适合长距离传输的盖革计数管信号检测电路

韩业辉，庞 杨，赵超趣，梅雪松

适合长距离传输的盖革计数管信号检测电路

韩业辉，庞 杨，赵超趣，梅雪松

（黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨 150010）

通过介绍一种盖革计数管信号检测电路，在此基础上组成了完整的长距离信号传输电路，此电路在实际应用中具有抗干扰能力强、线路简单、脉冲信号传输好、信号幅度大、运行稳定等特点，配合相应接口电路，具有安全栅、光电隔离等功能，可满足一般化工装置安全防爆的要求。

盖革计数管；长距离传输；电路

盖革计数管（GM计数管）是1943年由盖革和缪勒（Geiger-Mueller）发明的［1］，是多种辐射探测器中的一种。它是工作在盖革——米勒区的气体电离探测器，具有结构简单、阻抗高、输出信号幅度大、信号幅度均齐、信噪比高等优点，使其得到了广泛的应用。

1　工作原理

国内现在生产的盖革计数管主要用来探测β粒子、γ射线及X射线的辐射强度，其结构比较简单，在一根两端密封的玻璃管（或金属管）内填充低压（大约0.1大气压）并掺加了卤素的惰性气体（如氦、氖、氩等），在沿管的轴线上安装一根金属丝电极，在管壁导电层和金属丝电极之间加上适当电压。当射线粒子进入计数管，与管内惰性气体分子碰撞而引起后者管内部分气体电离，形成离子和电子。电离产生的电子、离子在强电场下获得动能，分别向正、负极运动，离子在运动过程中与气体分子碰撞而导致新的电离，正负离子数迅速增加，次级电子急剧倍增，从而引起沿整条粒子轨线的“电子雪崩”现象，在阳极上便发生放电而产生一个电流脉冲输出。

2　电路设计

图1为原理图，三极管Q1和Q2为信号放大级，Q3和Q4组成达林顿作为信号输出级，能将输出信号放大到通过长达500m信号电缆允许的脉冲传递值。当γ射线粒子（或其他射线）进入盖革计数管引起管内气体电离，在计数管偏置电压Hv作用下，计数管产生放电，通过计数管的串接电阻R3在计数管阳极产生负脉冲信号［2］，通过电容C1施加到晶体管的基极。在静态，三极管Q1饱和导通（Vce≤0.4v），这使三极管Q2、Q3和Q4截止。如果有脉冲施加到三极管Q1的基极，该晶体管变为截止，三极管Q2、Q3和Q4导通。三极管Q4饱和导通，在负载电阻RL上，产生负脉冲，脉冲的幅度接近VCC的值。钳位二极管D1限制三极管Q1基极的负电压，电阻R3选择较大的值可以改善计数管的坪特性［3］。

图1　原理图Fig.1 Principle

双计数管可以提高灵敏度，达到原来的2倍。低量程属GM管的常规运用，坪特性是明显的，只要工作电压选在坪的中段，高压变化的因素可以忽略，一般工作高压有1%的稳定度就可满足要求［4］。

3　实际应用

中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司气化炉放射性料位开关仪表技术改造就是以此电路为基础进行的，完整线路图见图2。

图2　完整线路图Fig.2 Complete circuit

电路包括两部分：探头电路和接口电路。探头电路由两只金属外壳GM管J4401、高压模块CC228-01Y（静态电流18mA）、GM管电路及齐纳安全栅组成。接口电路由光耦6N137做光电隔离，有逻辑门电路输出（LSTTL/TTL兼容）功能。GM管J4401的工作电压为450～550V，坪区100V，将偏置电压设为500V。使用带屏蔽层RVVP 3X1.0 mm2（三芯，1 mm2）的信号电缆（单端接地）进行信号传输，电缆长470m。齐纳安全栅型号是GHG111V1503（EEx i），参数为最大电压15.8V、最大电流75mA。电阻R8决定了6N137的输入电流（最大输入电流15mA），电阻R9和电容C3决定输出脉冲宽度。

图3　脉冲信号Fig.3 Pulse signal

图4　放大信号Fig.4 Amplied signal

图5　输入信号Fig.5　IN signal

图6　输出信号Fig.6 OUT signal

图3显示的是三极管Q1基极的输入信号（GM计数管的输出信号），脉冲幅度大于500 mV。图4显示的是第一级放大三极管Q1集电极的输出信号波形。图5是6N137输入端（2脚）的脉冲信号，可以看到信号分离度极好，噪声信号极低，这意味着电路抗扰能力很好。图6是光耦6N137输出端（6脚）的TTL方波信号。

4　结语

盖革计数管信号检测电路以较少的原件，实现将盖革计数管的脉冲信号放大到通过长达500米信号电缆允许脉冲的传递值，抗干扰能力很好，配合相应接口电路，做到了有安全栅、光电隔离，满足了一般化工装置安全防爆的要求，在用户单位运行状况良好。

［1］侯跃新，肖丹，李岩，等.G-M计数管在放射源监管中的应用［J］.自动化技术与应用，2010，29（11）：98-100.

［2］ 张松涛.GM计数管脉冲供电电压对计数率的影响［J］，核电子学与探测技术，1997，17（3）：211-214.

［3］严增灌.盖革计数管五十年进展［J］.真空电子技术，1994，（04）：14-18.

［4］ 张浩，施寿朋.前置电路对GM计数管性能影响的研究［C］//第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（上册）.乌鲁木齐：核电子学与核探测技术分会，2008：353-355.

A transmission Geiger counter signal detection circuit suitable for long-distance

HANYe-hui，PANGYang，ZHAOChao-qu，MEI Xue-song
（Technical Physics Institute ofHeilongjiangAcademyofSciences，Harbin 150010，China）

Through the introduction of Geiger counter tube，this paper gives a suitable long-distance transmission Geiger counter signal detection circuit.In actual application，this circuit has the characteristics of strong anti-interference ability，simple circuit，good pulse signal transmission，and can meet the requirements of the general chemical plant safetyexplosion-proof.

Geiger counter；Long-distance transmission；Circuit

TM13

A

1674-8646（2015）04-0016-02

2015-02-03

韩业辉（1975-），男，黑龙江哈尔滨人，学士，工程师，从事核电子学及探测技术研究。