沖分別沿兩條路徑抵達(dá)探測(cè)器而產(chǎn)生的電子脈沖幅度應(yīng)滿 足一定的關(guān)系，利用已知的閃爍光纖1和多模光纖3的傳輸損耗以及高反射膜反射率，可以 對(duì)信號(hào)進(jìn)行甄別，提取出有效信號(hào)。沿兩條路徑傳輸后分別產(chǎn)生的電子脈沖會(huì)有一定的時(shí) 間差，這個(gè)時(shí)間差可以通過后端信號(hào)處理系統(tǒng)得出相關(guān)數(shù)據(jù)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)5分析數(shù)據(jù)則可 推斷出放射性粒子與閃爍光纖發(fā)生作用的位置信息，采用多根閃爍光纖組成探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，則 可實(shí)現(xiàn)對(duì)放射源的定位。另外，通過計(jì)算機(jī)能譜分析軟件對(duì)產(chǎn)生的電子脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存 記錄與分析，可以獲得輻射環(huán)境的輻射物理參數(shù)。
[0027] 測(cè)試原理：
[0028] 本發(fā)明中，閃爍光纖1主要由兩部分組成：核心部分（芯層）和表面涂層部分（包 層）。這兩部分材料的光學(xué)折射率是不同的，芯層折射率Ii 1略高于包層折射率n2。當(dāng)帶電 粒子或射線穿過閃爍光纖時(shí)，在芯層產(chǎn)生的部分閃爍發(fā)光，約[~（I-Ii 2Ai1XlO^],可沿光 纖傳播。能夠被閃爍光纖收集并傳輸?shù)墓?，其接收角?yīng)該滿足公式如下：
[0030] 其中，式中a 界面反射角，θ、Φ分別為熒光發(fā)射方向相對(duì)于光纖軸的極角和 方位角。I^n2分別是芯層和包層的折射率。滿足上述條件的光能夠在芯層和包層介面上 發(fā)生全反射，能被光纖收集，接收角滿足如下公式關(guān)系的光也會(huì)被收集（式中符合定義同 式⑴）
[0032] 其中α 2為閃爍光在包層與空氣界面上的反射角，滿足如下關(guān)系：
[0033] cos2 a 2= (r 〇/rc)2cos2 a n+[l-(r0/rc)2] sin2 Θ c
[0034] cos Θ c= (n ynj cos Θ sin α n= (n ^n1) sin a i (3)
[0035] 式中r。是光纖芯層半徑，r。是光纖總的半徑。滿足式（I)的光為芯層光，滿足式 (2)的光為包層光。其它的光在兩界面處都不發(fā)生全反射，將從光纖側(cè)面逸出，稱為非全反 射光。
[0036] 光電轉(zhuǎn)換器4將接收到的閃爍光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)經(jīng)放大送入脈沖幅度分析器，最后 得到輻射場(chǎng)能譜。為得到每次事例的平均光電子數(shù)，我們可用如下公式對(duì)測(cè)得能譜擬合：
[0039] 式中P (n，u，r)為在半徑等于r的光纖中產(chǎn)生的熒光信號(hào)在光電探測(cè)器上轉(zhuǎn)化為 η個(gè)光電子的幾率，F(xiàn) (channel, η)是光電轉(zhuǎn)換器響應(yīng)函數(shù)；u為最小電離粒子在閃爍光纖中 平均每Imm沉積的能量對(duì)應(yīng)的光能夠轉(zhuǎn)換的光電子數(shù)，是平均光電子數(shù)N i^的表征參數(shù)。
[0040] 與輻射相互作用產(chǎn)生的光脈沖會(huì)沿閃爍光纖的兩個(gè)方向傳輸，一部分直接耦合進(jìn) 入多模光纖3傳輸收集進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器4,另一部分通過閃爍光纖1端面反射再耦合進(jìn)入多 模光纖3傳輸收集進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器4,兩部分光脈沖抵達(dá)光電轉(zhuǎn)換器的時(shí)間差為△ t，可以 用如下公式計(jì)算出輻射作用發(fā)生位置：
[0041 ] L^L2= 2L (5)
[0042] L1-L2= VAt (6)
[0043] 式中L為閃爍光纖1連接多模光纖3后總的光纖長(zhǎng)度，1^為光脈沖直接親合進(jìn)入 多模光纖3被光電轉(zhuǎn)換器4收集所經(jīng)過路徑的距離，L 2S光脈沖經(jīng)過閃爍光纖1端面反射 后再進(jìn)入多模光纖3被光電轉(zhuǎn)換器4收集所經(jīng)過路徑的距離，V是閃爍光脈沖在光纖里傳 輸?shù)乃俣取?br>[0044] 產(chǎn)生于同一輻射事件的光脈沖分別沿兩條路徑抵達(dá)探測(cè)器而產(chǎn)生的電子脈沖幅 度應(yīng)滿足一定的關(guān)系，因此利用已知的閃爍光纖和多模光纖的傳輸損耗以及高反射膜反射 率，可以提出一種適用本儀器的甄別算法，用于提取有效的電子脈沖信號(hào)：
[0045] E1/E2 = (1| α )/[(1| β) ε )] (7)
[0046] 式中El是光脈沖直接進(jìn)入多模光纖3被光電轉(zhuǎn)換器4收集后得到的脈沖幅度，Ε2 是光脈沖經(jīng)過光纖端面反射后進(jìn)入多模光纖3被光電轉(zhuǎn)換器4收集得到的脈沖幅度，α是 光脈沖沿光纖路徑LJf輸后理論損失的能量比率，β是理論上光脈沖沿光纖路徑L2傳輸 后理論損失的能量比率，ε是光纖一端面所鍍高反射膜的反射率。
[0047] 應(yīng)當(dāng)明確的是，上述對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解 和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易的對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把 在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這 里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修飾都應(yīng)該在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè)儀，其特征在于，該探測(cè)儀 包括閃爍光纖、光耦合器件、多模光纖、光電轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理模塊、計(jì)算機(jī)，所述的閃爍光 纖其中一端面鍍有高反射膜，另一端未鍍高反射膜，未鍍高反射膜一端通過光耦合器件連 接至多模光纖一端，多模光纖的另一端耦合連接至光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器依次連接信號(hào) 處理模塊和計(jì)算機(jī)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè)儀，其特 征在于，所述光耦合器件為具有光收集能力和極低的插入損耗光纖連接器，其兩端接口尺 寸分別對(duì)應(yīng)閃爍光纖外徑和多模光纖外徑，用于連接閃爍光纖與傳輸用多模光纖。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè)儀，其特 征在于，所述的閃爍光纖通過連接多模光纖傳導(dǎo)延長(zhǎng)使用范圍，所述多模光纖為在閃爍光 纖熒光波段低損傳輸光纖。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè)儀，其特 征在于，所述光電轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理模塊和計(jì)算機(jī)部分整體做封裝處理。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè)儀，其特 征在于，所述光電轉(zhuǎn)換器為光電二極管或雪崩二極管。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè) 儀，其特征在于，采用多根閃爍光纖組成探測(cè)網(wǎng)絡(luò)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè)儀，其特 征在于，所述的閃爍光纖其中一端面鍍有的高反射膜為銀材質(zhì)，厚度為45-55nm。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè)儀的探 測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 閃爍光纖傳感探頭置于輻射環(huán)境中，吸收射線能量繼而產(chǎn)生閃爍光脈沖的步驟； (2) 閃爍光脈沖沿兩條路徑抵達(dá)光電轉(zhuǎn)換器的步驟； (3) 對(duì)比兩路徑閃爍光脈沖抵達(dá)光電轉(zhuǎn)換器的時(shí)間差，分析出輻射與閃爍光纖相互作 用的位置信息的步驟； (4) 閃爍光脈沖通過多模光纖傳輸后進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為的電子脈沖信號(hào)，經(jīng)過信 號(hào)處理后進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及能譜分析的步驟； (5) 經(jīng)上述步驟（4)得到輻射環(huán)境的輻射物理參數(shù)，完成對(duì)被測(cè)環(huán)境的放射性探測(cè)的 步驟。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè)儀的探 測(cè)方法，其特征在于，通過采用多根閃爍光纖組成探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)放射源的定位。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于閃爍光纖的分布式單端反射型在線放射性探測(cè)儀及其探測(cè)方法，包括，閃爍光纖、光耦合器件、多模光纖、光電轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理模塊、計(jì)算機(jī)；通過閃爍光纖單端鍍有高反射膜產(chǎn)生閃爍光脈沖，閃爍光脈沖沿兩條路徑抵達(dá)光電轉(zhuǎn)換器，對(duì)比兩路徑閃爍光脈沖抵達(dá)光電轉(zhuǎn)換器的時(shí)間差，可以分析出輻射與閃爍光纖相互作用的位置信息；同時(shí)，閃爍光脈沖通過多模光纖進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為電子脈沖信號(hào)，再通過信號(hào)處理后進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及能譜軟件分析，可以同時(shí)獲得所測(cè)環(huán)境內(nèi)的輻射物理參數(shù)。具有傳感探頭部分體積小、靈活度高，單探測(cè)器可測(cè)量范圍廣、可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)感測(cè)、電子學(xué)部分受外界環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，適用范圍廣泛。
【IPC分類】G01T1/36, G01T1/20
【公開號(hào)】CN105044760
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510314972
【發(fā)明人】張戈, 楊斌, 劉波, 唐衛(wèi)東, 張昊, 孔祥山, 張玥, 賈福洲
【申請(qǐng)人】南開大學(xué), 天津市技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月10日