一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置及方法
【專利摘要】一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，包括探頭、光纖連接器、光電探測器接口、光電探測器、閃爍光纖束、大芯徑耐輻照光纖束，閃爍光纖束的一端安置在探頭中，閃爍光纖束的另一端通過光纖連接器與大芯徑耐輻照光纖束的一端耦合連接，大芯徑耐輻照光纖束的另一端通過光電探測器接口與光電探測器相連接；本發(fā)明探測裝置靈敏度高抗干擾能力強，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，探測面積大。
【專利說明】—種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置及方

法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種探測裝置，特別是涉及一種β表面污染探測裝置及探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]閃爍探測器是近幾年來發(fā)展較快，應(yīng)用最廣泛的核探測器，它的核心結(jié)構(gòu)之一是敏感探頭。在β粒子直接探測中使用閃爍型探測器，它是由β粒子敏感探測組件，光電倍增管，電源和放大器一分析器一定標(biāo)器系統(tǒng)組成，往往配備有計算機系統(tǒng)來處理測量結(jié)果。β粒子敏感探測組件在很大程度上決定了 β粒子探測器的質(zhì)量。
[0003]在傳統(tǒng)的β粒子的探測中，塑料閃爍體作為探測β粒子的敏感元件，是探測器的關(guān)鍵部分。但閃爍體內(nèi)產(chǎn)生的閃爍光的傳播方向是隨機的，不容易收集和傳輸，影響探測效率。因此，傳統(tǒng)的β探測器采用把光電轉(zhuǎn)換器(如光電倍增管)的有效窗口直接貼在閃爍體表面上，就是為了提高探測效率；光電探測器的有效窗口面積有限，這樣就限制了探測面積；同時由于光電探測器與閃爍體不能分離，而作為敏感元件的閃爍體又必須放在有射線的現(xiàn)場，就使得帶有電子元件和金屬導(dǎo)線的光電探測器也要放在有輻照的現(xiàn)場，現(xiàn)場輻射和電磁干擾往往使電子元件的損毀和金屬導(dǎo)線的電流的紊亂。造成不能實現(xiàn)現(xiàn)場無源遙測。 [0004]有些場合需要探測大面積污染物，尤其是應(yīng)急搶險時，需要快速測量，當(dāng)探測面積大于1000cm2以上時，現(xiàn)有光電探測器的有效探測窗口面積較小，就不能滿足探測要求。同時在一些應(yīng)用場合，還需要把傳感元件探測到的信號，通過非金屬介質(zhì)來傳輸?shù)竭h處安全的機房。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種靈敏度高、抗干擾能力強、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、探測面積大的基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置；
[0006]本發(fā)明還提供一種應(yīng)用本發(fā)明裝置進行β表面污染探測的方法。
[0007]本發(fā)明一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，包括探頭、光纖連接器、光電探測器接口、光電探測器、閃爍光纖束、大芯徑耐福照光纖束，閃爍光纖束的一端安置在探頭中，閃爍光纖束的另一端通過光纖連接器與大芯徑耐輻照光纖束的一端耦合連接，大芯徑耐輻照光纖束的另一端通過光電探測器接口與光電探測器相連接；
[0008]探頭用于探測β粒子，將探測到的β粒子轉(zhuǎn)化成光信號，并經(jīng)閃爍光纖束將光信號輸出；光纖連接器用于實現(xiàn)閃爍光纖與大芯徑耐福照光纖的稱合連接；大芯徑耐福照光纖束用于接收經(jīng)閃爍光纖束傳來的光信號，并將其輸送給光電探測器；光電探測器用于將光信號轉(zhuǎn)化成電信號；光電探測器接口用于實現(xiàn)大芯徑耐輻照光纖束的端面與光電探測器的窗口之間的對接。
[0009]所述探頭包括閃爍光纖、塑料閃爍晶體、金屬鍍膜、光學(xué)膠，閃爍光纖夾在上下兩層塑料閃爍晶體之間，閃爍光纖在同一平面內(nèi)平行致密排列，上下兩層塑料閃爍晶體的外
表面上鍍有金屬鍍膜。
[0010]所述閃爍光纖與上下層塑料閃爍晶體之間的空隙中填充有光學(xué)膠。
[0011]所述閃爍光纖是有高折射率的閃爍物質(zhì)作纖芯，低折射率的物質(zhì)作包層的結(jié)構(gòu)，其直徑為0.3mm.[0012]所述大芯徑耐輻照光纖是一種耐輻照的低損耗石英光纖，其低損耗窗口覆蓋到紫外波段，其直徑為1mm。
[0013]所述塑料閃爍晶體是片狀結(jié)構(gòu)，并且厚度在Imm到2mm之間。
[0014]所述光纖連接器的內(nèi)部包括若干單元，每個單元由7根閃爍光纖通過專用陶瓷插芯與陶瓷套管與I根大芯徑耐輻照光纖耦合組成。
[0015]每7根直徑為0.3mm閃爍光纖7插入內(nèi)徑為0.9mm的陶瓷插芯，灌上環(huán)氧膠固化后，進行研磨拋光，做成第一插針；單根直徑為Imm的大芯徑耐輻照光纖插入內(nèi)徑為Imm的陶瓷插芯，灌上環(huán)氧膠固化后，進行研磨拋光，做成第二插針；通過陶瓷套管將第一插針和第二插針準(zhǔn)直耦合。
[0016]利用本發(fā)明一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置進行β表面污染探測探測的方法如下:
[0017]首先將探頭置于有β射線表面污染的場地；
[0018]塑料閃爍晶體檢測β射線，并將β射線輻射的能量轉(zhuǎn)化成光信號；
[0019]經(jīng)塑料閃爍晶體轉(zhuǎn)化的光信號照射到閃爍光纖7中并傳輸；
[0020]當(dāng)光信號傳輸?shù)焦饫w連接器后，光信號傳輸?shù)脚c閃爍光纖耦合連接的大芯徑耐輻照光纖束；
[0021]大芯徑耐輻照光纖束將光信號輸送至光電探測器，光電探測器將接收來的光信號轉(zhuǎn)化成電信號，實現(xiàn)對β射線表面污染的檢測。
[0022]本發(fā)明通過采用塑料閃爍體與閃爍光纖同時作敏感材料，塑料閃爍體本身探測效率高，閃爍光纖本身既是探測元件又是塑料閃爍體產(chǎn)生的閃爍光的收集與傳輸元件。這樣組合既解決了塑料閃爍體產(chǎn)生的閃爍光不易收集的難題，又解決閃爍光纖相對效率較低的不足，提高了探頭對β粒子的探測效率和閃爍光的收集能力；通過對探頭外圍鍍金屬反射膜，在屏蔽外界雜光干擾的情況下，通過閃爍光在探頭內(nèi)部的多次反射，使更多的閃射光進入光纖，提高光纖的耦合效率，從而提高探測器的靈敏度和抗干擾能力；光纖連接器中通過專用陶瓷插芯與陶瓷套管的直接耦合連接，準(zhǔn)直度大大高于毛細管套接方式；耦合結(jié)構(gòu)分成多單元，每個單元由7根閃爍光纖與I根大芯徑耐輻照光纖耦合，這樣在提高了耦合效率的同時減小了連接器的體積；使用大芯徑耐輻照光纖束作為信號傳輸通道，實現(xiàn)現(xiàn)場無源遙測，同時具有傳輸帶寬大，損耗小，抗輻照，抗強電磁干擾等特點。
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置作進一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為探頭的軸截面示意圖?！揪唧w實施方式】
[0026]如圖1所示，本發(fā)明基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置包括探頭1、光纖連接器2、光電探測器接口 3、光電探測器4、閃爍光纖束5、大芯徑耐福照光纖束6,閃爍光纖束5的一端安置在探頭I中，閃爍光纖束5的另一端通過光纖連接器2與大芯徑耐輻照光纖束6的一端耦合連接，大芯徑耐輻照光纖束6的另一端通過光電探測器接口 3與光電探測器4相連接。
[0027]探頭I用于探測β粒子，將探測到的β粒子轉(zhuǎn)化成光信號；閃爍光纖束5用于將光信號輸出，閃爍光纖束5包括多根閃爍光纖7 ;光纖連接器2用于實現(xiàn)閃爍光纖7與大芯徑耐福照光纖的稱合連接；大芯徑耐福照光纖束6用于接收經(jīng)閃爍光纖束5傳來的光信號，并將其輸送給光電探測器4,大芯徑耐福照光纖束6包括多根大芯徑福照光纖；光電探測器4用于將光信號轉(zhuǎn)化成電信號；光電探測器接口 3用于大芯徑耐福照光纖束6的端面與光電探測器4的窗口之間對接，保證大芯徑耐輻照光纖束6的端面與光電探測器4的窗口垂直，并保持一定距離(Imm到50mm)固定。
[0028]閃爍光纖束5中間加有軸向芳綸作為加強芯，外被護套保護；
[0029]閃爍光纖7是有高折射率的閃爍物質(zhì)作纖芯，低折射率的物質(zhì)作包層的結(jié)構(gòu)，其直徑為0.3mm ；
[0030]大芯徑耐輻照光纖是一種耐輻照的低損耗石英光纖，其低損耗窗口覆蓋到紫外波段，其直徑為Imm;
[0031]光纖連接器2的內(nèi)部并列包括若干單元，每個單元由7根閃爍光纖7通過專用陶瓷插芯與陶瓷套管與I根大芯徑耐輻照光纖耦合組成，每7根閃爍光纖7通過專用陶瓷插芯與陶瓷套管與I根大芯徑耐輻照光纖耦合連接。
[0032]如圖2所示，探頭I包括閃爍光纖7、塑料閃爍晶體8、金屬鍍膜9、光學(xué)膠10，閃爍光纖7的一端夾在上下兩層塑料閃爍晶體8之間，閃爍光纖7在同一平面內(nèi)平行致密排列，閃爍光纖7的另一端在探頭I的外部集結(jié)成閃爍光纖束5，上下兩層塑料閃爍晶體8的外表面上鍍有金屬鍍膜9，在閃爍光纖7與上下層塑料閃爍晶體8之間的空隙中填充有光學(xué)膠10 ；
[0033]塑料閃爍晶體8是片狀結(jié)構(gòu)，作為β射線的敏感元件，產(chǎn)生閃爍光信號，并且厚度在Imm到2mm之間時效率較高，塑料閃爍晶體8的上下表面經(jīng)過研磨拋光，有利于與閃爍光纖7之間的耦合同時有利于與金屬鍍膜9的結(jié)合；
[0034]金屬鍍膜9是反射效率很高的金屬膜層，該膜層厚度較小，在不影響β射線入射的情況下，屏蔽外界雜光干擾，提高光纖的耦合效率，所述金屬鍍膜9可以是鋁或者銀；
[0035]光學(xué)膠10采用透過率> 95%的膠體，使得閃爍光纖7、塑料閃爍晶體8之間能夠更好的耦合。
[0036]上述實施例中光纖連接器2內(nèi)部的每個單元的具體連接方法為:7根直徑為0.3mm閃爍光纖7插入內(nèi)徑為0.9mm的陶瓷插芯，灌上環(huán)氧膠固化后，進行研磨拋光，做成第一插針；單根直徑為1_的大芯徑耐輻照光纖插入內(nèi)徑為1_的陶瓷插芯，灌上環(huán)氧膠固化后，進行研磨拋光，做成第二插針，通過陶瓷套管將第一插針和第二插針準(zhǔn)直耦合。
[0037]閃爍光纖7是一種塑料光纖,大芯徑耐福照光纖是一種石英多模光纖，兩種材料的折射率、硬度等差別很大，同樣芯徑的光纖耦合，如果端面不做陶瓷插針研磨或準(zhǔn)直不好(用毛細管)，耦合效率很低，采用小芯徑光纖注入大芯徑光纖提高了耦合效率。耦合時，在第一插針和第二插針的端面涂上折射率介于兩種光纖折射率之間的匹配液，提高耦合效率。同時，一個7對I單元比七個I對I單元體積少，便于實用。
[0038]光纖連接器2后邊是大芯徑耐輻照光纖束6，它是探頭I探測到的光信號的主要的傳輸通道，它的低損耗窗口必須涵蓋閃爍光波長范圍，同時具有一定的抗輻照性能，大芯徑耐輻照光纖可以集束成I束，也可以根據(jù)與其耦合的前端閃爍光纖的位置分別集結(jié)成多束。
[0039]本發(fā)明的原理為β射線引起塑料閃爍晶體8和閃爍光纖7的分子的激發(fā)，被激發(fā)的分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的躍遷發(fā)射出光子，塑料閃爍晶體8產(chǎn)生的熒光有部分耦合到閃爍光纖7內(nèi)，與閃爍光纖7自身產(chǎn)生的部分受全反射約束的熒光一起，通過大芯徑耐輻照光纖束6傳輸?shù)竭h處光電探測器4，實現(xiàn)對β表面污染的探測。
[0040]利用上述實施例中的一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置進行β表面污染探測探測的方法如下:
[0041]首先將探頭I置于有β射線表面污染的場地；
[0042]塑料閃爍晶體8檢測β射線，并將β射線輻射的能量轉(zhuǎn)化成光信號；
[0043]經(jīng)塑料閃爍晶體8轉(zhuǎn)化的光信號照射到閃爍光纖7中并傳輸；
[0044]當(dāng)光信號傳輸?shù)焦饫w連接器2后，光信號傳輸?shù)脚c閃爍光纖7耦合連接的大芯徑耐輻照光纖束6 ；
[0045]大芯徑耐輻照光纖束6將光信號輸送至光電探測器4，光電探測器4將接收來的光信號轉(zhuǎn)化成電信號，實現(xiàn)對β射線表面污染的檢測。
[0046]以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，包括光纖連接器(2)、閃爍光纖束(5)、閃爍光纖(7)、大芯徑耐輻照光纖束(6)，其特征在于，還包括探頭(I)、光電探測器接口(3)、光電探測器(4)，閃爍光纖束(5)的一端安置在探頭(I)中，閃爍光纖束(5)的另一端通過光纖連接器(2)與大芯徑耐輻照光纖束(6)的一端耦合連接，大芯徑耐輻照光纖束出)的另一端通過光電探測器接口(3)與光電探測器(4)相連接； 探頭(I)用于探測β粒子，將探測到的β粒子轉(zhuǎn)化成光信號，并經(jīng)閃爍光纖束(5)將光信號輸出；光纖連接器(2)用于實現(xiàn)閃爍光纖(7)與大芯徑耐福照光纖的I禹合連接；大芯徑耐福照光纖束(6)用于接收經(jīng)閃爍光纖束(5)傳來的光信號，并將其輸送給光電探測器(4);光電探測器(4)用于將光信號轉(zhuǎn)化成電信號；光電探測器接口(3)用于實現(xiàn)大芯徑耐輻照光纖束(6)的端面與光電探測器(4)的窗口之間的對接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，其特征在于，所述探頭(I)包括閃爍光纖(7)、塑料閃爍晶體(8)、金屬鍍膜(9)、光學(xué)膠(10)，閃爍光纖(7)夾在上下兩層塑料閃爍晶體(8)之間，閃爍光纖(7)在同一平面內(nèi)平行致密排列，上下兩層塑料閃爍晶體(8)的外表面上鍍有金屬鍍膜(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，其特征在于，所述閃爍光纖(7)與上下層塑料閃爍晶體(8)之間的空隙中填充有光學(xué)膠(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，其特征在于，所述光纖連 接器(2)的內(nèi)部包括若干單元，每個單元由7根閃爍光纖(7)通過專用陶瓷插芯與陶瓷套管與I根大芯徑耐輻照光纖耦合組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，其特征在于，每7根閃爍光纖(7)插入內(nèi)徑為0.9mm的陶瓷插芯，灌上環(huán)氧膠固化后，進行研磨拋光，做成第一插針；單根大芯徑耐輻照光纖插入內(nèi)徑為1mm的陶瓷插芯，灌上環(huán)氧膠固化后，進行研磨拋光，做成第二插針；通過陶瓷套管將第一插針和第二插針準(zhǔn)直耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，其特征在于，所述閃爍光纖(7)是有高折射率的閃爍物質(zhì)作纖芯，低折射率的物質(zhì)作包層的結(jié)構(gòu)，其直徑為0.3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，其特征在于，所述大芯徑耐輻照光纖是一種耐輻照的低損耗石英光纖，其低損耗窗口覆蓋到紫外波段，其直徑為1mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置，其特征在于，所述塑料閃爍晶體⑶是片狀結(jié)構(gòu)，并且厚度在Imm到2mm之間。
9.利用權(quán)利要求1至8任一所述一種基于閃爍體與光纖耦合的β表面污染探測裝置進行β表面污染探測探測的方法如下: 首先將探頭(I)置于有β射線表面污染的場地； 塑料閃爍晶體(8)檢測β射線，并將β射線輻射的能量轉(zhuǎn)化成光信號； 經(jīng)塑料閃爍晶體(8)轉(zhuǎn)化的光信號照射到閃爍光纖(7)中并傳輸； 當(dāng)光信號傳輸?shù)焦饫w連接器(2)后，光信號傳輸?shù)脚c閃爍光纖(7)耦合連接的大芯徑耐輻照光纖束(6)； 大芯徑耐輻照光纖束(6)將光信號輸送至光電探測器(4)，光電探測器(4)將接收來的光信號轉(zhuǎn)化成電信 號，實現(xiàn)對β射線表面污染的檢測。
【文檔編號】G01T1/203GK104035123SQ201410300083
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】張萬成, 軒傳吳, 葉澤群 申請人:中國電子科技集團公司第八研究所