x射线能级探测电路设计.pdf

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1、石油仪器PETR0LEUMINSTRUMENTS2011年04月·开发设计·X射线能级探测电路设计赵妮(西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室陕西西安)摘要：x射线主要是通过探测器接受并且处理的。X射线探测器是用来接收X射线，并把它转化成为可测量或可观察的量的仪器。本文主要研究的是X射线探测技术，论述了X射线能级探测的发展，并设计、阐述了相关的电路。设计电路中包括了输入级、线性放大电路、脉冲幅度分析电路等。高压电源为探测器提供高电压，对X射线能级探测有很大的作用，因此本文同时也研究了高压电源部分。关键词：x

2、射线探测；计数器；探测器；电路设计中图法分类号：文献标识码：B文章编号：1004．9134(2011)02—0016．03电源可分为高压电源和低压电源两部分，光电倍增管1X射线探测技术由高压电源提供电压，而X射线测量电路电源部分则X射线探测是接收穿透混合物质后射线的强度。由低压电源提供电压。结构图如图1所示。本文采用碘化钠晶体和光电倍增管组成的闪烁探测器x射线探测X射线，射线经过探测器后产生电压脉冲，输入处T理测量线路后，记录X射线强度的计数。射线在NaINaI晶体新哥晶体管中被转换成电脉冲，脉冲数目的多少，反映射

3、线强度的大小，即脉冲数目越多，射线的强度越大。为了I墼奎H堕壁坌堑墨l+圭墼皇堕I能够记录出反映不同能级的放射性强度，脉冲电信号图1X射线源能级探测电路结构图则需要传输到计数器的测量电路中_l、2J。3．1高压电源部分探测器的高压电源电路主要包括脉冲信号发生电2电路设计的要求路、充电回路、控制电路三部分。如图2所示。测量自然X射线强度的方法是记录同一点处不同能量的射线强度，从而获得该点得能谱。射线在探测器中被转换成电脉冲。脉冲数目的多少，反映射线强度的大小l2j。因此，放射性测井仪器实质上是一个计数电路。为了能分别

4、Us测出不同幅度的脉冲数，从而得出不同能量的X射线一+能谱，探测电路中还使用了多道脉冲幅度分析器电路。Ul3设计方案。jVOx射线探测可分为探测器、测量线路和电源三部图2探测器的高压电源模块电路分。探测器是核心部分，目前应用最广泛的探测器是探测器需要千伏高压直流电压将非可电光光信号闪烁计数器，闪烁计数器主要由NaI晶体和光电倍增转换成电信号并且放大，形成电脉冲信号。本文选用管组成。一般X射线探测电路包括闪烁探测器、前置变压器设计供电电路，通过变压器把l2V的输入电压放大级、主放大、幅度分析等。设计结构图如图1所示。

5、转变成输出的1800V直流电压。第一作者简介：赵妮，女，1986年生，研究生，现在西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室主要进行x射线砂体识别的研究的课题。邮编：7100652010年第25卷第2期赵妮：x射线能级探测电路设计3．2前置放大电路部分在X射线探测中，探测器的输出信号往往比较小，输出信号需要放大才能进行传输和检测，因而探测器需要进行放大处理。探测器和放大器之间存在分布电容，分布电容愈大，信噪比就愈低。前置放大电路的主要作用是提高系统的信噪比、对微弱信号进行放大及减小外界干扰的影响。因此将前置放大

6、尽量靠近探测器，以减少探测器输出端到放大器输入端之间分布电容的影响，减少外界干扰，提高系统的信噪比。前置放大器按输出信号保留的信息特点，大致可分为积分型放大器和电流型放大器。由于辐射探测器图4前置放大电路的微分电路探测到的信号具有随机性，在选择较大放大倍数，幅值3．3主放大器的设计大的信号会失真，若选择小的放大倍数，幅值小的脉冲前置放大电路可以把脉冲信号检测出来，但其输信号达不到比较电压无法被检测到，因此前置放大倍出的脉冲幅度和波形并不适合后续检测电路的要求，数很难确定的。在本设计中，前置放大电路采用积分故而对脉冲

7、信号还需进一步放大和成形，并且必须要电路和微分电路组成。前置放大电路采用积分电路图严格保持探测器输出的有用信息(如辐射的能量信息和微分电路，分别如图3和图4所示。和时间信息)，尽可能减少它们的失真。在本设计中就由主放大电路来完成这部分工作。主放大电路原理图如图5所示。主放大器设计主要采用三级串联负反馈来实现。如图5所示第一级放大器与第二级放大器、第二级放大器与第三极放大器之问通过RC滤波器实现连接。每一级的放大倍数约为10倍，共放大1000倍。每级电路内部均采用深度负反馈以保证放大倍数稳定和良好的线性度；主放大器内

8、部采用直接耦合方式，考虑到需要消除放大器幅度过载并克服零点漂移的问题，在第一级放大和第二级放大电路之问采用电阻R2连接实现直流耦合，在第二级和第三级放大电路之间采用电容C3连接，进行交流耦合；同时，在第一、二级输出端，各加一RC积分网络，实现低通滤波功能，可衰减高频噪声。由于微分电路和积分电路分别决定了通频信号的下限频率和上限频率，因此当选图3前置放大电路的