工业用BGO闪烁体探测器电路设计

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备配件缺乏, 价格昂贵。为此, 设计了一种在铭 铁连铸结晶器 Y 射线连续液位仪中使用的 B O G 闪烁探测器。
定程度是影响探头稳定工作的重要因素。如图
1 所示。
高压 电源
BGO
晶体
信 号处理 电路 图 1 探侧 器 的组 成
2 1 G . B O晶体
BO 体 密 (.gm , 度大 7 1c ) 子 G晶 [ ] , 3 1' 对粒 有
工业用 B O闪烁体探测器电路设计 G
潘小东, 李公平 , 任 重, 力 王
( 兰州大学现代物理系, 甘肃 兰州 700 300
摘哭: 介绍了一种在钢铁连铸结晶器连续液位仪上使用的B O闪烁体探侧器电路的设计。 G 关扭词:G B O晶体‘ 信号处理电路; 高压电源: 液位仪
由 于核探测技术具有快速、 稳定、 精确、 非 接触性测t的特点, 因此适合在无损监测以及 恶劣环境下使用。是目 前在核医学、 地质勘探、 工业无损测控以及环境保护中使用较多的一类 探测手段。在钢铁连铸 自动化生产过程中, 用 闪烁体探测器和放射源配合是用来实时监侧连 铸结晶 器中 钢液液位的高度, 前钢厂的Y 目 射 线液位计主要使用进口产品, 由于工作环境恶 劣和使用时间长, 探测器故障经常发生, 而且设
厚度, 是放射源初始强度, 是经过吸收体后 I u I 的强度u a。当钥水液位升高时, l 俐水对射线吸 收增多, 使探侧器计数减少, 由此给出液位高
度。
2 探测器设计
探测器主要由 BO晶体, G 光电倍增管, 高 压电 像模块, 信号处理电路等组成。在长期运 行过程中。 高压电源模块和信号处理电路的稳
3 结论 四路灯丝加热电源装置不光要提供独立可 图 4 垫板组件 调和高稳定度的直流输 出, 而且本身要阻扼
3k 峰压的冲击。在整个结构设计的理念是 0V 在有限的空间内, 根据耐压要求, 合理布局和采 用不同的绝缘材料, 形成这一套装置, 在整个大 功率系统的多次联试结果表明, 本装置圆满的 达到了使用要求。
高的阻止能力, X光和 Y 对 射线的吸收系数比 N1 1 是目 a T) ( 大, 前探测 Y 效率最高的一种闪烁
体, 荧光光谱范围 5 、 5n . 在3 6 t 峰值在4 n 0 0n 8m 0 左右, 由于BO晶体折射率较大, G 荧光不易穿
出 其表面, 应选择适当折射率的硅油与光电管 报合。晶体发光衰减时间 30e其荧光衰减时 5n, 间常数有较强的温度效应 , 应用时应采用恒温 技术使晶体工作在最佳的恒温区。 根据现场实 际舫要,G B O晶体尺寸选择为 "5 m 5 m 2m x a 2m 22 光电 s管的选择 . 倍i 光电倍增管采用日 本滨松公司的R2 型 69 4 光电倍增管(2. t (85 . 0幻二 〕光谱响应范围 , 30 ' 二 , 0 一 。 可与BO晶体的荧光光谱较好匹 " G 配。适用管座E7 一 4 。电流增益典型值为 68 1C 21 1 各电 .x护, 极之间电压分布比 均为11 : , 23 离压电浮的设计 . 探侧器的高压电源是影响探侧器稼定性的 重要因索之一, 光电倍增管工作电压 8 V 探 0 , 0
全国第五届核仪器及其应用学术会议论文集 P c d g o t 5 Ntnl f ne N ca i tmn &i A pctn o e n f h i r e i s h t aoaCnr c o ulr r et t plao e oe e n e n u s s i i
干扰。在升压变压器后采用二倍压整流电路以 提高愉出电 压。 通过调节R6 7 可便输出高压的 范围在70 1 0 0 一 1 V变化。 0 24 信号处理电路的设计 . 信号处理电 路将光电倍增管产生的电流脉 冲放大成型后经长距离传输到液位仪主机中进 行计数。 研究表明, 矩形波带电缆的能力较强, 因 在设计脉冲信号成形电路时应优先选用 此, 矩形波作为信号传输波形[ s 1 信号处理电路如图3 所示, 脉冲信号被放 大后经过 F1 型电压比较器比较成型成为矩 70 形波, 再次被放大后通过互补对称输出电路抽 出。实际辘出 信号为幅度为l 的 o 矩形彼信号 v 以利于信号通过电缆传输。
c r sih A ltdcst dsn h s cre t iu tn h p es p e i et ue t . e, u h eg ot t t h n li ot o r l q p n. rn w t c t i s i f ru n e ao f w u y m s s e e e d s u e p u Ky “山:r te i ,g vte eiutnrs ae i tn e, s crd g h h a pl, ao, n ldt uo t u e n i o g u n l e o b i bi u s l s s i a s r
图3 信号处理电路
电压比较器 70 F1 是信号处理电路的关健 元件, 它是商速电压比 较器, 具有差分轴人和单 端箱出, 低失调电压( .m )低热职移等特 06 V , 点. 主要应用于脉冲高度鉴别, 高速AD / 转换器 中的电压比 较器以 及脉冲宽度调制器。
在特制的套筒中。光电倍增管采用 03u 厚 .an 的超坡莫合金(i % %, %) N 9 , o Fl 屏蔽使 7 M5 e 6 得探侧器在强磁场下稳定地工作。为保证探侧 器在高温条件下的使用, 探头采用水冷套外壳. 使晶体、 倍增管和电子线路工作在最佳工 光电
在本装置中, 虽然低压开关电源的模块输 出的直流电流小于 18 , . 因高压脉冲扼流圈的 A 直流电阻很小, 交流阻抗很大, 大约有几 k 高 i t 压触发反馈脉冲就约有 2 的峰压降在了高压 l 3 脉冲扼流圈上, 所以并行双扼流圈的输人翰出 间有高达 2k 0V以上的峰压, 必须采用绝缘材 料。扼流圈的固定是在垫板上留出四个扼流圈
头 工作电流 小子3 泌, 0 由于探头 0 体积限 高 制,
压电源部分采用 T' M芯片 S32 构成开关电 G55
源,变换电 其 路属典型的推挽电 [。电 如 路e 路 1
图 2所示 。
1 61
。 巧v
旦 刀
泥磁较小, 降低了对外围电路的 S32是一种多功能、 G55 高性能P M芯片, 型铁载体磁芯, W
D s n ids i ue B O i i t dt tr eg o n uta s G s n l o e c i f r l d c t a r e o
P N odn, og i , Z n, G p g R N og W N 1 A Xa- 8 1 Gn n E h i o . 1 - A 1 (e te oMdn i, o Ui s , Dp mn o rP ssa h nei r a t f h c l u r t e y m v y
T e e spl dv e utr ds n h p w r p ei s c e i o u y c t u e g r f an t g k o 3k h h l g p l o gii soe 0V g v t e s r sn h f i oa u e
WA NG n Ya
式中 R 为6 脚外接电阻, , 脚外接 ; C 为5 电 R 为5 容,。 脚和7 脚间跨接电阻, 可以调整 占空比以防止两开关管同时导通。本电源中设 计工作频率为2kz 0H , 对应振荡频率4kz 0H, 开关元件采用两个 NN P 型开关管, 使其工 作在饱和和截止状态。变压器采用内嵌式圃柱
社, 9. 14 9
[] . 2G福尔迪阿克( 安石生, 等译)放射性同位家的工 . 业应用〔 ]北京: M . 原子能出版杜, 9. 12 9 [] 3韩本华.G H O晶体的性能及应用【]原子能科学技 1.
〔 划任晓荣; 脉冲信号电纽驭动电路传抽性能分析【 . J ] 电子工程师, 0, ()3 2 22 9 : 0 8 2
固定到垫板上。如图 4 所示 :
一— 、
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一 阅 挤一— 习犷
二 __ _ _二 ‘ 、 、乙
皿- 塑 主 于 _ 二于卜 + 爪
的位置, 在垫板开的四个缺口, 分别卡住四个扼 流圈, 再用一个压板将扼流圈固定到垫板上。 在材料的选择上, 由于尼龙具有优良的机械强 度和耐磨性, 同时具有良好的绝缘效果。在加 工过程中, 因小批量生产, 不用做模具, 采用铣 的方式进行加工, 具有易加工性, 所以压板选择 的材料是尼龙。
I t toEg e i E coi , P May g i u P v 61 0 Ci n i e ni en l tn s C E , na oS ha m . 9 , n st f n rg r c A u e i n f n c 2 0 ha
Asa Ts ys i i f o 】d e p esp eJ口n A i t sg ma eroe br t a let c u ot t 口 fmn o r l qF已 . 叩at unc usn , v tc h n z h r t e e i t u y l t i i a e c h 世一 l a w p 月 m h i i tc e ls e r c s t pbm it h k h 3 V vte . geo t 、 .iaot fmnf t DF h rl a n t s c试t 0 hh gps Ad s h 二 g s e e o h P h e e e g sh o o a e e i o ue n i u e k g l l a v t d f i t e u e hl a r g
( 上接第 1 页 , nne fm e ) 6 2 c tud p 12 oi r a 6 o g
必考文献: 〔 门王其俊. 同位家仪表[ . M]北京: 原子能出版社,
18 . 94
wk.baidu.com
术 1 92() 6 9 , 3: . 8 3 7 [] 4吴润宇, 实用挽定电源[ ]北京: 等. M 人民邮电出版
lwhu ae P v 700, a a o oGrn . 00C i ) f o r 3 h n
B O nlt d eoecic u d i wi u d h Cnno m t c t t ir h se G s ta r cr t i i eg h h 认t oi u e l c sl 认t tl c i o e t l r r t n c s il t e c c s e e tu s a a r a t sy e e e
作温度点上。 通过长时间运行, 该设计可以 满
3 结束语 由于探测器工作在恶劣的环境下,G B O晶
体、 光电倍增管、 高压电源和信号处理电路封装
12 . 6
足工厂实际生产的需要。
( 下转第 11 c tud pg 11 2 页, nne o a 2) oi n e
用厚为2 的环氧酚醛玻璃布板, 二 将低压电源
电像工作电压8 4 V 输出频率范围01 50 一 0 , .- 0 kz 该芯片包含精确的电压基准、 H。 高频振荡 器、 误差放大器、 比较器、W P M锁存器、 分相器、 低阻抗抽出驱动器、 软启动电路及封锁电路。 信号具有很短的 传输延时。振荡器频率由 下式
确定 : f二下 不 万 r- R . 尸+ 1o 尸0 R J一C( 石 3 下 7 下 ;不 r不
1 液位测f原理 Y 射线连续液位仪是由7 射线源, 探测器 和主机组成, 其液位测量的基本原理是 7 射线 通过物质时, 由于发生了 光电效应、 康普顿效应 和电 子对效应, 它的强度将衰减, 它的强度衰减 符合如下规律:二 .P 一 do I I ( p ) -
其中, 为物质质量吸收系数, 是吸收 产 d 体
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