一种基于X射线探测技术的电路设计[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106546616 A (43)申请公布日 2017.03.29

(21)申请号 201510606384.6(22)申请日 2015.09.22

(71)申请人祁艳

地址110179 辽宁省沈阳市浑南新区彩霞街

1-5号3门(72)发明人祁艳(51)Int.Cl.

G01N 23/083(2006.01)H02M 3/337(2006.01)

权利要求书1页 说明书2页 附图1页

(54)发明名称

一种基于X射线探测技术的电路设计(57)摘要

本发明设计了一种基于X射线探测技术的电路设计,研究X射线穿透物质的衰减特性的X射线探测技术的电路。该电路结构简单、输出阻抗高、通频带宽宽，高频特性好，而且设计灵活，具有线性好、峰值保持精度高的特点，克服了现有X射线探测电路精度易受输入影响，精度较低，且稳定性差的缺点。

C N 1 0 6 5 4 6 6 1 6 A CN 106546616 A

权 利 要 求 书

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1.一种基于X射线探测技术的电路设计，包括重要的三个部分：高压电源，放大级电路和峰值保持电路;其特征是探测器是核心部分，目前应用最广泛的探测器是闪烁计数器，主要由NaI晶体和光电倍增管组成;一般X射线探测电路包括闪烁探测器、输入级、线性放大级、幅分析级和频率计数等;电源可分为高压电源和低压电源两部分,光电倍增管由高压电源提供电压，而X射线测量电路电源部分则由低压电源提供电压。

2.根据权利要求1所述的一种基于X射线探测技术的电路设计，其特征是高压电源主要包括振荡器、倍压整流器两部分，其中振荡器是由变压器、三极管组成的推挽式变压器反馈LC振荡器，变压器Bl的l、2、3端与C2构成了LC选频放大电路，变压器的4、5、6端则构成了正反馈电路。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于X射线探测技术的电路设计，其特征是所述放大级电路由BG2、BG3、BC,4组成，放大级电路是对选择级输出的波形进行功率放大，BG2为电压倒相放大器；BG3、BG4为互补功率输出级，静态时，BG2由门2输出为高电平而饱和导通，从而使BG4截止，BG3导通，当BG2的输入为负脉冲时，BG2由饱和导通变为截止，其集电级输出为一个方波，此方波经BG3、BG4的功率放大后，从BG3、BG4的发射极输出正方波。

4.根据权利要求1所述的一种基于X射线探测技术的电路设计，其特征是所述峰值保持电路在PKD01比较器上用直流电平与原始信号进行比较产生过峰信号，过峰信号为脉冲信号的后沿，用这个信号作DSP的中断信号，然后由DSP启动内部的A/D进行转换的一部分。

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CN 106546616 A

说 明 书

一种基于X射线探测技术的电路设计

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技术领域

本发明涉及一种基于X射线探测技术的电路设计，适用于需要采用X射线能级探测能量射线强度,研究X射线穿透物质的衰减特性的场合。

[0001]

背景技术

X射线能级探测主要测量不同能量射线的强度，用于研究X射线穿透物质的衰减

特性，并且可以确定混合物质各成分的分布情况，多个不同能级的X放射源，从而通过不同介质对不同能级的吸收情况进行测量，可以求解出混合物质的介质属性和组成情况。射线经过探测器后产生电压脉冲，输入处理测量线路后，记录X射线强度的计数。射线在NaI晶体管中被转换成电脉冲，脉冲数目的多少，反映射线强度的大小，即脉冲数目越多，射线的强度越大。为了能够记录出反映不同能级的放射性强度，脉冲电信号则需要传输到计数器的测量电路中。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，从而获得该点的能谱。脉冲信号需要脉冲宽度调制电路处理，脉冲宽度调制是用微处理器的数字输出来控制模拟电路，广泛应用在通信、LED 照明、测量、数码产品、功率控制与变换等领域。电流型脉冲宽度调制控制器有电压调整率高、线性度好、输出纹波小、频率高、效率高的优点，发展迅速，系统优化度越来越好。而放大器性能的优劣将直接决定探测电路的性能，其核心环节就是放大器和高压电源电路，现有的X射线探测电路精度易受输入影响，精度较低，且稳定性差，因此设计出一种高速、高精度、性能稳定的探测电路非常重要。

[0002]

发明内容

为了克服现有X射线探测电路开环不稳定、易受输入影响，精度较低，且稳定性差的缺点，提高X射线探测电路的抗噪性能、稳定性和转换精度，本发明设计了一种适用于需要采用X射线能级探测能量射线强度，研究X射线穿透物质的衰减特性的场合。[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在X射线探测电路中设计了重要的三个部分：高压电源，放大级电路和峰值保持电路。其中高压电源采用推挽式变压器反馈LC振荡器构成，能够较好实现软开关，提高电源效率。放大级电路，可以使得电路结构简单、输出阻抗高、负反馈环路增益增大，输出电压误差减小。同时设计了一个峰值保持电路，其采用高跨导型运算放大器，具有响应速度快、通频带宽、线性好、峰值保持精度高等优点。[0005] 本发明的有益效果是：高压电源采用推挽式变压器反馈LC振荡器构成，能够较好实现软开关，提高电源效率。设计的放大级电路，可以使得电路结构简单、输出阻抗高、负反馈环路增益增大，输出电压误差减小。同时设计了一个峰值保持电路，其采用高跨导型运算放大器，具有响应速度快、通频带宽、线性好、峰值保持精度高等优点。克服了现有X射线探测电路精度易受输入影响，精度较低，且稳定性差的缺点。

[0003]

附图说明

3

CN 106546616 A[0006] [0007] [0008] [0009] [0010]

说 明 书

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下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是X射线探测电路结构图。图2是高压电源电路。图3是放大级电路。图4是峰值保持电路。

具体实施方式[0011] 图1中，X射线探测可分为探测器、测量线路和电源三部分。探测器是核心部分，目前应用最广泛的探测器是闪烁计数器，闪烁计数器主要由NaI晶体和光电倍增管组成。一般X射线探测电路包括闪烁探测器、输入级、线性放大级、幅分析级和频率计数等。设计结构图如图2所示。电源可分为高压电源和低压电源两部分。光电倍增管由高压电源提供电压，而X射线测量电路电源部分则由低压电源提供电压。[0012] 图2中，高压电源主要包括振荡器、倍压整流器两部分，其中振荡器是由变压器、三极管组成的推挽式变压器反馈LC振荡器。变压器Bl的l、2、3端与C2构成了LC选频放大电路，变压器的4、5、6端则构成了正反馈电路。电源接通后，在LC选频放大电路中产生了初始信号，此信号通过变压器4、6两端反馈到Q1、Q2的基级，使得Ql和Q2的基级电流中一个增大，另一个减小。在不断的放大、反馈过程中，变压器Bl的电感随着反馈的不断增大而逐渐减小，使等于电路谐振频率f0信号幅度越来越大，继之一个管子饱和导通而另一个管子截止的状态交替变化。

[0013] 通过变压器Bl的升压，从而使得变压器7、8两端产生高压交流信号。当Ql和Q2进入非线性放大区后。振幅就稳定了下来。电阻R4用于消除变压器4、6两端的自激震荡，减小噪声信号对电路信号的影响；D3起到温度补偿作用，增大电路的稳定性；R2和R3为Ql、Q2的偏置电阻，作用是稳定Q1和Q2的Q点，减小波形失真的程度；R5为射级电阻，使得Q1和Q2的电流得以释放；R1为限流电阻；D2为稳压管；D1起温度补偿；C1为滤波电容。倍压整流电路由D4、D5、D6、D7和C3、C4、C5、C6以及变压器Bl组成。当变压器Bl的次级输出为上正下负时，电容C3、C4进行充电储能，最终C3两端的电压为初级线圈输出电压的在倍，C4两端的电压为初级线圈输出电压的2倍。同理，当变压器B1的次级输出为上负下正时，电容C5、C6进行充电储能，最终C5两端的电压为初级线圈输出电压的在倍。C6两端的电压为初级线圈输出电压的2在倍。[0014] 图3中，放大输出级由BG2、BG3、BC,4组成，放大级电路是对选择级输出的波形进行功率放大。BG2为电压倒相放大器；BG3、BG4为互补功率输出级。静态时，BG2由门2输出为高电平而饱和导通，从而使BG4截止，BG3导通。当BG2的输入为负脉冲时，BG2由饱和导通变为截止，其集电级输出为一个方波，此方波经BG3、BG4的功率放大后，从BG3、BG4的发射极输出一个宽度为30us、幅度为10V的正方波。[0015] 图4中，峰值保持电路将脉冲转换峰值幅度相等的直流电平输出，在PKD01比较器上用直流电平与原始信号进行比较产生过峰信号。过峰信号为脉冲信号的后沿。用这个信号作DSP的中断信号。然后由DSP启动内部的A/D进行转换。

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CN 106546616 A

说 明 书 附 图

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图1

图2

图3

图4

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