在壳体内具有分析仪的辐射探测装置的制作方法

本公开涉及在壳体内具有分析仪的辐射探测装置。

背景技术：

辐射探测装置可包括在其中具有部件的密封壳体。辐射探测装置可执行的功能可由部件测定。为了改变功能性，可打开壳体并更换部件。打开壳体可能是困难的，因为壳体可能是密封的或者可能难以触及(即，在壁孔中或位于复杂设备内部深处)。辐射探测装置的进一步改进是所期望的。

附图简要说明

实施例以举例的方式示出，并且不受附图的限制。

图1包括根据一个实施例的辐射探测装置的剖视图的图示。

图2包括如图1所示的接口板的底部表面的图示。

图3包括如图1所示的接口板的顶部表面的图示。

图4包括图1的辐射探测装置和耦合至装置的外部连接器的侧视图的图示。

图5包括图1的装置的一部分的透视剖面图的图示。

图6包括图1的装置的布线板和接口板的部分的透视图的图示。

图7包括可与图1的装置一起使用的不同盖件的透视图的图示。

图8和图9分别包括图7中的盖件之一的顶部视图和底部视图的图示。

图10包括图8和图9中的盖件以及电连接器和o形环的图示。

图11包括对可在图1的装置中使用的控制模块的描绘。

图12包括使用图1的装置的方法的流程图。

图13包括辐射探测装置的侧视图的图示以示出装置之间的长度差异。

本领域的技术人员应当认识到，为简单和清楚起见，图中示出的各元件并不一定按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可相对于其他元件进行放大，以帮助增进对本发明实施例的理解。

具体实施方式

提供结合附图的以下描述以帮助理解本文所公开的教导内容。以下论述将集中于本教导内容的具体实施方式和实施例。提供该重点是为了帮助描述教导内容，并且不应该被解释为是对本教导内容的范围或适用性的限制。然而，其他实施例可基于本专利申请中所公开的教导内容而使用。

术语″化合物半导体″意图意指包括至少两个不同元件的半导体材料。实例包括sic、sige、gan、inp、alxga(1-x)n(其中0≤x＜1)、cdte等。iii-v半导体材料意图意指包括至少一种三价金属元素和至少一种15族元素的半导体材料。iii-n半导体材料意图意指包括至少一种三价金属元素和氮的半导体材料。13族至15族半导体材料意图意指包括至少一种13族元素和至少一种15族元素的半导体材料。ii-vi半导体材料意图意指包括至少一种二价金属元素和至少一种16族元素的半导体材料。

术语″雪崩光电二极管″是指具有至少1mm²的光接收区域并且以成比例模式操作的单个光电二极管。

术语″sipm″意图意指包括多个光电二极管的光电倍增器，其中光电二极管中的每一个具有小于1mm²的单元大小，并且光电二极管以盖革模式操作。用于sipm中的二极管的半导体材料可包括硅、化合物半导体或另一种半导体材料。

术语″由...构成″、″包含″、″包括″、″具有″、″有″或它们的任何其他变型旨在涵盖非排他性的包含之意。例如，包括特征列表的方法、制品或装置不一定仅限于那些特征，而是可以包括未明确列出的或这种方法、制品或装置固有的其他特征。另外，除非另有明确说明，否则″或″是指包括性的″或″而非排他性的″或″。例如，以下任何一项均可满足条件a或b：a为真(或存在的)而b为假(或不存在的)、a为假(或不存在的)而b为真(或存在的)，以及a和b两者都为真(或存在的)。

而且，使用″一个″或″一种″来描述本文所述的元件和部件。这么做只是为了方便起见和提供对本发明范围的一般认识。除非很明显地另指他意，否则这种描述应被理解为包括一个、至少一个，或单数也包括复数，或反之亦然。例如，当在本文描述单个项时，可使用多于一个项来代替单个项。类似地，在本文描述了多于一个项的情况下，单个项可以取代多于一个项。

使用字词″约″、″大约″或″基本上″旨在表示参数的值接近于指定的值或位置。然而，微小差异可能使值或位置无法完全符合规定。因此，最多至百分之十(10％)(并且半导体掺杂浓度最多至百分之二十(20％))的值的差异是与所述的理想目标的合理差异。

对应于元素周期表内的列的族数是基于版本日期为2016年11月28日的iupac元素周期表。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语和科技术语都与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。材料、方法和实例仅是示例性的而非限制性的。关于本文未述的方面，关于特定材料和加工行为的许多详细信息是常规的，并且能在闪烁、辐射探测和测距领域内的教科书及其他来源中找到。

一种辐射探测装置可被配置为使得可改变该装置的功能性而无需将分析仪从容纳分析仪的壳体移除。功能性可通过激活或去激活功能来改变，该功能包括：对辐射事件进行计数、鉴别不同类型的辐射(例如，鉴别伽马辐射和中子)、识别对应于辐射的同位素、为光电传感器提供增益补偿、提供有关闪烁体的光输出随温度变化进行调节的信息、另一种合适的功能，或它们的任意组合。

在一方面，该辐射探测装置可包括：闪烁体，该闪烁体用于响应于吸收辐射而发出闪烁光；光电传感器，该光电传感器用于响应于接收而闪烁光产生电子脉冲；分析仪，该分析仪用于测定辐射的特性；以及壳体，该壳体容纳闪烁体、光电传感器和分析仪，其中该辐射探测装置将被配置为允许改变功能性而无需将分析仪从壳体移除。

在一个实施例中，该辐射探测装置可进一步包括接口板，该接口板耦合至光电传感器和分析仪。在另一个实施例中，光电传感器可包括基于半导体的光电倍增器。与具有pmt的辐射探测装置相比，具有基于半导体的光电倍增器的辐射探测装置可被制成更加紧凑并且更加坚固的。该基于半导体的光电倍增器允许由连接至辐射探测装置的电缆提供功率，并且接口板可提供足够功率以操作基于半导体的光电倍增器。将注意力集中到附图和非限制性实施例。

图1示出辐射探测装置100的实施例。辐射探测装置100可为医学成像装置、测井装置、安全检查装置，可用于军事应用等。辐射探测装置100包括其中包括部件的壳体110。壳体可以是可移除地密封的或气密地密封的。在特定实施例中，壳体110可根据ip67的ip代码等级密封，其中ip代码是国际电工委员会标准60529，版本2.2(2013)。

壳体110容纳闪烁体120，所述闪烁体可包括响应于吸收辐射(诸如伽马射线、离子化粒子等)而发出闪烁光的材料。用于闪烁体120的示例性非限制性材料包括碱卤化物、稀土卤化物、钾冰晶石、包含硅酸盐的稀土、钙钛矿氧化物等。当壳体110被密封时，吸湿或与邻近壳体110的周围条件不利相互作用的材料可受到保护。闪烁体120由反射器132围绕。反射器132可侧向地围绕闪烁体120或者可在所有侧上围绕闪烁体，面向光电传感器152的一侧除外。反射器132可包括镜面反射器、漫反射器或两者。一个或多个回弹构件可帮助保持闪烁体120在壳体110内处于适当地方。在如所示的实施例中，弹性材料134可围绕反射器132，并且弹簧136可设置在闪烁体120和壳体110之间。虽然未示出，但可在弹簧136和闪烁体120之间使用板以沿着闪烁体120的表面更均匀地分布压力。

基于半导体的光电倍增器可经由光耦合器140光学耦合至闪烁体120。基于半导体的光电倍增器可包括sipm或雪崩光电二极管。在如所示的实施例中，sipm152贴装在印刷布线板154上。来自sipm152的电子脉冲可通过印刷线路板154和电连接器162导引到接口板172。电连接器162可以是电线(所示的)、焊球等。

接口板172可包括电子部件174、176和178。图2包括接口板172的底部表面的视图，所述接口板进一步包括另外的电子部件272、274、276和278以及电荷存储元件210(诸如电池、电容器等)。电子部件中的一个可包括通用异步收发器。电子部件的功能参考如图11所示的控制模块进行描述并且稍后在本说明书中进行讨论。在另一个实施例中，接口板的底侧上的一些或所有部件可在接口板172的顶侧上。

图3包括接口板172的顶部表面的视图。电连接器362可延伸穿过盖件180并延伸到被配置为接收外部连接器的连接器区段190。连接器362的数量和布置以及连接器区段190的设计可取决于所使用外部连接器的类型。

图4包括辐射探测器装置100和连接至辐射装置的外部连接器490的侧视图。在如所示的实施例中，连接器490可包括密封罩492和电缆494。这种构型允许辐射探测装置100到外部连接器490的ip67密封。

图5至图7包括辐射探测装置100的部分的另外的图示。图5包括辐射探测装置的一部分的透视剖视图。图5包括如图1所示的所有特征，只是移除了闪烁体120、反射器132、回弹构件和光耦合器140。图6示出彼此分离的印刷线路板154和接口板172。示出了四个sipm，但在另一个实施例中，可使用更多或更少的sipm。接口板172上的电子部件被示出但未用参考数字单独标记。图7包括盖件782、784和786的透视图。盖件782具有两个外部连接器792，其中的一个是同轴电缆连接器并且另一个是微型通用串行总线连接器。在另一个实施例中，可使用更多或不同的连接器。如果需要或期望，则可使用表面贴装技术进行连接。外部连接器可向辐射探测装置100提供功率，并且功率的至少一些可经由接口板172传输以给光电传感器(诸如基于半导体的光电倍增器，并且甚至更特别地sipm152)供电。

图8至图10包括关于盖件784的图示。图8包括顶视图，并且图9包括底视图。图10示出盖件784、可与盖件784一起使用的连接器1090，以及可用于帮助将盖件784密封到壳体110(未在图10中示出)的o型环1080。

接口板154上的电子部件可被配置为充当如图11所示的控制模块1100。基于半导体的光电倍增器耦合至控制模块1100内的放大器1102。在一个实施例中，放大器1102可为高保真放大器。放大器1102可放大电子脉冲，并且放大的电子脉冲可在模数转换器(″adc″)1104处转换成数字信号，所述数字信号可由处理器1122接收。处理器1122可耦合至可编程/可重新编程的处理模块(″prpm″)(诸如现场可编程门阵列(″fpga″)1124或专用集成电路(″asic″))、存储器1126和输入/输出(″i/o″)模块1142。耦合可以是单向的或双向的。在另一个实施例中，可在控制模块1100中使用更多、更少或不同的部件。例如，由fpga1124提供的功能可由处理器1122执行，并且因此fpga1124不是必需的。fpga1124可比处理器1122更快地对消息起作用。

控制模块1100可包括分析仪并执行一种或多种不同的功能。该功能可包括：对辐射事件进行计数、鉴别不同类型的辐射、识别对应于辐射的同位素、为光电传感器提供增益补偿、提供有关闪烁体的光输出随温度变化进行调节的信息、执行另一种合适的功能，或它们的任意组合。分析仪可为多通道分析仪。分析仪可包括处理器1122、fpga1124或其组合。参见图1和图11，接口板172将光电传感器(诸如sipm154)和分析仪耦合至彼此。

图12包括根据示例性实施例的使用辐射探测装置100的流程图。该方法结合图1和图11进行描述。如果外部连接器尚未连接至辐射探测装置100，则可在执行该方法的其余部分之前将外部连接器连接至辐射探测装置100，如下所述。

辐射源可放置在辐射探测装置100附近。来自辐射源的辐射可由闪烁体120吸收。该方法可包括：在框1210处，从闪烁体120发出闪烁光。闪烁光可响应于吸收辐射而发出。闪烁光可由基于半导体的光电倍增器接收，该基于半导体的光电倍增器可响应于接收闪烁光而产生电子脉冲。在一个实施例中，来自闪烁体的闪烁光穿过光耦合器140而到达sipm152。电子脉冲为模拟信号的实例。该方法可进一步包括：在框1220处，将信号从光电传感器传输至分析仪。来自图1中的sipm152的电子脉冲可由放大器1102接收并放大以产生放大的信号。

如果需要或期望，该方法可包括：在框1232处，将模拟信号转换成数字信号。特别地，放大的信号可在adc1104处从模拟信号转换成数字信号。信号的转换是任选的，因为分析仪可使用模拟信号执行分析。不管是模拟的还是数字的，信号都可由处理器1122接收。

该方法还可包括：在框1234处，根据现有功能分析信号。功能可包括先前相对于控制模块1100所述功能中的任一种。分析可用于测定由闪烁体120吸收的辐射的特性。分析可由处理器1122结合可存储在存储器1126中的指令执行，这些指令由fpga1124或处理器1122和fpga1124组合执行。

该方法还可包括：在框1236处，改变辐射探测装置100的功能性。改变功能性可包括去激活功能或激活功能。例如，可去激活现有功能，可添加新功能，或进行其组合。在特定实施例中，辐射探测装置100可能已经带着包括用于试用期的特定功能的许多功能售出。如果未支付费用并且时间已经到期，则可去激活一些功能。在另一个特定实施例中，辐射探测装置100可提供至少一种功能但不包括另一种功能。在以后的时间，用户可支付激活费用，然后另一种功能就可被激活。fpga1124的优点在于它是可擦除的，并且可将对应于功能的信息写入fpga1124中。另选地，可将具有对应于特定功能的指令的文件从存储器1126删除，并且可将具有对应于另一种功能的指令的新文件存储在存储器1126中。因此，可改变辐射探测装置100的功能性而无需将分析仪从壳体110移除。这个优点在壳体110是密封壳体时特别有用，因为不必破坏密封再重新密封壳体。

由发出闪烁光的闪烁体120吸收的辐射多于由产生另一个电子脉冲的光电传感器接收的辐射。该方法可包括：在框1238处，根据另一种功能分析另一个信号。可类似于如先前所述的方式来处理电子脉冲以提供另一信号。此另一信号可由处理器1122、fpga1124或两者分析。功能可为如先前所述用于测定辐射的特性的功能中的任一种。分析可以是针对自框1234中的先前分析起最近已经添加的新功能。

与具有光电倍增器管(″pmt″)的辐射探测装置相比，具有基于半导体的光电倍增器的辐射探测装置的实施例可允许显著更小的大小。图13包括两个辐射探测装置的侧视图：pmt探测器，其包括pmt；以及特定实施例中的sipm探测器，其包括基于半导体的光电倍增器和sipm。对于每个所示探测器，闪烁体、光电传感器、分析仪以及接口板沿着壳体的长度取向。对于sipm探测器，光电传感器、分析仪以及接口板的组合构成壳体的长度的至多50％、至多40％或至多25％。对于pmt，光电传感器、分析仪以及接口板的组合构成壳体的长度的超过65％。

此外，与基于半导体的光电倍增器相比，pmt需要显著更多的电压。因此，分析仪并不位于pmt探测器内。此外，pmt所需的功率可能超过接口板172所支持的电压。因此，pmt探测器不仅更大，而且还并不提供如先前相对于先前所述的辐射探测器装置所述的功能性。更进一步，与pmt探测器相比，本文所述的辐射探测器装置更坚固且可承受更多滥用或严苛条件。

许多不同的方面和实施例都是可能的。以下描述了那些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，本领域的技术人员会理解，那些方面和实施例仅是说明性的，并不限制本发明的范围。各实施例可以根据下面列出的任何一个或多个实施例。

实施例1.一种辐射探测装置，其包括：闪烁体，该闪烁体用于响应于吸收辐射而发出闪烁光；光电传感器，该光电传感器用于响应于接收闪烁光而产生电子脉冲；分析仪，该分析仪用于测定辐射的特性；以及壳体，该壳体容纳闪烁体、光电传感器和分析仪，其中该辐射探测装置将被配置为允许改变功能性而无需将分析仪从壳体移除。

实施例2.根据实施例1所述的辐射探测装置，其中该功能性包括：对辐射事件进行计数、鉴别不同类型的辐射、识别对应于辐射的同位素、为光电传感器提供增益补偿、提供有关闪烁体的光输出随温度变化进行调节的信息，或它们的任意组合。

实施例3.根据实施例1或实施例2所述的辐射探测装置，进一步包括接口板，该接口板耦合至光电传感器和分析仪。

实施例4.一种使用辐射探测装置的方法，其包括：提供容纳闪烁体、光电传感器以及分析仪的壳体，其中：闪烁体被配置为响应于吸收辐射而发出闪烁光；光电传感器被配置为响应于接收闪烁光而产生电子脉冲；分析仪被配置为测定辐射的特性；以及改变辐射探测装置的功能性而无需将分析仪从壳体移除。

实施例5.根据实施例4所述的方法，改变功能性包括激活或去激活功能，该功能包括：对辐射事件进行计数、鉴别不同类型的辐射、识别对应于辐射的同位素、为光电传感器提供增益补偿、提供有关闪烁体的光输出随温度变化进行调节的信息，或它们的任意组合。

实施例6.根据实施例4或实施例5所述的方法，进一步包括：分析对应于辐射的信号。

实施例7.根据实施例6所述的方法，其中在改变功能性之后根据功能分析信号，其中执行改变功能性的操作以激活功能。

实施例8.根据实施例6所述的方法，进一步包括：在改变功能性之前根据功能分析对应于辐射的信号，其中执行改变功能性的操作以去激活功能。

实施例9.根据实施例4至实施例8中任一项所述的方法，其中提供壳体包括提供密封壳体。

实施例10.根据实施例9所述的方法，其中执行改变功能性的操作而不破坏密封壳体的密封。

实施例11.根据实施例3至实施例10中任一项所述的方法，其进一步包括：响应于吸收辐射而从闪烁体发出闪烁光；以及将信号从光电传感器传输至分析仪。

实施例12.根据实施例11所述的方法，其中来自光电传感器的信号为模拟信号。

实施例13.根据实施例12所述的方法，其进一步包括：将模拟信号转换成数字信号。

实施例14.根据实施例4至实施例13中任一项所述的方法，其进一步包括：将外部连接器连接至辐射探测装置。

实施例15.根据实施例14所述的方法，其中连接外部连接器包括将同轴电缆连接器、通用串行总线连接器、表面贴装技术连接器连接至辐射探测装置。

实施例16.根据实施例14或实施例15所述的方法，其中连接外部连接器包括连接外部连接器以提供ip67的ip代码等级，其中ip代码是国际电工委员会标准60529，版本2.2(2013)。

实施例17.根据实施例4至实施例16中任一项所述的方法，其中提供壳体包括提供进一步包括耦合至光电传感器和分析仪的接口板的壳体。

实施例18.根据实施例17所述的方法，进一步包括：经由接口板将功率从外部源传输至光电传感器。

实施例19.根据实施例1或实施例18中任一项所述的辐射探测装置或方法，其中分析仪包括多通道分析仪。

实施例20.根据实施例1至实施例19中任一项所述的辐射探测装置或方法，其中接口板进一步包括通用异步收发器。

实施例21.根据实施例1至实施例14和实施例17至实施例20中任一项所述的辐射探测装置或方法，其中壳体进一步包括外部连接器，该外部连接器包括同轴电缆连接器、通用串行总线连接器或表面贴装技术连接器。

实施例22.根据实施例21所述的辐射探测装置或方法，其中外部连接器允许ip67的ip代码等级，其中ip代码是国际电工委员会标准60529，版本2.2(2013)。

实施例23.根据实施例3和实施例17至实施例22中任一项所述的辐射探测装置或方法，其中接口板还被配置为向光电传感器提供功率。

实施例24.根据实施例1至实施例23中任一项所述的辐射探测装置或方法，其中光电传感器为基于半导体的光电倍增器。

实施例25.根据实施例24所述的辐射探测装置或方法，其中基于半导体的光电倍增器为sipm。

实施例26.根据实施例24所述的辐射探测装置或方法，其中基于半导体的光电倍增器为雪崩光电二极管。

实施例27.根据实施例3和实施例17至实施例26中任一项所述的辐射探测装置或方法，其中光电传感器贴装到设置在闪烁体和接口板之间的布线板。

实施例28.根据实施例3和实施例17至实施例27中任一项所述的辐射探测装置或方法，其中闪烁体、光电传感器、分析仪以及接口板沿着壳体的长度取向，其中光电传感器、分析仪以及接口板的组合构成壳体的长度的至多50％、至多40％、或至多25％。

需注意，并非所有上述一般说明或实例中的行为都是必需的，可能不一定需要具体行为的一部分，并且除描述的那些行为外，还可执行一个或多个进一步的行为。此外，所列活动的次序不一定是执行它们的次序。

上面已经参考具体实施例描述了益处、其他优点及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案及可使任何益处、优点或解决方案被想到或变得更加显著的任何特征都不被认为是任何或所有权利要求的关键、所需或必要的特征。

本文所述的实施例的说明书和图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。说明书和图示并不旨在用作对使用了本文所述的结构或方法的一种或多种装置的所有元件和特征的详尽和全面的描述。单独的实施例也可在单个实施例中以组合的方式来提供，并且相反地，为简明起见而在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地提供，或以任何子组合的方式来提供。此外，对以范围表示的值的引用包括该范围内的每个值和所有各值。只有在阅读本说明书之后，许多其他实施例对于技术人员才是显而易见的。通过本公开内容可以利用和得到其他实施例，使得可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或其他改变。因此，本公开应被视为示例性的而非限制性的。

关于辐射探测器的其他信息呈现在下几页上。