一种宇宙线演示装置

1.本实用新型涉及宇宙线演示技术领域，尤其涉及一种宇宙线演示装置。


背景技术：

2.宇宙射线可分为初级宇宙射线和次级宇宙射线。初级宇宙线主要是质子、粒子、电子及其他重元素粒子。初级宇宙线中的粒子能量可以达到10
21
ev，远大于目前欧洲核子研究中心大型强子对撞机lhc所能达到的最大能量10
13
ev，但是高能粒子在宇宙线中比较稀有，很难将其用于实验。对于高能物理实验来说，次级宇宙射线是不可多得的“无害放射源”。次级宇宙射线主要由子、正负电子及高能射线等，初级宇宙线在与大气原子核相互作用的过程中产生大量π介子，π介子则会衰变成子和对应的中微子，而子在传输过程中可再衰变成电子或者正电子。由于的寿命较其他次级粒子较长，所以在最终到达地面的次级粒子90％都是子，这也是本系统主要探测的次级宇宙射线。
3.但是现有的科普教学领域由于缺少对应的教学系统设备，且一般的教学设备系统由于结构设计简单，从而造成了教学演示的效果较差，使得无法快速高效地进行教学演示操作，使得学生无法理解该类探测的重要意义的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在科普教学领域由于缺少对应的教学系统设备，且一般的教学设备系统由于结构设计简单，从而造成了教学演示的效果较差，使得无法快速高效地进行教学演示操作，使得学生无法理解该类探测的重要意义的问题，而提出的一种宇宙线演示装置。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种宇宙线演示装置，包括支撑架，所述支撑架的内侧均匀分布有多个支撑板，所述支撑板的顶部均匀分布有多个宇宙线演示器，所述宇宙线演示器的顶部固定安装有放大成形模块，所述放大成形模块的顶部固定安装有高压输出端，所述放大成形模块的顶部固定安装有信号输入端，所述放大成形模块的顶部固定安装有信号检出端，所述放大成形模块的顶部固定安装有放大模块，所述放大成形模块的顶部固定安装有甄别模块，所述放大成形模块的顶部固定安装有高低压输入端，所述放大成形模块的顶部固定安装有成形模块，所述放大成形模块的顶部安装有甄别阈值调节，所述宇宙线演示器的一端安装有侧装板，所述侧装板的侧面安装有塑料闪烁体；
6.所述支撑板的顶部固定安装有低压模块，所述低压模块的顶部安装有高压输入，所述低压模块的顶部安装有高压输出，所述低压模块的顶部安装有低压输出，所述低压模块的顶部安装有正低压调节，所述低压模块的顶部安装有负低压调节，所述低压模块的顶部安装有低压输入，所述支撑板的顶部安装有升压模块，所述升压模块的顶部安装有使能开关，所述升压模块的顶部安装有数字电压表，所述升压模块的顶部安装有电压输入端，所述升压模块的顶部安装有电压调节，所述升压模块的顶部安装有电压输出端。
7.优选的，所述支撑架的内侧均匀开设有多个插接槽，所述支撑板的两端均连接在插接槽的内侧。
8.优选的，所述宇宙线演示器的顶部安装有盖板，所述盖板的顶部开设有槽口。
9.优选的，所述支撑板的顶部均匀分布有多个侧挡板，所述侧挡板均设置在宇宙线演示器的侧面。
10.优选的，所述支撑架的底部固定安装有底撑板。
11.优选的，所述支撑架的底部均匀分布有多个安装栓，所述安装栓贯穿于支撑架的底部与底撑板的顶部相连接。
12.与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于，
13.1、本实用新型中，通过设置有宇宙线演示器、低压模块和升压模块，通过相互连接配合，从而方便了在应用于科普教育领域的宇宙射线探测器，采用了闪烁体与硅光电倍增管(sipm)构成探测模块，可以单模块工作用于宇宙射线通量的测量，也可以多模块同时工作，将看不到、摸不着的宇宙射线径迹实时显示在led上，整套系统配备有相应的电源系统，具有结构紧凑、成本低以及操作简单方便等优点，此外，系统包含了目前正在运行的探测器的两大部分即粒子探测及信号处理部分，对于学生理解探测器工作原理有重要的意义。
14.2、本实用新型中，通过设置有支撑架、插接槽、支撑板和侧挡板等部件，将宇宙线演示器均匀分布在其顶部，方便了为进一步简化模块的操作，增加模块使用的灵活度，放置人员误操作以及便于意外情况的检验。对于单个塑闪模块有对应的壳体结构，仅留有电源端口，以及信号检出端口，并且支撑结构可拆卸根据需要选择使用的模块数量，提供了极大的灵活度。
附图说明
15.图1为本实用新型提出一种宇宙线演示装置的立体结构示意图；
16.图2为本实用新型提出一种宇宙线演示装置的部分结构示意图；
17.图3为本实用新型提出一种宇宙线演示装置的a处放大结构示意图；
18.图4为本实用新型提出一种宇宙线演示装置的b处放大结构示意图。
19.图例说明：1、支撑架；2、底撑板；3、安装栓；4、插接槽；5、支撑板；6、侧挡板；7、宇宙线演示器；8、盖板；9、侧装板；10、塑料闪烁体；11、放大成形模块；12、高压输出端；13、信号输入端；14、信号检出端；15、放大模块；16、甄别模块；17、高低压输入端；18、成形模块；19、甄别阈值调节；20、低压模块；21、高压输入；22、高压输出；23、低压输出；24、正低压调节；25、负低压调节；26、低压输入；27、升压模块；28、使能开关；29、数字电压表；30、电压输入端；31、电压调节；32、电压输出端。
具体实施方式
20.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开
说明书的具体实施例的限制。
22.实施例1
23.如图1-4所示，本实用新型提供一种技术方案：一种宇宙线演示装置，包括支撑架1，支撑架1的内侧均匀分布有多个支撑板5，支撑板5的顶部均匀分布有多个宇宙线演示器7，宇宙线演示器7的顶部固定安装有放大成形模块11，放大成形模块11的顶部固定安装有高压输出端12，放大成形模块11的顶部固定安装有信号输入端13，放大成形模块11的顶部固定安装有信号检出端14，放大成形模块11的顶部固定安装有放大模块15，放大成形模块11的顶部固定安装有甄别模块16，放大成形模块11的顶部固定安装有高低压输入端17，放大成形模块11的顶部固定安装有成形模块18，放大成形模块11的顶部安装有甄别阈值调节19，宇宙线演示器7的一端安装有侧装板9，侧装板9的侧面安装有塑料闪烁体10；
24.支撑板5的顶部固定安装有低压模块20，低压模块20的顶部安装有高压输入21，低压模块20的顶部安装有高压输出22，低压模块20的顶部安装有低压输出23，低压模块20的顶部安装有正低压调节24，低压模块20的顶部安装有负低压调节25，低压模块20的顶部安装有低压输入26，支撑板5的顶部安装有升压模块27，升压模块27的顶部安装有使能开关28，升压模块27的顶部安装有数字电压表29，升压模块27的顶部安装有电压输入端30，升压模块27的顶部安装有电压调节31，升压模块27的顶部安装有电压输出端32。
25.在本实施例中，通过设置有宇宙线演示器7、低压模块20和升压模块27，通过相互连接配合，从而方便了在应用于科普教育领域的宇宙射线探测器，采用了闪烁体与硅光电倍增管(sipm)构成探测模块，可以单模块工作用于宇宙射线通量的测量，也可以多模块同时工作，将看不到、摸不着的宇宙射线径迹实时显示在led上，整套系统配备有相应的电源系统，具有结构紧凑、成本低以及操作简单方便等优点，此外，系统包含了目前正在运行的探测器的两大部分即粒子探测及信号处理部分，对于学生理解探测器工作原理有重要的意义，硅光电倍增管由多个工作在盖革模式下的apd组成，apd是一种雪崩二极管，当高压装置在apd上所加的负高压高于击穿电压时，光电子会获得10
5-106的增益，这种工作模式叫做apd的盖革模式。每个apd像素与淬灭电阻串联，淬灭电阻在盖革放电时产生较大的压降，使得盖革放电过程可以及时停止以便快速的检测下一个光子，模块采用xl6019升压模块作为主芯片，xl6019是一款专为升压、升降压设计的单片集成电路，可工作在dc5v到40v输入电压范围，低纹波，内置功率mos。xl6019内置固定频率振荡器与频率补偿电路，简化了电路设计。为了与低压模块电压兼容，进一步简化供电，此模块的输入电压为5v。输出电压可以通过滑动变阻器进行调节。经过sipm输出的信号较小，需经过放大后才能用于后续的处理与分析。此外，为了避免sipm暗计数的影响，需要对放大后的信号进行甄别，为了能够实现驱动led或与低配数据采集卡(单通道采样率20k/s)相适用的目的，信号的单稳态成形同样也是必要的。
26.实施例2
27.如图1-4所示，支撑架1的内侧均匀开设有多个插接槽4，支撑板5的两端均连接在插接槽4的内侧，宇宙线演示器7的顶部安装有盖板8，盖板8的顶部开设有槽口，支撑板5的顶部均匀分布有多个侧挡板6，侧挡板6均设置在宇宙线演示器7的侧面，支撑架1的底部固定安装有底撑板2，支撑架1的底部均匀分布有多个安装栓3，安装栓3贯穿于支撑架1的底部与底撑板2的顶部相连接。
28.在本实施例中，通过设置有支撑架1、插接槽4、支撑板5和侧挡板6等部件，将宇宙线演示器7均匀分布在其顶部，方便了为进一步简化模块的操作，增加模块使用的灵活度，防止人员误操作以及便于意外情况的检验。对于单个塑闪模块有对应的壳体结构，仅留有电源端口，以及信号检出端口，并且支撑结构可拆卸根据需要选择使用的模块数量，提供了极大的灵活度。
29.本实施例的工作原理：在使用时，首先硅光电倍增管由多个工作在盖革模式下的apd组成，apd是一种雪崩二极管，当高压装置在apd上所加的负高压高于击穿电压时，光电子会获得10
5-106的增益，这种工作模式叫做apd的盖革模式。每个apd像素与淬灭电阻串联，淬灭电阻在盖革放电时产生较大的压降，使得盖革放电过程可以及时停止以便快速的检测下一个光子，模块采用xl6019升压模块作为主芯片，xl6019是一款专为升压、升降压设计的单片集成电路，可工作在dc5v到40v输入电压范围，低纹波，内置功率mos。xl6019内置固定频率振荡器与频率补偿电路，简化了电路设计。为了与低压模块电压兼容，进一步简化供电，此模块的输入电压为5v。输出电压可以通过滑动变阻器进行调节，该模块使用lm317与lm337分别对正、负电压进行稳压。lm3x7系列是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。为了保证本模块的正常运行，可直接使用实验室线性稳压电源进行供电，输出电压可以通过滑动变阻器进行调节。经过sipm输出的信号较小，需经过放大后才能用于后续的处理与分析。此外，为了避免sipm暗计数的影响，需要对放大后的信号进行甄别，为了能够实现驱动led或与低配数据采集卡(单通道采样率20k/s)相适用的目的，信号的单稳态成形同样也是必要的。本模块可以与塑闪前端的sipm读出电路相匹配，为读出电路提供高压且接受信号。此后经过放大模块，放大模块由两级放大构成，前级为跨阻放大形式，将电流信号变为电压信号并放大；后级为负反馈形式，对前级的电压信号放大10倍。为了进一步简化模块的操作，增加模块使用的灵活度，放置人员误操作以及便于意外情况的检验。对于单个塑闪模块有对应的壳体结构，仅留有电源端口，以及信号检出端口。
30.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。