[发明专利]一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置

权利要求书

1.一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，主要由塑料闪烁体探测器模块、光电倍增管模块、信号调理模块、供电电源模块、信号采集与信息处理模块、电池电量显示模块、温度控制模块、无线蓝牙模块、高压调节模块、底层软件模块、有线通信模块、手持终端模块、参数设置模块、上层软件模块组成；其特征在于：供电电源模块由高压供电电路和低压供电电路组成，分两路输出，高压供电输出连接至光电倍增管模块和塑料闪烁体探测器模块，低压输出连接至信号调理模块和信号采集与信息处理模块；所述塑料闪烁体探测器模块连接光电倍增管模块，光电倍增管模块连接到信号调理模块，信号调理模块连接信号采集与信息处理模块；信号采集与信息处理模块分别连接无线蓝牙模块、有线通信模块、高压调节模块、电池电量显示模块和手持终端模块；电池电量显示模块连接底层软件模块和手持终端模块，温度控制模块连接底层软件模块和手持终端模块，无线蓝牙模块连接手持终端模块，所述高压调节模块连接至有线通信模块和无线蓝牙模块送入手持终端模块；有线通信模块连接手持终端模块；底层软件模块连接至信号采集与信息处理模块送入上层软件模块，上层软件模块连接至参数设置模块送入底层软件模块，参数设置模块连接至上层软件模块送入底层软件模块；

所述塑料闪烁体探测器模块选用圆柱体加45°切角结构的塑料闪烁体和喷涂在塑料闪烁体上的ZnS(Ag)组成，塑料闪烁体在X-γ射线的激发下发生相互作用并发光，塑料闪烁体的渡越时间为：函数光源的闪光到达光阴极瞬间与阳极输出脉冲到达峰值时刻之间的时间间隔；塑料闪烁体用于将输入的待测样品经探测器后转换为闪烁光信号，输出连接到光电倍增管模块；对X-γ射线能量与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系可从探头输出脉冲所包含的能量和输出脉冲的计数两个方面计算；通过推导入射X或γ射线能量与X、γ射线与探测器相互作用输出的脉冲数目和核脉冲所包含的能量之间的关系，进而获得入射X或γ射线的能量与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系；吸收剂量和吸收剂量率均在干燥空气条件下测量；进入单位截面积的塑料闪烁体内所有粒子能量之和称为能注量，用表示，能注量为的平行射线束垂直地照射在面积为A、厚度为d的塑料闪烁体上，其穿透厚度为x处能注量为，由于射线在塑料闪烁体中能注量与穿透厚度之间成指数衰减规律，表示为：

（1）；

式中，是射线在塑料闪烁体中能量吸收系数；在单位时间内，x处的dx层处，塑料闪烁体吸收X或γ射线的能量，在单位时间内，塑料闪烁体吸收的能量表示为：

（2）；

设塑料闪烁体的光输出量正比于所吸收的辐射能量，并设其光收集、光电子产生、电子倍增、阳极电荷收集，都是线性的光电倍增管所有输出脉冲所包括的总电荷量Q正比于塑料闪烁体中所吸收的辐射能量；

在离子平衡的条件下，在干燥空气中某点，吸收剂量D与入射离子能量以及光电倍增管所有输出脉冲所包括的总电荷量Q之间的关系表示为：

（3）；

式中，为射线在空气中的能量吸收系数;D=8.69*10^-3为照射量D与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系，为电子电荷，为空气中形成对离子所消耗的平均电离能;使，则式(3)化简为：

（4）；

式中V=Ad为塑料闪烁体体积；为了测量吸收剂量和吸收剂量率，能达到好的能量响应，塑料闪烁体的组成上接近空气或软组织，以使与hv变化无关的量，对于塑料闪烁体探测器，可近似为常数；同时K为常数，为塑料闪烁体材料密度，所以，为常数，即；

要测量吸收剂量或吸收剂量率就要求记录光电倍增管所有输出脉冲的总电荷量；即：吸收剂量和吸收剂量率与处理电路输出的信号成线性关系，处理电路输出的信号随着X或γ射线的能量变化而变化，并且两者之间满足正比的关系；

所述信号调理模块由信号放大电路、积分补偿电路和I-F变换电路组成，输出连接到信号采集与信息处理模块；扩大线性范围拓宽上限是通过光电倍增管的耐辐照选择、提高高压电源的负载能力、特殊的分压电路和宽量程的I-F变换得到解决；塑料闪烁体发出光子数服从纯指数衰减规律，则阳极输出电流脉冲i(t)表示为：

（5）；

式中，Q是一个阳极电流脉冲内所包含的总电荷量；

塑料闪烁体探测器的输出等效电路描述为：为阳极负载电阻、为阳极输出电容、为分布电容、和为下一级放大器的输入电阻和电容，为隔直电容，忽视影响，其中、；等效如下式：

（6）；

由此方程可得到阳极脉冲电压的形状为：

 （7）；

怀特跟随器对信号进行初步放大，前置放大电路部分对信号进行进一步的放大，整流电路把信号变为单极性信号，所以脉冲电压信号变为:

（8）；

式中，a为怀特跟随器和前置放大电路对信号放大的系数；

为了找出与Q、与和与D之间关系，求出在时刻最大值，其振幅最大值为式（9）所示：

（9）；

即：

或（10）；

将式（10）代入式（4），有：

（11）；

从式（10）可知，、和为定值时，与之间的比值为一个常数，所以说明处理电路输出信号与X或γ射线能量之间的变化成线性关系；由于是一个常数，也是一个常数，所以，从式（11）式看出，处理电路输出信号与吸收剂量之间成正比关系，所以说明处理电路的可行性，用于吸收剂量的测量；同时，从式（11）中看出，在测量吸收剂量时，积分电路的输出信号与、和，以及K、、V都有关系。