CN107783170A - 采用复合结构壳体的伽马射线检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，包括：壳体、传感器、控制PCB；其中所述壳体为热电材料层与绝缘层构成的复合结构；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。本发明公开的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，采用的是热电材料层与绝缘层构成的复合结构壳体，具有自发电功能，可以延长检测设备的续航时间。

Description

采用复合结构壳体的伽马射线检测设备

技术领域

本发明涉及一种伽马射线检测设备，尤其涉及一种采用热电材料层与绝缘层构成的复合结构壳体的便携式伽马射线检测设备。

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。

可穿戴便携式的伽马射线检测设备的供电方式一般为内置电池或外接电源，但在没有外接电源且内置电池电量不足情况下，检测设备难以继续工作。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，包括：壳体、传感器、控制PCB；其中所述壳体为热电材料层与绝缘层构成的复合结构；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，在所述壳体上设置第一绝缘层，所述第一绝缘层将壳体分为第一壳体与第二壳体，第一壳体包括第一氧化物热电材料层、第二绝缘层与第二氧化物热电材料层，且第二氧化物热电材料层设置有第一电极；第二壳体包括第一合金热电材料层、第三绝缘层与第二合金热电材料层，且第二合金热电材料层设置有第二电极，第一氧化物热电材料层与第一合金热电材料层通过导电层相连接。

优选地，所述第一氧化物热电材料层与第二氧化物热电材料层为一体成型结构，所述第一合金热电材料层与第二合金热电材料层为一体成型结构。

优选地，所述第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层为二氧化硅。

优选地，所述第一电极、第二电极、导电层为导电材料，可以是银、金、铝、镍、铅、铜、石墨任意一种或其组合。

优选地，所述第一电极、第二电极分别与控制PCB电连接。

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。

优选地，所述的闪烁晶体为长方体或正方体结构。

本发明公开的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，采用的是热电材料层与绝缘层构成的复合结构壳体，具有自发电功能，可以延长检测设备的续航时间。

附图说明

图1为为本发明便携式伽马射线检测设备整体示意图；

图2为本发明便携式采用复合结构壳体的伽马射线检测设备原理图；

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，本发明公开了一种采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，包括：壳体3、传感器110、控制PCB120；其中所述壳体3为热电材料层与绝缘层构成的复合结构；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。

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变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，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，除实现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125、USB接口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。

通过本发明所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备可以实现将伽马射线转化为可检测的电信号并通过声光震动等形式提示用户注意远离辐射区域。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、存储及发送给报警单元125。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。

如图1所示，在所述壳体3上设置第一绝缘层35，所述第一绝缘层35将壳体3划分为电气上相互独立的第一壳体330与第二壳体331两部分，第一壳体330包括第一氧化物热电材料层31、第二绝缘层32与第二氧化物热电材料层33，且第二氧化物热电材料层33设置有第一电极34；第二壳体331包括第一合金热电材料层36、第三绝缘层37与第二合金热电材料层38，且第二合金热电材料层38设置有第二电极39，第一氧化物热电材料层31与第一合金热电材料层36通过导电层40相连接。通过上分析可知，本发明所述第一壳体330与第二壳体331均至少为三层结构，内外两层为热电材料层，中间设置一绝缘层（如二氧化硅层），且在设置于壳体内部的热电材料层设置有电极。需着重说明的是，第一壳体330选用的是N型氧化物热电材料层，第二壳体331选用的是P型合金热电材料层。

本发明第一壳体330是由第一氧化物热电材料层31、第二绝缘层32与第二氧化物热电材料层33组成至少三层的复合结构；第二壳体331是由第一合金热电材料层36、第三绝缘层37与第二合金热电材料层38组成至少三层的复合结构。由于氧化物热电材料、合金热电材料与二氧化硅均具有非常好的隔热性。因此，第一壳体330与第二壳体331可保持壳体内部温度长时间处于恒温状态，当用户手持本发明所述的检测设备时或将其放置在温度较高的地方（如太阳下照射或热源附近）可使壳体内外温差较大，此时设置于第一壳体330外侧的第一氧化物热电材料层31相当于热端，设置于第一壳体330内侧的第二氧化物热电材料层33相当于冷端；同样地，设置于第二壳体331外侧的第一合金热电材料层36相当于热端，设置于第二壳体331内侧的第二合金热电材料层38相当于冷端，而第一氧化物热电材料层31与第一合金热电材料层36通过导电层40相连接，根据塞贝克（Seebeck）效应，由于热端与冷端间有温度差存在，使第二合金热电材料层38的冷端第二电极39有负电荷积累而成为阴极（“-”）；第二氧化物热电材料层33的冷端第一电极34有正电荷积累而成为阳极（“+”），由于第一氧化物热电材料层31与第一合金热电材料层36通过导电层40相连接形成闭合电路，使得第一电极34与第二电极39可以与所述控制PCB120电连接，具体为与USB接口126电连接，以进一步提升检测设备100续航能力或在检测设备欠电时通过摩擦或将其放在热源附近以实现延长续航能力。

另外，需说明的是，本发明所述的第一氧化物热电材料层31与第二氧化物热电材料层33、第一合金热电材料层36与第二合金热电材料层38均为一体成型结构，以形成冷端与热端结构。

本发明所述的第一合金热电材料层36、第二合金热电材料层38、第一氧化物热电材料层31、第二氧化物热电材料层33为低温热电材料，具体可根据不同的应用场景配置不同工作温度的热电材料组合，因为是现有技术，在此不加以赘述。

另外，由于二氧化硅具有极好的耐热耐腐蚀及绝缘特性，因此本发明所述的第一绝缘层35、第二绝缘层32、第三绝缘层37均以二氧化硅作为绝缘层。

此外，本发明所述的第一电极34、第二电极39、导电层40均为导电材料，可以是银、金、铝、镍、铅、铜、石墨任意一种或其组合，以实现良好的导电效果。

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)

1.一种采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，包括：壳体（3）、传感器（110）、控制PCB（120）；

其特征在于：所述壳体（3）为热电材料层与绝缘层构成的复合结构；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所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备,其特征在于：在所述壳体（3）上设置第一绝缘层（35），所述第一绝缘层（35）将壳体（3）分为第一壳体（330）与第二壳体（331），第一壳体（330）包括第一氧化物热电材料层（31）、第二绝缘层（32）与第二氧化物热电材料层（33），且第二氧化物热电材料层（33）设置有第一电极（34）；第二壳体（331）包括第一合金热电材料层（36）、第三绝缘层（37）与第二合金热电材料层（38），且第二合金热电材料层（38）设置有第二电极（39），第一氧化物热电材料层（31）与第一合金热电材料层（36）通过导电层（40）相连接。

3.根据权利要求2所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备,其特征在于：所述第一氧化物热电材料层（31）与第二氧化物热电材料层（33）为一体成型结构，所述第一合金热电材料层（36）与第二合金热电材料层（38）为一体成型结构。

4.根据权利要求2所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备,其特征在于：所述第一绝缘层（35）、第二绝缘层（32）、第三绝缘层（37）为二氧化硅。

5.根据权利要求2所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备,其特征在于：所述第一电极（34）、第二电极（39）、导电层（40）为导电材料，可以是银、金、铝、镍、铅、铜、石墨任意一种或其组合。

6.根据权利要求2所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备,其特征在于：所述第一电极（34）、第二电极（39）分别与控制PCB（120）电连接。

7.根据权利要求1所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，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。

8.根据权利要求1所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，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所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，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.根据权利要求7所述的采用复合结构壳体的伽马射线检测设备，其特征在于：所述的闪烁晶体（119）为长方体或正方体结构。