技术摘要：
本发明涉及闪烁探测技术领域，提供一种低成本桌面式闪烁探测系统及多谱方法，其包括PC机、电压管理模块、闪烁探测装置、信号处理模块和微控制模块；所述PC机用于对闪烁探测系统进行测试操作、以太网连接和能谱显示；所述电源管理模块为闪烁探测系统的各个工作模块提供  全部
背景技术：
随着核技术的快速发展，在人们的日常生活中越来越大可能地接触到放射性物 质，尤其在车站安检、出入境检验检疫、环境检测和医用医疗等各个方面，都涉及到放射性 核素的识别，因此加强核辐射的探测技术变得尤为重要。目前主要采用的闪烁探测器进行 检测，但是当前采用的探测器普遍存在造价成本高以及能谱技术不稳定等问题，造价高使 得探测器难以得到广泛的应用，检测的能谱技术不稳定则会给检测结果带来很大的不确定 性。 针对当前闪烁探测器存在的问题，本发明提供一种低成本桌面式闪烁探测系统及 多谱方法，以克服上述缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种成本低、操作便捷并采用多种数字化的多谱方法，即 多谱方法，采用数字化方法能有效地提高技术稳定性，提高能谱准确性。 为实现上述目的，本发明提供的低成本桌面式闪烁探测系统及多谱方法采用的技 术方案是： 包括USB接口110、电源管理模块200、闪烁探测模块300、信号处理模块400、微控制 模块500和PC机600，其中： 所述USB接口100，用于连接闪烁探测器与市电，以及连接闪烁探测器和PC机；所述 低成本桌面式闪烁探测系统设置有两个USB接口，一个通过一根USB数据线与充电插头相 连，是整个系统的充电接口，充电插头将市电220V的交流电压变成5V的直流电压，再通过 USB数据线传输给USB接口，对锂电池进行充电，为系统提供工作电压；另一个USB接口用于 连接闪烁探测系统与PC机，从而可以通过PC机对闪烁探测系统进行操作，并在将操作界面 和能谱图通过PC机的显示器显示出来，还可以将系统测试到的数据传输到PC机。 所述两个USB接口，在结构上是一样的，在使用过程中，两个USB接口不进行区分， 同时，在低成本桌面式闪烁探测系统正常工作时，两个USB接口需要同时使用，与市电连接 的USB接口输出5V直流电压到电源管理模块200。 所述电源管理模块200，包括电池充电电路210、可充电锂电池220、3.3V稳压电路 230、5V稳压电路240、30.6V升压电路250和电源开关电路260，其中，电源管理模块用于给各 个模块提供工作电压； 电池充电电路210，隶属于电源管理模块200，用于将USB接口100输出的5V直流电 压给可充电锂电池充电，为系统提供工作电压； 可充电锂电池220，隶属于电源管理模块200，采用可反复充电的锂电池，输出电压 4 CN 111610551 A 说　明　书 2/6 页 为3.6V至4.2V； 3.3V稳压电路230，隶属于电源管理模块200，将可充电锂电池输出的3.6V-4.2V的 电压转化成稳定的3.3V电压，为系统的各个模块提供稳定的工作电压； 5V稳压电路240，隶属于电源管理模块200，USB接口100提供的5V电压经过充电电 路会产生损耗，从而电压偏低，通过所述5V稳压电路，将电压稳定在5V，为后面的升压电路 提供输入电压； 30.6V升压电路250，隶属于电源管理模块200，闪烁探测模块的启动电压必须高于 30V，通过所述30.6V的升压电路为闪烁探测模块提供输入； 电源开关电路260，隶属于电源管理模块200，通过设置在外壳上的操作按键实现 对整个能谱仪系统进行开关机的控制。 所述闪烁探测模块300，用于探测电离辐射在某些物质中产生的闪光，将光信号转 换为电脉冲信号； 闪烁探测模块300，包括闪烁晶体310、光传输器件320、光电倍增管330和前置放大 电路340；其中，闪烁探测模块300将光信号转换为电脉冲信号，并将所述电脉冲信号输出给 信号处理模块400； 闪烁晶体310，隶属于闪烁探测模块300，系统所采用的闪烁晶体可以是单晶也可 以是晶体阵列，所述闪烁晶体用于当入射辐射摄入闪烁晶体时，在闪烁晶体中产生能量损 耗，引起闪烁原子的电离和激发，从而受激发的电子发出可见光，其中，闪烁晶体中产生的 可见光输出给光传输器件320； 所述光传输器件320，隶属于闪烁探测模块300，用于将接收闪烁晶体310输出的可 见光，并将接收到的可见光输出给光探测器件光电倍增管330；光传输器件设置在闪烁晶体 和光电倍增管之间，与光电倍增管耦合，传输可见光，并保护晶体； 光电倍增管330，隶属于闪烁探测模块300，与光传输器件320的第二端相连，用于 收集从光传输器件输出的可见光； 光子经过光传输器件传输打在光电倍增管光阴极上发生光电效应产生光电子，光 电子在光电倍增管各倍增级内倍增，最后在光电倍增管的阳极聚集，形成脉冲幅度与辐射 射线的能量成正比电脉冲信号，输出的脉冲个数与入射的辐射射线的强度成正比，其中，在 光电倍增管内产生的电脉冲信号输出给前置放大电路340； 前置放大电路340，隶属于闪烁探测模块300，用于将从光电倍增管输出的微弱的 不稳定的电脉冲信号进行放大处理，从而得到相对稳定的连续脉冲信号，并将得到的连续 脉冲信号输出给信号处理模块400。 所述信号处理模块400，用于对闪烁探测模块300输出的连续脉冲信号进行放大和 滤波处理； 信号处理模块400，包括放大电路410、滤波电路420，用于对信号进行放大和滤波， 并将处理后的信号输出给微控制模块500； 放大电路410，隶属于信号处理模块400，将从闪烁探测模块300传输来的微弱的连 续脉冲信号进行放大，放大器电路采用AD8032ARZ芯片，AD8032内部可看为由两个集成运放 组成,因此在电路我们将第一级输出作为第二级输入,同时第二级输出接入第二级反相输 入端作为反馈,在IOUT2端口输出放大后的信号，放大的信号输出给滤波电路420； 5 CN 111610551 A 说　明　书 3/6 页 滤波电路420，隶属于信号处理模块400，将经过放大电路传输来的放大信号进行 滤波处理，将不符合所需信号要求的干扰信号滤除掉，使信号更加稳定，抗干扰性更强，滤 波电路将信号输出给微控制模块500。 所述微控制模块500，对能谱仪通过设置在外壳上的按键来进行系统的开关机操 作；同时采集探测数据并保存数据；实现连续脉冲信号的A/D转换； 微控制模块500，包括时钟模块510、按键模块520、数据存储模块530、ADC数据采集 模块540和主控制模块550，微控制器模块将转换成的数字信号和操作界面传输给PC机，进 行显示和界面操作； 时钟模块510，隶属于微控制器模块500，包括一个32.768KHz的低速外部时钟电路 和一个8MHz的高速外部时钟电路，为微控制模块提供时钟工作源； 按键模块520，隶属于微控制器模块500，通过设置在外壳上的按键来实现系统的 开关机操作； 数据存储模块530，隶属于微控制器模块500，将闪烁探测系统采集到的数据存储 到储存卡中，记录探测数据； ADC数据采集模块540，对信号处理模块中经过放大、滤波处理后的脉冲信号进行 采样，实现对数据的A/D转换，对转换后的数字信号进行处理，将处理后的数字信号传输到 显示器； ADC数据采集模块540，隶属于微控制模块500，包括时间采集模块541和电压阈值 模块542； 时间采集模块541用于控制电压阈值模块542的采样间隔； 电压阈值模块542将模拟信号进行电压阈值实现拟合； 主控制模块55 0，隶属于微控制器模块50 0，主控制模块采用的芯片是 STM32F103C8T6，该芯片满足该系统的所需接口和功能；可以实现对电池电量的监测，在系 统即将关闭时，电源管理模块给微控制器的主控制模块发生一个关机信号，主控制模块收 到所述关机信号后会在关机前将数据保存，然后给电源管理模块发生一个关机信号，电源 模块收到所述关机信号后关闭电源，系统停止工作。 所述PC机600，包括主机610和显示器620；通过一根USB数据线与闪烁探测系统的 USB接口相连，实现闪烁探测系统与PC机的连接；PC机可以对系统的操作界面和能谱进行显 示，并对系统进行操作； 主机610，用于识别探测系统，与系统进行连接，并对探测系统进行多种数字化生 成能谱操作、能谱显示操作和数据传输与存储操作； 显示器620，用于显示系统的操作界面和能谱图。 从本发明所采用的技术方案可以知道，低成本桌面式闪烁探测系统及多谱方法， 具有简单的操作方法，探测器能够有效、稳定地捕获伽马光子，并通过多谱方法，可以获得 稳定的能谱图。 为实现有效地提高技术稳定性和提高能谱准确性，本发明提供的低成本桌面式闪 烁探测系统及多谱方法，具体步骤包括： S1：探测系统有两个USB接口100，一个用于连接市电和闪烁探测系统的电源管理 模块200，通过USB数据线为探测器系统提供5V的电压，另一个USB接口用于连接探测器系统 6 CN 111610551 A 说　明　书 4/6 页 和PC机600，用于将能谱图通过数据线传输给显示器，还可以将保存的探测数据传输到PC 机； S2：电源管理模块200通过USB接口100对系统进行充电，USB接口提供5V的电压，再 通过电源管理模块200中的3.3V稳压电路230、5V稳压电路240和30.6V的升压电路250来获 得不同大小的电压，从而为闪烁探测系统的各个模块提供不同工作电压； S3：入射辐射射入闪烁晶体310并在闪烁晶体中损耗能量，引起闪烁原子的电离和 激发，受激发电子会激发出可见光；光子经过光传输器件320传输到在光电倍增管光阴极上 发生光电效应产生光电子，光电子的光电倍增管内倍增，最后电子经阳级进入信号处理电 路，形成脉冲幅度与辐射射线的能量成正比电脉冲信号，光电子经过倍增管形成的微弱的 不稳定的电脉冲信号经过前置放大电路340的信号放大处理，形成相对稳定的脉冲信号。 S4：闪烁探测模块300输出稳定的脉冲信号到信号处理模块400，信号处理模块包 括放大电路410和滤波电路420，放大电路将连续脉冲信号通过进行放大，然后将放大后的 脉冲信号传输到滤波电路420，对脉冲信号进行滤波，再将滤波后的信号传输给微控制模 块。 S5：微控制器模块主要是对步骤S3中经过放大、滤波处理后的脉冲信号进行采样， 实现对数据的A/D转换，对转换后的数字信号进行处理后，将处理后的数字信号传输到PC机 显示屏进行能谱显示。 S6:PC机包括主机和显示器，主机用于对能谱仪进行测试操作，显示器用于显示操 作界面和探测系统输出的能谱图。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。 图1是本发明实施例提供的低成本桌面式闪烁探测系统及多谱方法的结构示意 图； 图2是本发明低成本桌面式闪烁探测系统及多谱方法中电源管理模块的结构框 图； 图3是本发明低成本桌面式闪烁探测系统及多谱方法中闪烁探测模块的结构框 图； 图4是本发明低成本桌面式闪烁探测系统及多谱方法的一种样机模型图。 其中，1、光电子，2、闪烁晶体，3、光电倍增管，4、光电子，5、模拟脉冲信号，6、显示 器，7、主机，8、USB接口，9、USB数据线，10、探测器外壳，11、探测器开关按键，12、充电电源， 13、电源插座，14、USB接口，15、支撑底座。