核辐射常用仪器.doc

第四章 常用地球物理仪器第一节第一节:FD——3013 数字式数字式 γγ 辐射仪辐射仪FD—3013 型数字式辐射仪采用了 NaI（Tl）闪烁晶体 CMOS 电路，液晶显示器件， 是一种便携式的辐射仪仪器能根据放射的强弱自动变换量程，保证了测量精度简化了 操作，仪器还设有读数，计数益出 γ 射线强度异常和电池失效等四种音响报警，适用于放 射性矿床普查放射性方法找水，以及环境监测等需要测定放射性强度的场合 4.1.14.1.1 主要技术指标主要技术指标 1、 主要技术指标 （1）探测器 φ30mm×50mmNaI（T6）晶体 （2）灵敏度5cps/ppmeV （3）能量阀40KeV （4）量程 ﹤100，100～199、≥200ppm 三档自动转换，利用益出点最大能量可扩 展到 30000ppm （5）显示 四位字十益出字（ppm，cpM 或 cps） （6）精度 以置信度为 95%时，一次读数的约方差和非线形误差之和表示：25～5000ppm≤±5% 5000～10000ppm≤±10% 10000～30000ppm≤±20% 以“ppm”表示照射时间，精度同上 （7）音响监测 最大延迟时间小于 0.5s，报警阀 5～50ppm 连续可调。

（8）功耗≤150mw （9）用环境 温度为-10℃～+50℃，相对温度为 98%（40℃）根据条件下仍然正常工作，其读数相对误 差≤10% （10） 形尺寸 715×225×75（mm） （11） 总重量 约为 1.6Kg 2、仪器的主要功能 （1）量程仪器共设置了 1s、2s、4s、16s、64s 五种测量时间，为了保证测量精度，仪器可根据 γ 放射性的强度自动选择 2s、4s、16s 中的某一测量时间（量程） ，并且读数归一化为 ppmeV60s 时间讯号使用于如寻找地下水等底强度 γ 射线的测量，以 cpm 显示1s 为 监测时间讯号，以 ppm 值显示，主要是为了适应放射性普查步行快速测量的要求的，并 且可以监测上述两种测量的结果2）液晶显示液晶屏上设有“∑”字符，表示总道测量 “ppm” 、 “cpm” 、 “cps”为测量单位Ppm 即 ppmeV 的简写，也就是放射性元素含量单位 Uγ，为 10-6CPM 为每分钟脉冲数， CPS 为每秒钟的脉冲数借助液晶上益出点“1”明暗的次数，可扩大计数容量，通过标定利用 ppm 符号 也可以给出微伦/小时（n 值） 夜晶正下方有 4 个条形符号“1111” ，用以显示电池的 使用情况，4 条都亮表示电池电压在 2.5V 以上，1 条亮表示电压在 2.0～2.5 之间， 亮条消失，表示电池已失效必须立即更换。

（3）鸣器器 蜂鸣器是仪器的音响报警器件当是读数，益出，γ 射线强度超过预定异常阀以 及电池失效时报警 γ 射线变异常报警阀可由“BUZZ”旋钮调整 （4）ppm 和 cpm 测量 ppm 或 cpm 测量的选择开关 K3装在数字屏下，通常置于 ppm 位置，如需进于 64s 的低 放射性强度测量时可置于 cpm 位置 （5）ppm 标定ppm 调整电位器 K4 装在仪器的版面上通过它微调仪器的测量时间来标定仪器具体标定 方法见有关部分 （6）能量校正 探管内设有一只能量校正开关，用于在野外条件下校正仪器的能量阀低压变换器把 3V 的电源电压变为+6V（VDD） 、—9V 的电压，供给整机各个部分电路高压变换器将低压直流电变换为供给光电倍增管 PTM 的直流电压，并加以稳定探测器采用 NaI（Tl）+PMT 组成闪烁探测器，探测器输出脉冲的计数率正比于射线强度 或含量总量测量仪器的能量阀定得比较底（40KeV）探测器输出的相应脉冲的幅度也比较低， 故需要由脉冲放大器予以放大脉冲幅度甄别器将相当于能量小于 40KeV 的脉冲讯号予以淘汰，确定了仪器积分测量的 性质当仪器进行“CPM”测量时，甄别器输出的脉冲直接经计数选通门送到计数显示电路， 此时定时电路相应的时间讯号为 64s，当仪器进行“ppm”测量时，需要把每秒脉冲计数变 换为与 ppm 值相同的脉冲数，此变换作用由 CPS—ppm 变换电路完成。

由于仪器的灵敏度 约为 5cps/ppm，故该电路为与分频器，这个 电路和测量时间相配合，可获得比较准确的CPS—ppm 变换关系本仪器的各种时间讯号，有时基电路产生，时基电路又由启动电路启动 计数分频器有 2、4、16 三种分频比它和量程判别电路时差电路在时序控制电路的控制 下完成仪器的归一化操作，即自动根据射线的强度选择量程，并使计数结果归一化 时序控制器是本机逻辑电路的核心，它在操作人员介入的条件下，按部就班地分节拍 得完成仪器规定的操作任务它控制了时基电路、归一化电路，计数选通门，使他们协调 工作 计数选通门的输出脉冲送往计数、锁存，译码电路计数器的百位打向量程判别电路输 出控制讯号 液晶显示器由四位数字和若干字符组成数字显示计数值，字符显示测量内容和报警 信息 仪器分别在显示开始时，电池失效时，计数超出 10000 时和超过预定异常报警阀时产生音响报警 探测器采用 φ30×50F 级的 NaI（Tl）晶体和 GDB——235 型光电倍增管 有关仪器的单元电路，分述如下其中电源电路，甄别电路，量程判别电路；报警电 路等单元电路已在第二、三章中叙述，在此略校正仪器时，用源照射探头，调整 R5、W2使仪器的能量阀为 0.66/MeV 左右，然137 5C后将开关 K5 置于 1 处测量，这时仪器的能量阀即为：kVevMeV405 .16661. 0第二级放大器由 TB、Tq组成，管为共基极放大电路，共电压增益为：ieL hRR uA)1(3 式中 R5 为信号内阻，这里为 R30和 T7管输出电阻之和，约 320Ω；hei 为晶体管输入电阻，在 Ie≈0.37m A 的情况下，hei=3883Ω；为等效负载电阻，为 R32和 T9输入电LR阻的并联值。

约 5098KΩ，20 为低频共基电流放大系数，典型值约为 0.98将上述典型值 代入，可以标出本级的电压增益 Au≈14.7根据图中电压和电阻的数据，可以推标出 Vcb≈-7V，因此 D9在 TB输出脉冲的幅度超过 707V 时产生限幅 T9 管跟随器隔离了 T1 极甄别器对 TB 的影响 §4.1.2§4.1.2 CPSCPS——PPMPPM 变换器和计数分频器变换器和计数分频器1、CPS—PPM 变换器 从甄别器输出的脉冲经过“工作—检验”开关 K4送到 G1CPS——PPM 变换电路G1 具 体接法如图 5—3—3 所示， 它实际上就是一个 5 分频电路，因为仪器的灵敏度约为 scps/ppm，故从 G1每输出一个脉冲的约相当于 1ppm 1、 计数分频器计数分频器是仪器归一化电路的组成部分，它把 G1输出的 ppm 脉冲 2、4、16 分频，分 频后的 ppm 脉冲过程 G2分频选通门选用时基电路（定时电路）的任务是产生仪器的需要的各种时基信号，它由时钟脉冲振 荡器，分频器以及一些门电路构成，有关电路如图 5—5—1 所示 G6 为 14 级串行进二进制计数器,分频器和震荡器。

时钟振荡率可由 W4 调整，当仪器处在、或节拍时，G17/6=1，使时钟分频器置 0，如果时钟振荡频率为 0 4 76.384KHZ，Q4端输出脉冲的频率为 1024HZ，它送往 K4 的检验讯号，送往报警电路做音 响讯号，从 Q14端输出的是 1HZ 的方波脉冲，有 0.5s 时由 0 跳到如图 5—5—2 所示 Q12、Q13输出得胜 4HZ 和 2HZ 的方波脉冲，故根据 G13—6的与非关系，G13/6 在 0.81 在 0.87s 时下跳，此讯号在监测程序中做寄存器数据转移控制信号 G15为 7 级二进制串行分频器，Q1、Q2、Q3、Q4、Q6、Q7端分别在 1s、2s、4s、8s、16s、64s 时由低电平跃升到高电平，其中 2s、4s、16s 讯号为 ppm 测量的 时间讯号 64s 为 cpm 测量的时间讯号，1s 为量程判别和监测的时间讯号，8s 为显示时间讯 号 G7/8，G13/8 分别在 1s 和 8s 有跃降到 0改变 W4，改变时钟主振频率，也就改变了仪器的实际测量时间，从而调整了仪器的 灵敏度故 W4 用于仪器的标定§4.1.3§4.1.3 计数、寄存、译码、显示计数、寄存、译码、显示 G20~G27 为计数。

寄存、译码、驱动四合一电路从计数选通门 G5输出的计数脉冲 加到个位计数器 G24 的时钟脉冲输入端 cp1，cp1 为下跳沿触发Cp2 为寄存器转移控制端， cp2=0，计数器内容并行置入积存器，经译码后，液晶器件显示计数结果Cp2=1，积存器封锁，计数器仍正常计数，但计数的内容不会显示计数器在、节拍时，被 0 4G19~G11 输出的讯号置 0，G25的输出端 Q4每逢 G24输入 100 个脉冲下跳一次，此讯号被 送往量程判别电路，G27的 Q4端在输入 10000 个脉冲时下跳，此讯号被用做益出讯号 液晶显示器由四位数字和六中符号组成六中符号中 cps、cpm、ppm 为测量单位，其 余三种为报警符号这些符号由异或门控制其明灭 液晶的驱动方波讯号由 G21—6、G21—11振荡讯号往 G20—9分频后供给，振荡频率约 227HZ振荡讯号往 G22—3反相后送往时序控制器 G9做时钟 cp§4.1.4§4.1.4 选通门选通门 选通门作用是选通特定的讯号，在本仪器中里有计时选通和计数选通两种门1．计时选通 在仪器操作者的干预下，根据具体测量任务，计时选通门 G6、G8选择特定的时间讯号， 送往时序控制器的 CT 端，控制时序节拍的转换。

图 4—7—3 计时选通门图 4—7—3（a）是 G6 门的有关电路它的逻辑关系是： exp.2.4.16386ZSYSXSKGVSK 64.exp3当仪器进行“PPm”测量时，K3=1， ，所以03K=8/6GZSYSXS.2.4.1664S 讯号被封锁，时间讯号由量程判别电路在 16s、4s、2s 中选通一个当仪器进行“CPM”测量时，=0，=1，则3k3k= 86Gs6364S 时间讯号被选通，可见，门是选择测量时间的测量时间一到，即由 1 跃降到6G 86G0图 5—7—4（b）是门的有关电路它的逻辑关系为6G= 88Gexp] 1 [1 .] 1.[1 .8].8].[5[3sksESexp=]5[ 86G在测量节拍，[5]=10，[1]=0，则]5[= 88G 86G== 79cG 88G 86G所选的测量时间一到， =0，使时序控制器转入[6]节拍，测量阶段宣告结束6G 79cG在显示节拍[8]=1，[5]=0，[1]=0，则=8s 79cG8s 时间讯号一到，=0，时序控制器转入[9]节拍显示阶段结束 79CG在仪器的判别节拍，=1（只有在“PPM”测量时，才进行判别测量，[1]3k=1，=0，[8]=0，[5]=0，故 =1sE 79cG1s 时间讯号一到，=0，转入[2]节拍。

79cG在监测节拍，[1]=1[8]=0，[5]=0，=1，故E=1s 79cG1s 时间讯号一到，=0，转入[2]节拍 79cG、相互配合就可以根据不同的测量任务，选择六种不同的时间讯号6G8G2.计数选通其中逻辑关系为 84G 341 384..21..161RCPMZYXKG当进行“ppm”测量时， ，，G4 根据量程判别电路的判别结果在13K03K16.4.2 分频的 ppm 计数脉冲中选通一路当进行“cpm”测量时13K03K将 cpm 计数脉冲选出来4G的逻辑关系为5G  CPMkppmKGG.1. 1.5338485在测量节拍。