微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 测试测量 > 测试测量技术文库 > r剂量率测量仪的研制

r剂量率测量仪的研制

时间:07-20 来源:互联网 点击:
此仪器为测量环境中γ放射性剂量率浓度的测量仪表,分成探头和主机两大部分:其中探头由高低量程GM计数管、计数单元和通讯单元组成;主机由通讯、处理单元、键盘、和显示部分组成。

1 探头原理
1.1 盖革-弥勒计数管原理

GM管原理见图1。盖革-弥勒计数管(GM管)也称气体放电计数器。一个密封玻璃管,中间是阳极用钨丝材料制作,玻璃管内壁涂一层导电物质,或是一个金属圆管作阴极,内部抽空充惰性气体(氖、氦)、卤族气体。特点是工作电压低。


当射线进入计数管后气体被电离,负离子由阳极吸引移向阳极时,离子又与其他气体分子碰撞后产生多个次级电子,快到阳极时次极电子急剧倍增产生雪崩现象。雪崩引起阳极整条线上雪崩,发生放电,放电后空间电子又被中和,剩下许多正离子包围阳极,形成正离子鞘。正离子鞘和阳极间的电场因正离子的存在而减弱。此时若有电子运动到该区域,也会产生雪崩放电,这段时间不能计数,称"死时间"。正离子打到阴极时会产生(打出)电子,电子被电场加速,又引起计数管放电产生正离子鞘,这一过程循环出现。

计数管上电压U一定时,射线入射越强电流I越大,输出脉冲数N越大,a、b段称"坪",盖格计数管主要用于探测β粒子和γ射线。

1.2探头电路

探头有高压产生电路、高低量程两支盖革-弥勒计数管(GM管)、单片机SM89C52、串口转485通信芯片MAX485构成,如图2所示。


高压产生电路为高低量程GM管提供高压,使得GM管可以工作。GM管用来测定辐射,射线通过GM管并引起电离时便使该GM管产生电流脉冲,脉冲经整形电路、2分频电路后变成边缘陡峭的方波,送到SM89C52的T0,T1定时器做计数,对低量程使用T0作计数,T1作1秒定时,而高量程则使用T1作计数,T0作定时,主机可通过发送命切换令高低量程测量,当探头接到主机发来的查询命令后便把每秒计数值(CPS)返回给主机。探头电源透过电缆从主机得到。

低量程GM管ZP1210和高量程GM管Zp1304的接口方式不太一样,依据数据手册设计如图3所示。


2 主机工作原理

主机由单片机SM89C58,12 864点阵液晶、4个按键、MAX 485芯片、AT24C64、实时时钟芯片M41T0构成,主机和探头通过电缆连接,如图4所示。主机的工作是定时查询探头,得到CPS,运算转换成剂量率显示在LCD上,同时根据该数据决定是否发送命令切换测量通道、给高低量程GM管哪一个加高压。M41T0给系统提供实时时钟。AT24C64用来保存系统参数和密码等,也用来保存带有时间信息的测量结果,在测量界面下用户对当前测量结果可以保存,以便事后追查。主机在液晶上通过菜单配合4个按键来实现参数的设定、时间日期调整、密码管理等。并提供中英文两种语言切换,可扩展其他任意语言显示。


探头GM管得到的每秒计数值(CPS)需要经过运算才能转换为剂量率的的单位为微戈瑞每小时(μGy/h),转换公式为:



其中D是剂量率,单位是μGy/h;K是探头灵敏度,常数;t是死时间(dead time),单位是s;N是每秒计数值,即每一秒GM管受辐射而产生脉冲个数。对于低量程探头(ZP1210),t的取值范围是50~80μs,K的取值范围是2.5~3.2;对于高量程探头(ZP1304),t的取值范围是21~35 μs,K的取值范围是O.030~0.040。高低GM管的ι,K均可在主机通过菜单设定,而每一套测量仪均需要做校准来设定ι,K值。由于ι,K是整个计算的重要参数,不能被使用者随意修改,因此在仪器设计时,添加了密码保护功能,进入ι,K的设定菜单需要使用者输入密码,密码验证通过才能修改ι,K参数。

由于放射性的随机特性,故由仪器所检测到的CPS会有抖动变化,主机程序对连续数次测量结果做平滑滤波处理,使得测量结果更准确。若是取平均的测量结果太少,平滑效果不佳;若是取平均的测量结果太多,那么会导致仪器相应速度变得很慢。因此综合考虑采取5个点的平均。

3 量程切换

低量程GM管ZP1210可以测量10-1~104μGy/h的辐射剂量,而高量程GM管ZP1304可以测量102~107μGy/h的辐射剂量。

量程切换见图5,主机根据从机得来的实时CPS数据运算得到以μGy/h为单位的剂量率结果,主机会检测连续的数次测量结果,当发现测量结果的变化趋势是从小于1200 μGy/h变到大于1 200μGy/h时,主机发送命令给从机,让从机对高量程GM测量计数值;当发现测量结果的变化趋势是大于800 μGy/h变到小于800μGy/h时,主机发送命令给从机,让从机对低量程GM测量计数。这样高低量程GM管测量切换分别发生在800μGy/h和1 200μGy/h两个位置,从而避免了在单一位置实施切换时容易发生振铃,频繁切换高低量程的情况出现。

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top