基于光纤探头的伽马射线辐照探测系统

发布时间：2021-03-04 10:39

　　设计了一种基于光纤探头的伽马射线辐照探测系统,系统探头采用光锥耦合器和光纤连接CsI晶体和雪崩二极管（APD）,在复杂探测环境中具有较高的精准度。为采集、放大探测信号并稳定信号增益,设计了前置放大电路、APD偏压电路、控制及测量单元。利用LabVIEW开发了探测系统虚拟仪器软件,实现辐照信号的提升小波降噪和5点移动平滑预处理;预处理后的信号经过寻峰统计和波形分析后,得出伽马射线辐照强度。测试结果表明,具有光纤探头的伽马射线辐照探测系统能够适应复杂多样的辐照环境,探测结果具有较高的可信度。 

【文章来源】：仪表技术与传感器. 2020,(04)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

探测及转化原理示意图

光纤探头组件包括CsI晶体、光锥耦合器、传输光纤和雪崩光电二极管,结构如图2所示。光锥耦合器将CsI晶体发出的荧光导入光纤中并传输至雪崩光电二极管(APD)内。为使荧光衰减最小,保证入射光全反射进入光纤,光锥耦合器材质选用PMMA材料,锥形体底面直径取决于CsI晶体直径,高度则依据光子全反射条件确定。在出射角低于30°,CsI晶体直径为23 mm,光纤直径为3 mm的设计条件下,利用MATLAB模拟1.0×108个光子入射,得出光锥耦合器的高度为80 mm,母线与水平线夹角为7.1°时,满足全反射的出射光子数量最多,符合设计要求。1.3 探测系统结构

伽马射线辐照探测系统如图3所示,主要包括光纤探头、前端读出电路(前置放大电路、A/D转换)、控制及测量单元、电源与APD偏压电路、PC机(运行LabVIEW程序)。系统工作过程为:光纤探头接收到伽马射线辐照,输出电脉冲信号(微弱);前置放大电路对电脉冲信号进行放大,放大信号经A/D转换后,读入STM32单片机中,与此同时探测环境GPS信息和实时温度值也被读入。根据当前温度值,温度补偿电路自动调节并控制APD两端偏压,使光生倍增电流增益稳定。伽马射线辐照信号连续采样值、GPS位置、实时温度等信息以数据帧形式传输到PC机。PC机内的LabVIEW软件通过VISA端口读取数据帧,经解码获取伽马辐照信号等数据。LabVIEW软件通过matlabscript节点调用提升小波和5点移动平滑程序,对伽马射线辐照信号进行降噪平滑预处理,并进行后续的寻峰统计和波形分析。

【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率高压直流电源纹波抑制方法研究[J]. 孔令立,汪建业,王亮,张俊军.  量子电子学报. 2018(04)
[2]APD偏压的环境自适应数字控制技术研究[J]. 李维康,申华,王寿增.  光学与光电技术. 2018(01)
[3]电子器件γ辐射屏蔽材料设计及性能研究[J]. 李作胜,张衍,刘育建,方俊,栾伟玲,吴国章.  机械工程学报. 2017(21)
[4]水质检测中色谱谱峰寻峰算法的设计与实现[J]. 汪鲁才,陈超华,王桃,向伟.  计算机工程与应用. 2017(11)
[5]碲锌镉探测器的数字核信号处理系统设计[J]. 曾国强,魏世龙,夏源,李强,徐亚东,葛良全,介万奇.  核技术. 2015(11)
[6]基于LabVIEW的数字核信号滤波成形方法的设计与实现[J]. 张怀强,李丽,吴和喜,覃国秀.  核技术. 2013(02)
[7]提升小波尺度自适应非线性预测算子构造方法[J]. 张鹏,倪世宏,谢川.  中南大学学报(自然科学版). 2012(03)
[8]核辐射对人体的生物学危害及医学防护基本原则[J]. 周平坤.  首都医科大学学报. 2011(02)
[9]用于APD激光探测的电荷灵敏前置放大器设计[J]. 徐伟,陈钱,顾国华,何伟基.  激光与红外. 2011(01)



本文编号：3063069