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溫度補償在自然伽馬儀中的應(yīng)用
發(fā)布時間：2017-09-01
1引言
自然伽馬儀用于探測地層的自然 射線或在井中釋放的放射性同位素產(chǎn)生的 射線，應(yīng)用于產(chǎn)出剖面、吸水剖面、校正井深和劃分地層等。自然伽馬儀探頭由碘化鈉晶體 NaI TI 和光電倍增管組成，當(dāng)射線通過碘化鈉晶體時，NaI TI 與 射線發(fā)生相互作用，產(chǎn)生正比于 射線能量的可見光。這些光子到達光電倍增管的光陰極后被轉(zhuǎn)化為電子，電子經(jīng)光電倍增管的光陰極與陽極間的高壓加速后飛到倍增極上。每個倍增極均發(fā)生電子倍增現(xiàn)象，其倍增系數(shù)與所加電壓成正比。所以光電倍增管的供電電壓必須非常穩(wěn)定，以保證倍增系數(shù)變化最小。到達陽極時，光陰極上的電信號已被放大了百萬倍以上，而光陰極上產(chǎn)生的電子數(shù)與照射到它上面的光子數(shù)成正比。伽馬儀正是根據(jù)這個原理實現(xiàn)對自然 射線的測量。
在實際測量中，由于溫度對探頭的影響，自然伽馬儀的計數(shù)隨溫度變化而變化，溫度升高，計數(shù)下降，計數(shù)漲落起伏大，從而導(dǎo)致測量不準確、不穩(wěn)定，測量結(jié)果不真實、不可靠。
2 引入溫度補償?shù)脑?/strong>
(1)由于光電倍增管在理論上不存在“坪”，但隨著高壓的增加，在一定電壓范圍內(nèi)，脈沖數(shù)變化最小，形成坡度最小的電壓脈沖曲線，通常也稱其為坪;而且光電倍增管輸出的電脈沖幅度隨溫度變化而變化，即溫度越高，其輸出的電脈沖幅度越低，呈反相線性關(guān)系。
(2)實際中自然伽馬儀的處理電路一般經(jīng)隔直、線性放大、比較電路、整形、驅(qū)動放大后輸出信號。常溫下對同一自然 射線強度的計數(shù)是穩(wěn)定的，計數(shù)起伏也小;但隨著溫度升高其計數(shù)下降，特別是高溫下計數(shù)下降更加明顯，造成了自然伽馬計數(shù)隨溫度變化而變化，即不同溫度下對同一自然 射線強度的計數(shù)卻不一致，從而導(dǎo)致測量結(jié)果不真實、不可靠。因此，在自然伽馬儀中引入溫度補償方法，最大限度地改善其溫度特性以確保測量的準確性及穩(wěn)定性。
3自然伽馬儀中溫度補償原理及方法
由于光電倍增竹輸出信號脈沖幅度與溫度之間的關(guān)系，即在某一電壓下其輸出脈沖幅度隨溫度變化而變化，溫度升高輸出脈沖幅度降低。因而在常溫和高溫下通過如圖1所小電壓比較器U3A所設(shè)計的門檻的脈沖數(shù)量就不同，反映到儀器上，測出的伽馬計數(shù)便隨溫度升高而降低。假使溫度發(fā)生變化時比較器門檻值也能相應(yīng)發(fā)生變化，并呈現(xiàn)某種關(guān)系，則可以通過自動調(diào)節(jié)比較器門檻值來達到補償溫度的目的，因此考慮設(shè)置自動調(diào)節(jié)比較器門檻電壓值是實現(xiàn)溫度補償?shù)年P(guān)鍵。
為此采用圖 2 所示方式自動調(diào)節(jié)電壓比較器U3A門檻值來達到溫度補償作用。其中 GR-IN 為經(jīng)過前置放大處理的伽馬信號。電路中溫度補償器件為 LM135溫度傳感器和變阻器 R*。該電路利用 LM135 在不同溫度下阻值的變化來達到自動調(diào)節(jié)比較器 U3A 的門檻電壓值目的，溫度升高，LM135 溫度傳感器阻值上升，通過分壓、再將電壓信號經(jīng)運算放大器 U5 反相放大，再分壓，使得比較器 U3A 門檻電壓也隨之下降，即達到自動調(diào)節(jié)比較器 U3A 的門檻電壓值目的，因而起到了溫度補償作用。該電路的實際使用大大改善了自然伽馬儀溫度特性，效果非常不錯。
在充分考慮前兩個電路的基礎(chǔ)上，并經(jīng)過多方面試驗，采用二極管 1N4007 作溫度補償器件，電路如圖3 所示，其中 GR-IN 為經(jīng)過前置放大處理的伽馬信號。該電路有兩個特點：一是利用 1N4007 正向?qū)妷旱臏囟忍匦裕雌湔驅(qū)妷弘S溫度變化而變化，溫度升高，正向?qū)妷航档?，好象溫度探頭的阻值隨溫度變化一樣。在電路中使用該特點起到鉗位作用，常溫下 1N4007 正向?qū)妷簽?0.7V，隨著溫度升高，其正向?qū)妷合陆?，通過運算放大器跟隨放大、分壓，使得比較器 U3A 的 2 腳電壓隨之下降，從而達到自動調(diào)節(jié)電壓比較器的門檻電壓值，以達到溫度補償?shù)哪康?。二?1N4007 是常用的二極管，用起來簡單、方便，而且電路也較簡單，調(diào)試方便。該電路起到了真正意義上的溫度補償作用。
圖 4 所示，是自然伽馬儀溫度補償?shù)牧硪活愲娐?。其?GR-IN 為經(jīng)過前置放大處理的伽馬信號。整個電路采用單電源供電，且較前幾個電路更簡單。該電路中穩(wěn)壓管 1N5324(6.1V)的溫度特性是：溫度升高，穩(wěn)壓值也隨之升高，使得電壓比較器 U2 的 2、3 腳的電壓值隨溫度升高而升高，且 2、3 腳間電壓差也隨之增加，從而使得電壓比較器 U2 門檻電壓值建立在與其信號輸入端的相對變化中，因而達到門檻電壓自動調(diào)節(jié)作用，起到了溫度補償作用。目前該電路的使用效果也很好。
需要特別注意，圖 4 的溫度補償方法與圖 2、圖3 不同。圖 2、圖 3 的溫度補償方法是一種靜態(tài)補償方法，它考慮的是自動調(diào)節(jié)電壓比較器門檻電壓值的絕對變化;而圖 4 的溫度補償方法是一種動態(tài)補償方法，它考慮的是自動調(diào)節(jié)電壓比較器門檻電壓與其信號輸入端相對變化值。這也是兩類補償方法的最根本的差異。
4 結(jié)束語
本文所討論的在自然伽馬儀中引入溫度補償觀點，其目的就是為了改善自然伽馬儀的溫度性能，提高實際測量的準確性和穩(wěn)定性，其方法就是自動調(diào)節(jié)比較器的門檻值以達到補償?shù)哪康?。目前通過產(chǎn)品生產(chǎn)和現(xiàn)場實際測井，應(yīng)用效果良好，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。
摘自：中國計量測控網(wǎng)
