无源核物位测量装置及方法技术领域
本发明属于核物位检测领域。
背景技术
多年来，国内应用的核物位检测器均是由探测器、辐射源、二次仪表三部分组成，采
用的多为主动式辐射源，辐射强度较大，对使用人员安全和周围环境有一定的危害，随着
国家经济的发展，环境保护的要求也更加严格了，随之而来的是对物位检测技术提出了新
的更多的需求。现有公开号为103712668A的被动式核物位检测器，该种核物位检测器采
用端面测量的方式，在探测过程，辐射线的接收面积小、接收脉冲数少，使得测量结果的
稳定性差。
发明内容
本发明是为了解决现有核物位检测器含有的放射性核素包括辐射源，在进行测量时该
辐射源容易对测量人员及环境造成危害，并且测量结果稳定性差的问题，现提供无源核物
位测量装置及方法。
无源核物位测量装置，它包括：γ辐射探测器8、电源20、信号处理器和数据处理模
块；
γ辐射探测器8包括：探测器连接盖7、探测器外壳9、铅皮护套胶垫10、铅皮护套
11、光电倍增管12、不锈钢护套13、闪烁晶体14、紧固垫15、防护铅皮16、探测器底盖
17和分压射随器25；
信号处理器包括：放大整形器、阈值甄别器和脉冲分析器；
铅皮护套11包括铅皮部、塑料一部和塑料二部，铅皮部与塑料一部合围呈一个圆筒形，
且铅皮部与塑料一部的周向比例为2:1，塑料二部呈圆筒形，且直径与铅皮部与塑料合围的
圆筒相同，圆筒的一端与塑料二部的一端相连通，塑料一部和塑料二部呈一体式结构；
不锈钢护套13呈圆筒形，该不锈钢护套13的末端通过防护铅皮16密封，不锈钢护套
13的首端通过探测器连接盖7的密封端密封，光电倍增管12、闪烁晶体14和紧固垫15均
位于不锈钢护套13内部，紧固垫15固定在防护铅皮16上，闪烁晶体14位于光电倍增管
12和紧固垫15之间，铅皮护套11套接在不锈钢护套13外表面，且铅皮护套11中铅皮部
与塑料合围的圆筒部分位于闪烁晶体14外侧，铅皮护套胶垫10套接在铅皮护套11外侧，
探测器外壳9套接在铅皮护套胶垫10外侧，铅皮护套胶垫10的末端通过探测器底盖17密
封；
光电倍增管12采集闪烁晶体14发出的光电子信号，光电倍增管12的光电子倍增信号
输出端连接分压射随器25的光电子倍增信号输入端，分压射随器25还用于为光电倍增管
12增压，分压射随器25的脉冲信号输出端连接放大整形器的脉冲信号输入端，放大整形
器的放大信号输出端连接阈值甄别器的放大信号输入端，阈值甄别器的核素信号输出端连
接脉冲分析器的核素信号输入端，脉冲分析器的分析信号输出端连接数据处理模块的核素
分析信号输入端；
数据处理模块还包括如下单元：
测量参数采集单元：当待测罐体内含有放射性核素介质时，实时采集脉冲分析器输出
的分析信号作为测量参数；
标定参数采集单元；当待测罐体内不含放射性核素介质时，采集脉冲分析器输出的分
析信号作为标定参数；
判断单元：将测量参数与标定参数进行比较，判断测量参数是否大于标定参数，是则
待测罐体内的放射性物料达到限位高度，否则待测罐体内的放射性物料未达到限位高度。
无源核物位测量方法，该方法是基于以下装置实现，所述装置包括：γ辐射探测器8、
电源20和信号处理器；
γ辐射探测器8包括：探测器连接盖7、探测器外壳9、铅皮护套胶垫10、铅皮护套
11、光电倍增管12、不锈钢护套13、闪烁晶体14、紧固垫15、防护铅皮16、探测器底盖
17和分压射随器25；
信号处理器包括：放大整形器、阈值甄别器和脉冲分析器；
铅皮护套11包括铅皮部、塑料一部和塑料二部，铅皮部与塑料一部合围呈一个圆筒形，
且铅皮部与塑料一部的周向比例为2:1，塑料二部呈圆筒形，且直径与铅皮部与塑料合围的
圆筒相同，圆筒的一端与塑料二部的一端相连通，塑料一部和塑料二部呈一体式结构；
不锈钢护套13呈圆筒形，该不锈钢护套13的末端通过防护铅皮16密封，不锈钢护套
13的首端通过探测器连接盖7的密封端密封，光电倍增管12、闪烁晶体14和紧固垫15均
位于不锈钢护套13内部，紧固垫15固定在防护铅皮16上，闪烁晶体14位于光电倍增管
12和紧固垫15之间，铅皮护套11套接在不锈钢护套13外表面，且铅皮护套11中铅皮部
与塑料合围的圆筒部分位于闪烁晶体14外侧，铅皮护套胶垫10套接在铅皮护套11外侧，
探测器外壳9套接在铅皮护套胶垫10外侧，铅皮护套胶垫10的末端通过探测器底盖17密
封；
光电倍增管12采集闪烁晶体14发出的光电子信号，光电倍增管12的光电子倍增信号
输出端连接分压射随器25的光电子倍增信号输入端，分压射随器25还用于为光电倍增管
12增压，分压射随器25的脉冲信号输出端连接放大整形器的脉冲信号输入端，放大整形
器的放大信号输出端连接阈值甄别器的放大信号输入端，阈值甄别器的核素信号输出端连
接脉冲分析器的核素信号输入端；
所述方法包括以下步骤：
标定步骤：在待测罐体内不含放射性核素介质时采集脉冲分析器获得的分析信号，并
将该分析信号作为标定参数；
测量步骤：在待测罐体内含有放射性核素介质时，实时采集脉冲分析器获得的分析信
号，并将该分析信号作为测量参数；
判断步骤：将测量参数与标定参数进行比较，判断测量参数是否大于标定参数，是则
待测罐体内的放射性物料达到限位高度，并结束测量；否则待测罐体内的放射性物料未达
到限位高度，返回测量步骤重新进行测量。
本发明所述的无源核子物位测量装置，通过γ辐射探测器测量罐体内被测量物质自身
所释放出的辐射射线能量，并根据其能量变化特征获得罐体内被测物质的物位是否达到标
定值，进而输出测量信号，当罐体内无介质时，能量最小，测量得到的脉冲数最少，当罐
体内有介质时，能量变大，测量得到的脉冲数变多，通过对比判断物位的变化情况。并且
本发明所述的无源核子物位测量装置，采用侧面接收的形式增加了辐射线的接收面积，接
收的脉冲数量增加，使得最终的测量结果稳定性得到提高。
本发明所述的无源核子物位测量方法，通过γ辐射探测器测量罐体内被测量物质自身
所释放出的辐射射线能量，并根据其能量变化特征获得罐体内被测物质所含有射线能量大
小，最后将测量的参数与标定参数作比较，从而确定物位是否达到标准。
同时本发明的待测罐体不与被测介质接触，无需在罐体上开孔，且不使用辐射源，安
全可靠，不会对人员及环境造成危害。
本发明所述的无源核子物位测量装置及方法，适用于对含放射性核素的介质进行物位
检测。
附图说明
图1为本发明所述的无源核子物位测量装置的剖视图；
图2为图1的A部放大图；
图3为本发明所述的无源核子物位测量装置的电气结构示意图；
图4为本发明所述的无源核子物位测量装置的整体结构示意图；
图5为具体实施方式一所述的铅皮护套铅皮部的结构示意图；
图6为具体实施方式七所述的无源核子物位测量方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图5具体说明本实施方式，本实施方式所述的无源核物
位测量装置，它包括：γ辐射探测器8、电源20、信号处理器和数据处理模块；
γ辐射探测器8包括：探测器连接盖7、探测器外壳9、铅皮护套胶垫10、铅皮护套
11、光电倍增管12、不锈钢护套13、闪烁晶体14、紧固垫15、防护铅皮16、探测器底盖
17和分压射随器25；
信号处理器包括：放大整形器、阈值甄别器和脉冲分析器；
铅皮护套11包括铅皮部、塑料一部和塑料二部，铅皮部与塑料一部合围呈一个圆筒形，
且铅皮部与塑料一部的周向比例为2:1，塑料二部呈圆筒形，且直径与铅皮部与塑料合围的
圆筒相同，圆筒的一端与塑料二部的一端相连通，塑料一部和塑料二部呈一体式结构；
不锈钢护套13呈圆筒形，该不锈钢护套13的末端通过防护铅皮16密封，不锈钢护套
13的首端通过探测器连接盖7的密封端密封，光电倍增管12、闪烁晶体14和紧固垫15均
位于不锈钢护套13内部，紧固垫15固定在防护铅皮16上，闪烁晶体14位于光电倍增管
12和紧固垫15之间，铅皮护套11套接在不锈钢护套13外表面，且铅皮护套11中铅皮部
与塑料合围的圆筒部分位于闪烁晶体14外侧，铅皮护套胶垫10套接在铅皮护套11外侧，
探测器外壳9套接在铅皮护套胶垫10外侧，铅皮护套胶垫10的末端通过探测器底盖17密
封；
光电倍增管12采集闪烁晶体14发出的光电子信号，光电倍增管12的光电子倍增信号
输出端连接分压射随器25的光电子倍增信号输入端，分压射随器25还用于为光电倍增管
12增压，分压射随器25的脉冲信号输出端连接放大整形器的脉冲信号输入端，放大整形
器的放大信号输出端连接阈值甄别器的放大信号输入端，阈值甄别器的核素信号输出端连
接脉冲分析器的核素信号输入端，脉冲分析器的分析信号输出端连接数据处理模块的核素
分析信号输入端；
数据处理模块还包括如下单元：
测量参数采集单元：当待测罐体内含有放射性核素介质时，实时采集脉冲分析器输出
的分析信号作为测量参数；
标定参数采集单元；当待测罐体内不含放射性核素介质时，采集脉冲分析器输出的分
析信号作为标定参数；
判断单元：将测量参数与标定参数进行比较，判断测量参数是否大于标定参数，是则
待测罐体内的放射性物料达到限位高度，否则待测罐体内的放射性物料未达到限位高度。
本实施方式中，当待测罐体内的辐射性物料放射出的辐射线照射到闪烁晶体14上，激
发闪烁晶体14放射出光电子，此时光电倍增管12感应光电子的强度，并将感应信号发送
至分压射随器25的射随器部分进行增强，同时分压射随器25的分压部分还为光电倍增管
12进行增压。阈值甄别器中设定有标准的光电子强度值，当阈值甄别器接收到放大整形器
发送的光电子信号时，若该光电子信号大于标准的光电子强度值，证明此时获得的光电子
信号达到标准，进而能够通过脉冲分析器进行分析，若该光电子信号小于标准的光电子强
度值，则当前检测到的光电子信号不能够达到标准，则重新进行采集。由于铅皮护套11的
特殊结构，使得辐射线从铅皮护套11的塑料一部辐射到闪烁晶体14上，即γ辐射探测器
8的侧面进行辐射，相对于现有的端面测量的方式，增加了辐射线的接收面积，接收的脉
冲数量增加，使得最终的测量结果稳定性提高了60％。
铅皮护套胶垫10与铅皮护套11之间紧密配合，铅皮护套11和防护铅皮16用于屏蔽
自然界的天然射线，提高产品的测量稳定性。紧固垫15为海绵，完全填充在闪烁晶体14
和防护铅皮16之间，防止硬接触损伤闪烁晶体14，同时还能够紧固闪烁晶体14和光电倍
增管12。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的无源核物位测量装置作进一
步说明，本实施方式中，闪烁晶体14为塑料晶体或碘化钠晶体。
本实施方式中，采用塑料晶体或碘化钠晶体，节约成本。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的无源核物位测量装置作进一
步说明，本实施方式中，它还包括：显示单元、输入单元和输出单元；
显示单元的显示信号输入端连接数据处理模块的显示信号输出端，该显示单元为液晶
显示屏18，
输入单元的参数设定信号输出端连接数据处理模块的参数设定信号输入端，
输出单元的开关量信号输入端连接数据处理模块的开关量信号输出端。
本实施方式中，输出单元包括：输出电路和继电器，数据处理模块的处理结果由开关
量信号输出端连接输出单元；输入单元由按键组成，主要实现参数修改和设定；显示单元
显示测量参数值，利用液晶显示屏显示数字，更加准确且直观。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的无源核物位测量装置作进一
步说明，本实施方式中，它还包括：主机壳体盖1、显示单元支撑板2、处理器支撑板3、
电源支撑板4、主机壳体座5、固定架6、电源20、线路连接器26和光电倍增管固定座27；
线路连接器26位于探测器连接盖7内部，并通过光电倍增管固定座27与光电倍增管
12一同固定在探测器连接盖7上，分压射随器25固定在线路连接器26上，分压射随器25
通过线路连接器26上的信号传输电缆24与电源20相连，固定架6的末端固定在探测器连
接盖7的连接端上，主机壳体座5的末端固定在固定架6的首端，电源支撑板4固定在主
机壳体座5的首端，信号传输电缆24依次穿过固定架6、主机壳体座5和电源支撑板4与
电源20相连，电源20固定在电源支撑板4上，处理器支撑板3通过连接铜柱19固定在电
源支撑板4上，显示单元支撑板2通过连接铜柱19固定在处理器支撑板3上，信号处理器
固定在处理器支撑板3上，液晶显示屏18固定在显示单元支撑板2上；
主机壳体盖1能够扣接在主机壳体座5上。
本实施方式中，当主机壳体盖1扣接在主机壳体座5上时，主机壳体座5上承载的显
示单元支撑板2、处理器支撑板3、电源支撑板4和液晶显示屏18全部位于主机壳体盖1
内部，主机壳体盖1对其内部的所有器件起到保护作用。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的无源核物位测量装置作进一
步说明，本实施方式中，主机壳体盖1的开口处设有防水件28。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式四所述的无源核物位测量装置作进一
步说明，本实施方式中，它还包括：连接端子21、信号电缆22和锁线嘴23；
锁线嘴23固定在主机壳体座5的侧壁上，用于锁紧信号电缆22，连接端子21用于将
信号电缆22的一端与信号处理器相连接，信号电缆22的另一端穿过主机壳体座5和锁线
嘴23与数据处理模块相连。
具体实施方式七：参照图1和6具体说明本实施方式，本实施方式所述的无源核物位
测量方法，该方法是基于以下装置实现，所述装置包括：γ辐射探测器8、电源20和信号
处理器；
γ辐射探测器8包括：探测器连接盖7、探测器外壳9、铅皮护套胶垫10、铅皮护套
11、光电倍增管12、不锈钢护套13、闪烁晶体14、紧固垫15、防护铅皮16、探测器底盖
17和分压射随器25；
信号处理器包括：放大整形器、阈值甄别器和脉冲分析器；
铅皮护套11包括铅皮部、塑料一部和塑料二部，铅皮部与塑料一部合围呈一个圆筒形，
且铅皮部与塑料一部的周向比例为2:1，塑料二部呈圆筒形，且直径与铅皮部与塑料合围的
圆筒相同，圆筒的一端与塑料二部的一端相连通，塑料一部和塑料二部呈一体式结构；
不锈钢护套13呈圆筒形，该不锈钢护套13的末端通过防护铅皮16密封，不锈钢护套
13的首端通过探测器连接盖7的密封端密封，光电倍增管12、闪烁晶体14和紧固垫15均
位于不锈钢护套13内部，紧固垫15固定在防护铅皮16上，闪烁晶体14位于光电倍增管
12和紧固垫15之间，铅皮护套11套接在不锈钢护套13外表面，且铅皮护套11中铅皮部
与塑料合围的圆筒部分位于闪烁晶体14外侧，铅皮护套胶垫10套接在铅皮护套11外侧，
探测器外壳9套接在铅皮护套胶垫10外侧，铅皮护套胶垫10的末端通过探测器底盖17密
封；
光电倍增管12采集闪烁晶体14发出的光电子信号，光电倍增管12的光电子倍增信号
输出端连接分压射随器25的光电子倍增信号输入端，分压射随器25还用于为光电倍增管
12增压，分压射随器25的脉冲信号输出端连接放大整形器的脉冲信号输入端，放大整形
器的放大信号输出端连接阈值甄别器的放大信号输入端，阈值甄别器的核素信号输出端连
接脉冲分析器的核素信号输入端；
所述方法包括以下步骤：
标定步骤：在待测罐体内不含放射性核素介质时采集脉冲分析器获得的分析信号，并
将该分析信号作为标定参数；
测量步骤：在待测罐体内含有放射性核素介质时，实时采集脉冲分析器获得的分析信
号，并将该分析信号作为测量参数；
判断步骤：将测量参数与标定参数进行比较，判断测量参数是否大于标定参数，是则
待测罐体内的放射性物料达到限位高度，并结束测量；否则待测罐体内的放射性物料未达
到限位高度，返回测量步骤重新进行测量。