第二章 F427A1型微机热释光剂量计读出器使用说明书.docx
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第二章F427A1型微机热释光剂量计读出器使用说明书
第二章FJ427A1型微机热释光剂量计（读出器）使用说明书
1.概述
FJ-427A1型微机热释光剂量计（读出器）系2001年推出的最新产品。
该机采用最新设计的单片机和液晶显示器组成操作台，既可以独立使用，也可以和计算机通讯，由计算机连接数字打印机。
该系统可以对经过β、γ、中子、X射线等辐照后的热释光剂量元件进行测量，读出累计剂量值，具有参数编辑、发光曲线显示、数据处理、自动校准、自动扣除本底、数据库编辑与检索等功能。
造型美观，操作方便。
本仪器主要用于放射性工作人员的个人剂量监督，也广泛用于环境测量、医疗卫生、科学研究等方面。
本仪器由50Hz、交流220V工业电网供电，可在温度为+5℃~+40℃，相对湿度≤85%（30℃）环境条件下正常工作。
本仪器的设计符合GB10264-88国家标准的规定。
2.主要技术性能
2.1.本仪器的线性度范围为100μGy~4Gy（此处系指用JR1152A型热释光剂量片标定的60Coγ源剂量,该指标主要取决于所用剂量片的性能）,在线性度范围内响应的变化不大于10%。
2.2.仪器的加热系统采用线性程序升温，可分为预热、读出、退火三个阶段，见图5，其中预热阶段的升温速度为最大值，温度为室温~+500℃，持续时间为0~500s；读出阶段的升温速度为0~40℃，温度为预热温度~+500℃，持续时间为0~500s；退火阶段的升温速度为最大值，温度为读出温度~+500℃，持续时间为0~500s。
以上参数均可通过键盘以数字方式在相应范围内设置，但持续时间三个阶段之和不应超过500s。
亦可以采用两个阶段或一个阶段的升温程序或连续慢速线性升温。
2.3.本仪器可适用于5种形式的剂量计：
⑴方片，最大面积为5×5×0.8mm；⑵圆片，最大直径为ф10mm；⑶圆棒，ф2×12mm；⑷圆棒，ф1×6mm；⑸粉末。
2.4.仪器中可同时设置并储存5套测量参数，通过键盘设置可调用其中任何一套。
每套参数包括升温程序、高压值、本底、标准光源计数率、刻度系数和日历时钟等，可适应测量不同剂量片的需要。
参数存入仪器中，关机时不丢失，开机时自动调出。
2.5.光电倍增管的高压可在仪器校准时设置，其范围为-400~-1000V。
2.6.校正系数在仪器校准时确定。
每次测量结束，抽屉拉出后仪器对标准光源进行测量，根据标准光源产生的计数率对校正系数自动进行修正，保持整机灵敏度不变。
2.7.仪器启动后每30min可自动测量本底并自动存储，从测量结果中自动扣除光电倍增管暗电流及线路的零点漂移。
2.8.操作台可设置和显示剂量计编号，其范围为0000~9999；还可显示日期、时间、升温程序、计数率、温度和升温曲线；在读出阶段求出ROI积分值；显示积分值和剂量值。
如果连接计算机，可显示发光曲线；还可以对发光曲线进行解谱分析等。
2.9.连接计算机后，数据获取和处理软件具有数据库功能。
并可查阅和打印。
2.10.数据获取和处理软件具有打印功能。
可打印出当前主页的内容和数据库的内容。
2.11.测小剂量时为减小误差，可以通入氮气。
2.12.仪器在环境温度为+5℃~+40℃，相对湿度≤85%（30℃）,大气压强为86kPa~106kPa环境条件下能正常工作，仪器灵敏度的变化≤5%。
2.13.仪器可连续工作8小时，其最大相对误差≤±5%。
2.14.仪器经运输振动后，可以正常工作。
3．成套一览表
1．操作台1台
2．FJ427A1微机热释光剂量计（读出器）数据获取和处理软件1套
3．连接电缆1根
4.氟化锂剂量片（JR-1152A）10片
5.产品合格证1张
6.加热盘8个
7.使用说明书1本
4.仪器工作原理
热释光剂量学的原理是基于某些物质（例如LiF、CaF2、CaSO4、Mg2SiO4、BeO等）所具有的热释光特性。
他们经过放射性辐照后，物质结构内部的电子能级发生变化，部分电子跃迁到较高的能级，并被由于晶体掺杂后的缺陷所形成的陷阱所俘获。
把经过照射的材料加热，则受热激发的电子返回基态能级，同时把储存的能量以发光的形式释放出来。
发光强度与加热温度之间的关系曲线称为发光曲线，它通常具有一个或几个峰值，如图1所示。
在某一温度范围内的发光峰的面积与材料所受到的剂量成正比。
热释光材料可以做成方片、圆片、粉末等各种形式，由从事放射性操作的人员佩带在身上，定期地用热释光剂量计（读出器）测量。
在测量过程中，仪器对剂量计进行加热，同时测出在一定温度范围内释放出来的总光亮，便可以确定所受剂量的大小。
利用特殊的设计，把若干个剂量片组合起来，构成卡片式剂量计，可同时测出β、γ、中子等剂量值。
热释光技术具有测量范围宽、精度高、线性好、
发光曲线
5
4
3
2
1
6
0100200300℃
图1.LiF：
Mg，Ti的典型发光曲线
携带方便、可重复使用等优点。
仪器由操作台、台式微机和打印机三部分组成。
台式微机和打印机为可选件。
微机通过标准接口与其余部分连接。
仪器的操作及参数的设置可通过操作台上的键盘进行，也可以由微机的键盘进行直接操作控制。
测量结果在操作台的液晶显示屏上显示，也可在微机的显示器上显示。
本仪器操作台采用单片机控制。
操作台包括液晶显示器、键盘、换样的抽屉、加热变压器、光电倍增管、I-F变换器、高压和低压电源等。
仪器中的计数、定时、显示、工作程序、升温程序、加热、数据处理等功能均由大规模集成电路芯片及专用软件完成，从而大大地简化了硬件电路设计，扩大了功能，降低了成本，并提高了工作可靠性。
仪器的方框图见图2。
待测的剂量片⒂放在加热盘⒃中，并随抽屉⒄一起被推入测量位置。
单片机检测到抽屉被推入后给出信号，通过固体继电器SSR⒁及加热变压器⒅进行加热。
加热盘的反面焊有测量温度的镍铬-镍铝热电偶，其输出信号经过冷端补偿⑼和直流放大器⑽放大后加到取样保持电路⑾，然后由单片机的模拟-数字变换器转换成数字量，通过软件程序与设定的升温程序相比较。
根据加热盘的实际温度低于或高于给定值来相应地控制固体继电器⒁SSR的导通或截止。
加热变压器⒅的初级通过固体继电器⒁SSR接入交流电网，从而完成了闭环反馈控制，使加热盘的温度变化规律与给定的程序相一致。
加热程序通常包括预热、读出、退火三个阶段，每一阶段均可包括升温及恒温两部分；升温速度、恒温温度及持续时间均可根据需要设置。
如果选择退火时间等于零，则程序只包括预热和读出两个阶段；如
操作台
I-F变换器2
计数器3
EPROM20
光电1
倍增管
EEPROM21
高压4
DAC5
地址译码器22
取样6
总线驱动器23
1615剂量片
19标准光源
ACH5
ACH47
89C196KB
单片机
HSI.0
17K1，K28255
冷端补偿9
放大10
取样保持11
18
过零检测12
B
SSR14
低压13
液晶显示器25（16×2）
82558
日历时钟26
键盘24
16加热盘17抽屉
18加热变压器
28
台式微机
打印机27
图2方框原理图
预热和退火时间均等于零，则为一阶段（不分阶段）的线性升温。
因此，本仪器具有很大的通用性和灵活性，可以适应不同材料和形状的剂量片及各种不同用途。
典型的多阶段升温程序和相应的发光曲线见图5。
其中只有在读出阶段才进行积分计数，而预热和退火阶段只用于消除低温和高温时的发光峰，达到预热和退火目的。
升温程序结束后开始降温，在冷却后拉出抽屉，更换剂量片，同时进行自动校准。
剂量片在加热过程中释放出的光到达光电倍增管⑴的阴极。
在剂量片与光电倍增管之间加有蓝色滤光片（QB21型）和红外滤光片（GRB1型）各一片，用于滤去与信号无关的干扰光，改善仪器的信噪比。
光电倍增管采用本厂专门配套生产的GDB-20型，呈垂直位置。
这是一种锑钾铯双碱光阴级的小直径倍增管，具有极小的暗电流和良好的温度稳定性，适合于测量微弱信号。
光电倍增管把接收到的光信号变成电流信号，并进一步通过电流-频率变换器（I-F变换器，2）转变成脉冲频率，进入计数器3进行记录并显示。
如果操作台与计算机相连,则计算机显示器上可以显示出发光曲线和升温曲线。
本仪器中采用了自动校准灵敏度和自动扣除本底的工作原理，可以对仪器长期工作中由光电倍增管和电路引起的灵敏度变化和零点漂移进行自动修正，从而大大提高了测量的准确性和稳定性，降低了误差，简化了操作。
仪器用装在抽屉后部的标准光源⒆进行校准。
该光源用塑料闪烁体加上14C同位素制成，其发光强度具有极高的稳定性。
当拉出抽屉时光源恰好对准测量位置。
仪器把光电倍增管的电流（与光源强度成正比）转换成脉冲频率后送入计数器进行显示。
如发现该频率（每1s内的计数值）有变化，则说明灵敏度不稳定，需要进行补偿。
本仪器对上述过程实现了自动化。
每次当拉出抽屉更换剂量片时，标准光源产生的计数被送入单片机或计算机，与预置的光源计数相比较，如发现二者不一致，则通过单片机或计算机软件计算，确定新的校正系数。
由于调整过程极快，不会影响正常的测量。
每测一个片子（平均1分钟左右），即可自动校准一次灵敏度，使仪器保持极高的长期稳定性。
测量仪器本底可用二种方法。
方法1是不放剂量片，不升温，这时的本底（BG1）主要来自光电倍增管（PMT）的暗电流和电子线路的零点漂移。
方法2是用一组退火后未经照射的标准剂量片（本底片，通常为10片）放在仪器中加热并测量。
这时测出的本底除了本底BG1外还包括高温时剂量片和加热盘发出的红外线。
仪器可按事先设定的时间间隔（例如30min）自动测量本底BG1，也可以在认为需要时手动测量本底BG1。
本底1测量结束时，自动计算出本底1的平均值BG1（c/s），同时修正本底2（BG2）,并存入操纵台和计算机。
在测量剂量片时，仪器自动从每个剂量片读数中扣除本底2（BG2）。
除了上述的测量状态外，仪器还具有“校准”工作状态。
每次计数时间分为1s、10s、100s三档，可通过键盘相应的键进行选择。
计数及显示过程周而复始，循环进行。
“校准”状态时，抽屉处于拉出状态，仪器测量标准光源计数代表灵敏度。
以下对各主要单元的工作原理作一简要说明:
a.I-F变换器（电流-频率变换器）
高输入阻抗运算放大器及反馈电容构成电流积分器。
光电倍增管GDB20输出负电流，经积分后在放大器输出端形成正相锯齿电压，其斜率与输入电流成正比。
当该电压达到比较器的触发电平时，其输出端的电压发生负跳变，使单稳态触发器翻转，给出一个复原脉冲，通过复原网络加到输入端，使积分电压下降，比较器复原，然后又重复同样的周期。
单稳态触发器（74LS122）的Q端输出的正脉冲为TTL电平，其重复频率F与输入电流I成正比，变换比为K=F/I=1011/C（每库仑产生1011个计数，即I=10-11A时，F=1/s），最大线性输出频率为Fmax=300k/s（相应的计数为300.0k/s）。
b.加热电路
由于热电偶焊在加热盘的底面,而加热盘本身又直接与加热变压器次级相连，当100A左右的加热电流通过加热盘时，不可避免地对热电偶输出信号产生干扰，即在直流电动势上叠加一个交流50Hz的信号（图3，a）。
为了准确地测量温度，本仪器中采用了“过零检测”和
“整周
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