專利名稱：一種基于γ射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及輻射檢測技術領域，具體為一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀。
背景技術：
可燃冰或稱天然氣水合物(Natural Gas Hydrate)、甲燒氣水包合物、甲燒水合物、甲烷冰、固態結晶物質，外貌極像冰雪或固體酒精。分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，其主要成分是甲烷。怎么樣才能獲得實地探測的準確的數據？這成為全球科學家技術攻關的難題之一。現在我國已形成具有自主知識產權的可燃冰高精度地震、原位和流體地球化學等 關鍵探測技術體系。如中科院海洋所張鑫博士作為第一完成人與美國MBARI研究所合作研制成功了基于深海ROV纜控機器人的深海甲烷原位探測系統，又稱氣密性孔隙水原位采樣體系，所述深海甲烷原位探測系統即探頭插入海底，所述探頭先吸入海底沉積物中的孔隙水，經過金屬燒結而成的過濾器過濾，采樣通過泵吸到一個只有O. 087mL容器的光學微探測艙中，經過激光照射檢測出拉曼光譜，就可分析出海底該處沉積物中的甲烷含量。如中國地質大學于2010年研制成功的中功率海洋可控源電磁(MCAEM)儀器，主要包括可控源電磁發射機和接收機。如王維熙在2000年研制出基于化學傳感器的820型高靈敏度氫及氣態烴現場測定系統。上述表明，深海可燃冰探測技術獲得重大突破。但也存在如下問題
1、設備價格昂貴，例如纜控機器人價格為4000萬元/臺以上，
2、整套探測裝置結構非常復雜，
3、探測能力很有限，難以適應可燃冰分布特點的探測。相關領域研究表明，天然氣水合物只會在某個狹窄范圍內(如大陸棚)的深度下形成，以及在某些地點的深度范圍內才會存在，而且通常是在低濃度的地點。這表明只有在有限地區的甲烷包合物礦床才有經濟上的開采價值。
發明內容
本發明所解決的技術問題在于提供一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀，以解決直接、快速、安全、準確地判斷可燃冰存在的問題。本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現
一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀，包括有耐高壓筒、探測儀機箱、Y射線源系統、探測采傳系統、多路探測器以及多路后準直器，所述探測儀機箱安裝在耐高壓筒內，所述探測儀機箱內的頂部設有蓄電池組，底部設有主安裝板，所述Y射線源系統、多路探測器以及多路后準直器均安裝在主安裝板上，所述多路后準直器下端設有薄底板。
所述探測采傳系統包括集成在探測儀機箱內多路探測器(即探測器陣列)、高壓電源機箱、多道脈沖幅度分析器、通信接口，所述多路探測器上設有輸出電纜插座，其上方設有探測采傳系統機箱，所述探測采傳系統機箱上端設有高壓電源機箱。所述Y射線源系統包括Y射線源容器，Y射線源和前準直器，所述Y射線源容器由重金屬材料制成，所述Y射線源系統外部設有屏蔽套，
所述多路探測器通過多路選擇器共用一個多道脈沖幅度分析器，由接口電路送給信號發射電路。多道脈沖幅度分析器設有嵌入式微處理器和模數轉換器，使探測器采傳系統高度智能。所述多道脈沖幅度分析器能按康普頓背散射測量要求設定和卡住能量閾值，達到判別可燃冰的目的。所述耐高壓筒能承受深海海水壓力，以保護探測儀正常工作。耐高壓筒頂部設有吊環把手，以便吊放到深海底或提升到平臺以及船上；底部設有可伸縮的插腳，耐高壓筒吊放到深海底后，所述可伸縮的插腳插進海底被測物中，使探測儀底部貼著被測物，這時電機 自動將耐高壓筒的可平移開關的底蓋門打開，Y射線源系統、被測物、多路探測器構成康普頓背散射掃描幾何學，便于作康普頓背散射(CBS)測量。本發明的技術原理是基于射線與物質特別是輕物質相互作用的康普頓背散射效應所測定的光子數，通過數據處理或重建，得出被測物電子密度分布，質量密度，有效原子序數和相對百分比含量等參數，據此建立標準樣品數據庫，通過自行研發的軟件和判別指標，自動地判斷是否為可燃冰。經過反復理論研究和實踐經驗證明，康普頓背散射測量技術計數輕物質檢測是非常有效的。康普頓背散射(CBS)光子數ns為ns=C· P -Vi 式中 C=n。· [do ( Θ )/dQ]KN · (Na*Z/A) · Aa· n ^frf2 n0——Y射線源發射的初始光子數·
[do ( Θ )/d Ω ]KN-康普頓散射截面
Δ a—探測點有效接收面積 η——探測點的探測效率 fi——入射來在被測物中的減弱因子 f2——散射來在被測物中的減弱因子 Na——阿佛加德羅常數 Z—被測物的原子序數 A——被測物的原子量 P——被測物的質量密度(g/cm3)
Vi——檢測體積
與現有的技術相比，本發明具有以下優點；
1、設備生產成本降低，易推廣；
2、適應海底探測，結構簡單，操作方便；
3、探測能力廣，在技術原理上基于Y射線與物質相互作用的康普頓背散射掃描技術，依據康普頓背散射光子計數特征直接、快速、準確判斷被測物是否為可燃冰。
圖I為本發明的結構示意圖。圖2為圖I的底視圖。圖3為本發明的康普頓背散射測量示意圖。圖4為本發明的探測采傳系統方框圖。圖中1、Y射線源，2、Y射線源容器，3、前準直器，4、鉛屏蔽套，5、多路探測器，6、輸出電纜插座，7、多路后準直器，8、高壓電源機箱，9、探測采傳系統機箱，10、蓄電池組，11、信號發射電路，12、探測儀機箱，13、耐高壓筒，14、吊環把手，15、可伸縮的插腳，16、可平移開關的底蓋門，17、電機，18、主安裝板，19、薄底板，20、射出的Y射線，21、入射的、射線，22、被測物，23 30、探測器，31、探測儀的輸出信號電纜，32、多路選擇器，33、緩沖放大器，34、峰保持器，35、尋峰電路，36、模數轉換器，37、時序發生器，38、嵌入式微處理器，39、存儲器，40、接口電路，41、高壓直流電源，42、低壓直流電源。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。如圖f 4所示，一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀，包括有耐高壓筒13、探測儀機箱12、Y射線源系統、探測采傳系統、多路探測器5以及多路后準直器7，所述探測儀機箱12安裝在耐高壓筒13內，所述探測儀機箱12內的頂部設有蓄電池組10，底部設有主安裝板18，所述Y射線源系統、多路探測器5以及多路后準直器7均安裝在主安裝板18上，所述多路后準直器7下端設有薄底板19。所述探測采傳系統包括集成在探測儀機箱內多路探測器(即探測器陣列)5、高壓電源機箱8、多道脈沖幅度分析器、通信接口，所述多路探測器上設有輸出電纜插座6，其上方設有探測采傳系統機箱8，所述探測采傳系統機箱上端設有高壓電源機箱9。所述Y射線源系統包括Y射線源容器2，低能量的Y射線源I和前準直器3，所述Y射線源容器2由重金屬材料制成，所述Y射線源系統外部設有鉛屏蔽套4。所述多路探測器5通過多路選擇器32共用一個多道脈沖幅度分析器，由接口電路送給信號發射電路U。多道脈沖幅度分析器設有嵌入式微處理器38和模數轉換器36，使探測采傳系統高度智能。所述多道脈沖幅度分析器能按康普頓背散射測量要求設定和卡住能量閾值，達到判別可燃冰的目的。所述耐高壓筒13能承受深海海水壓力，以保護探測儀正常工作。耐高壓筒頂部設有吊環把手14，以便吊放到深海底或提升到平臺以及船上；底部設有可伸縮的插腳15，耐高壓筒13吊放到深海底后，所述可伸縮的插腳15插進海底被測物22中，使探測儀底部貼著被測物22，這時電機17自動將耐高壓筒12的可平移開關的底蓋門16打開，Y射線源系統、被測物22、多路探測器5構成康普頓背散射掃描幾何學，便于作康普頓背散射(CBS)測量。本發明的使用方法如下
首先打開設備開關，將高壓電源機箱8上的插頭插上輸出電纜插座6，蓄電池組10開始提供低壓電源42，通過高壓電源機箱8產生高壓電源41供給多路探測器5。其次通過吊環把手14將耐高壓筒13放到深海海底，耐高壓筒13的可伸縮的插腳伸15出插進海底被測物22，直至可平移開關的底蓋門16貼著被測物22，電機17驅動可平移開關的底蓋門16打開。進一步的，主安裝板18底部薄底板19貼著被測物22，Y射線源容器2中的Y射線源I通過前準直器3射出的出射的Y射線20穿過薄底板19進入被測物22，被測物22散射的入射的Y射線21穿過薄底板19進入多路探測器5中。進一步的，一個地點探測結束后，電機17驅動可平移開關的底蓋門16關閉，可伸縮的插腳15縮回，等待耐高壓筒13移往新位置測量，在所有的探測完成后，耐高壓筒13吊上去后，打開可平移開關的底蓋門16，取出探測儀機箱12。所述探測儀機箱12中的多路探測器5輸出的負脈沖信號，經過探測儀的輸出信號電纜31傳送給探測采傳系統中的多路選擇器32，選通道進入緩沖放大器33，獲得一定的增益并倒相為正脈沖；所述正脈沖一路傳送給峰保持器34，另一路傳送給尋峰電路35 ;所述尋峰電路35得到一個指示信號峰值位置的數字脈沖信號，所述數字脈沖信號能觸發時序 發生器37，獲得一系列的同步的數字脈沖信號；如延遲脈沖，所述數字脈沖信號用于給嵌入式微處理器38傳送中斷信號，所述中斷信號用于開始模數轉換器36轉換，以保證模數轉換器36有足夠的采樣跟蹤時間，模數轉換器36轉換的時鐘信號CLK也由時序發生器37完成的；嵌入式微處理器38被所述中斷信號觸發后，等到模數轉換器36轉換到結束，讀取模數轉換器36的結果，從相應的存儲器39讀取原計數值，加一后再寫回存儲器39，完成多道脈沖幅度分析器的計數。所述多道脈沖幅度分析器能按康普頓背散射測量要求設定和卡住能量閾值，達到判別可燃冰的目的。同時所述嵌入式微處理器38通過接口電路40與信號發射電路11通信。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀，包括有耐高壓筒、探測儀機箱、Y射線源系統、探測采傳系統、多路探測器以及多路后準直器，其特征在于所述探測儀機箱安裝在耐高壓筒內，所述探測儀機箱內的頂部設有蓄電池組，底部設有主安裝板，所述Y射線源系統、多路探測器以及多路后準直器均安裝在主安裝板上，所述多路后準直器下端設有薄底板。
2.根據權利要求I所述的一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀，其特征在于所述探測采傳系統包括集成在探測儀機箱內多路探測器、高壓電源機箱、多道脈沖幅度分析器、通信接口，所述多路探測器上設有輸出電纜插座，其上方設有探測采傳系統機箱，所述探測采傳系統機箱上端設有高壓電源機箱。
3.根據權利要求I所述的一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀，其特征在于所述Y射線源系統包括Y射線源容器，低能量的Y射線源和前準直器，所述Y射線源容器由重金屬材料制成，所述Y射線源系統外部設有鉛屏蔽套。
4.根據權利要求I所述的一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀，其特征在于所述多道脈沖幅度分析器設有嵌入式微處理器和模數轉換器。
5.根據權利要求I所述的一種基于Y射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀，其特征在于所述耐高壓筒頂部設有吊環把手，底部設有可伸縮的插腳。
全文摘要
一種基于γ射線康普頓背散射掃描技術的深海可燃冰探測儀，包括有耐高壓筒、探測儀機箱、γ射線源系統、探測采傳系統、多路探測器以及多路后準直器，所述探測儀機箱安裝在耐高壓筒內，所述探測儀機箱內的頂部設有蓄電池組，底部設有主安裝板，所述γ射線源系統、多路探測器以及多路后準直器均安裝在主安裝板上，所述多路后準直器下端設有薄底板。本發明適應海底探測，結構簡單，操作方便，探測能力廣，在技術原理上基于γ射線與物質相互作用的康普頓背散射掃描技術，依據康普頓背散射光子計數特征直接、快速、準確判斷被測物是否為可燃冰。
文檔編號G01N23/203GK102778469SQ201210292108
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者丁厚本, 余章倩, 余章敏, 馮盼盼 申請人:合肥奧意克斯光電科技有限公司