[发明专利]基于Time-to-Count方法的伽马剂量计及监测方法

说明书

本发明提供一种基于Time‑to‑Count方法的伽马剂量计及监测方法，该伽马剂量计包括低压电源、高压电源、高压脉冲电路、高量程GM计数管、低量程GM计数管、阳极负载、阴极负载、信号调理电路、量程切换电路、单片机工作系统、通讯模块以及上位机。本发明设计了高性能的高压脉冲电路以及信号调理电路，并且采用Time‑to‑Count的测量方法，有效消除了GM计数管固有死时间以及脉冲堆叠对线性量程造成的限制，可有效扩展单个GM计数管的量程范围。此外，采用在GM计数管阴极串联开关三极管的方式方便可靠地控制GM计数管通断，并且采用量程滞回判断的逻辑，实现双GM计数管的自动稳定切换，能够有效扩大剂量计的线性量程范围。

技术领域

本发明属于核辐射探测技术领域，具体涉及一种基于Time-to-Count方法的伽马剂量计及监测方法。

背景技术

盖革-弥勒计数管，简称GM计数管，因其具有稳定性高、信号读出电路简单、成本低等优点，被广泛应用于各种核辐射探测器中。但受其固有死时间的影响，单个GM计数管的线性量程范围会极大地受到限制。此外，在各种应用场合的环境剂量率范围可达7～8个数量级，而单个GM计数管的量程范围一般仅有3～4个数量级，已不能满足监测需求。

脉冲计数法工作模式下的GM计数管，通过测量单位时间内的脉冲个数来获取剂量率，测量方法简单。但由于GM计数管固有死时间以及高剂量率下脉冲堆叠现象的影响，脉冲计数法工作模式下的GM计数管线性量程范围难以扩展。在GM计数管固有死时间内，无法检测到伽马射线，导致漏计数，虽然可通过调整电路参数减小死时间，比如降低阳极电阻值、选取合适的工作电压等，但不能彻底消除其影响。此外，高剂量率下脉冲堆叠的现象也会造成大量漏计数，虽然可以通过改进信号调理电路减少脉冲堆叠，但仍不能彻底消除其影响。

Time-to-Count方法可以有效解决脉冲计数法模式下存在的问题，通过测量GM计数管加高压开始工作到产生第一个脉冲的时间间隔(称为计数前时间)来获取剂量率。当GM计数管在高压下产生脉冲时，立即关断高压使GM计数管进入休眠状态，维持2ms后，重新加高压使GM计数管进入工作状态。休眠时间可以使GM计数管跨过死时间的影响，并且高剂量率下不会产生脉冲堆积，可以有效扩展GM计数管的线性量程范围。

实现Time-to-Count方法的关键技术是设计响应迅速的高压脉冲电路以及高精度的时间测量模块。现有的高压脉冲实现方式中，采用单开关管控制电阻分压，使GM计数管阳极电压在工作高压与设定低压间切换的方法，响应速度慢，而且电阻分压会造成过多额外功耗；在GM计数管阳极加正高压、在GM计数管阴极加负高压的方法，虽然可以提高响应速度，但是需要提供两个高压电源，结构复杂。

采用具有不同量程范围的双GM计数管设计伽马剂量计，可有效扩展剂量计的线性量程范围，实现双GM计数管工作的关键技术是量程切换技术。现有技术中，在高压侧串联开关的方式容易造成电路损坏，降低仪器的可靠性；在低压侧使用继电器作为开关的方式，电路结构复杂、体积大，而且存在电磁辐射。

发明内容

为了解决现有技术中GM计数管用作剂量率监测时的不足，本发明的目的在于提供一种基于Time-to-Count方法的伽马剂量计及监测方法，本发明实现了高压脉冲的迅速切换、GM计数管输出信号的高效处理、高低量程GM计数管的稳定自动切换以及GM计数管在Time-to-Count方法下的稳定运行，能够有效拓宽伽马剂量计的线性探测量程，提高仪器性能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：