一種電離室型直流小電流恒流源裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型實施例涉及一種電離室型直流小電流恒流源裝置，包括：環(huán)境參數(shù)采集裝置，對恒流源裝置所在環(huán)境的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行采集；γ射線輻射場，用于產(chǎn)生輻照射線；空腔電離室，接收輻照射線的輻照，使空腔電離室的空氣電離產(chǎn)生電子和正離子，并在施加在空腔電離室的兩極的直流極化電壓作用下形成恒定電場，使電子和正離子分別向兩極移動形成電離電流信號；增益反饋裝置，將電離電流信號進行增益反饋降噪處理；處理設(shè)備，根據(jù)溫度數(shù)據(jù)、氣壓數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，以及預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)，對降噪處理后的電離電流信號進行修正，輸出直流恒流電流信號；IEEE488總線，用于處理設(shè)備與環(huán)境參數(shù)采集裝置和增益反饋裝置之間的信號傳輸。
【專利說明】
一種電離室型直流小電流恒流源裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種電學(xué)裝置，尤其涉及一種電離室型直流小電流恒流源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在我國航天、核工業(yè)、兵器等國防工業(yè)領(lǐng)域，以及科學(xué)研究、 教學(xué)實驗中都存在著大量的直流小電流信號。直流小電流源經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)有多種 類型的產(chǎn)品得以廣泛的應(yīng)用。
[0003] 目前比較常用的是電阻式直流小電流恒流源，通過采用精密程控電壓源和精密高 值電阻器產(chǎn)生直流小電流的輸出。
[0004] 然而，直流小電流源的電流輸出，隨著環(huán)境因素的變化，也發(fā)生著相應(yīng)變化。溫度、 濕度、氣壓甚至靜電都對直流小電流源的穩(wěn)定性有著比較大的影響，特別是在對精度要求 高的工作環(huán)境下，這一問題更為突出。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種電離室型直流小電流恒流源 裝置，采用空腔電離室受γ射線輻照，使得電離室內(nèi)部空氣電離產(chǎn)生電離電流信號，并對環(huán) 境參數(shù)數(shù)據(jù)進行采集，對電離電流信號進行修正，從而輸出具有良好穩(wěn)定性和精度的直流 小電流恒流信號。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種電離室型直流小電流恒流源裝置，所述 恒流源裝置包括：
[0007] 環(huán)境參數(shù)采集裝置，對所述恒流源裝置所在環(huán)境的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行采集;所述 環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)包括:溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和氣壓數(shù)據(jù)；
[0008] γ射線輻射場，用于產(chǎn)生輻照射線；
[0009] 空腔電離室，接收所述輻照射線的輻照，使所述空腔電離室的空氣電離產(chǎn)生電子 和正離子，并在施加在所述空腔電離室的兩極的直流極化電壓作用下形成恒定電場，使所 述電子和正離子分別向所述兩極移動形成電離電流信號；
[0010]增益反饋裝置，將所述電離電流信號進行增益反饋降噪處理；
[0011] 處理設(shè)備，根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)、氣壓數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，以及預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)， 對所述降噪處理后的電離電流信號進行修正，輸出所述直流恒流電流信號；
[0012] ΙΕΕΕ488總線，連接所述處理設(shè)備與所述環(huán)境參數(shù)采集裝置和所述增益反饋裝置， 用于所述處理設(shè)備與所述環(huán)境參數(shù)采集裝置和所述增益反饋裝置之間的信號傳輸。
[0013] 優(yōu)選的，所述γ射線輻射場具體為:Cs-137 γ射線輻射場或C0-60 γ射線輻射場。 [0014]優(yōu)選的，所述環(huán)境參數(shù)采集裝置包括：
[0015] 溫度計，對所述環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)進行采集；
[0016] 氣壓計，對所述環(huán)境的氣壓數(shù)據(jù)進行采集；
[0017]濕度計，對所述環(huán)境的濕度數(shù)據(jù)進行采集。
[0018]優(yōu)選的，所述增益反饋裝置由靜電計和精密電容組成。
[0019] 進一步優(yōu)選的，所述靜電計為Keithley 6517靜電計。
[0020] 進一步優(yōu)選的，所述靜電計還用于所述空腔電離室的電壓源。
[0021] 優(yōu)選的，當(dāng)調(diào)整所述空腔電離室的體積和/或調(diào)整所述空腔電離室接收到的電離 輻射強度時，所述直流恒流電流信號的大小也相應(yīng)改變。
[0022] 本實用新型實施例提供的電離室型直流小電流恒流源裝置，采用空腔電離室受γ 射線輻照，使得電離室內(nèi)部空氣電離產(chǎn)生電離電流信號，并對環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行采集，對電 離電流信號進行修正，從而輸出具有良好穩(wěn)定性和精度的直流小電流恒流信號。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本實用新型實施例提供的恒流源裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024] 圖2為本實用新型實施例提供的采用電離電流方式形成的小電流恒流源的原理示 意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
[0026] 圖1為本實用新型實施例提供電離室型直流小電流恒流源裝置的結(jié)構(gòu)框圖。如圖 所示，恒流源裝置包括:環(huán)境參數(shù)采集裝置1，γ射線輻射場2，空腔電離室3，增益反饋裝置 4,處理設(shè)備5和ΙΕΕΕ488總線6。
[0027] 環(huán)境參數(shù)采集裝置1對恒流源裝置所在環(huán)境的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行采集。在具體的 實現(xiàn)方式中，環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)至少包括:溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和氣壓數(shù)據(jù)；因此相應(yīng)的，環(huán)境參 數(shù)采集裝置1至少包括:溫度計11、氣壓計12和濕度計13。
[0028] 溫度計11對環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)進行采集；
[0029] 氣壓計12對環(huán)境的氣壓數(shù)據(jù)進行采集；
[0030] 濕度計13對環(huán)境的濕度數(shù)據(jù)進行采集。
[0031] γ射線輻射場2用于產(chǎn)生輻照射線；具體的，γ射線輻射場2可以具體為Cs-137 γ 射線福射場或C0-60 γ射線福射場。
[0032]空腔電離室3,接收輻照射線的輻照，使空腔電離室的空氣電離產(chǎn)生電子和正離 子，并在施加在空腔電離室3的兩極的直流極化電壓作用下形成恒定電場，使電子和正離子 分別向兩極移動形成電離電流信號。
[0033] 具體的，通過γ射線輻射場對空腔電離室輻射可以使空腔電離室內(nèi)空氣電離，并 在恒定電場作用下產(chǎn)生電離電流信號。
[0034] 空腔電離室3是一種用于探測電離輻射的氣體探測器，其工作原理是當(dāng)接收到射 線輻照時，射線與空腔電離室3中氣體分子發(fā)生作用，產(chǎn)生電子-正離子對。因此通過γ射線 輻射場的輻照，空腔電離室3內(nèi)空氣電離。同時在空腔電離室的收集極和高壓極上加直流極 化電壓形成電場，使氣體分子電離形成的電子和正離子會兩極移動，形成電離電流信號。 [0035]通常情況下，空腔電離室3工作在正比區(qū)，即電離電流大小正比于射線產(chǎn)生的初始 離子對數(shù)目，也即正比于射線強度。
[0036]圖2示出了采用電離電流方式形成的小電流恒流源的原理圖。
[0037] 如圖所示，運算放大器正向輸入端接地，負壓加到反向輸入端。由于運算放大器的 輸入電阻非常高，使得經(jīng)過運算放大器的電流很小，可以忽略不計。此外，運算放大器的增 益通?？蛇_IO 5倍，則傳輸電離電流信號的電纜在輸出端產(chǎn)生的等效電容將是本身實際電 容值的I /105，因此外接精密電容上的電壓與輸出電壓一致，則電離室產(chǎn)生的電離電流可以 按下式表示：
[0038] 1 )
[0039] 兵〒：173電尚電m，單位為pA; C為精密電容，單位為pF; Δ Vu為時間間隔Δ t內(nèi)測 量得到的輸出電壓Vu的變化值，單位為V。
[0040] 在實際應(yīng)用中，電離電流與溫度、濕度、氣壓等參數(shù)都相關(guān)。考慮到這些因素，空腔 電離室3實際產(chǎn)生的電離電流可如式2所示。
[0042] 其中，I為電離室空腔中空氣產(chǎn)生的電離電流，單位為A;Kf為電離室中心所處位 置處的γ射線劑量率，單位為Gy/h; V為空腔電離室內(nèi)部可容納空氣的體積，單位為m3; Po為 (式2)
[0041] 標(biāo)準(zhǔn)條件下的干燥空氣密度，所述標(biāo)準(zhǔn)條件為0°C，101.325kPa，單位為
與空 氣與石墨的質(zhì)能吸收系數(shù)之比；為石墨和空氣的阻止本領(lǐng)之比;W/e為干燥空氣中，一 個電子產(chǎn)生一個離子對時所消耗的平均能量，單位為(J · C_1);T為環(huán)境空氣溫度，單位為 °C;P為環(huán)境氣壓，單位為kPa;^為消耗于軔致輻射的能量占其初始能量的分額;K為對電離 電流加以修正的全部修正因子的乘積，該值在電離室制作完畢之后即可確定。
[0043] 當(dāng)更換不同體積的空腔電離室3,或者改變空腔電離室3所在位置的電離輻射強度 (即劑量率)大小時，即可改變電離電流信號的輸出值，因此可以通過上述調(diào)整實現(xiàn)電離電 流在一定范圍內(nèi)的精確調(diào)節(jié)。
[0044] 增益反饋裝置4,將電離電流信號進行增益反饋降噪處理；
[0045] 在具體的例子中，增益反饋裝置4由Keithley 6517靜電計和精密電容組成，其中 Keithley 6517靜電計和精密電容組成增益反饋裝置4,通過高增益反饋可減小電離電流信 號傳輸電纜自身電容的影響和電路本身噪聲的影響，同時Keithley 6517靜電計作為空腔 電離室3的電壓源，為空腔電離室3提供工作電壓。
[0046] 處理設(shè)備5,根據(jù)溫度數(shù)據(jù)、氣壓數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，以及預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)，對降 噪處理后的電離電流信號進行修正，輸出直流恒流電流信號。
[0047] 具體的，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)是預(yù)先規(guī)定好的，比如0°C，Iatm，濕度20 %。并且該標(biāo)準(zhǔn)環(huán) 境參數(shù)存儲于恒流源裝置中，具體可以存儲于單獨的存儲模塊(圖中未示出）中由處理設(shè)備 5調(diào)用，也可以是處理設(shè)備5本身包括存儲模塊(圖中未示出），在使用時調(diào)出該參數(shù)。
[0048]處理設(shè)備5根據(jù)所采集到的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)之間的差異，對降噪處 理后的電離電流信號進行修正，產(chǎn)生直流小電流的恒流信號輸出。
[0049] IEEE488總線6,連接處理設(shè)備5與環(huán)境參數(shù)采集裝置1和增益反饋裝置4,用于處理 設(shè)備5與環(huán)境參數(shù)采集裝置I，以及處理設(shè)備5和增益反饋裝置4之間的信號傳輸。
[0050] 在本實用新型實施例中，由于空腔電離室3本身具有良好的穩(wěn)定性（通常好于 0.2% )，Cs-137放射源和Co-60放射源的半衰期都很長，分別達30.071年和5.274年，因此在 空腔電離室3周邊環(huán)境穩(wěn)定的條件下，空腔電離室3在γ射線輻射場2中同一位置產(chǎn)生的電 離電流隨放射源衰變的變化可以忽略不計，尤其是采用Cs-137 γ射線輻射場。在其他條件 不變的情況下，空腔電離室3所產(chǎn)生的電離電流只是按照放射源衰變規(guī)律變化，電離電流可 以完全歸一到同一時刻。因此，經(jīng)過環(huán)境參數(shù)修正后，輸出的直流小電流為穩(wěn)定恒流輸出。
[0051] 上述的氣壓計、溫度計、濕度計、靜電計均可溯源至國家基準(zhǔn)，以保持良好的穩(wěn)定 性和精度，同時也保證了恒流源裝置的精確輸出。
[0052] 此外，通過改變輻射場劑量率和電離室體積，可以改變輸出的直流電流值，具體的 可以產(chǎn)生ρΑ-ηΑ級穩(wěn)定的直流電流。
[0053] 本實用新型實施例提供的恒流源裝置，通過空腔電離室受γ射線輻照，使得電離 室內(nèi)部空氣電離產(chǎn)生電離電流信號，并對環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行采集，根據(jù)采集到的環(huán)境參數(shù) 數(shù)據(jù)對電離電流信號進行修正，從而輸出具有良好穩(wěn)定性和精度的直流小電流恒流信號， 并且在一定范圍內(nèi)可精確調(diào)節(jié)輸出電流大小，有效的解決了直流小電流源輸出電流噪聲和 穩(wěn)定性的問題。
[0054] 專業(yè)人員應(yīng)該還可以進一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的 單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬 件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。 這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。 專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn) 不應(yīng)認為超出本實用新型的范圍。
[0055] 結(jié)合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以用硬件、處理器執(zhí)行的 軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器 (ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、⑶-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域 內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。
[0056] 以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進 一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限 定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替 換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種電離室型直流小電流恒流源裝置，其特征在于，所述恒流源裝置包括： 環(huán)境參數(shù)采集裝置，對所述恒流源裝置所在環(huán)境的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行采集;所述環(huán)境 參數(shù)數(shù)據(jù)包括:溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和氣壓數(shù)據(jù)； γ射線輻射場，用于產(chǎn)生輻照射線； 空腔電離室，接收所述輻照射線的輻照，使所述空腔電離室的空氣電離產(chǎn)生電子和正 離子，并在施加在所述空腔電離室的兩極的直流極化電壓作用下形成恒定電場，使所述電 子和正離子分別向所述兩極移動形成電離電流信號； 增益反饋裝置，將所述電離電流信號進行增益反饋降噪處理； 處理設(shè)備，根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)、氣壓數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，以及預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)，對所 述降噪處理后的電離電流信號進行修正，輸出所述直流恒流電流信號； ΙΕΕΕ488總線，連接所述處理設(shè)備與所述環(huán)境參數(shù)采集裝置和所述增益反饋裝置，用于 所述處理設(shè)備與所述環(huán)境參數(shù)采集裝置和所述增益反饋裝置之間的信號傳輸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流源裝置，其特征在于，所述γ射線輻射場具體為:Cs-137 γ射線輻射場或C0-60 γ射線輻射場。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流源裝置，其特征在于，所述環(huán)境參數(shù)采集裝置包括： 溫度計，對所述環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)進行采集； 氣壓計，對所述環(huán)境的氣壓數(shù)據(jù)進行采集； 濕度計，對所述環(huán)境的濕度數(shù)據(jù)進行采集。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流源裝置，其特征在于，所述增益反饋裝置由靜電計和精密 電容組成。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的恒流源裝置，其特征在于，所述靜電計為Keithley 6517靜電 計。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的恒流源裝置，其特征在于，所述靜電計還用于所述空腔電離室 的電壓源。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流源裝置，其特征在于，當(dāng)調(diào)整所述空腔電離室的體積和/ 或調(diào)整所述空腔電離室接收到的電離輻射強度時，所述直流恒流電流信號的大小也相應(yīng)改 變。
【文檔編號】G05F1/56GK205540375SQ201620082896
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月27日
【發(fā)明人】李德紅, 王培瑋, 吳笛, 郭彬, 黃建微, 李興東
【申請人】中國計量科學(xué)研究院