04第四章核辐射常用仪器

第四章常用地球物理仪器第一节:FD—3013数字式γ辐射仪FD—3013型数字式辐射仪采用了NaI（Tl）闪烁晶体CMOS电路，液晶显示器件，是一种便携式的辐射仪。仪器能根据放射的强弱自动变换量程，保证了测量精度。简化了操作，仪器还设有读数，计数益出γ射线强度异常和电池失效等四种音响报警，适用于放射性矿床普查。勘探。放射性方法找水，以及环境监测等需要测定放射性强度的场合。4.1.1主要技术指标1、主要技术指标（1）探测器φ30mm×50mmNaI（T6）晶体（2）灵敏度5cps/ppmeV（3）能量阀40KeV（4）量程﹤100，100～199、≥200ppm三档自动转换，利用益出点最大能量可扩展到30000ppm。（5）显示四位字十益出字（ppm，cpM或cps）。（6）精度以置信度为95%时，一次读数的约方差和非线形误差之和表示：25～5000ppm≤±5%5000～10000ppm≤±10%10000～30000ppm≤±20%以“ppm”表示照射时间，精度同上。（7）音响监测最大延迟时间小于0.5s，报警阀5～50ppm连续可调。（8）功耗≤150mw（9）用环境温度为-10℃～+50℃，相对温度为98%（40℃）根据条件下仍然正常工作，其读数相对误差≤10%（10）形尺寸715×225×75（mm）（11）总重量约为1.6Kg2、仪器的主要功能（1）量程仪器共设置了1s、2s、4s、16s、64s五种测量时间，为了保证测量精度，仪器可根据γ放射性的强度自动选择2s、4s、16s中的某一测量时间（量程），并且读数归一化为ppmeV。60s时间讯号使用于如寻找地下水等底强度γ射线的测量，以cpm显示。1s为监测时间讯号，以ppm值显示，主要是为了适应放射性普查步行快速测量的要求的，并且可以监测上述两种测量的结果。（2）液晶显示液晶屏上设有“∑”字符，表示总道测量。“ppm”、“cpm”、“cps”为测量单位。Ppm即ppmeV的简写，也就是放射性元素含量单位Uγ，为10-6。CPM为每分钟脉冲数，CPS为每秒钟的脉冲数。借助液晶上益出点“1”明暗的次数，可扩大计数容量，通过标定。利用ppm符号也可以给出微伦/小时（n值）。夜晶正下方有4个条形符号“1111”，用以显示电池的使用情况，4条都亮表示电池电压在2.5V以上，1条亮表示电压在2.0～2.5之间，亮条消失，表示电池已失效必须立即更换。（3）鸣器器蜂鸣器是仪器的音响报警器件。当是读数，益出，γ射线强度超过预定异常阀以及电池失效时报警γ射线变异常报警阀可由“BUZZ”旋钮调整。（4）ppm和cpm测量ppm或cpm测量的选择开关K3装在数字屏下，通常置于ppm位置，如需进于64s的低放射性强度测量时可置于cpm位置。（5）ppm标定ppm调整电位器K4装在仪器的版面上通过它微调仪器的测量时间来标定仪器。具体标定方法见有关部分。（6）能量校正探管内设有一只能量校正开关，用于在野外条件下校正仪器的能量阀。低压变换器把3V的电源电压变为+6V（VDD）、—9V的电压，供给整机各个部分电路。高压变换器将低压直流电变换为供给光电倍增管PTM的直流电压，并加以稳定。探测器采用NaI（Tl）+PMT组成闪烁探测器，探测器输出脉冲的计数率正比于射线强度或含量。总量测量仪器的能量阀定得比较底（40KeV）探测器输出的相应脉冲的幅度也比较低，故需要由脉冲放大器予以放大。脉冲幅度甄别器将相当于能量小于40KeV的脉冲讯号予以淘汰，确定了仪器积分测量的性质。当仪器进行“CPM”测量时，甄别器输出的脉冲直接经计数选通门送到计数显示电路，此时定时电路相应的时间讯号为64s，当仪器进行“ppm”测量时，需要把每秒脉冲计数变换为与ppm值相同的脉冲数，此变换作用由CPS—ppm变换电路完成。由于仪器的灵敏度约为5cps/ppm，故该电路为与分频器，这个电路和测量时间相配合，可获得比较准确的CPS—ppm变换关系。本仪器的各种时间讯号，有时基电路产生，时基电路又由启动电路启动。计数分频器有2、4、16三种分频比它和量程判别电路时差电路在时序控制电路的控制下完成仪器的归一化操作，即自动根据射线的强度选择量程，并使计数结果归一化。时序控制器是本机逻辑电路的核心，它在操作人员介入的条件下，按部就班地分节拍得完成仪器规定的操作任务。它控制了时基电路、归一化电路，计数选通门，使他们协调工作。计数选通门的输出脉冲送往计数、锁存，译码电路计数器的百位打向量程判别电路输出控制讯号。液晶显示器由四位数字和若干字符组成。数字显示计数值，字符显示测量内容和报警信息。仪器分别在显示开始时，电池失效时，计数超出10000时和超过预定异常报警阀时产生音响报警。探测器采用φ30×50F级的NaI（Tl）晶体和GDB——235型光电倍增管。有关仪器的单元电路，分述如下。其中电源电路，甄别电路，量程判别电路；报警电路等单元电路已在第二、三章中叙述，在此略。校正仪器时，用1375C源照射探头，调整R5、W2使仪器的能量阀为0.66/MeV左右，然后将开关K5置于1处测量，这时仪器的能量阀即为：kVevMeV405.16661.0第二级放大器由TB、Tq组成，管为共基极放大电路，共电压增益为：ieLhRRuA)1(3式中R5为信号内阻，这里为R30和T7管输出电阻之和，约320Ω；hei为晶体管输入电阻，在Ie≈0.37mA的情况下，hei=3883Ω；LR为等效负载电阻，为R32和T9输入电阻的并联值。约5098KΩ，20为低频共基电流放大系数，典型值约为0.98。将上述典型值代入，可以标出本级的电压增益Au≈14.7。根据图中电压和电阻的数据，可以推标出Vcb≈-7V，因此D9在TB输出脉冲的幅度超过707V时产生限幅。T9管跟随器隔离了T1极甄别器对TB的影响。§4.1.2CPS—PPM变换器和计数分频器1、CPS—PPM变换器从甄别器输出的脉冲经过“工作—检验”开关K4送到G1CPS——PPM变换电路。G1具体接法如图5—3—3所示，它实际上就是一个5分频电路，因为仪器的灵敏度约为scps/ppm，故从G1每输出一个脉冲的约相当于1ppm。1、计数分频器计数分频器是仪器归一化电路的组成部分，它把G1输出的ppm脉冲2、4、16分频，分频后的ppm脉冲过程G2分频选通门选用。时基电路（定时电路）的任务是产生仪器的需要的各种时基信号，它由时钟脉冲振荡器，分频器以及一些门电路构成，有关电路如图5—5—1所示。G6为14级串行进二进制计数器,分频器和震荡器。时钟振荡率可由W4调整，当仪器处在0、4或7节拍时，G17/6=1，使时钟分频器置0，如果时钟振荡频率为6.384KHZ，Q4端输出脉冲的频率为1024HZ，它送往K4的检验讯号，送往报警电路做音响讯号，从Q14端输出的是1HZ的方波脉冲，有0.5s时由0跳到如图5—5—2所示。Q12、Q13输出得胜4HZ和2HZ的方波脉冲，故根据G13—6的与非关系，G13/6在0.81在0.87s时下跳，此讯号在监测程序中做寄存器数据转移控制信号。G15为7级二进制串行分频器，Q1、Q2、Q3、Q4、Q6、Q7端分别在1s、2s、4s、8s、16s、64s时由低电平跃升到高电平，其中2s、4s、16s讯号为ppm测量的时间讯号64s为cpm测量的时间讯号，1s为量程判别和监测的时间讯号，8s为显示时间讯号G7/8，G13/8分别在1s和8s有跃降到0。改变W4，改变时钟主振频率，也就改变了仪器的实际测量时间，从而调整了仪器的灵敏度。故W4用于仪器的标定。§4.1.3计数、寄存、译码、显示G20~G27为计数。寄存、译码、驱动四合一电路。从计数选通门G5输出的计数脉冲加到个位计数器G24的时钟脉冲输入端cp1，cp1为下跳沿触发。Cp2为寄存器转移控制端，cp2=0，计数器内容并行置入积存器，经译码后，液晶器件显示计数结果。Cp2=1，积存器封锁，计数器仍正常计数，但计数的内容不会显示。计数器在0、4节拍时，被G19~G11输出的讯号置0，G25的输出端Q4每逢G24输入100个脉冲下跳一次，此讯号被送往量程判别电路，G27的Q4端在输入10000个脉冲时下跳，此讯号被用做益出讯号。液晶显示器由四位数字和六中符号组成。六中符号中cps、cpm、ppm为测量单位，其余三种为报警符号这些符号由异或门控制其明灭。液晶的驱动方波讯号由G21—6、G21—11振荡讯号往G20—9分频后供给，振荡频率约227HZ。振荡讯号往G22—3反相后送往时序控制器G9做时钟cp。§4.1.4选通门选通门作用是选通特定的讯号，在本仪器中里有计时选通和计数选通两种门。1．计时选通在仪器操作者的干预下，根据具体测量任务，计时选通门G6、G8。选择特定的时间讯号，送往时序控制器的CT端，控制时序节拍的转换。图4—7—3计时选通门图4—7—3（a）是G6门的有关电路。它的逻辑关系是：exp.2.4.16386ZSYSXSKGVSK64.exp3当仪器进行“PPm”测量时，K3=1，03K，所以8/6G=ZSYSXS.2.4.1664S讯号被封锁，时间讯号由量程判别电路在16s、4s、2s中选通一个。当仪器进行“CPM”测量时，3k=0，3k=1，则86G=s6364S时间讯号被选通，可见，6G门是选择测量时间的。测量时间一到，86G即由1跃降到0。图5—7—4（b）是6G门的有关电路。它的逻辑关系为88G=exp]1[1.]1.[1.8].8].[5[3sksESexp=]5[86G在测量节拍，[5]=1。]5[=0，[1]=0，则88G=86G79cG=88G=86G6G所选的测量时间一到，79cG=0，使时序控制器转入[6]节拍，测量阶段宣告结束。在显示节拍[8]=1，[5]=0，[1]=0，则79cG=8s8s时间讯号一到，79CG=0，时序控制器转入[9]节拍显示阶段结束。在仪器的判别节拍，3k=1（只有在“PPM”测量时，才进行判别测量，[1]=1，E=0，[8]=0，[5]=0，故79cG=1s1s时间讯号一到，79cG=0，转入[2]节拍。在监测节拍，[1]=1。[8]=0，[5]=0，E=1，故79cG=1s1s时间讯号一到，79cG=0，转入[2]节拍。6G、8G相互配合就可以根据不同的测量任务，选择六种不同的时间讯号。2.计数选通其中84G逻辑关系为341384..21..161RCPMZYXKG当进行“ppm”测量时，13K，03K，G4根据量程判别电路的判别结果。在16.4.2分频的ppm计数脉冲中选通一路。当进行“cpm”测量时。13K。03K，4G将cpm计数脉冲选出来。5G的逻辑关系为CPMkppmKGG.1.1.5338485在测量节拍，15，01，故8485GG即5G将4G选择的计数脉冲送往计数器的1CP端（624G）在“ppm”测量的判别和监测节拍，05,0,1,1133kk，故ppmG85（注：5G将未分频的ppm计数脉冲送往计数器，在“CPM”测量节拍CPMG85）5G送往计数器的是未经cps—ppm变换的CPM计数脉冲。由前所述，54,GG相配合，可选择六种不同计数脉冲。§4.1.5时序控制时序控制电路指挥归一化电路，时差电路，计数电路和报警电路协调得工作，分十个节拍完成一次测量的全过程。时序控制电路的核心是5G时序译码器。由C187的功率真值可以看出：当R=1时10，其余9个端点均为0，cp为时钟脉冲输入端，时钟脉冲取自液晶驱动方波振荡器，时钟周期约404ms，CT端为控制端，当CP=1时，即使CP有脉冲输入电路状态仍保持不变。当CT=0时，CP脉冲每上跳一次，G9的状态向高位转移一位。现介绍在仪器一个测量周期内，时序控制的工作过程。1测量选择开关K3置于“ppm”位置（1）准备状态①,1923G“ppm”字符亮①②155G，用