一种α源探测成像光学装置和方法与流程

一种
α
源探测成像光学装置和方法
技术领域
1.本发明涉及α源探测技术领域，尤其涉及一种用于α源探测的成像光学系统和方法。


背景技术：

2.与核技术利用有关的产业在生产、运输、储存等过程中不可避免地会产生越来越多的核废料和核污染。核污染的放射危害性及其无色无味等特点使核防护过程中的远距离核污染检测需求日渐迫切。
3.α射线射程短、穿透力弱，这使得实现α污染远距离检测相对困难。现场可用的探测仪器或系统，如α表面污染仪，工作距离较近，不利于防护。可用于现场探测的α源远距离探测装置对α源的有效探测和防护具有重要作用。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于α源探测的成像光学系统和方法。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种用于α源探测的成像光学系统，所述成像光学系统包括紫外成像光学装置和阵列式光电倍增管pmt单光子探测装置；
7.所述紫外成像光学装置，用于收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号处理后，得到紫外荧光信号，将所述紫外荧光信号传送到所述阵列式pmt单光子探测装置；
8.所述阵列式pmt单光子探测装置，用于利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征对所述紫外荧光信号进行处理，得到α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。
9.本方法发明的有益效果是：提出了一种用于α源探测的成像光学系统，所述成像光学系统包括紫外成像光学装置和阵列式光电倍增管pmt单光子探测装置；所述紫外成像光学装置，用于收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号处理后，得到紫外荧光信号，将所述紫外荧光信号传送到所述阵列式pmt单光子探测装置；所述阵列式pmt单光子探测装置，用于利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征对所述紫外荧光信号进行处理，得到α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。本发明实现了在现场条件下为利用阵列式pmt通过单光子探测方式α源远距离非接触检测的系统或者检测仪器提供可以灵活组合的紫外成像光学装置，提高了α源现场检测的安全性和工作效率。
10.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
11.进一步地，所述紫外成像光学装置包括汇聚镜片组、窄带滤光模块和pmt接口模块；
12.所述汇聚镜片组，用于收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号进行汇聚；
13.所述窄带滤光模块，用于根据预设谱段对汇聚后的所述散射光信号进行过滤后，得到紫外信号，其中，所述预设谱段是利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光谱线分布特征所确定的；
14.所述pmt接口模块，用于将所述紫外信号传送至所述阵列式pmt单光子探测装置。
15.进一步地，所述阵列式pmt单光子探测装置包括第一紫外阵列pmt、第二紫外阵列pmt和单光子探测电路，所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt对称分布；
16.所述第一紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第一多路输出电信号，并将所述第一多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；
17.所述第二紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第二多路输出电信号，并将所述第二多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；
18.所述单光子探测电路，用于利用时间符合法，对所述第一多路输出电信号和所述第二多路输出电信号进行过滤，得到所述α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。
19.进一步地，所述pmt接口模块包括单路pmt工作模式和双路工作模块；
20.当所述pmt接口模块以单路pmt工作模式工作时，所述pmt接口模块将所述紫外信号传送至所述第一紫外阵列pmt；
21.当所述pmt接口模块以双路工作模式工作时，所述pmt接口模块利用5:5分光光路将所述紫外信号等比例传送至对称设置的所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt。
22.进一步地，所述汇聚镜片组将收集到的所述散射光信号汇聚在预设距离的预设面积的镜片上，所述预设面积根据所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt的阴极接收面积确定，并通过所述预设距离确定所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt的放置位置。
23.进一步地，所述单光子探测电路，具体用于利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征，利用时间符合法滤除所述第一多路输出电信号和所述第二多路输出电信号中的不符合所述紫外荧光持续时间特征的干扰信号。
24.本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：
25.一种用于α源探测的成像光学方法，基于上述技术方案中任一项所述的用于α源探测的成像光学系统，所述方法包括：
26.所述成像光学系统中的紫外成像光学装置收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号处理后，得到紫外荧光信号，将所述紫外荧光信号传送到所述阵列式pmt单光子探测装置；
27.所述成像光学系统中的阵列式pmt单光子探测装置利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征对所述紫外荧光信号进行处理，得到α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。
28.进一步地，所述紫外成像光学装置包括汇聚镜片组、窄带滤光模块和pmt接口模块；
29.所述紫外成像光学装置中的汇聚镜片组收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号进行汇聚；
30.所述紫外成像光学装置中的窄带滤光模块根据预设谱段对汇聚后的所述散射光信号进行过滤后，得到紫外信号，其中，所述预设谱段是利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光谱线分布特征所确定的；
31.所述紫外成像光学装置中的pmt接口模块将所述紫外信号传送至所述阵列式pmt单光子探测装置。
32.进一步地，所述阵列式pmt单光子探测装置包括第一紫外阵列pmt、第二紫外阵列pmt和单光子探测电路，所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt对称分布；
33.所述阵列式pmt单光子探测装置中的第一紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第一多路输出电信号，并将所述第一多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；
34.所述阵列式pmt单光子探测装置中的第二紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第二多路输出电信号，并将所述第二多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；
35.所述阵列式pmt单光子探测装置中的单光子探测电路利用时间符合法，对所述第一多路输出电信号和所述第二多路输出电信号进行过滤，得到所述α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。
36.进一步地，所述pmt接口模块包括单路pmt工作模式和双路工作模块；
37.当所述pmt接口模块以单路pmt工作模式工作时，所述pmt接口模块将所述紫外信号传送至所述第一紫外阵列pmt；
38.当所述pmt接口模块以双路工作模式工作时，所述pmt接口模块利用5:5分光光路将所述紫外信号等比例传送至对称设置的所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt。
39.本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明的用于α源探测的成像光学系统的模块示意图；
42.图2为本发明中用于α源探测的成像光学系统中紫外成像光学装置的两种不同结构形式示意图；
43.图3为本发明中用于α源探测的成像光学系统中阵列式pmt单光子探测装置两种不同结构形式对应的外观图；
44.图4为本发明中阵列式pmt单光子探测装置采用双pmt工作方式的光路示意图；
45.图5为本发明中用于α源探测的成像光学方法的流程示意图。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
47.如图1所述，本发明实施例所述的一种用于α源探测的成像光学系统，所述成像光学系统包括紫外成像光学装置和阵列式光电倍增管pmt单光子探测装置；
48.所述紫外成像光学装置，用于收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号处理后，得到紫外荧光信号，将所述紫外荧光信号传送到所述阵列式pmt单光子探测装置；
49.所述阵列式pmt单光子探测装置，用于利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征对所述紫外荧光信号进行处理，得到α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。
50.进一步地，所述紫外成像光学装置包括汇聚镜片组、窄带滤光模块和pmt接口模块；
51.所述汇聚镜片组，用于收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号进行汇聚；
52.所述窄带滤光模块，用于根据预设谱段对汇聚后的所述散射光信号进行过滤后，得到紫外信号，其中，所述预设谱段是利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光谱线分布特征所确定的；
53.所述pmt接口模块，用于将所述紫外信号传送至所述阵列式pmt单光子探测装置。
54.进一步地，所述阵列式pmt单光子探测装置包括第一紫外阵列pmt、第二紫外阵列pmt和单光子探测电路，所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt对称分布；
55.所述第一紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第一多路输出电信号，并将所述第一多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；
56.所述第二紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第二多路输出电信号，并将所述第二多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；
57.所述单光子探测电路，用于利用时间符合法，对所述第一多路输出电信号和所述第二多路输出电信号进行过滤，得到所述α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。
58.进一步地，所述pmt接口模块包括单路pmt工作模式和双路工作模块；
59.当所述pmt接口模块以单路pmt工作模式工作时，所述pmt接口模块将所述紫外信号传送至所述第一紫外阵列pmt；
60.当所述pmt接口模块以双路工作模式工作时，所述pmt接口模块利用5:5分光光路将所述紫外信号等比例传送至对称设置的所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt。
61.进一步地，所述汇聚镜片组将收集到的所述散射光信号汇聚在预设距离的预设面积的镜片上，所述预设面积根据所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt的阴极接收面积确定，并通过所述预设距离确定所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt的放置位置。
62.进一步地，所述单光子探测电路，具体用于利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征，利用时间符合法滤除所述第一多路输出电信号和所述第二多路输出
电信号中的不符合所述紫外荧光持续时间特征的干扰信号。
63.应理解，α粒子激发空气中的主要成分氮气会产生紫外荧光，利用其谱线分布及时间特性可以通过紫外荧光信号检测实现α源的远距离探测。该荧光信号非常微弱，其检测涉及单光子探测技术。
64.pmt(光电倍增管)是一种在单光子探测领域应用较为广泛的检测器件。pmt通常以单器件的形式使用，其阴极接收面积有限且无法区分待检测信号的分布情况。阵列式pmt的出现和应用有效改善了上述状况。
65.利用pmt器件通过单光子探测方式远距离检测α粒子激发空气中的主要成分氮气所产生的紫外荧光时，为滤除环境中紫外光信号的干扰，常用的方法之一是在pmt后续信号处理电路中增加时间符合或时间相关处理电路。
66.利用阵列pmt器件实现时间符合处理电路时，可使用一对阵列pmt器件，也可使用单个阵列pmt器件。对于这两种不同的系统组成形式，用于收集信号的紫外成像光学装置的结构存在差异。
67.此外，本技术中所提出的一种用于α源探测的紫外成像光学装置，该装置可以根据利用紫外阵列式pmt进行单光子探测以实现α源远距离探测的系统或仪器的不同结构形式要求，灵活调整组成方式，有效收集光学信号，提高检测效率和安全性。
68.本技术中的用于α源探测的紫外成像光学装置，α源远距离探测，指通过探测α粒子激发空气中的主要成分氮气所产生的紫外荧光实现对α源的远距离探测；用于α源远距离探测的紫外成像光学装置，完成紫外光学信号的收集并将信号传送给以紫外阵列pmt器件为核心构成的阵列pmt单光子探测系统，由阵列pmt单光子探测系统从背景中拾取α粒子激发空气中氮气所产生的微弱紫外荧光信号特征，实现对α源的远距离探测。
69.进一步地，α粒子激发空气中的主要成分氮气所产生的紫外荧光：原子核在α衰变时会放出具有特定能量的α粒子；α粒子与物质作用的主要形式是电离与激发，在此过程中，α粒子因能量耗尽而停下来；在环境空气中，α粒子激发空气中的主要成分氮气产生紫外荧光，激发态辐射衰减的有限方式使其光谱在紫外谱段呈现稀疏的谱线形式，而不是连续体；实验研究证实α粒子在环境空气中激发氮气产生紫外荧光的持续时间大约为5ns，谱线集中在300nm～430nm之间，290nm以下的谱段有少量谱线分布。
70.进一步地，所述从背景中拾取α粒子激发空气中氮气所产生的微弱紫外荧光特征：现场检测条件下存在自然光源和人工光源两类照明光源，这两类光源可能包含紫外谱段，利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间方面的特征，在信息处理过程中采用时间符合法(相关法)滤除照明光源干扰等背景信息。
71.进一步地，采用时间符合法滤除照明光源干扰等背景信息，具体包括：α粒子在环境空气中激发氮气产生紫外荧光的持续时间大约为5ns，利用该特征，在阵列pmt单光子探测系统中通过时间符合单光子探测电路提取相关信息，滤除不符合时间特征的背景信息。
72.进一步地，阵列pmt单光子探测系统由紫外阵列pmt1、可选的紫外阵列pmt2、阵列式时间符合单光子探测电路等组成；紫外阵列pmt1、可选的紫外阵列pmt2特性一致且对称分布，分别接收紫外成像光学装置所传送的紫外光学信号，转换为多路输出电信号；阵列式时间符合单光子探测电路采用时间符合法进行单光子探测，电路处理规模与阵列pmt的输出信号数量匹配。
73.进一步地，紫外成像光学装置：由汇聚镜片组、窄带滤光模块、pmt接口模块组成；汇聚镜片组收集一定范围的散射光信号并汇聚在一定距离的一定面积上，汇聚面积与阵列pmt总的阴极接收面积相关，汇聚距离确定阵列pmt的放置位置；窄带滤光模块利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光谱线分布特征允许特定谱段通过；pmt接口模块提供单路pmt和双路pmt两种工作模式，在双路pmt工作模式下，pmt接口模块中的5：5分光光路将汇聚镜片组所汇聚的紫外信号等比例传送给对称放置的两个阵列pmt。
74.本技术实现了在现场条件下为利用阵列式pmt通过单光子探测方式α源远距离非接触检测的系统或者检测仪器提供可以灵活组合的紫外成像光学装置，提高了α源现场检测的安全性和工作效率。
75.此外，本技术中用于α源远距离探测的紫外成像光学装置，可以与紫外阵列pmt器件为核心构成的阵列pmt单光子探测系统配合工作，灵活适应阵列pmt单光子探测系统采用单pmt或双pmt的不同结构形式，从背景中拾取α粒子激发空气中氮气所产生的微弱紫外荧光特征，实现对α源的远距离探测。
76.远距离α源探测系统利用α粒子激发空气中的主要成分氮气能够产生紫外荧光的现象，采用非接触光学测量方式和单光子探测手段，可以在现场条件下实现对α源的远距离非接触检测，提高了α源现场检测的安全性和工作效率。
77.采用阵列pmt单光子探测系统及与之相配合的紫外成像光学装置从背景中拾取α粒子激发空气中氮气所产生的微弱紫外荧光特征，实现对α源的远距离探测；可以进一步采用可见光环境成像装置获取环境图像，通过阵列pmt单光子探测系统和可见光环境成像装置之间的信息融合确定α源在环境中的位置信息。
78.利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光特征，主要包含光谱谱线分布特征和荧光持续时间特征，实现α源的远距离探测，获取α源的放射性活度信息和污染分布信息。同时，采用非接触光学测量方式和单光子探测手段，使得检测过程更加安全、高效。
79.现场检测条件下存在自然光源和人工光源两类照明光源，这两类光源可能包含紫外谱段，利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间方面的特征，在阵列pmt单光子探测系统pmt输出信号处理电路中采用时间符合(相关)法滤除照明光源干扰等背景信息。
80.α粒子在环境空气中激发氮气产生紫外荧光的持续时间大约为5ns，利用该特征，在阵列pmt单光子探测系统中通过时间符合单光子探测电路提取相关信息，滤除不符合时间特征的背景信息。
81.阵列pmt单光子探测系统由紫外阵列pmt1、可选的紫外阵列pmt2、阵列式时间符合单光子探测电路等组成；紫外阵列pmt1、可选的紫外阵列pmt2特性一致且对称分布，分别接收紫外成像光学装置所传送的紫外光学信号，转换为多路输出电信号；阵列式时间符合单光子探测电路采用时间符合法进行单光子探测，电路处理规模与阵列pmt的输出信号数量匹配。
82.紫外成像光学装置由汇聚镜片组、窄带滤光模块、pmt接口模块组成；汇聚镜片组收集一定范围的散射光信号并汇聚在一定距离的一定面积上，汇聚面积与阵列pmt总的阴极接收面积相关，汇聚距离确定阵列pmt的放置位置；窄带滤光模块利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光谱线分布特征允许特定谱段通过；pmt接口模块提供单路pmt和双路
pmt两种工作模式，在双路pmt工作模式下，pmt接口模块中的5：5分光光路将汇聚镜片组所汇聚的紫外信号等比例传送给对称放置的两个阵列pmt。
83.为了适应阵列pmt单光子探测系统采用单阵列pmt或双阵列pmt的不同结构形式，有效收集紫外光学信号并准确传送给阵列式pmt探测器件，使阵列pmt单光子探测系统正常工作，将通常一体化设计的成像镜头调整为光学模块装配方式，当阵列pmt单光子探测系统的结构进行调整，即分别采用单阵列pmt工作方式或双阵列pmt工作模式时，选择不同的光学模块装配成与之相适应的整体紫外成像光学装置。
84.如图1-3所示，紫外成像光学装置由汇聚镜片组、窄带滤光模块、pmt接口模块3个光学模块组成；汇聚镜片组即parta模块，收集一定范围的散射光信号并汇聚在一定距离的一定面积上，汇聚面积与阵列pmt总的阴极接收面积相关，汇聚距离确定阵列pmt的放置位置；窄带滤光模块即partb模块，利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光谱线分布特征允许特定谱段通过；pmt接口模块即partc模块，提供单路pmt和双路pmt两种工作模式，在双路pmt工作模式下，pmt接口模块中的5：5分光光路将汇聚镜片组所汇聚的紫外信号等比例传送给对称放置的两个阵列pmt。
85.如图2所示，适配单阵列pmt工作模式或双阵列pmt工作模式的紫外成像光学装置结构示意图，其中partc有两种结构形式，即partc1和partc2，partc1用于单阵列pmt工作模式，partc2用于双阵列pmt工作模式。
86.图2中partb模块中的窄带滤光片采用插入式方式安装，当选择采用不同谱线进行探测时，可换用不同参数的窄带滤光片。
87.如图2所示，parta+partb+partc1即可构成适应单阵列pmt工作模式的紫外成像光学装置；parta+partb+partc2即可构成适应双阵列pmt工作模式的紫外成像光学装置。
88.如图2所示，适配单阵列pmt工作模式或双阵列pmt工作模式的两种结构的紫外成像光学装置，其装配完成的外观图如图3所示。
89.如图4所示，适配双阵列pmt工作模式的紫外成像光学装置的一种成像光路示意图，其中实现汇聚功能的parta模块由一片双凸透镜和一片平凸透镜组成。
90.为了体现本技术的有益效果，进一步对本实施例操作过程做具体化解释说明：本技术为基于空气诱导紫外荧光现象和阵列pmt单光子探测方式实现α源远距离探测的系统或者仪器提供结构组合灵活的紫外成像光学装置，可适应单阵列pmt工作模式或双阵列pmt工作模式。
91.依据发明技术方案进行系统实施，可根据探测距离要求、探测分辨率、阵列pmt器件的光敏面尺寸、阵列pmt器件敏感单元数量等参数进行光学系统参数的细化设计，提高紫外成像光学装置的可靠性和有效性。
92.如图5所示，一种用于α源探测的成像光学方法，基于上述技术方案中任一项所述的用于α源探测的成像光学系统，所述方法包括：
93.110、所述成像光学系统中的紫外成像光学装置收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号处理后，得到紫外荧光信号，将所述紫外荧光信号传送到所述阵列式pmt单光子探测装置；
94.120、所述成像光学系统中的阵列式pmt单光子探测装置利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征对所述紫外荧光信号进行处理，得到α粒子激发空气中
的氮气所产生的紫外荧光信号。
95.进一步地，所述紫外成像光学装置包括汇聚镜片组、窄带滤光模块和pmt接口模块；
96.所述紫外成像光学装置中的汇聚镜片组收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号进行汇聚；
97.所述紫外成像光学装置中的窄带滤光模块根据预设谱段对汇聚后的所述散射光信号进行过滤后，得到紫外信号，其中，所述预设谱段是利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光谱线分布特征所确定的；
98.所述紫外成像光学装置中的pmt接口模块将所述紫外信号传送至所述阵列式pmt单光子探测装置。
99.进一步地，所述阵列式pmt单光子探测装置包括第一紫外阵列pmt、第二紫外阵列pmt和单光子探测电路，所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt对称分布；
100.所述阵列式pmt单光子探测装置中的第一紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第一多路输出电信号，并将所述第一多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；
101.所述阵列式pmt单光子探测装置中的第二紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第二多路输出电信号，并将所述第二多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；
102.所述阵列式pmt单光子探测装置中的单光子探测电路利用时间符合法，对所述第一多路输出电信号和所述第二多路输出电信号进行过滤，得到所述α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。
103.进一步地，所述pmt接口模块包括单路pmt工作模式和双路工作模块；
104.当所述pmt接口模块以单路pmt工作模式工作时，所述pmt接口模块将所述紫外信号传送至所述第一紫外阵列pmt；
105.当所述pmt接口模块以双路工作模式工作时，所述pmt接口模块利用5:5分光光路将所述紫外信号等比例传送至对称设置的所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt。
106.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于α源探测的成像光学系统，其特征在于，所述成像光学系统包括紫外成像光学装置和阵列式光电倍增管pmt单光子探测装置；所述紫外成像光学装置，用于收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号处理后，得到紫外荧光信号，将所述紫外荧光信号传送到所述阵列式pmt单光子探测装置；所述阵列式pmt单光子探测装置，用于利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征对所述紫外荧光信号进行处理，得到α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。2.根据权利要求1所述的用于α源探测的成像光学系统，其特征在于，所述紫外成像光学装置包括汇聚镜片组、窄带滤光模块和pmt接口模块；所述汇聚镜片组，用于收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号进行汇聚；所述窄带滤光模块，用于根据预设谱段对汇聚后的所述散射光信号进行过滤后，得到紫外信号，其中，所述预设谱段是利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光谱线分布特征所确定的；所述pmt接口模块，用于将所述紫外信号传送至所述阵列式pmt单光子探测装置。3.根据权利要求2所述的用于α源探测的成像光学系统，其特征在于，所述阵列式pmt单光子探测装置包括第一紫外阵列pmt、第二紫外阵列pmt和单光子探测电路，所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt对称分布；所述第一紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第一多路输出电信号，并将所述第一多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；所述第二紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第二多路输出电信号，并将所述第二多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；所述单光子探测电路，用于利用时间符合法，对所述第一多路输出电信号和所述第二多路输出电信号进行过滤，得到所述α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。4.根据权利要求3所述的用于α源探测的成像光学系统，其特征在于，所述pmt接口模块包括单路pmt工作模式和双路工作模块；当所述pmt接口模块以单路pmt工作模式工作时，所述pmt接口模块将所述紫外信号传送至所述第一紫外阵列pmt；当所述pmt接口模块以双路工作模式工作时，所述pmt接口模块利用5:5分光光路将所述紫外信号等比例传送至对称设置的所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt。5.根据权利要求4所述的用于α源探测的成像光学系统，其特征在于，所述汇聚镜片组将收集到的所述散射光信号汇聚在预设距离的预设面积的镜片上，所述预设面积根据所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt的阴极接收面积确定，并通过所述预设距离确定所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt的放置位置。6.根据权利要求5所述的用于α源探测的成像光学系统，其特征在于，所述单光子探测电路，具体用于利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征，利用时间符合法滤除所述第一多路输出电信号和所述第二多路输出电信号中的不符合所述紫外荧光持续时间特征的干扰信号。7.一种用于α源探测的成像光学方法，其特征在于，基于权利要求1-6中任一项所述的用于α源探测的成像光学系统，所述方法包括：
所述成像光学系统中的紫外成像光学装置收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号处理后，得到紫外荧光信号，将所述紫外荧光信号传送到所述阵列式pmt单光子探测装置；所述成像光学系统中的阵列式pmt单光子探测装置利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征对所述紫外荧光信号进行处理，得到α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。8.根据权利要求7所述的用于α源探测的成像光学方法，其特征在于，所述紫外成像光学装置包括汇聚镜片组、窄带滤光模块和pmt接口模块；所述紫外成像光学装置中的汇聚镜片组收集预设范围的散射光信号，并将所述散射光信号进行汇聚；所述紫外成像光学装置中的窄带滤光模块根据预设谱段对汇聚后的所述散射光信号进行过滤后，得到紫外信号，其中，所述预设谱段是利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光谱线分布特征所确定的；所述紫外成像光学装置中的pmt接口模块将所述紫外信号传送至所述阵列式pmt单光子探测装置。9.根据权利要求8所述的用于α源探测的成像光学方法，其特征在于，所述阵列式pmt单光子探测装置包括第一紫外阵列pmt、第二紫外阵列pmt和单光子探测电路，所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt对称分布；所述阵列式pmt单光子探测装置中的第一紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第一多路输出电信号，并将所述第一多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；所述阵列式pmt单光子探测装置中的第二紫外阵列pmt接收所述pmt接口模块传送的所述紫外信号，将所述紫外信号转换为第二多路输出电信号，并将所述第二多路输出电信号发送至所述单光子探测电路；所述阵列式pmt单光子探测装置中的单光子探测电路利用时间符合法，对所述第一多路输出电信号和所述第二多路输出电信号进行过滤，得到所述α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。10.根据权利要求9所述的用于α源探测的成像光学方法，其特征在于，所述pmt接口模块包括单路pmt工作模式和双路工作模块；当所述pmt接口模块以单路pmt工作模式工作时，所述pmt接口模块将所述紫外信号传送至所述第一紫外阵列pmt；当所述pmt接口模块以双路工作模式工作时，所述pmt接口模块利用5:5分光光路将所述紫外信号等比例传送至对称设置的所述第一紫外阵列pmt和所述第二紫外阵列pmt。

技术总结
本发明涉及提出了一种用于α源探测的成像光学系统和方法，所述成像光学系统包括紫外成像光学装置和阵列式光电倍增管PMT单光子探测装置；紫外成像光学装置，用于收集预设范围的散射光信号，并将散射光信号处理后，得到紫外荧光信号，将紫外荧光信号传送到所述阵列式PMT单光子探测装置；阵列式PMT单光子探测装置，用于利用α粒子激发空气中氮气所产生的紫外荧光持续时间特征对所述紫外荧光信号进行处理，得到α粒子激发空气中的氮气所产生的紫外荧光信号。本发明实现了在现场条件下为利用阵列式PMT通过单光子探测方式α源远距离非接触检测的系统或者检测仪器提供可以灵活组合的紫外成像光学装置，提高了α源现场检测的安全性和工作效率。全性和工作效率。全性和工作效率。


技术研发人员：常军林 高祎宁 盛增理 徐红鹃 王海山 付立民
受保护的技术使用者：卡迪诺科技（北京）有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/7/31