FD-3017RaA测氡仪整机电路分析

FD-3017RaA测氡仪整机电路分析论文学院：核工程与地球物理学院专业：测控技术与仪器班级：姓名：学号：课程老师：黎正根FD—3017RaA测氡仪整机电路分析摘要 :我国核辐射仪器的发展也经历了三个历史时期。

早期的核辐射仪器都是率表式仪器。

它们以盖革计数管或闪烁晶体为探测器，配以用分立元件构成的简单放大器、整形器，最后用率表电路驱动表头的指针来指示照射量率。

这类仪器包括从五十年代的YP一4M辐射仪直到七十年代的FD一71辐射仪。

七十年代中期，以数字集成电路为基础的数字式核辐射仪器开始出现。

它们通常以闪烁晶体为探测器，配以CMOS集成电路组成的放大器、整形器、定时控制器、计数显示器，组成数字式辐射仪。

到八十年代初中期，有些辐射仪又增加了自动归一化测量及运算电路．使仪器不仅可以自动进行定时测量，显示出r辐射强度，而且还可直接显示出放射性物质的含量。

这一阶段的数字式核辐射仪器主要型号有PD一3013、FD一3003、FD一3017等辐射仪。

八十年代末期，随着CMOS单片微机的出现，单片机化核辐射仪器也开始出现。

人们用CMOS单片微机取代了传统仪器中的定时器、控制器、运算器和计数器，并充分利用计算机的强大数据处理及存储能力使仪器具有了自检、自测参数、数据处理、数据存储以及和微机通信功能。

这类智能化核辐射仪器主要有FD一3022四道能谱仪、FD一3029测井仪。

关键字：氡 FD一3017 仿真结构框图电路分析绪论：一台完整的核辐射仪器，可分为两部分，一是将入射射线的能量转换成电信号或其它易测信号的转换器，即传感器或称为换能器；另一是测量电路或称为仪器，它把核辐射传感器给出的信号予以放大、处理和记录，给人们提供入射线的某些特征，如强度、能量、位置、种类等。

用于测定核辐射射线的种类、能量及强度的传感器，称为核辐射探测器。

人们根据不同的要求和探测的对象，制成了多种不同类型的探测器，常见的核辐射探测器按其工作原理可分为以下几种：一、气体探测器它是根据带电粒子通过气体时，引起气体的电离来探测辐射粒子的。

早期该种探测器曾广泛应用，它的优点是制备简单，性能可靠，成本低廉，使用方便，因而至今仍在应用。

随着探测器技术不断发展，在高能物理和重粒子物理实验中它已获得新的应用。

二、闪烁探测器它是根据射线与物质相互作用产生荧光现象，来探测射线粒子的。

它比气体探测器高多的探测效率而被广泛使用，在不少仪器中已取代了气体探测器。

三、半导体探测器这是六十年代以来迅速发展起来的一种新型探测器。

主要优点是：能量分辨率高。

线型范围广，体积小。

是今年来发展极为迅速的一种核辐射探测器件。

用于核辐射测量的还有原子乳胶，固体径迹探测器；威尔逊（wilson）云室和气泡室火花放电室；多能正比室切伦科夫（uepeHKOB）计数器；热释光探测器等。

探测器的工作原理可归纳为：1、利用射线与物质作用时产生的荧光现象；2、利用射线通过物质时产生的电离作用；3、利用射线对某些物质的核反应；4、利用射线与物质作用时产生辐射损伤；5、利用射线与物质作用时产生的化学反应或热效应。

运用上述某种效应，直接或间接对射线进行探测和解释。

FD-3017仪器是一种新型的测氡仪，它利用静电场收集氡衰变的第一代子体---RaA作为测量对象。

FD-3017是一个携带式的、高灵敏的、快速的、准确的现场测量仪器。

仪器应用于土壤和水中以及其他许多场合中定量测量氡的浓度。

、在勘察而言，需要的就是具体仪器，氡测量可用于资源勘察，包括铀钍矿床.石油以及水资源的勘察，也可应用与地质隐伏构造的勘察。

近十年来，国际卫生组织宣布人们受到的天然辐射中50%是由于环境中氡造成的，氡吸入过多可诱发多中疾病，如肺癌等。

本文多氡的测量原理及实测进行了详细分析，具有实用性。

1.仪器简介FD-3017型RaA测氡仪（土壤测氡仪）是一种新型的瞬时测氡仪器是一款国产的及水,土壤,空气为一体的测氡仪，它利用静电收集氡衰变的第一代子体－RaA 作为测量对象，定量测量土壤，或水中氡浓度。

仪器除了应用于放射性找矿的射气测量及水化找矿的水氡浓度测定外，还可应用于建筑工程土壤氡检测及寻找地下水源、地震预报、环境保护及科研教学等部门的测氡工作。

2.仪器技术指标及参数1、极限探测灵敏度：小于0.1爱曼（1Bq/L=0.27×10-10 Ci/L=0.27em）2、抽气泵密封性能：在700mm泵柱时，漏气速率≤20mmHg/分3、探测器：金硅面垒探测器，直径φ26 mm，面积531mm24、探测效率：η2л≥40％（用pu－239源活性区直径≤φ26mm）5、本底：≤4脉冲/小时6、计数容量：1－999997、定时：高压定时：1分、2分、3分、5分、10分和手控测量定时：0.5分、1分、2分、3分、5分、10分和手控。

8、仪器显示：1）加高压时左下角有“HV”和左上角有“”符号同时显示，当高压低于2450－2500v时，左上角符号消失。

2）测量时右上角有“M”显示。

3）电池电压低于3.3v时右下角有“LB"显示。

9、仪器有高压定时报警和测量时间报警10、仪器在温度－10℃－40℃环境下及温度＋40℃相对湿度95％的气候条件下正常工作，与常温常湿条件相比，计数误差≤±10％11、仪器供电：三节一号电池，功耗≤300mW(包括高压）12、FD-3017型RaA测氡仪（土壤测氡仪）仪器尺寸和重量：操作台：体积210×97×156mm3 重量2.3公斤；抽气泵：长540mm直径103，重量3.3公斤3.测氡仪电路方框图氡（222Rn）是镭（226Ra、T=1602年）经过α衰变后（α—4.6MeV）的气态元素（即气体），氡的半衰期为3，825天。

氡的第一代子体元素是RaA（218Po—钋），而且，RaA形成的瞬间是带正电的离子。

RaA的半衰期较短变成RaB（214Pb），其α粒子的能量为6.00MeV。

因此，FD—3107RaA测氡仪是一种瞬间测氡仪器。

在取样金属片τ加—HV，立即收集半衰期极短的RaA离子在电场作用下被浓集在带负高压的金属收集τ。

经过一段时间，如果氡浓度高，其第一代子体RaA 的粒子数量就多，RaA衰变时，放出的α粒子数也多，相反，氡的浓度低，其子体RaA衰变时放出的α粒子数就少。

这样，RaA的α放射性强度将与氡浓度成正比仪器采用金硅面半导体探测器测量α粒子。

当α射线穿过射入面，进入灵敏区后，将产生电子—空穴对，电子—空穴在电场作用下向两极运动，形成脉冲电流，在负载电阻R上产生电压脉冲，经电荷灵敏放大器放大后，送入单道脉冲幅度分析器，剔除低能噪声及RaC的高能干扰脉冲，因此，进入计数电路的仅是Ra产生的脉冲，并由液晶屏显示出来。

4.电路工作原理分析线性电路部分放大电路包括电荷灵敏前置放大器，RC-RC成型电路和线性脉冲放大器。

电荷灵敏放大器的特点是：输出电压与输入电压无关，只与探测器输出电荷Q有关；对于一定的射线能量E，Q与其成正比，因而输出电压U与射线能量E成正比。

由于半导体探测器具有对能量的高分辨率，相应的对放大器的信躁比要求很高，所以电荷灵敏放大器使用低噪声场效应管，由于这中管的噪声系数约为1db左右。

成型电路是指改变输入脉冲的波形而不改变脉冲幅度分布的电路，它不仅可以改善放大器的过载性能，而且还可以提高放大器的信噪比。

RC微分电路可以降低放大器的热噪声，以及电路中晶体管或结型场效应管的1/f噪声。

微分电路输出的脉冲很窄很尖，为了使其尖顶变圆滑，以利于后续电路工作，因此在整个的放大器中，RC微分电路在放大器的前级，RC积分电路在放大器的后级。

线性脉冲放大器是核辐射粒子经探测器转换而得到的电脉冲信号有同样的放大作用及线性放大。

电荷灵敏放大器仿真波形主放大器主放大器由两级电压并联负反馈放大电路组成，如图4-7-4所示： 第一级放大器由5432.2.2T T T 组成。

32T 为共发射极放大电路，42T 为基极放大电路，52T 为射极跟随器，1016152.2.2T T T 和132C 构成了自举电路，增大了42T 的动态负载电阻。

电路输入的是正脉冲，输出的是负脉冲，通过192R 将输出信号反馈到输入端，因而构成了电压并联负反馈，电路的放大倍数为：619122v R R A调节62v R 即可得到不同的1A第二极放大器由8762.2.2T T T 组成。

62T 组成共发射极放大电路，872.2T T 均为射极跟随器。

2221162.2.2R R C 构成了自举电路，提高了62T 的放大倍数。

电路输入负脉冲，输出正脉冲，通过262R 将输出信号反馈到输入端，构成了电压并联负反馈，电路放大倍数为：2026222R R A ≈两级总放大倍数为： 21A A A ∙=通过调节62v R 即可调节A 。

当用u P 239α源（能量为5.155ev M ）校正时，总输出幅度应在4.0V 左右。

（此时A 大约为5大约为5060~）。

第一级放大器中5432.2.2T T T 为直接耦合，静态工作点统统调整142R 使b T 42大约4.0V 左右，调整172R 使e T 32大约为1.17V 左右。

第二级放大电路主要是通过调整232R 使c T 62的电位大约为2.60V 左右。

主放大器仿真图8.2.1 单道脉冲幅度分析器工作原理单道脉冲幅度分析器单道脉冲幅度分析器工作原理单道脉冲幅度分析器（微分甄别器）要求只有输入脉冲幅度落入给定的电压（阈电平）范围)(L U V V -之内时，才输出逻辑脉冲。

而输入脉冲幅度小于L V 或大于U V 时皆无输出脉冲，它的逻辑功能如图8.2.1所示。

图中L V 为给定电压范围的下限电压，称为下阈电平（阈值）；U V 为上限电压，称为上阈电平（阈值）；上阈电平与下阈电平之差L U W V V V -=，称为道宽（或窗）；)(2/1L U C V V V +=称为道中心从图可见，第①号脉冲幅度低于下阈电平L V ，则无脉冲输出；第②号脉冲幅度落在下阈电平L V 和上阈电平U V 之间，则有脉冲输出；第③号脉冲幅度大于上阈电平号脉冲幅度大于上阈电平U V ，无脉冲输出。

因此，若保持道宽W V 一定，改变L V （U V 同时改变而W V 不变），测量不同L V 时的输出脉冲计数N ，就可得到幅度谱，即微分谱。

这是人们早期测量能谱曲线的简单方法。

但是每测一个能谱仍需逐点改变阈图8.2.3单道脉冲幅度分析器 的定时误差 值，既费时间，又容易受到仪器不稳定性影响，测量误差比较大。

现在一般都用多道脉冲幅度分析器测量能谱。

但是单道脉冲幅度分析器结构简单、价格便宜，可以用它选择感兴趣的幅度范围或选取一定的能量范围的信号作为校正信号等等。