本發(fā)明涉及的是一種伽馬輻射測(cè)量領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于布拉格光柵的放射線實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前基于光纖的輻射測(cè)量技術(shù)主要有三種方案：含有閃爍劑的特種光纖、光纖布拉格光柵(fibberbragggratting，fbg)和損耗型光纖。閃爍劑光纖受輻射會(huì)發(fā)出可見光，而光纖在可見光區(qū)域損耗較大，導(dǎo)致信號(hào)傳輸距離受限；光纖布拉格光柵的反射中心波長(zhǎng)受溫度影響比較大，溫度系數(shù)大約為10pm/℃，其溫度敏感性遠(yuǎn)大于輻射敏感性，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果容易受到溫度變化的干擾，而且輻射停止后存在明顯的退火過程。損耗型光纖的損耗幾乎與溫度無關(guān)，在一定范圍內(nèi)，光纖的損耗與輻射劑量成線性關(guān)系。一方面，利用輻射致衰減效應(yīng)，通過測(cè)量光纖的損耗，可實(shí)現(xiàn)輻射劑量的實(shí)時(shí)測(cè)量，但無法用于多點(diǎn)式傳感測(cè)量；另一方面，光纖布拉格光柵的反射率幾乎不隨輻射變化，而fbg制造時(shí)的高壓載氫過程會(huì)增加損耗型光纖的輻射敏感性。通過結(jié)合fbg與輻射敏感光纖，可實(shí)現(xiàn)伽馬輻射的實(shí)時(shí)和多點(diǎn)測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)多采用輻射敏感光纖進(jìn)行損耗測(cè)量，只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)式傳感，且發(fā)射端與接收端均需要抗輻射光纖和端口的缺陷，提出一種基于布拉格光柵的伽馬輻射實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及其系統(tǒng)，fbg(光纖布拉格光柵)及其尾纖組成的探測(cè)器受到輻射時(shí)產(chǎn)生較大衰減，而fbg的反射率幾乎不受輻射影響，因此其反射光或透射光的功率包含光纖的損耗等相關(guān)信息，通過測(cè)量輻射敏感光纖的損耗即可得到輻射的劑量。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種基于布拉格光柵的伽馬輻射實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，包括：光纖布拉格光柵(fbg)、依次相連的輻射敏感光纖、抗輻射光纖和光纖光柵解調(diào)儀，其中：光纖布拉格光柵刻于輻射敏感光纖的端部，光纖光柵解調(diào)儀發(fā)出的信號(hào)光經(jīng)過抗輻射光纖到達(dá)輻射敏感光纖，經(jīng)過接收外加伽馬輻射的光纖布拉格光柵的反射，返回特定波長(zhǎng)的光；光纖光柵解調(diào)儀對(duì)反射光或透射光的布拉格波長(zhǎng)和功率值進(jìn)行分析，或通過反射率的不同或脈沖光返回的時(shí)間差進(jìn)行解調(diào)得到輻射敏感光纖的損耗信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射劑量的實(shí)時(shí)測(cè)量。

所述的輻射敏感光纖為摻鍺纖芯石英光纖。

所述的抗輻射光纖為純石英纖芯光纖或摻氟石英纖芯光纖。

所述的光纖布拉格光柵具體為若干條刻于輻射敏感光纖端部的光柵組成，其中的光柵的反射、透射峰中心波長(zhǎng)、反射、投射率、輻射敏感光纖或連接到光分束器的長(zhǎng)度，可以相應(yīng)設(shè)置成不同或完全相同，從而通過分析反射或透射光波長(zhǎng)、反射率或返回脈沖光的時(shí)間差等信息，實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)輻射光柵的復(fù)用。

本發(fā)明涉及一種基于上述裝置的并聯(lián)多點(diǎn)式輻射傳感測(cè)量系統(tǒng)，還包括光分束器，其中：光分束器位于光纖光柵解調(diào)儀與抗輻射光纖之間，光纖光柵解調(diào)儀發(fā)出的信號(hào)光經(jīng)過光分束器分成多路進(jìn)入并聯(lián)的抗輻射光纖。

所述的并聯(lián)的抗輻射光纖對(duì)應(yīng)連接的輻射敏感光纖上的fbg的中心波長(zhǎng)相隔一定距離。

本發(fā)明涉及基于上述系統(tǒng)的輻射劑量檢測(cè)方法，包括以下步驟：

第一步，組裝探測(cè)裝置，并將光纖布拉格光柵作為探頭置于輻射環(huán)境中。

第二步，通過光纖光柵解調(diào)儀得到每個(gè)光柵的反射光譜的功率信息、中心波長(zhǎng)信息、反射率和/或脈沖光返回的時(shí)間差。

第三步，通過對(duì)解調(diào)儀得到的功率信息和中心波長(zhǎng)信息進(jìn)行分析，或通過反射率的不同或脈沖光返回的時(shí)間差進(jìn)行解調(diào)得到輻射的響應(yīng)信息。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合輻射敏感光纖和布拉格光柵，通過光纖光柵解調(diào)儀發(fā)出信號(hào)光并接收反射光或透射光，并對(duì)布拉格光柵反射中心波長(zhǎng)與峰值功率的監(jiān)測(cè)，基于光纖損耗的檢測(cè)得出對(duì)應(yīng)的輻射劑量，實(shí)現(xiàn)單端口的多點(diǎn)(多光柵)復(fù)用和準(zhǔn)分布式測(cè)量。

附圖說明

圖1為實(shí)時(shí)測(cè)量裝置示意圖；

圖2為并聯(lián)多點(diǎn)式輻射傳感測(cè)量系統(tǒng)傳感示意圖；

圖3為實(shí)施例實(shí)驗(yàn)中fbg的布拉格波長(zhǎng)與環(huán)境溫度隨輻射劑量變化關(guān)系圖；

圖4為實(shí)施例實(shí)驗(yàn)中純石英纖芯fbg的反射光譜圖；

圖5為實(shí)施例實(shí)驗(yàn)中摻鍺纖芯fbg的反射光譜圖；

圖6為實(shí)施例實(shí)驗(yàn)中摻鍺纖芯fbg的透射光譜圖；

圖7為由摻鍺fbg的反射光譜和透射光譜得到的光纖輻射致衰減與輻射劑量的關(guān)系示意圖；

圖中：1抗輻射光纖、2光纖布拉格光柵、3輻射敏感光纖、4光纖光柵解調(diào)儀、5光分束器。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例包括：光纖布拉格光柵2、依次相連的輻射敏感光纖3、抗輻射光纖1和光纖光柵解調(diào)儀4，其中：光纖布拉格光柵2刻于輻射敏感光纖3的端部，光纖光柵解調(diào)儀4發(fā)出的信號(hào)光經(jīng)過抗輻射光纖1到達(dá)輻射敏感光纖3，經(jīng)過光纖布拉格光柵2的反射，返回特定波長(zhǎng)的光；光纖光柵解調(diào)儀4對(duì)反射光或透射光的布拉格波長(zhǎng)和功率值進(jìn)行分析，或通過反射率的不同或脈沖光返回的時(shí)間差進(jìn)行解調(diào)得到輻射敏感光纖3的損耗信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射劑量的實(shí)時(shí)測(cè)量。

所述的輻射敏感光纖3為摻鍺纖芯石英光纖。

所述的抗輻射光纖1為純石英纖芯光纖。

所述的伽馬輻射的輻射源為鈷-60，本實(shí)施例接收的輻射劑量率為10.1kgy/h。

本實(shí)施例中的光纖布拉格光柵2采用c波段高反射率fbg，其中心波長(zhǎng)為1550nm，其他場(chǎng)合下也可以采用600-1600nm的中心波長(zhǎng)。

所述的光纖光柵解調(diào)儀4的工作波段為c波段。

所述的分析，采用但不限于將輻射導(dǎo)致的反射峰或透射峰的變化進(jìn)行線性擬合，將功率變化轉(zhuǎn)換成線量，從而得到輻射劑量。

如圖2所示，本實(shí)施例涉及基于上述裝置的并聯(lián)多點(diǎn)式輻射傳感測(cè)量系統(tǒng)，還包括光分束器5，其中：光分束器5位于光纖光柵解調(diào)儀4與抗輻射光纖1之間，光纖光柵解調(diào)儀4發(fā)出的信號(hào)光經(jīng)過光分束器5分成多路進(jìn)入并聯(lián)的抗輻射光纖1。

所述的并聯(lián)的抗輻射光纖1對(duì)應(yīng)連接的輻射敏感光纖3上的fbg的中心波長(zhǎng)相隔一定距離(如λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、λ8、...λn)，以使其在光譜上不會(huì)重疊從而實(shí)現(xiàn)單通道的多點(diǎn)復(fù)用。

所述的并聯(lián)的抗輻射光纖1的數(shù)量受光纖光柵解調(diào)儀4的光源功率、探測(cè)器靈敏度、fbg的半高寬等參數(shù)的共同限制。

如圖3所示，在輻射過程中光纖布拉格光柵2的反射中心波長(zhǎng)漂移(braggwavelengthshift,bws)隨輻射劑量(dose)增加而加大，并最終趨于飽和。但bws隨溫度(temperature)變化明顯，僅利用fbg的布拉格波長(zhǎng)測(cè)量輻射劑量易受溫度的干擾；如圖4所示，通過監(jiān)測(cè)反射光功率(power)，純石英纖芯fbg的反射光功率未發(fā)生明顯變化；如圖5和圖6所示，除了中心波長(zhǎng)(wavelength)漂移外，摻鍺纖芯fbg(即本實(shí)施例中刻寫在輻射敏感光纖3上的光纖布拉格光柵2)的反射光和透射光都出現(xiàn)了較大衰減，且幅度相同(fbg兩端的尾纖長(zhǎng)度)，而反射率沒有發(fā)生明顯可見的改變。

如圖7所示，當(dāng)輻射劑量較低時(shí)(低于10kgy)，輻射敏感光纖3的損耗隨輻射劑量近似線性增加，之后光纖的損耗開始趨向飽和。本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)得到的線性區(qū)輻射致衰減為1.4db/m(即斜率)，在損耗的線性區(qū)，通過測(cè)量損耗的增加值即可得到輻射劑量。

所述的刻有光纖布拉格光柵2的輻射敏感光纖3作為傳感部件通過輻射致衰減效應(yīng)反映輻射劑量，光纖布拉格光柵2具有高反射率和高穩(wěn)定性，通過高壓載氫可成倍增加摻鍺石英光纖的輻射敏感性。

所述的抗輻射光纖1作為信號(hào)傳輸載體，光纖光柵解調(diào)儀4通過分析輻射敏感光纖3的反射譜和透射譜得到光纖光柵的實(shí)時(shí)中心波長(zhǎng)和峰值功率(peakpower)，并通過fbg反射峰的峰值功率實(shí)現(xiàn)輻射劑量的傳感。

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。