便携式α/β表面污染仪探头改进设计及性能研究

发布时间：2023-03-29 02:56

　　便携式α/β表面污染仪是环境放射性污染调查与评价、核设施监测以及核事故应急事件监测等领域中的重要仪器设备,其探头由探测器和电荷灵敏前置放大器(CSP)组成。在传统便携式α/β表面污染仪的探头中,探测器通常采用光电倍增管(PMT)与复合闪烁体组成,其中PMT会导致探测器存在体积大、工作电压高、抗干扰性能和抗机械性能弱等缺点,限制了探头的应用范围;CSP通常采用单端输入结型场效应管(JFET)作为输入级,采用若干双极结型晶体管(BJT)作为放大级和输出级,导致了CSP存在静态工作点稳定性差和结构复杂等缺点,加大了电路的调试难度,影响了探头的输出特性。可见,传统探头已不符合当前便携式α/β表面污染仪的发展趋势,在加强核设施监测与放射性污染监测的大力推动下,实现对传统便携式α/β表面污染仪探头的改进,是目前亟待解决的问题。据此,本文开展了对传统便携式α/β表面污染仪探头的改进工作,提出采用硅光电倍增管(SiPM)耦合复合闪烁体组成新型α/β探测器,采用差分输入JFET孪生管和集成运算放大器设计新型CSP。为进一步研究探头性能,本文设计了探测器测试方案与探头信号调理电路(包括整形滤波电路、积分电...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景
    1.2 研究现状
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
    1.4 主要创新点
    1.5 本章小结
第2章 探头改进设计
    2.1 探测器的设计
        2.1.1 常见的 α 粒子探测器对比分析
        2.1.2 常见的 β 粒子探测器对比分析
        2.1.3 α/β 复合闪烁体选型
        2.1.4 常见的光电转换器件对比分析
        2.1.5 新型 α/β 探测器设计
    2.2 探测器特性参数测试与结果分析
        2.2.1 暗电流测试方案
        2.2.2 暗电流测试结果与分析
        2.2.3 结电容测试方案
        2.2.4 结电容测试结果与分析
    2.3 新型电荷灵敏前置放大器的设计
        2.3.1 差分折叠式电荷灵敏前置放大器设计思路
        2.3.2 差分折叠式电荷灵敏前置放大器原理
        2.3.3 电荷灵敏前置放大器输入级
        2.3.4 电荷灵敏前置放大器偏置电流源
        2.3.5 电荷灵敏前置放大器放大级电路
        2.3.6 电荷灵敏前置放大器仿真
    2.4 电荷灵敏前置放大器性能测试与结果分析
        2.4.1 CSP测试方法
        2.4.2 CSP噪声测试
        2.4.3 CSP输出波形测试
        2.4.4 CSP频率特性测试
        2.4.5 CSP稳定性测试
    2.5 探头对 α 和 β 标准源的输出响应测试
    2.6 本章小结
第3章 探头信号调理电路设计与测试
    3.1 探头信号调理电路设计
        3.1.1 整形滤波电路设计
        3.1.2 积分电路设计
        3.1.3 甄别电路设计
        3.1.4 偏压电源设计
        3.1.5 主控系统设计
    3.2 探头信号调理电路测试
        3.2.1 整形滤波、积分及甄别电路输出波形测试
        3.2.2 偏压电源噪声测试
        3.2.3 偏压电源的稳定度测试
    3.3 本章小结
第4章 探头性能测试
    4.1 探测效率及串道比测试与分析
    4.2 温度影响测试与分析
    4.3 湿度影响测试与分析
    4.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得学术成果



本文编号：3773846