一種α、β脈沖甄別方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及α、β表面污染儀的設計技術，具體涉及一種α、β表面污染儀測量的α、β粒子脈沖甄別方法。
【背景技術】
[0002]便攜式α、β表面污染儀，使用雙閃爍體和一個光電探測器件實現α、β表面污染的測量，其中雙閃爍體由ZnS(Ag)閃爍體涂布在塑料閃爍體上組成。測量時，α粒子基本只在ZnS(Ag)閃爍體中產生電離效應并發光，β粒子則主要在塑料閃爍體中產生電離效應并發光。光電探測器件收集閃爍光，并將其轉化為電信號，實現對α、β粒子的測量。由于使用同一光電探測器件，α、β粒子產生的脈沖信號形狀類似，因此，如何區分并確定產生脈沖信號的射線種類是表面污染儀的關鍵技術。
[0003]為解決α、β脈沖甄別的問題，國內外便攜式α、β表面污染儀主要使用了四種技術方法。其一，采用雙探頭，將ZnS(Ag)閃爍體和塑料閃爍體封裝在兩個不同的探頭內，分別測量α、β粒子；其二，脈沖幅度甄別方法，根據ZnS(Ag)閃爍體發光強度大的特點，通過輸出脈沖幅度的高低判斷粒子的種類；其三，通過調整光電倍增管的工作電壓，配合幅度甄別的方法實現α、β粒子的甄別；其四，通過α、β粒子信號經電容充電后形成的模擬脈沖下降沿寬度的差別，實現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方案。
[0004]第一種技術方法需要使用兩個探頭，在實際測量時針對不同的粒子要手動切換探頭，使用時較為繁瑣，增加了測量時間，且其生產成本和系統復雜度更高；第二種技術方法中，由于粒子能量、入射角度的不同，導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，難以通過設置幅度區間實現完全區分；第三種技術方法在第二種方法的基礎上，通過調整光電器件的工作電壓改變增益，從而增加α、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更換測量方式，不能同時獲取α、β粒子信息；第四種技術方法目前主要為國外廠商使用，其原理是通過特定的RC電路和兩路多極運算放大器，實現對前置放大器輸出的α、β粒子模擬脈沖的下降沿時間的甄別，其電路結構復雜，實現難度高。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于針對現有技術中存在的問題，提供一種通過簡單的電路設計實現α、β脈沖甄別的方法，并提高α、β粒子的甄別效率。
[0006]本發明的技術方案如下: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器件產生的脈沖信號經信號放大器放大，形成用于甄別和記錄的脈沖信號；
[0008](2)將模擬脈沖信號轉換為數字信號，該數字信號保留了模擬脈沖的時間信息；
[0009](3)將數字信號脈沖直接接入單片機，通過單片機記錄輸入數字信號脈沖的時間信息并計算脈沖寬度；
[0010](4)將計算得到的輸入脈沖的寬度與預先設定在單片機中的α、β粒子脈沖的寬度區間進行比較，實現α、β脈沖的甄別。
[0011]進一步，如上所述的α、β脈沖甄別方法，步驟(1)中，根據放大器的放大倍數和成形時間，設定信號幅度的判定閾值，從而扣除噪聲本底對電路的影響。
[0012]進一步，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器件，通過運算放大器對光電倍增管輸出的信號進行放大。
[0013]進一步，如上所述的α、β脈沖甄別方法，步驟(2)中，使用高速比較器，在設定的基準電平條件下，將模擬脈沖信號轉換為數字信號。
[0014]進一步，如上所述的α、β脈沖甄別方法，步驟(3)中，單片機通過定時器輸入端口，以固定時間間隔的采樣頻率對輸入的TTL脈沖進行采樣，通過采樣到一個上升沿和一個下降沿來判斷是否為一個有效脈沖，并通過上升沿和下降沿間的采樣個數計算脈沖寬度。
[0015]進一步，如上所述的α、β脈沖甄別方法，步驟(4)中所述的預先設定在單片機中的α、β粒子脈沖的寬度區間是使用單一粒子的放射源對相應脈沖的寬度區間進行標定得到的。
[0016]本發明的有益效果如下:本發明采用的脈沖甄別技術可實現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。與下降沿時間甄別方法相比，本方法的電路結構中減少了成形電路和相應的多級放大電路和脈沖時間甄別電路，降低了成本和電路的復雜度。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的α、β脈沖寬度甄別電路示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0019]本發明是基于脈沖寬度甄別思想，采用新型的單片機，通過簡單、低成本的電路設計，實現α、β粒子脈沖的甄別，能夠降低系統的復雜度并提高α、β粒子脈沖的甄別效率。
[0020]本發明的α、β脈沖甄別方法，包括如下步驟:
[0021]1.信號準備
[0022]α、β表面污染儀的光電探測器件產生的脈沖信號經過放大器放大后，形成用于甄別和記錄的脈沖信號。根據放大器的放大倍數和成形時間，設定信號幅度的判定閾值，從而扣除噪聲本底對電路的影響。
[0023]2.模擬信號轉換為數字信號
[0024]使用高速比較器，在設定的基準電平條件下，將模擬脈沖信號轉換為數字信號，該數字信號保留了模擬脈沖的時間信息。
[0025]3.脈沖寬度記錄
[0026]將高速比較器輸出的數字信號脈沖直接接入單片機，通過單片機程序記錄輸入數字信號脈沖的時間信息并計算脈沖寬度。該步驟中單片機通過特定的定時器輸入端口，以固定時間間隔的采樣頻率對輸入的TTL脈沖進行采樣，通過采樣到一個上升沿和一個下降沿來判斷是否為一個有效脈沖，通過上升沿和下降沿間的采樣個數計算脈沖寬度。
[0027]4.脈沖寬度甄別區間的設定
[0028]使用單一粒子的放射源對相應脈沖的寬度區間進行預先標定，分別給出α、β粒子輸出脈沖的寬度區間。通過單片機程序，將輸入脈沖的寬度與所設定的區間進行比較，實現對α、β脈沖的甄別。
[0029]實施例
[0030]本發明采用光電倍增管作為光電探測器件。通過運算放大器0Ρ284對光電倍增管輸出的信號進行放大，并通過ΜΑΧ991快速比較器將模擬信號轉換為數字信號。利用STM32F207單片機對每個數字信號的脈沖寬度進行記錄，并根據預先設定的脈沖寬度區間，判斷該信號為α信號、β信號或噪聲信號。
[0031]如圖1所示，搭建α、β脈沖甄別電路及測量分析系統。利用α、β放射源對α、β脈沖甄別電路進行測試。
[0032]利用復合閃爍體探測器及α面源241Am、β面源9°Sr對電路進行測試，可以較好地區分α、β脈沖信號，其中α粒子進入β道計數比小于5%，β粒子進入α道計數比小于1 %。
[0033]上述測試結果表明，利用本發明的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表面污染儀的測量性能。
[0034]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其同等技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
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器件產生的脈沖信號經信號放大器放大，形成用于甄別和記錄的脈沖信號； (2)將模擬脈沖信號轉換為數字信號，該數字信號保留了模擬脈沖的時間信息； (3)將數字信號脈沖直接接入單片機，通過單片機記錄輸入數字信號脈沖的時間信息并計算脈沖寬度； (4)將計算得到的輸入脈沖的寬度與預先設定在單片機中的α、β粒子脈沖的寬度區間進行比較，實現α、β脈沖的甄別。2.如權利要求1所述的α、β脈沖甄別方法，其特征在于:步驟(1)中，根據放大器的放大倍數和成形時間，設定信號幅度的判定閾值，從而扣除噪聲本底對電路的影響。3.如權利要求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器件，通過運算放大器對光電倍增管輸出的信號進行放大。4.如權利要求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，在設定的基準電平條件下，將模擬脈沖信號轉換為數字信號。5.如權利要求1所述的α、β脈沖甄別方法，其特征在于:步驟(3)中，單片機通過定時器輸入端口，以固定時間間隔的采樣頻率對輸入的TTL脈沖進行采樣，通過采樣到一個上升沿和一個下降沿來判斷是否為一個有效脈沖，并通過上升沿和下降沿間的采樣個數計算脈沖寬度。6.如權利要求1所述的α、β脈沖甄別方法，其特征在于:步驟(4)中所述的預先設定在單片機中的α、β粒子脈沖的寬度區間是使用單一粒子的放射源對相應脈沖的寬度區間進行標定得到的。
【專利摘要】本發明涉及一種α、β表面污染儀測量的α、β粒子脈沖甄別方法。該方法將光電探測器件產生的脈沖信號經信號放大器放大，形成用于甄別和記錄的脈沖信號；將模擬脈沖信號轉換為數字信號，將數字信號脈沖直接接入單片機，通過單片機記錄輸入數字信號脈沖的時間信息并計算脈沖寬度；將計算得到的輸入脈沖的寬度與預先設定在單片機中的α、β粒子脈沖的寬度區間進行比較，實現α、β脈沖的甄別。本發明通過簡單的電路設計就實現了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】CN105319574
【申請號】CN201510783028
【發明人】劉陽, 駱志平, 劉哲, 龐洪超, 董遷, 陳勤
【申請人】中國原子能科學研究院
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月16日