一种GM管脉冲整形与过载指示电路

技术领域

本发明涉及GM管技术领域，特别是一种GM管脉冲整形与过载指示电路。

背景技术

当前，随着我国核利用技术在各行各业中的运用规模持续扩大，关于核安全方面的问题越来越被人们重视。核辐射事故对于生物体乃至整个生态系统的危害都极大。在实际应用中，通常用剂量率来表示核辐射的强弱，所以，准确可靠地显示剂量率是减少和避免核辐射事故发生的重要手段。目前，GM计数管是最常用的核辐射探测器，由于灵敏度高，输出脉冲幅度大，稳定性高被广泛应用。

在实际应用中，GM管作为辐射探测器，通常，其阳极由阳极电阻接上所需的直流高压电源上，其阴极通过阴极检测电阻接地，当GM管被一核辐射粒子击中时，其阴极上会有一正的模拟脉冲出现。随着外部核辐射强大的不断增大，该脉冲的频率也成线性的增大。故电路可以通过该统计该输出脉冲的频率，乘上一定的系数，即可指示出对应的环境剂量率。根据公式n＝HDexp(-HDt

当遇到较高的辐射场强，GM计数管的脉冲输出变得密集起来，若随着辐射场强的进一步增大，不可避免的出现脉冲堆积问题，即前一个脉冲未消退，后一个脉冲已经出现，产生叠加，造成输出脉冲宽度变长、计数漏记等问题，若拿这种情况下的计数率来计算剂量率，与实际值有极大的偏差，给使用者带来极大的安全隐患：1、随着环境辐射的进一步增大，仪器指示的剂量率反而减小了，如图1所示，给出了错误的剂量率指示，让使用者获得错误的剂量率信息。2、在极强的辐射场强中，本应警示(过载指示)的高辐射剂量场合的仪器，因为脉冲堆积异常严重，错误的指示出使用者处于安全剂量率的环境中，这些问题将会对使用者造成伤害，严重时还会有其他严重的后果。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种GM管脉冲整形与过载指示电路。

本发明采用以下方案实现：一种GM管脉冲整形与过载指示电路，包括GM管电路、比较电路、单稳态电路，所述GM管电路的输入端与高压电源连接，所述GM管电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述比较电路的输出端与所述单稳态电路的输入端连接，所述单稳态电路的输出端输出脉冲信号。

进一步的，所述GM管电路包括电阻R1、电阻R2、GM管，所述电阻R1的一端与所述高压电源连接，所述电阻R1的另一端与所述GM管的阳极连接，所述GM管的阴极与所述电阻R2的一端、所述比较电路的输入端连接，所述电阻R2的另一端接地。

进一步的，所述比较电路包括比较器U1、电容C1、电阻R3，所述比较器U1的反向输入端与所述GM管的阴极连接，所述比较器U1的同相输入端与第一电源连接，所述比较器U1的同相输入端与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端接地，所述比较器U1的输出端与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述单稳态电路的输入端连接。

进一步的，所述第一电源为1V电源。

进一步的，所述单稳态电路包括U2芯片、电阻R4、电容C2、电容C3、二极管D1，所述U2芯片的1号引脚与所述电阻R3的另一端、所述二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极与所述U2芯片的5号引脚连接，所述U2芯片的5号引脚输出脉冲信号，所述U2芯片的2号引脚与所述U2芯片的3号引脚均与第二电源连接，所述U2芯片的4号引脚接地，所述U2芯片的6号引脚与所述电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端与所述U2芯片的7号引脚、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述所述U2芯片的8号引脚、所述电容C2的一端连接后与所述第二电源连接，所述电容C2的另一端接地。

进一步的，所述第二电源为5V电源。

本发明的有益效果：本发明输出端的输出脉冲的频率，会随着核辐射的增强而增大，在环境的核辐射继续增加时，其输出的脉冲频率会达到上限，后面核辐射即使再增大，该输出脉冲的频率还是以该最大频率输出，其脉冲输出频率不会像之前那样变低，能够解决因为脉冲堆积而导致的剂量率变小和相应的过载指示的问题；GM管阴极的脉冲信号通过加入的比较器U1和带二极管反馈的单稳态电路，完成了等幅等宽的脉冲信号的整形，且其频率具有单向性，用该输出脉冲频率来转换的剂量率，规避了随着环境核辐射剂量增大时，仪器上的剂量率指示不增反降的问题，为使用者提供了准确可靠的剂量率测量值；通过实时比较该等幅等宽的脉冲信号，判断其是否达到最大频率，即可可靠给出是否过载(超量程)的警示，避免了使用者受照射过量而受到无法逆转伤害。

附图说明

图1为传统GM管探测辐射值与输出频率的关系图；

图2为本发明的电路原理框图；

图3为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图2至图3，本发明提供了一实施例：一种GM管脉冲整形与过载指示电路，包括GM管电路、比较电路、单稳态电路，所述GM管电路的输入端与高压电源连接，所述GM管电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述比较电路的输出端与所述单稳态电路的输入端连接，所述单稳态电路的输出端输出脉冲信号。通过GM管电路、比较电路、单稳态电路之间的连接，提高了剂量率显示的准确性与可靠性，能够及时给出超剂量告警信号；单稳态电路输出端的输出脉冲的频率，会随着核辐射的增强而增大，在环境的核辐射继续增加时，其输出的脉冲频率会达到上限，后面核辐射即使再增大，该输出脉冲的频率还是以该最大频率输出，其脉冲输出频率不会像之前那样变低，能够解决因为脉冲堆积而导致的剂量率变小和相应的过载指示的问题，其中的过载指示信号能够由统计该输出脉冲的软件，对其脉冲的频率做个实时比较，一旦发现该输出脉冲的频率等于这个最大频率时，即可指示出过载(超量程)警示；GM管电路通过加入的比较电路和单稳态电路，完成了等幅等宽的脉冲信号的整形，且其频率具有单向性，用该输出脉冲频率来转换的剂量率，规避了随着环境核辐射剂量增大时，仪器上的剂量率指示不增反降的问题，为使用者提供了准确可靠的剂量率测量值。

在很强的核辐射场合下，GM管9的阴极很快发生了脉冲信号的堆积，该堆积直接让GM管9出现较高的直流电平(大于1V)，相应的，比较器U1的1号引脚输出的负脉冲直接也因为该堆积导致持续为低电平，这种情况下U2芯片的1号引脚输入一直被U2芯片的5号引脚的等宽又等幅的正脉冲通过二极管D1锁定在高电平，仅在U2芯片的5号引脚正脉冲结束后，U2芯片的1号引脚从新被电阻R3连接的比较器U1的输出端输出的持续低电平再次拉低，即U2芯片的1号引脚再次产生下降沿，如此重复。可以直观的理解：堆积导致无法分辨的脉冲信号被增加D1反馈的单稳态电路切割成一个个等时长的脉冲信号。

请继续参阅3图所示，本发明一实施例中，所述GM管电路包括电阻R1、电阻R2、GM管9，所述电阻R1的一端与所述高压电源连接，所述电阻R1的另一端与所述GM管9的阳极连接，所述GM管9的阴极与所述电阻R2的一端、所述比较电路的输入端连接，所述电阻R2的另一端接地。GM管9的阳极通过电阻R1接上高压，其阴极通过电阻R2接地；当GM管9受到一核辐射事件时，即可在其阴极输出一不等幅的正模拟脉冲信号。

请继续参阅3图所示，本发明一实施例中，所述比较电路包括比较器U1、电容C1、电阻R3，所述比较器U1的反向输入端与所述GM管9的阴极连接，所述比较器U1的同相输入端与第一电源连接，所述比较器U1的同相输入端与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端接地，所述比较器U1的输出端与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述单稳态电路的输入端连接。GM管电路发出的脉冲被送入比较器U1的反相输入端4号引脚，比较器U1的同相输入端3号引脚接第一电源即1V电压源，该参考电压由电容C1对其简单的滤波，即可在比较器U1的输出端1号引脚获得被整形成等幅的负脉冲。

请继续参阅3图所示，本发明一实施例中，所述第一电源为1V电源。

请继续参阅3图所示，本发明一实施例中，所述单稳态电路包括U2芯片、电阻R4、电容C2、电容C3、二极管D1，所述U2芯片的1号引脚与所述电阻R3的另一端、所述二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极与所述U2芯片的5号引脚连接，所述U2芯片的5号引脚输出脉冲信号，所述U2芯片的2号引脚与所述U2芯片的3号引脚均与第二电源连接，所述U2芯片的4号引脚接地，所述U2芯片的6号引脚与所述电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端与所述U2芯片的7号引脚、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述所述U2芯片的8号引脚、所述电容C2的一端连接后与所述第二电源连接，所述电容C2的另一端接地。U2芯片与电容C2、电容C3、电阻R4组成了单稳态电路(暂时考虑未接入二极管D1的情况)，其基本的工作原理为：在U2芯片的1号引脚输入一下降沿，即能够在U2芯片的5号引脚输出一等宽的正脉冲，其中电容C2给U2芯片提供电源滤波，电容C3和电阻R4共同决定U2芯片的5号引脚输出正脉冲的宽度，U2芯片的输入信号由电阻R3引入到U2芯片的1号引脚，该单稳态电路即可把比较器U1输出的等幅负脉冲，在U2芯片的5号引脚整形成等幅又等宽的正脉冲，二极管D1的作用是在U2芯片的5号引脚为高电平时(等幅又等宽的正脉冲高电平期间)锁定U2芯片的1号引脚为高电平，不让U1芯片的1号引脚被比较器U1的输出端负脉冲中的下降沿再次触发，仅在U2芯片的5号引脚为低电平时(等幅又等宽的正脉冲结束后的低电平)，才取消对U2芯片的1号引脚的锁定。U2芯片的型号可以是SN74LVC1G123，但不仅限于此。

请继续参阅3图所示，本发明一实施例中，所述第二电源为5V电源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能理解为对本申请的限制，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。