CN109975855B - 一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于蓝牙技术的宽量程智能X‑γ剂量率仪装置，包括塑料闪烁体探测器模块、光电倍增管模块、信号调理模块、供电电源模块、信号采集与信息处理模块、电池电量显示模块、温度控制模块、无线蓝牙模块、高压调节模块、底层软件模块、有线通信模块、手持终端模块、参数设置模块、上层软件模块。根据本发明实施例基于蓝牙技术的宽量程智能X‑γ剂量率仪装置具有探测器和二次仪表分离无连接、能量响应好、响应时间快、灵敏度高、温度稳定性好、剂量率测量范围宽等优点。仪器短时间能准确反馈辐射水平，实时监测剂量率仪的工作状态，随时查阅历史辐射测量信息，掌握目标区域辐射变化，实时存储原始数据信息，为其他相关研究提供原始数据。

Description

一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置

技术领域

本发明涉及放射性辐射环境监测领域，具体涉及一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置。

背景技术

随着放射性同位素广泛应用，工业放射性测量设备的使用，医疗卫生放射性诊断，核电站的开发利用，放射性安全检查，地质矿山以及其它环境外照射测量等，都要进行放射性辐射环境监测，近年来对含有超过正常水平的天然放射性物质的建筑材料引入居室，可能增加了射线对人体的照射，也引起人们的广泛重视。

基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪用于环境X-γ辐射空气吸收剂量率的测量，由于该装置测量剂量率的量程宽、响应时间快，能量响应好，仪器性能稳定，因此，它不仅用于一般环境外照射测量，而且还可用在核工程及各种不同放射性辐射环境监测场合下，可携带出用于各种环境条件下的剂量率测量，还可以用在固定场合下的连续监测。实现一机多用的目的。用该仪器进行X光机暴光量的测量，能准确可靠给出量值的大小，达到仪器多用途的目的。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，主要针对原有剂量率仪装置的探测器与二次仪表(包括手持终端、平板电脑、工业应用电脑等)分开无连接，难以在远离放射源地点安全地得到其测量数据，剂量率测量范围较窄，仪器的温度没有补偿调节导致温度稳定性较差等自上而下的关联问题，利用吸收剂量和吸收剂量率与处理电路输出的信号成线性关系，进而实现基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置。

本发明采用的技术方案如下：一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，主要由塑料闪烁体探测器模块、光电倍增管模块、信号调理模块、供电电源模块、信号采集与信息处理模块、电池电量显示模块、温度控制模块、无线蓝牙模块、高压调节模块、底层软件模块、有线通信模块、手持终端模块、参数设置模块、上层软件模块组成；其特征在于：供电电源模块由高压供电电路和低压供电电路组成，分两路输出，高压供电输出连接至光电倍增管模块和塑料闪烁体探测器模块，低压输出连接至信号调理模块和信号采集与信息处理模块；所述塑料闪烁体探测器模块连接光电倍增管模块，光电倍增管模块连接到信号调理模块，信号调理模块连接信号采集与信息处理模块；信号采集与信息处理模块分别连接无线蓝牙模块、有线通信模块、高压调节模块、电池电量显示模块和手持终端模块；电池电量显示模块连接底层软件模块和手持终端模块，温度控制模块连接底层软件模块和手持终端模块，无线蓝牙模块连接手持终端模块，所述高压调节模块连接至有线通信模块和无线蓝牙模块送入手持终端模块；有线通信模块连接手持终端模块；底层软件模块连接至信号采集与信息处理模块送入上层软件模块，上层软件模块连接至参数设置模块送入底层软件模块，参数设置模块连接至上层软件模块送入底层软件模块。

所述塑料闪烁体探测器模块，模块选用75cm×50cm圆柱体面加45°切角结构的塑料闪烁体和喷涂在塑料闪烁体上的ZnS(Ag)组成，闪烁体在X-γ射线的激发下发生相互作用并发光，能量响应好，灵敏度高；用于将输入的待测样品经探测器后转换为闪烁光信号，输出连接到光电倍增管模块。其功能是通过推导入射X或γ射线能量与X-γ射线与探测器相互作用输出的脉冲数目和核脉冲所包含能量之间的关系，进而获得入射X或γ射线能量与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系。

所述光电倍增管模块，用于将塑料闪烁体发出的闪烁光信号转变成电信号,光电子按聚焦极电场进入倍增系统，将电子倍增放大，并从光电倍增管的阳极输出电脉冲，记录分析这些脉冲即可测定X-γ射线的强度和能量。将光电倍增管输出连接至信号调理模块。

所述信号调理模块，该模块由信号放大电路、积分补偿电路和I-F变换电路组成，用于改善能量及提高测量准确度，输出连接到信号采集与信息处理模块；通过光电倍增管的耐辐照选择、提高高压电源的负载能力、特殊的分压电路和宽量程的I-F变换来解决扩大线性范围拓宽上限。

所述供电电源模块，用于提供探测器的高压和信号采集与处理电路的低压。所述供电电源模块分别与所述数据采集与信息处理模块和所述高压调节模块相连以对所述数据采集与信息处理模块和所述高压调节模块供电。

所述信号采集与信息处理模块，以ARM处理器为核心的数据采集与信息处理模块，从探测器经光电倍增管的被测单元中自动采集电信号，送到上位机中进行存储，分析和处理。用于采集信号、供电电压调节、温度补偿等参数并对其进行处理，通过捕获脉冲计数、温度、来调节光电倍增管的高压值、准确测量辐射的强度。输出连接至无线蓝牙模块和有线通信模块，并反馈连接高压调节模块和电池电量显示模块。

所述电池电量显示模块，通过检测PWM脉冲来测量仪器的电池电量状态。用于对供电电源模块进行实时电量监控，输出连接至底层软件模块，并接入手持终端模块显示。

所述温度控制模块，用于补偿光电倍增管的暗电流和增益受温度的影响，输出连接至底层软件模块，并接入手持终端模块显示。运用仪器带有温度传感器，通过对温度值的逐点线性拟合处理，归一到温度在20-25℃下的测量值，克服由于仪器温度变化而引起的测量数值的变化，以达到仪器测量的精确度。

所述无线蓝牙模块，用于实现采集模块与手持终端的无线通信，使用蓝牙模块实现无线连接方式进行仪器测量条件的设置，可无线实现探测器高压的调节，探测器的温度指示与温度补赏，数据的采集处理、图表的显示处理数据的浏览、参数设置等。并将采集到的温湿度、脉冲数计、电量值等数据封包无线传递至上位机应用软件，无线蓝牙输出连接至手持终端模块。

所述高压调节模块，用于调节光电倍增管的高压值、来准确的测量辐射的强度，输出连接至有线通信模块和无线通信蓝牙模块送入手持终端模块。高压的调节与量程的扩大功能，探测器高压的调节是通过无线连接的手持终端控制的，数值的大小是通过软件以数字的格式加以调节的，为了扩大该仪器的测量范围，当剂量率达到较高的数值时，仪器自动跳转到一个低灵敏度下运行，以达到扩大量程的目的。

所述底层软件模块，用于与上位机的上层软件进行交互，输出连接至信号采集与信息处理模块送入上层软件模块。这是一个单独的模块，和上层软件模块通信。

所述有线通信模块，用于将采集到的温湿度、脉冲计数、电量值等数据封包有线传递至上位机应用软件，有线输出连接至手持终端模块。

所述手持终端模块，用于可视化客户端，支持触摸操作、友好的与用户进行人机交互，用户能够直观查看温度、剂量、误差、采样时间、电池电量等信息，调节仪器相关参数，声音报警，输出连接至信号采集与信息处理模块。手持终端可实现有线或无线采集和存储数据，即可满足一般用户的需要记录和浏览，对一些用户需要打印、编辑以及数据的比较时，还可利用笔记本电脑，它给出一个通讯界面将平板电脑和笔记本电脑连在一起，可将平板电脑上的数据传送到笔记本电脑上。

所述参数设置模块，测量前根据测量的需要设置测量参数，如采样时间，测量次数，循环次数等，用户可根据需要设置测量参数的大小。用于设置仪器参数，输出连接至上层软件模块送入底层软件模块。

所述上层软件模块，用于对接收到的数据包进行解析，输出连接至底层软件模块及信号采集与信息处理模块。用于手持终端上的上层软件模块，实现GUI(图形界面交互)显示功能。其功能不仅给出数据的列表形式，而且给出图表形式，只要在图表上点击一下测量点，即可得到该测量点的全部信息(如日期、时间、测量平均值、误差以及测量点的温度等)，且可在整个图表上观测到测量数据的变化趋势。在多次测量中，还可通过时间的选择，对某些感兴趣的测量点进行观察。输出连接至参数设置模块送入底层软件模块。

本发明的创新部分主要为：1、基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置具有探测器和二次仪表分离无连接，即有利于危险区域巡测，又可实现终端无线信息控制参数传递，便于远程监测和控制；2、信号调理模块的设计，特定的I-F变换电路设计来实现宽量程测量，以扩大线性范围拓宽上限，使剂量率测量范围扩大到8个量级(1nGy/h-0.1Gy/h)；3、塑料闪烁体探测器模块结构上采用圆柱体面加45°切角结构的塑料闪烁体和喷涂在塑料闪烁体上的ZnS(Ag)构成，其探测器特定结构上的设计使其探测器能量响应好，灵敏度高；4、温度控制模块上，运用仪器上温度传感器监测仪器的工作温度，同时，通过对温度值的逐点线性拟合处理，归一到温度在20-25℃下的测量值，形成参数系数表存储于手持终端模块中，来自动补偿修正由于仪器温度变化而引起的测量数值的变化，以达到仪器测量的精确度。

本发明的优点是：本发明利用蓝牙无线技术，在半径为80-100m的空旷区域内，通过手持设备或平板电脑控制、调节和测量来自探测器的各种信息，同时，只要探测器能承受温度的考验，仪表可以在另一种环境中使用，不必考虑温度对二次仪表的影响，可无线和有线连接同时使用，可对仪器装置的温度进行逐点线性拟合补赏调节，可在特出情况下扣除本底等功能，实现探测器和手持终端之间交换数据，存储信息大大增加，另外手持终端和计算机之间还有一个信息交换平台，一旦仪器开启无需人为干预，就可得到所需的数据。剂量率测量范围扩大到8个量级(1nGy/h-0.1Gy/h)，不但可在一般的环境中使用，而且可以在高放射性强度下使用，为了在一些特殊环境中安全获取数据(如：强电磁场下)防止对数据的干扰，还可利用探测器末端的插头和平板电脑连接后进行有线测量。具有剂量率测量范围宽，温度稳定性好，性能指标先进等优势。

附图说明

图1为本发明实施例的系统结构框图。

图2为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

参见图1，本发明实施例提供的一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，智能X-γ剂量率仪装置包括塑料闪烁体探测器模块1、光电倍增管模块2、信号调理模块3、供电电源模块4、信号采集与信息处理模块5、电池电量显示模块6、温度控制模块7、无线蓝牙模块8、高压调节模块9、底层软件模块10、有线通信模块11、手持终端模块12、参数设置模块13、上层软件模块14。具体实施时可采用硬件及软件固化技术实现各个模块。

所述塑料闪烁体探测器模块1：塑料闪烁体探测器模块结构上采用圆柱体面加45°切角结构的塑料闪烁体和喷涂在塑料闪烁体上的ZnS(Ag)构成，当射线入射到闪烁晶体时，先是闪烁晶体上的原子或分子激发，然后在退激的过程中发射出光子，此光脉冲射到光电倍增管的光阴极上转换成电子，然后通过管内各打拿极的倍增，最后在阳极上收集电子，转换为电流脉冲i(t)，可以将闪烁体探测器看成一个电流源，输出电流i(t)与闪烁体的发光效率、光阴极的灵敏度及光电倍增管的倍增系数都有关，闪烁体的渡越时间为：函数光源的闪光到达光阴极瞬间与阳极输出脉冲到达峰值时刻之间的时间间隔。闪烁体在X-γ射线的激发下发生相互作用并发光，用于将输入的待测样品经探测器后转换为闪烁光信号，输出连接到光电倍增管模块；具体实施时，对X-γ射线能量与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系可从探头输出脉冲所包含的能量和输出脉冲的计数两个方面计算剂量和剂量率，选用塑料闪烁体探测器，通过推导入射X或γ射线能量与X、γ射线与探测器相互作用输出的脉冲数目和核脉冲所包含的能量之间的关系，进而获得入射X或γ射线的能量与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系，假设吸收剂量和吸收剂量率均在干燥空气条件下测量。

进入单位截面积的闪烁体内所有粒子能量之和(不包括静止能量)称为能注量，用ψ表示，假设能注量为ψ₀的平行射线束垂直地照射在面积为A、厚度为d的闪烁体上，其穿透厚度为x处能注量为ψ_x，由于射线在闪烁体中能注量与穿透厚度之间成指数衰减规律，可表示为：

式中(μ_en)_M是射线在闪烁体中能量吸收系数。在单位时间内，x处的dx层处，其闪烁体吸收X或γ射线的能量dE_M为Aψ_x(μ_en)_Mdx，在单位时间内，闪烁体吸收的能量E_M可表示为：

设闪烁体的光输出量正比于所吸收的辐射能量，并设其它过程：如光收集、光电子产生、电子倍增、阳极电荷收集等，都是线性的，则可认为，光电倍增管所有输出脉冲所包括的总电荷量Q，正比于闪烁体中所吸收的辐射能量E_M。

所述光电倍增管模块2：用于将闪烁体发出的闪烁光信号转变成电信号并进行电子倍增放大，并从光电倍增管的阳极输出电脉冲，记录分析这些脉冲就能测定X-γ射线的强度和能量。将光电倍增管输出连接至信号调理模块3。具体实施时，光电倍增管采用GDB-52LD型，闪烁体和光电倍增管间采用硅脂藕合，光电倍增管分压电阻上的工作电流为60μA。光电倍增管外加有坡莫合金套，以防止外磁场干扰。管外加有绝热套，以防光电倍增管受外界温度突变的影响。

在离子平衡的条件下，在干燥空气中某点，吸收剂量D与入射离子能量E_M以及光电倍增管所有输出脉冲所包括的总电荷量Q之间的关系可表示为：

式中，(μ_en)_A为射线在空气中的能量吸收系数。为照射量D与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系，e为电子电荷，/>为空气中形成对离子所消耗的平均电离能。如果闪烁体较薄，使(μ_en)_Md＜＜1，则上式可化简为：

式中V＝Ad为闪烁体体积。由上式可知，为了测量吸收剂量和吸收剂量率，能达到较好的能量响应，闪烁体的组成上最好能接近空气或软组织，以使(μ_en)_M/(μ_en)_A与hv变化无关的量，对于塑料闪烁体探测器，(μ_en)_M/(μ_en)_A可近似为常数。同时K为常数，ρ为闪烁体材料密度，所以，为常数，即/>

可知要测量吸收剂量或吸收剂量率就要求记录光电倍增管所有输出脉冲的总电荷量。即：吸收剂量和吸收剂量率与处理电路输出的信号成线性关系，处理电路输出的信号随着X或γ射线的能量变化而变化，并且两者之间满足正比的关系。

所述信号调理模块3：该模块由信号放大电路、积分补偿电路和I-F变换电路组成，用于改善能量及提高测量准确度，输出连接到信号采集与信息处理模块5。具体实施时，扩大线性范围拓宽上限是通过光电倍增管的耐辐照选择、提高高压电源的负载能力、特殊的分压电路和宽量程的I-F变换等得到解决。闪烁体发出光子数服从纯指数衰减规律，则阳极输出电流脉冲i(t)可表示为：

式中，Q是一个阳极电流脉冲内所包含的总电荷量。

闪烁体探测器的输出等效电路描述为：R₀为阳极负载电阻、C₀为阳极输出电容、C_s为分布电容、R_i和C_i为下一级放大器的输入电阻和电容，C_c为隔直电容，如果忽视C_c影响，其中C＝C_i+C₀+C_s、R＝R_i//R₀。可等效如下等式：

由此方程可得到阳极脉冲电压的形状为：

怀特跟随器对信号进行初步放大，前置放大电路部分对信号进行进一步的放大，整流电路把信号变为单极性信号，所以脉冲电压信号变为:

a为怀特跟随器和前置放大电路对信号放大的系数。

为了找出V₀与Q、V₀与E_M和V₀与D之间关系，求出在t₁时刻最大值，其振幅最大值为(9)式所示。

即：

将式(10)代入(4)式，有：

从(10)式可知，R、R₆和C₁为定值时，V₀与E_M之间的比值为一个常数，所以说明处理电路输出信号与X或γ射线能量之间的变化成线性关系。由于是一个常数，也是一个常数，所以，从此(11)式可以看出，处理电路输出信号与吸收剂量之间成正比关系，所以说明处理电路的可行性，可以用于吸收剂量的测量。同时，从(11)式中可以看出，在测量吸收剂量时，积分电路的输出信号与R、R₆和C₁，以及K、ρ、V都有关系。所以在进行仪器设计时，要从整体来考虑系统的整个设计和参数计算。

所述供电电源模块4:该模块由高压供电电路和低压供电电路组成，用于提供探测器的高压和信号采集与处理电路的低压。分两路输出，高压供电输出连接至塑料闪烁体探测器模块1和光电倍增管模块2；低压输出连接至信号调理模块3和信号采集与信息处理模块5。具体实施时，采用供电电源7.5V模块实现。

所述信号采集与信息处理模块5：用于采集信号、供电电压调节、温度补偿等参数并对其进行处理，通过捕获脉冲计数、温度、来调节光电倍增管的高压值、准确测量辐射的强度。输出连接至无线蓝牙模块8和有线通信模块11，并反馈连接高压调节模块9和电池电量显示模块6。具体实施时，信号采集通过捕获脉冲计数；数据处理模块包含剂量根据温度系数进行归一化处理、闪烁体刻度系数校对处理、根据统计学规律对数据的波动性进行计算相对误差并且保存相关数据，信号经过处理电路后，处理电路输出信号与X-γ射线能量之间的关系作相应的推导。

所述电池电量显示模块6：用于对供电电源模块4进行实时电量监控，输出连接至底层软件模块10，并接入手持终端模块12显示。具体实施时，通过检测PWM脉冲来测量仪器的电池的电量状态。

所述温度控制模块7：用于补偿光电倍增管的暗电流和增益受温度的影响，输出连接至底层软件模块10，并接入手持终端模块12显示。具体实施时，由于光电倍增管的暗电流和增益随温度的升高而增大，其值约分别为l％/℃和0.5％/℃，因此在探头设计中要进行温度补偿，采用热敏电阻来自动调节管子高压使在-5～+40℃的变化范围内，使温度变化引起的测量值读数变化不大于10％。

所述无线蓝牙模块8：用于将采集到的温湿度、脉冲计数、电量值等数据封包无线传递至上位机应用软件，无线输出连接至手持终端模块12。具体实施时，无线蓝牙采用GC-09模块，为了可靠进行通讯，对蓝牙模块进行了端口、定时器的独立控制，增加可靠性。

所述高压调节模块9：用于调节光电倍增管的高压值、来准确的测量辐射的强度，输出连接至有线通信模块11和无线通信蓝牙模块8送入手持终端模块12。具体实施时，通过PWM控制低压电路完成来自应用软件的高压调节命令对光电倍增管的高压准确调节。

所述底层软件模块10：用于与上位机程序进行交互，输出连接至上层软件模块14和参数设置模块13。具体实施时，底层软件建立在STM32程序中完成，包括仪器电池的续航电量监测、捕获来自A/D转换后的辐射信号、动态调节探头高压来扩大量程、实时的采集温湿度信息、对数据和命令封包与上位机程序进行交互。

所述有线通信模块11：用于将采集到的温湿度、脉冲计数、电量值等数据封包有线传递至上位机应用软件，有线输出连接至手持终端模块12。具体实施时，采用RS-232接口，为了可靠的进行通讯，对有线串口模块都进行了端口、定时器的独立控制，增加可靠性。

所述手持终端模块12：用于可视化客户端，支持触摸操作、友好的与用户进行人机交互，用户能够直观查看温度、剂量、误差、采样时间、电池电量等信息，调节仪器相关参数，声音报警，输出连接至信号采集与信息处理模块5。具体实施时，终端实时显示处理之后的剂量、温湿度、剂量的统计规律以及仪器电量信息等信息，也可对历史采集的剂量信息进行绘制图形回放选择感兴趣的数据采样点进行显示相关信息；可对采集的数据进行压缩通过多种应用(QQ、微信、蓝牙、邮件等)发送至其他用户群体。

所述参数设置模块13：用于设置仪器参数，输出连接至底层软件模块10及信号采集与信息处理模块5。具体实施时，仪器参数设置模块包括温度对剂量影响系数、闪烁体本身的刻度因子、预警阀值、连接方式、显示单位等。

所述上层软件模块14：用于对接收到的数据包进行解析，输出连接至底层软件模块10及信号采集与信息处理模块5。具体实施时，采用C++、Java混合编写，使用了多线程技术、采用了模块化编程、C++面向对象使系统易于开发、维护、升级。预测量是为了校验仪器是否在正常的工作状态确保采集的数据的准确性；针对对接收的数据包解析时加上时间戳，进行统计计算、归一化等一系列操作后进行实时显示、实时预警、实时存储等操作，实现建立连接、数据处理、实时显示信息、动态报警、自动调节高压、参数设置、预测量操作、数据压缩传输、历史数据曲线图显示、数据文件的管理等功能。

Claims (7)

1.一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，主要由塑料闪烁体探测器模块、光电倍增管模块、信号调理模块、供电电源模块、信号采集与信息处理模块、电池电量显示模块、温度控制模块、无线蓝牙模块、高压调节模块、底层软件模块、有线通信模块、手持终端模块、参数设置模块、上层软件模块组成；其特征在于：供电电源模块由高压供电电路和低压供电电路组成，分两路输出，高压供电输出连接至光电倍增管模块和塑料闪烁体探测器模块，低压输出连接至信号调理模块和信号采集与信息处理模块；所述塑料闪烁体探测器模块连接光电倍增管模块，光电倍增管模块连接到信号调理模块，信号调理模块连接信号采集与信息处理模块；信号采集与信息处理模块分别连接无线蓝牙模块、有线通信模块、高压调节模块、电池电量显示模块和手持终端模块；电池电量显示模块连接底层软件模块和手持终端模块，温度控制模块连接底层软件模块和手持终端模块，无线蓝牙模块连接手持终端模块，所述高压调节模块连接至有线通信模块和无线蓝牙模块送入手持终端模块；有线通信模块连接手持终端模块；底层软件模块连接至信号采集与信息处理模块送入上层软件模块，上层软件模块连接至参数设置模块送入底层软件模块，参数设置模块连接至上层软件模块送入底层软件模块；

所述塑料闪烁体探测器模块选用圆柱体加45°切角结构的塑料闪烁体和喷涂在塑料闪烁体上的ZnS(Ag)组成，塑料闪烁体在X-γ射线的激发下发生相互作用并发光，塑料闪烁体的渡越时间为：函数光源的闪光到达光阴极瞬间与阳极输出脉冲到达峰值时刻之间的时间间隔；塑料闪烁体用于将输入的待测样品经探测器后转换为闪烁光信号，输出连接到光电倍增管模块；对X-γ射线能量与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系可从探头输出脉冲所包含的能量和输出脉冲的计数两个方面计算；通过推导入射X或γ射线能量与X、γ射线与探测器相互作用输出的脉冲数目和核脉冲所包含的能量之间的关系，进而获得入射X或γ射线的能量与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系；吸收剂量和吸收剂量率均在干燥空气条件下测量；进入单位截面积的塑料闪烁体内所有粒子能量之和称为能注量，用表示，能注量为/>的平行射线束垂直地照射在面积为A、厚度为d的塑料闪烁体上，其穿透厚度为x处能注量为/>，由于射线在塑料闪烁体中能注量与穿透厚度之间成指数衰减规律，表示为：

（1）；

式中，是射线在塑料闪烁体中能量吸收系数；在单位时间内，x处的dx层处，塑料闪烁体吸收X或γ射线的能量/>，在单位时间内，塑料闪烁体吸收的能量/>表示为：

（2）；

设塑料闪烁体的光输出量正比于所吸收的辐射能量，并设其光收集、光电子产生、电子倍增、阳极电荷收集，都是线性的光电倍增管所有输出脉冲所包括的总电荷量Q正比于塑料闪烁体中所吸收的辐射能量；

在离子平衡的条件下，在干燥空气中某点，吸收剂量D与入射离子能量以及光电倍增管所有输出脉冲所包括的总电荷量Q之间的关系表示为：

（3）；

式中，为射线在空气中的能量吸收系数;D=8.69*10^-3/>为照射量D与吸收剂量和吸收剂量率之间的关系，/>为电子电荷，/>为空气中形成对离子所消耗的平均电离能;使/>，则式(3)化简为：

（4）；

式中V=Ad为塑料闪烁体体积；为了测量吸收剂量和吸收剂量率，能达到好的能量响应，塑料闪烁体的组成上接近空气或软组织，以使与hv变化无关的量，对于塑料闪烁体探测器，/>可近似为常数；同时K为常数，/>为塑料闪烁体材料密度，所以，为常数，即/>；

要测量吸收剂量或吸收剂量率就要求记录光电倍增管所有输出脉冲的总电荷量；即：吸收剂量和吸收剂量率与处理电路输出的信号成线性关系，处理电路输出的信号随着X或γ射线的能量变化而变化，并且两者之间满足正比的关系；

所述信号调理模块由信号放大电路、积分补偿电路和I-F变换电路组成，输出连接到信号采集与信息处理模块；扩大线性范围拓宽上限是通过光电倍增管的耐辐照选择、提高高压电源的负载能力、特殊的分压电路和宽量程的I-F变换得到解决；塑料闪烁体发出光子数服从纯指数衰减规律，则阳极输出电流脉冲i(t)表示为：

（5）；

式中，Q是一个阳极电流脉冲内所包含的总电荷量；

塑料闪烁体探测器的输出等效电路描述为：为阳极负载电阻、/>为阳极输出电容、为分布电容、/>和/>为下一级放大器的输入电阻和电容，/>为隔直电容，忽视/>影响，其中/>、/>；等效如下式：

（6）；

由此方程可得到阳极脉冲电压的形状为：

（7）；

怀特跟随器对信号进行初步放大，前置放大电路部分对信号进行进一步的放大，整流电路把信号变为单极性信号，所以脉冲电压信号变为:

（8）；

式中，a为怀特跟随器和前置放大电路对信号放大的系数；

为了找出与Q、/>与/>和/>与D之间关系，求出在/>时刻最大值，其振幅最大值为式（9）所示：

（9）；

即：

或/>（10）；

将式（10）代入式（4），有：

（11）；

从式（10）可知，、/>和/>为定值时，/>与/>之间的比值为一个常数，所以说明处理电路输出信号与X或γ射线能量之间的变化成线性关系；由于/>是一个常数，也是一个常数，所以，从式（11）式看出，处理电路输出信号与吸收剂量之间成正比关系，所以说明处理电路的可行性，用于吸收剂量的测量；同时，从式（11）中看出，在测量吸收剂量时，积分电路的输出信号与/>、/>和/>，以及K、/>、V都有关系。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，其特征在于：所述供电电源模块，用于提供探测器的高压和信号采集与处理电路的低压；所述供电电源模块分别与所述信号采集与信息处理模块和所述高压调节模块相连以对所述信号采集与信息处理模块和所述高压调节模块供电。

3.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，其特征在于：所述信号采集与信息处理模块以ARM处理器为核心，从探测器经光电倍增管的被测单元中自动采集电信号，送到上位机中进行存储，分析和处理。

4.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，其特征在于：所述无线蓝牙模块，用于实现采集模块与手持终端的无线通信，使用蓝牙模块实现无线连接方式进行仪器测量条件的设置，可无线通信实现探测器高压的调节，探测器的温度指示与温度补赏，数据的采集处理、图表的显示处理、数据的浏览、参数设置，无线蓝牙输出连接至手持终端模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，其特征在于：所述高压调节模块，用于调节光电倍增管的高压值、来准确的测量辐射的强度，输出连接至有线通信模块和无线通信蓝牙模块送入手持终端模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，其特征在于：所述底层软件模块，用于与上位机的上层软件进行交互，输出连接至信号采集与信息处理模块送入上层软件模块。

7.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的宽量程智能X-γ剂量率仪装置，其特征在于：所述有线通信模块，用于将采集到的温湿度、脉冲计数、电量值的数据封包有线传递至上位机应用软件，有线输出连接至手持终端模块。