設(shè)計(jì)了一種基于光纖探頭的伽馬射線輻照探測(cè)系統(tǒng),系統(tǒng)探頭采用光錐耦合器和光纖連接CsI晶體和雪崩二極管（APD）,在復(fù)雜探測(cè)環(huán)境中具有較高的精準(zhǔn)度。為采集、放大探測(cè)信號(hào)并穩(wěn)定信號(hào)增益,設(shè)計(jì)了前置放大電路、APD偏壓電路、控制及測(cè)量單元。利用LabVIEW開發(fā)了探測(cè)系統(tǒng)虛擬儀器軟件,實(shí)現(xiàn)輻照信號(hào)的提升小波降噪和5點(diǎn)移動(dòng)平滑預(yù)處理;預(yù)處理后的信號(hào)經(jīng)過尋峰統(tǒng)計(jì)和波形分析后,得出伽馬射線輻照強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果表明,具有光纖探頭的伽馬射線輻照探測(cè)系統(tǒng)能夠適應(yīng)復(fù)雜多樣的輻照環(huán)境,探測(cè)結(jié)果具有較高的可信度。 

【文章來源】：儀表技術(shù)與傳感器. 2020,(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

探測(cè)及轉(zhuǎn)化原理示意圖

光纖探頭組件包括CsI晶體、光錐耦合器、傳輸光纖和雪崩光電二極管,結(jié)構(gòu)如圖2所示。光錐耦合器將CsI晶體發(fā)出的熒光導(dǎo)入光纖中并傳輸至雪崩光電二極管(APD)內(nèi)。為使熒光衰減最小,保證入射光全反射進(jìn)入光纖,光錐耦合器材質(zhì)選用PMMA材料,錐形體底面直徑取決于CsI晶體直徑,高度則依據(jù)光子全反射條件確定。在出射角低于30°,CsI晶體直徑為23 mm,光纖直徑為3 mm的設(shè)計(jì)條件下,利用MATLAB模擬1.0×108個(gè)光子入射,得出光錐耦合器的高度為80 mm,母線與水平線夾角為7.1°時(shí),滿足全反射的出射光子數(shù)量最多,符合設(shè)計(jì)要求。1.3 探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

伽馬射線輻照探測(cè)系統(tǒng)如圖3所示,主要包括光纖探頭、前端讀出電路(前置放大電路、A/D轉(zhuǎn)換)、控制及測(cè)量單元、電源與APD偏壓電路、PC機(jī)(運(yùn)行LabVIEW程序)。系統(tǒng)工作過程為:光纖探頭接收到伽馬射線輻照,輸出電脈沖信號(hào)(微弱);前置放大電路對(duì)電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大,放大信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,讀入STM32單片機(jī)中,與此同時(shí)探測(cè)環(huán)境GPS信息和實(shí)時(shí)溫度值也被讀入。根據(jù)當(dāng)前溫度值,溫度補(bǔ)償電路自動(dòng)調(diào)節(jié)并控制APD兩端偏壓,使光生倍增電流增益穩(wěn)定。伽馬射線輻照信號(hào)連續(xù)采樣值、GPS位置、實(shí)時(shí)溫度等信息以數(shù)據(jù)幀形式傳輸?shù)絇C機(jī)。PC機(jī)內(nèi)的LabVIEW軟件通過VISA端口讀取數(shù)據(jù)幀,經(jīng)解碼獲取伽馬輻照信號(hào)等數(shù)據(jù)。LabVIEW軟件通過matlabscript節(jié)點(diǎn)調(diào)用提升小波和5點(diǎn)移動(dòng)平滑程序,對(duì)伽馬射線輻照信號(hào)進(jìn)行降噪平滑預(yù)處理,并進(jìn)行后續(xù)的尋峰統(tǒng)計(jì)和波形分析。

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