專(zhuān)利名稱(chēng)：高速中子攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及中子成像技術(shù)，具體涉及一種高速中子攝像裝置。
背景技術(shù)：
中子成像技術(shù)原理與X射線透視一樣，只不過(guò)使用的是中子來(lái)穿透物體。中子成像與X射線成像相比，穿透力更強(qiáng)，且能看到較輕的元素，例如C，H，0，N等。缺點(diǎn)是中子成像強(qiáng)度較弱，因此分辨、噪音等要差于X射線。目前，中子成像使用的中子源主要有三種，分別是同位素中子源(被測(cè)物處中子通量 103n/Cm2/S)，加速器中子源(被測(cè)物處中子通量 103n/Cm2/S至106n/Cm2/S)，及反應(yīng)堆中子源(被測(cè)物處中子通量 105n/cm2/S至109n/cm2/S)。最強(qiáng)中子源為反應(yīng)堆，因此只有使用反應(yīng)堆孔道出來(lái)的中子能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的攝像。目前世界上只有兩個(gè)反應(yīng)堆FRM2， JRR3具有可達(dá)1000幀/秒的中子高速攝像裝置，而國(guó)內(nèi)只有綿陽(yáng)九院的反應(yīng)堆開(kāi)展過(guò)低速中子動(dòng)態(tài)攝像工作(30幀/秒)。世界上現(xiàn)有的兩臺(tái)中子高速攝像裝置都采用固定CMOS相機(jī)與閃爍屏距離的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于屏蔽，方便操作，缺點(diǎn)是難以滿(mǎn)足不同的視場(chǎng)范圍和分辨要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可對(duì)不同視場(chǎng)范圍和分辨要求做出響應(yīng)的高速中子攝像裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種高速中子攝像裝置，包括中子轉(zhuǎn)換腔和探測(cè)腔， 中子轉(zhuǎn)換腔設(shè)有用于將中子影像轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光影像的閃爍屏，閃爍屏后側(cè)設(shè)有用于將可見(jiàn)光折射到探測(cè)腔的平面鏡；探測(cè)腔內(nèi)設(shè)有鏡頭和高速CMOS相機(jī)，其中，所述的鏡頭和高速 CMOS相機(jī)整體置于屏蔽鉛盒內(nèi)，鏡頭朝向可見(jiàn)光入射方向，在探測(cè)腔內(nèi)設(shè)有能夠帶動(dòng)鏡頭和高速CMOS相機(jī)整體移動(dòng)的平移臺(tái)。進(jìn)一步，如上所述的高速中子攝像裝置，其中，在所述的平面鏡的下方設(shè)有用于定焦的激光裝置，激光裝置所發(fā)出的激光投影位于閃爍屏的中央；所述的激光裝置為十字型激光裝置，閃爍屏上的激光投影為十字投影。進(jìn)一步，如上所述的高速中子攝像裝置，其中，所述的鏡頭通過(guò)皮帶與鏡頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)連接。進(jìn)一步，如上所述的高速中子攝像裝置，其中，所述的平移臺(tái)包括X軸平移臺(tái)和Y 軸平移臺(tái)，屏蔽鉛盒設(shè)在X軸平移臺(tái)上，X軸平移臺(tái)設(shè)在Y軸平移臺(tái)上，Y軸平移臺(tái)固定在探測(cè)腔底部。更進(jìn)一步，如上所述的高速中子攝像裝置，其中，所述的X軸平移臺(tái)和Y軸平移臺(tái)均采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠的形式進(jìn)行傳動(dòng)。進(jìn)一步，如上所述的高速中子攝像裝置，其中，所述的閃爍屏為L(zhǎng)i6F或ZnS材料。本實(shí)用新型的有益效果如下本實(shí)用新型所提供的高速中子攝像裝置，將透鏡和相機(jī)安裝在可移動(dòng)的平移臺(tái)上，通過(guò)調(diào)節(jié)物距，可對(duì)不同視場(chǎng)范圍和分辨要求做出響應(yīng)。對(duì)于屏蔽的設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型將透鏡和相機(jī)整體放入鉛盒隨平移臺(tái)移動(dòng)，簡(jiǎn)化了屏蔽結(jié)構(gòu)，使屏蔽效果更理想。對(duì)實(shí)際操作過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦的問(wèn)題，本實(shí)用新型采用在閃爍屏上投影激光十字叉，來(lái)在不同物距上進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦，這樣能保證在線帶束自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量。

圖1為高速中子攝像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為探測(cè)范圍直徑為IOcm的探測(cè)光路原理圖；圖3為探測(cè)范圍直徑為35cm的探測(cè)光路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，高速中子攝像裝置包括中子轉(zhuǎn)換腔1和探測(cè)腔2兩部分。中子轉(zhuǎn)換腔1使中子影像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光影像，探測(cè)腔2用于收集光信號(hào)。兩個(gè)腔體框架材料采用 2cm*2cm截面的鋁合金型材，外表皮包層是2mm厚鋁箔。腔體間依靠4個(gè)螺絲固定連接。本實(shí)施例中，中子轉(zhuǎn)換腔框架體積為40cm*40cm*40cm，探測(cè)腔框架體積為60cm*80cm*120cm。中子轉(zhuǎn)換腔1設(shè)有用于將中子影像轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光影像的閃爍屏3，閃爍屏3后側(cè)設(shè)有用于將可見(jiàn)光折射到探測(cè)腔2的平面鏡4。閃爍屏可以為L(zhǎng)i6F或ZnS材料，面積尺寸為35cm*35cm，厚度約0. 4mm,使中子影像轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光影像，效率為20%以上，其襯底為2mm厚度的鋁板，閃爍屏依靠4個(gè)角上的螺母固定在轉(zhuǎn)換腔端部框架上。反射鏡使可見(jiàn)光90度折射到探測(cè)腔中，這樣能避免直射束照射。反射鏡面積約 35cm*50cm，厚度約0. 3 μ m鋁膜鍍?cè)?mm厚的單晶硅片上，表面再鍍上IOnm厚Si02保護(hù)層， 平面鏡需達(dá)到90%以上的反射率。反射鏡固定在與閃爍屏成45°角的平面上。反射鏡底部裝有可發(fā)光的十字型激光裝置，可在閃爍屏中央投影十字光斑。探測(cè)腔2內(nèi)設(shè)有鏡頭5和高速CMOS相機(jī)6，所述的鏡頭5和高速CMOS相機(jī)6整體置于屏蔽鉛盒7內(nèi)，鏡頭5朝向可見(jiàn)光入射方向，在探測(cè)腔2內(nèi)設(shè)有能夠帶動(dòng)鏡頭5和高速 CMOS相機(jī)6整體移動(dòng)的平移臺(tái)。鏡頭5在不同分辨、視場(chǎng)要求下可使用選擇三款鏡頭焦距85mm、最小焦徑比為 1. 4的鏡頭；焦距135mm、最小焦徑比為2. 0的鏡頭；焦距200mm、最小焦徑比為2. 0的鏡頭。 鏡頭5依靠驅(qū)動(dòng)馬達(dá)8自動(dòng)調(diào)焦，鏡頭5與馬達(dá)8依靠皮帶傳動(dòng)。高速CMOS相機(jī)6為耦合了第三代圖像增強(qiáng)器的科學(xué)級(jí)高速CMOS相機(jī)，能進(jìn)行 1000幀/秒的高速拍攝。分辨為1024*1024，相機(jī)安放在厚約2cm的鉛盒7內(nèi)，可降低、 輻射對(duì)相機(jī)的影響。相機(jī)底座與鏡頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)8都和鉛盒7使用螺絲固定。平移臺(tái)包括X軸平移臺(tái)9和Y軸平移臺(tái)10，相機(jī)鉛盒7依靠固定螺絲固定在X軸平移臺(tái)9上，而X軸平移臺(tái)9依靠固定螺絲固定在Y軸平移臺(tái)10上，Y軸平移臺(tái)10依靠固定螺絲固定在探測(cè)腔底梁鋁合金型材上。X軸平移臺(tái)9和Y軸平移臺(tái)10均采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠的形式進(jìn)行傳動(dòng)(當(dāng)然也不限于這種傳動(dòng)形式)，X軸平移臺(tái)9可自動(dòng)平移距離為5cm，Y 軸平移臺(tái)10可自動(dòng)平移距離為100cm。[0025]探測(cè)光路的調(diào)節(jié)原理如圖2、圖3所示。在圖2、圖3中，最左面為相機(jī)，中間為鏡頭，最右面為閃爍屏，由圖中可以看出，調(diào)節(jié)閃爍屏與鏡頭的距離可改變探測(cè)的范圍。理論上，假設(shè)閃爍屏均勻發(fā)光，略去各部件造成的光子損失(因?yàn)楦鞑考膿p失因子為常數(shù))。相機(jī)中每個(gè)像素點(diǎn)收集的光子為η = N/[4F/(m+l)]*D2這里N為單位面積閃爍屏發(fā)出的光子數(shù)，F(xiàn)為焦距/鏡頭直徑，m為測(cè)量視場(chǎng)直徑 /感光芯片尺寸，D為芯片單位像素探測(cè)的閃爍屏尺寸。由于!11>>1，因此111+1 111;所以11 = ~ [4F/ (m+1) ] *D2 = N/16F2* (D/m)2 = N/16F、d2。這里d為芯片像素本身的尺寸，N、F、d與視場(chǎng)大小無(wú)關(guān)。這意味著，無(wú)論看到的視場(chǎng)范圍如何變化，芯片的感光量是保持不變的。所以，可以隨意的調(diào)節(jié)所觀察的范圍，而無(wú)需擔(dān)心曝光不足。現(xiàn)有技術(shù)對(duì)屏蔽的設(shè)計(jì)是將探測(cè)腔整體進(jìn)行屏蔽，而本實(shí)用新型加裝移動(dòng)平臺(tái)后，探測(cè)腔部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易屏蔽。由于只有相機(jī)的芯片需要屏蔽保護(hù)，因此本實(shí)用新型將屏蔽用的鉛盒直接加裝到相機(jī)上。這樣簡(jiǎn)化了屏蔽設(shè)計(jì)，節(jié)約了空間和重量。現(xiàn)有技術(shù)的中子高速攝像裝置由于無(wú)需改變視場(chǎng)，因此只需一次定焦修正，之后每次測(cè)量都固定不變即可。而本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)中由于需要改變視場(chǎng)，因此每次需要重新定焦，這樣按照傳統(tǒng)測(cè)量方法需要取下閃爍屏，在閃爍屏位置放上標(biāo)樣進(jìn)行定焦測(cè)量，然后再安裝上閃爍屏，這樣會(huì)大大降低了探測(cè)效率。為了實(shí)現(xiàn)在線的帶束測(cè)量，本實(shí)用新型在平面鏡下方設(shè)計(jì)安裝一個(gè)十字型激光裝置，定焦時(shí)只需將十字激光投影到閃爍屏中央即可作為標(biāo)樣進(jìn)行測(cè)量。這樣無(wú)需到現(xiàn)場(chǎng)摘除閃爍屏，極大地提高了效率和減少了工作人員的輻射劑量，保證了安全。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高速中子攝像裝置，包括中子轉(zhuǎn)換腔(1)和探測(cè)腔O)，中子轉(zhuǎn)換腔(1)設(shè)有用于將中子影像轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光影像的閃爍屏(3)，閃爍屏(3)后側(cè)設(shè)有用于將可見(jiàn)光折射到探測(cè)腔的平面鏡⑷；探測(cè)腔⑵內(nèi)設(shè)有鏡頭(5)和高速CMOS相機(jī)(6)，其特征在于所述的鏡頭(5)和高速CMOS相機(jī)(6)整體置于屏蔽鉛盒(7)內(nèi)，鏡頭(5)朝向可見(jiàn)光入射方向， 在探測(cè)腔⑵內(nèi)設(shè)有能夠帶動(dòng)鏡頭(5)和高速CMOS相機(jī)(6)整體移動(dòng)的平移臺(tái)。
2.如權(quán)利要求1所述的高速中子攝像裝置，其特征在于在所述的平面鏡的下方設(shè)有用于定焦的激光裝置(11)，激光裝置(11)所發(fā)出的激光投影位于閃爍屏的中央。
3.如權(quán)利要求2所述的高速中子攝像裝置，其特征在于所述的激光裝置(11)為十字型激光裝置，閃爍屏上的激光投影為十字投影
4.如權(quán)利要求1所述的高速中子攝像裝置，其特征在于所述的鏡頭(5)通過(guò)皮帶與鏡頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(8)連接。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的高速中子攝像裝置，其特征在于所述的平移臺(tái)包括X軸平移臺(tái)(9)和Y軸平移臺(tái)(10)，屏蔽鉛盒(7)設(shè)在X軸平移臺(tái)(9)上，X軸平移臺(tái) (9)設(shè)在Y軸平移臺(tái)(10)上，Y軸平移臺(tái)(10)固定在探測(cè)腔(2)底部。
6.如權(quán)利要求5所述的高速中子攝像裝置，其特征在于所述的X軸平移臺(tái)(9)和Y軸平移臺(tái)(10)均采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠的形式進(jìn)行傳動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的高速中子攝像裝置，其特征在于所述的閃爍屏(3)為L(zhǎng)i6F或 SiS材料。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及中子成像技術(shù)，具體涉及一種高速中子攝像裝置。其結(jié)構(gòu)包括中子轉(zhuǎn)換腔和探測(cè)腔，中子轉(zhuǎn)換腔設(shè)有用于將中子影像轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光影像的閃爍屏，閃爍屏后側(cè)設(shè)有用于將可見(jiàn)光折射到探測(cè)腔的平面鏡；探測(cè)腔內(nèi)設(shè)有鏡頭和高速CMOS相機(jī)，其中，所述的鏡頭和高速CMOS相機(jī)整體置于屏蔽鉛盒內(nèi)，鏡頭朝向可見(jiàn)光入射方向，在探測(cè)腔內(nèi)設(shè)有能夠帶動(dòng)鏡頭和高速CMOS相機(jī)整體移動(dòng)的平移臺(tái)。本實(shí)用新型可對(duì)不同視場(chǎng)范圍和分辨要求做出響應(yīng)，且能夠在不同物距上進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦，保證在線帶束自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量。
文檔編號(hào)G03B39/00GK202102238SQ201120221680
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者劉蘊(yùn)韜, 吳立齊, 武梅梅, 王洪立, 王雨, 賀林峰, 郝麗杰, 陳東風(fēng), 韓松柏, 魏國(guó)海 申請(qǐng)人:中國(guó)原子能科學(xué)研究院