CN107728186A - 便携式伽马射线检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式伽马射线检测系统，包括：检测设备，所述检测设备包含壳体、传感器、控制PCB；以及显示终端，所述显示终端内置APP软件；所述检测设备与显示终端内的APP软件以无线通信方式连接；其中所述传感器包括屏蔽罩，以及设置于屏蔽罩内部的闪烁晶体单元、脉冲放大器，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器电性连接，所述脉冲放大器与控制PCB电性连接。本发明公开的便携式伽马射线检测系统，具有结构简单，体积小，成本低等优点。

Description

便携式伽马射线检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及一种伽马射线检测系统及检测方法，尤其涉及一种采用闪烁晶体单元检测伽马射线的便携式伽马射线检测系统及检测方法。

背景技术

电离辐射是指一切能引起物质电离的辐射总称，其种类很多，如高速带电粒子有α粒子、β粒子、质子，以及不带电粒子有中子、X射线、γ射线。常见的电离辐射包括：医院的透射仪，实验室能谱仪，家庭装修所用的矿物质大理石，工业用各种放射源，核工业废料，接受放射治疗的病人，核电站，以及来自宇宙的射线，以上所述的电离辐射主要是指穿透力强、危害大的中子、X射线、γ射线辐射。电离辐射能够导致细胞的损伤,特别是DNA的损伤，增加致癌可能性，当损伤发生在性腺生殖细胞,则可能将错误的遗传信息传递给后代而引起遗传效应。尤其孕妇，儿童，老人更需要远离电离辐射，但是日常生活中通过电离辐射探测设备可以避免此类辐射。

电离辐射探测仪器主要基于三种原理，盖格计数、闪烁体计数、半导体计数。盖格计数器的盖格计数管体积较大，而且需要额外提供一个几百伏甚至上千伏的高压电源，实现这一个高压电源需要占用较大的空间且有安全隐患，总之盖格计数器的原理虽然成熟，但是不适用于可穿戴便携式电离辐射探测器；半导体计数成本高昂，适合在高端能谱分析仪器使用。因此开发一款便携式低成本的便携式伽马射线检测系统迫在眉睫。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种便携式伽马射线检测系统，包括：检测设备，所述检测设备包含壳体、传感器、控制PCB；以及显示终端，所述显示终端内置APP软件；所述检测设备与显示终端内的APP软件以无线通信方式连接；其中所述传感器包括屏蔽罩，以及设置于屏蔽罩内部的闪烁晶体单元、脉冲放大器，所述闪烁晶体单元与脉冲放大器电性连接，所述脉冲放大器与控制PCB电性连接。

优选地，所述屏蔽罩的材质为具有高磁导率的合金或金属。

优选地，所述屏蔽罩内侧和外侧均具有抗氧化的镀膜，或者内侧和外侧至少其中之一具有抗氧化的镀膜。

优选地，所述镀膜包含至少一层镀铜膜与一层镀镍膜或一层镀金膜与一层镀镍膜。

优选地，所述闪烁晶体单元设置有遮光层，所述遮光层包覆闪烁晶体，仅保留闪烁晶体的一个出光面；以及光电转换单元，所述光电转换单元与所述出光面耦合设置，并与所述脉冲放大器电性连接。

优选地，所述闪烁晶体为碘化铯或者碘化铊。

优选地，所述遮光层为二氧化钛，所述光电转换单元为光电二极管。

优选地，所述控制PCB上设置有与所述脉冲放大器电性连接的比较器。

优选地，所述控制PCB上设置有与所述脉冲放大器电性连接的电荷泵。

本发明公开的便携式伽马射线检测系统，采用的是闪烁晶体单元检测伽马射线，相比于国内市场在售的电离辐射探测仪具有低成本，小体积，便于携带。

附图说明

图1为本发明便携式伽马射线检测系统示意图；

图2为本发明便携式伽马射线检测系统原理图；

图3为本发明闪烁晶体单元立体结构示意图；

图4为本发明闪烁晶体单元部分示意；

图5为图4中立体结构的主视图；

图6为图5的A-A’剖视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如附图1至6所示，本发明公开了一种便携式伽马射线检测系统，包括：检测设备100，所述检测设备包含壳体、传感器110、控制PCB120；以及显示终端200，所述显示终端200内置APP软件（应用软件）；所述检测设备100与显示终端200内的APP软件以无线通信方式连接；其中所述传感器110包括屏蔽罩111，以及设置于屏蔽罩111内部的闪烁晶体单元130、脉冲放大器116，所述闪烁晶体单元130与脉冲放大器116电性连接，所述脉冲放大器116与控制PCB120电性连接。其中，所述屏蔽罩111的材质为具有高磁导率的合金或金属，较佳地，所述具高磁导率的合金或金属可以是无取向硅钢片或铁氧体，以达到屏蔽静磁场的效果。须说明的是，本发明所述无线通信方式可以是ZigBee 通信或者Z-Wave通信或者WiFi通信或蓝牙通信，所述显示终端200可以是智能手机或者平板电脑或者个人笔记本电脑或者数码相机。

另外，所述屏蔽罩111内侧和外侧均具有抗氧化的镀膜，或者内侧和外侧至少其中之一具有抗氧化的镀膜。为了屏蔽低能电磁波，所述抗氧化镀膜优选金（AU）镀膜，镀在所述具高磁导率的合金或金属的内侧和外侧。考虑到金成本较高，从成本考虑，还可以选择将所述抗氧化镀膜设置为至少两层金属镀膜。较佳地，可在所述具高磁导率的合金或金属内侧和外侧分别镀至少一层铜膜与一层镍膜，且以所述铜膜为底，铜膜上再镀镍膜。铜镀层可以屏蔽低能电磁波，镀镍层具有抗氧化作用，防止被腐蚀。申请人通过大量的实验得知，所述镀铜膜与镀镍膜的厚度分别至少为7微米与3微米时屏蔽效果较佳，也就是说，所述镀铜膜与镀镍膜的厚度临界值分别为7微米与3微米时已具有较佳的屏蔽效果，当然如想获得更好的屏蔽效果，可以在其临界值基础上加厚，以实现特定屏蔽目的。

此外，所述闪烁晶体单元130设置有遮光层112，所述遮光层112包覆闪烁晶体119，仅保留闪烁晶体的一个出光面1191；以及光电转换单元114，所述光电转换单元114与所述出光面1191耦合设置，并通过若干导线115与所述脉冲放大器116电性连接。具体而言是将脉冲放大器116与光电转换单元114的导电引脚1141电连接。其中，所述的遮光层112材质为对于光具有高反射功能的金属或者合金，优选铝或者二氧化钛。所述光电转换单元为光电二极管，优选硅光电二极管。需说明的是，所述光电转换单元与所述出光面1141通过透明导光硅胶113实现耦合，以避免闪烁晶体潮解，并确保二者达到最小的接触间隙，以减小光路损耗，提高转化效率。

另外，本发明所述的闪烁晶体为长方体或正方体结构，以确保伽马射线转化的可见光在遮光层的作用下光路简单，经过若干次反射后即可从出光面1191射出，提光电高转化效率；当然也可以选择其他立体结构的闪烁晶体实现同样效果。此外，所述闪烁晶体优选碘化铯或碘化铊。

所述脉冲放大器116具有导线118A、118B、118C、118D，且所述导线外侧118A、118B、118C、118D均设置有绝缘层117，所述绝缘层采用钛酸铅陶瓷，以实现除导线与壳体之间保持绝缘外，还具有铁磁性，实现全屏蔽。

本发明所述的控制PCB120上设置有比较器121、电荷泵122、电源管理123、MCU124、报警单元、USB接口125以及无线通信模块126。所述MCU即微控制单元，本发明优选是低功耗单片机，所述报警单元可以是具有提醒用户功能的蜂鸣器、多色LED闪烁灯、震动马达之一或任意组合，所述电源管理123、USB接口125以及无线通信模块126均采用现有技术实现，在此不赘述。

所述比较器121通过导线118D与所述脉冲放大器116电性连接，所述电荷泵122通过导线118A与所述脉冲放大器116电性连接。

通过本发明所述的伽马射线检测系统可以实现将伽马射线转化为可检测的电信号，并将其通过显示终端（如手机、Ipad等）APP在显示终端呈现瞬时辐射剂量，累计辐射剂量，辐射剂量时间曲线,警报，相关建议等，将无形的伽马射线变为可视化的数据。当有伽马射线照射时，闪烁晶体单元130将伽马射线转化为不规则的电流脉冲信号通过导线115输出给与之电性连接的脉冲放大器116，进而通过脉冲放大器116将捕获的不规则的电流脉冲信号转化为不规则的电压脉冲信号，再通过导线118B输出给比较器121将所述电压脉冲信号转化为标准正弦波。详言之，即所述闪烁晶体119将伽马射线转化为光，由于遮光层112的作用，光经过若干次反射后通过闪烁晶体119的出光面1191射出，此时与所述出光面1191耦合设置的光电转换单元114将接收到的光转化为微弱的不规则的电流脉冲信号，再将电流脉冲信号输出给与之电性连接的脉冲放大器116，进而将捕获的电流脉冲信号转化为不规则的电压脉冲信号并输出给比较器121，通过比较器121将不规则的电压脉冲信号转化为标准正弦方波电压脉冲信号，输出给MCU分析、存储并通过预定通信协议发送给显示终端200显示。其中，所述电荷泵122通过导线118A为光电转化单元114提供一偏压（本发明优选18V），以确保光电转化单元114工作在光导模式；所述MCU122通过导线127为比较器121提供一可调直流电压，进而实现传感器110灵敏度的调节；所述脉冲放大器116由低噪声、高跨导的结型场效应管BF862和运算放大器AD8542组成，通过脉冲放大器116把电荷信号转换为电压幅度输出, 并实现放大的功能。由于结型场效应管BF862将电流转化为电压，及通过运算放大器AD8542将电压放大输出是成熟的现有技术在此不做赘述。

本发明所述的伽马射线检测方法为：首先，用闪烁晶体单元130将伽马射线转化为不规则的电流脉冲信号；其次，用脉冲放大器116将所述电流脉冲信号转化为电压脉冲信号；然后，用比较器121将所述电压脉冲信号转化为标准正弦波；最后，用MCU122将所述正弦波进行采集、处理后发送至显示终端200显示。

本发明公开的便携式伽马射线检测系统，采用的是闪烁晶体单元检测伽马射线，具有结构简单，体积小，成本低等优点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种便携式伽马射线检测系统，包括：

检测设备（100），所述检测设备包含壳体、传感器（110）、控制PCB（120）；

以及显示终端（200），所述显示终端（200）内置APP软件；

所述检测设备（100）与显示终端（200）内的APP软件以无线通信方式连接；

其特征在于：所述传感器（110）包括屏蔽罩（111），以及设置于屏蔽罩（111）内部的闪烁晶体单元（130）、脉冲放大器（116），所述闪烁晶体单元（130）与脉冲放大器（116）电性连接，所述脉冲放大器（116）与控制PCB（120）电性连接。

2.根据权利要求1所述的便携式伽马射线检测系统，其特征在于：所述屏蔽罩（111）的材质为具有高磁导率的合金或金属。

3.根据权利要求1所述的便携式伽马射线检测系统，其特征在于：所述屏蔽罩（111）内侧和外侧均具有抗氧化的镀膜，或者内侧和外侧至少其中之一具有抗氧化的镀膜。

4.根据权利要求3所述的便携式伽马射线检测系统，其特征在于：所述镀膜包含至少一层镀铜膜与一层镀镍膜或一层镀金膜与一层镀镍膜。

5.根据权利要求1所述的便携式伽马射线检测系统，其特征在于：所述闪烁晶体单元（130）设置有遮光层（112），所述遮光层（112）包覆闪烁晶体（119），仅保留闪烁晶体的一个出光面（1191）；以及光电转换单元（114），所述光电转换单元（114）与所述出光面（1191）耦合设置，并与所述脉冲放大器（116）电性连接。

6.根据权利要求5所述的便携式伽马射线检测系统，其特征在于：所述闪烁晶体（119）为碘化铯或者碘化铊。

7.根据权利要求5所述的便携式伽马射线检测系统，其特征在于：所述遮光层（112）为二氧化钛，所述光电转换单元（114）为光电二极管。

8.根据权利要求1所述的便携式伽马射线检测系统，其特征在于：所述控制PCB（120）上设置有与所述脉冲放大器（116）电性连接的比较器（121）。

9.根据权利要求1所述的便携式伽马射线检测系统，其特征在于：所述控制PCB（120）上设置有与所述脉冲放大器（116）电性连接的电荷泵（122）。

10.一种伽马射线检测方法，包括：

首先通过闪烁晶体单元（130）将伽马射线转化为不规则的电流脉冲信号；

然后用脉冲放大器（116）将所述电流脉冲信号转化为电压脉冲信号；

接着用比较器（121）将所述电压脉冲信号转化为标准正弦波；

最后用MCU（122）将所述正弦波进行采集、处理后发送至显示终端（200）显示。