[发明专利]一种航空伽玛能谱仪器及放射性地球物理探测方法

权利要求书

1.一种航空伽玛能谱仪器，其特征在于，包括：

沿光电信号传输方向依次设置的探测器、脉冲信号放大电路、A/D数字采集电路、FPGA硬件电路、脉冲信号分析处理模块和全谱数据显示模块；

所述探测器用于接收入射伽玛射线，产生激发电子，进而生成光电子，经多次倍增放大，生成电流信号脉冲；

所述脉冲信号放大电路用于将生成的电流信号脉冲转换为电压脉冲信号；

所述A/D数字采集电路用于采集转换后的电压脉冲信号并交替输出，并根据电信号脉冲溢出检测宇宙射线；

所述FPGA硬件电路用于提供时钟信号；

所述脉冲信号分析处理模块用于根据所述时钟信号实时处理接收到的由所述A/D数字采集电路交替输出的电压脉冲信号；

所述全谱数据显示模块用于显示和记录采集到的全谱数据。

2.根据权利要求1所述的航空伽玛能谱仪器，其特征在于，所述探测器包括NaI(Tl)晶体和光电倍增管，当伽玛射线照射进NaI(Tl)晶体时，在NaI(Tl)晶体中产生大量激发电子，发出荧光的激发电子产生的光子打到光电倍增管阴极产生光电子，经多次倍增放大，在阳极产生电荷电流信号脉冲。

3.根据权利要求2所述的航空伽玛能谱仪器，其特征在于，还包括高压电源模块，用于向所述光电倍增管提供高压电源。

4.根据权利要求3所述的航空伽玛能谱仪器，其特征在于，光子的电荷放大关系表示为：A＝δⁿ，其中δ为光电倍增管打拿极倍增系数，n为打拿极个数，光子电荷经阳极电容收集产生信号脉冲，脉冲信号幅度与入射的γ射线能量有线性关系；光电倍增管阳极输出信号由下列公式表示：

式中，τ_fl为NaI(Tl)晶体发光时间常数约为0.25uS；τ_α为充电时间常数；U₀为电荷完全被收集后最大电压幅度。

5.根据权利要求4所述的航空伽玛能谱仪器，其特征在于，所述A/D数字采集电路选用AD9226芯片，为12位高速A/D转换、并行输出，最高转换速率可达到65MSPS，并选用50MHz采样频率，A/D转换器的时钟由FPGA锁相环模块提供，采样周期为20ns，AD9226芯片VREF设为2V，对应的输入脉冲信号范围1-3V及2V p-p值。

6.根据权利要求5所述的航空伽玛能谱仪器，其特征在于，所述脉冲信号放大电路的放大电压由下列公式表示：

Q＝E_γ*N_phot*ε*G_PMT

式中，E_Y为γ射线的能量；

N_phot为γ射线进入闪烁体中，产生的光子数/MeV，

ε为光电倍增管阴极收集光子的效率，G_PMT为光电倍增管增益。

7.根据权利要求6所述的航空伽玛能谱仪器，其特征在于，还包括：

溢出时间检测电路，用于检测超过2Vp-p时脉冲信号的溢出时间。

8.根据权利要求7所述的航空伽玛能谱仪器，其特征在于，还包括：

宇宙射线识别模块，用于根据超过2Vp-p时脉冲信号的溢出时间识别宇宙射线。

9.一种放射性地球物理探测方法，其特征在于，包括：

利用权利要求1至8任一项所述的航空伽玛能谱仪器对伽玛射线进行探测。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括对所述航空伽玛能谱仪器进行调试的过程，具体包括：

在NaI(Tl)晶体附近，通过放置放射性元素Cs源、Th源，观察所接收的1024道伽玛射线全谱图形数据，检查各元素能谱特征峰所在的显示位置，调整放大器静态工作点和放大器放大倍数，使放射性元素铯产生的伽玛射线能谱峰位对应的显示记录到220道数据存储位置上，放射性元素钍产生的伽玛射线能谱峰位显示在872道数据记录位置上。