CN113703031A - 一种氡测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氡测量装置及测量方法，具体涉及氡浓度测量领域，包括仪器箱体和安装于仪器箱体内的氡测量机构和氡测量系统；氡测量机构包括测氡室、氡子体过滤器、干燥管、电磁阀A、电磁阀B、流量计和采样泵；氡测量系统包括放大器、阈值甄别电路、计数电路、控制电路和电源电路。本发明通过采样泵将过滤氡子体后的待测空气采集到氡测量室中，测量室中的氡衰变到氡的子体，通过测量滤膜上的α放射性衰变，多时间段测量并通过加权最小二乘法计算氡子体浓度，整个测量装置能够同时实现氡和氡子体的同时测量，测量精度高，且采用标准测量模式和快速测量模式两种测量模式，一种实现高精准度测量，另一种实现快速测量。

Description

一种氡测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及氡浓度测量领域，具体涉及一种氡测量装置及测量方法。

背景技术

氡子体，222Rn短寿命衰变产物的总称，主要为Po(RaA)、Pb(RaB)、Bi(RaC)和Po(RaC')。氡对人体健康的危害主要是氡及其子体α粒子内照射对呼吸器官的损伤，地质找矿中的测氡方法大多数以氡子体为测量对象。

氡气测量(radon survey)是射气测量的一种，它是用测氡仪测量土壤空气、大气和水中氡及其子体浓度的一类方法。氡气测量除了用于地质找矿和解决有关地质问题外，还广泛应用于其他领域，如环境调查等。

土壤氡气测量有微分(瞬时)和积分(累积)两类方法。前一类一般指测量在数秒到数十分钟，而后一类，其测量时间则一般在数小时到数十天范围内。微分测量方法包括：金箔静电计法和静电计电离室、硫化锌闪烁室法、钋-210法、活性炭抽气测量法等；而积分法则包括径迹蚀刻法、热释光法、硅半导体α仪法、α聚集器法(有天然α卡法、静电α卡法、带电α卡法、氡管法等)、活性炭法、液体闪烁法、钋-210法及铅-210法等。

但是其在实际使用时，只测氡的仪器很多，对于氡和氡子体不能够同时测量，从而导致测量精度不高，且还存在仪器使用不便，且测量速度较慢的缺点。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提供一种氡测量装置及测量方法，通过采样泵将过滤氡子体后的待测空气采集到氡测量室中，测量室中的氡衰变到氡的子体，测量滤膜上的α放射性衰变，多时间段测量并通过加权最小二乘法计算氡子体浓度，整个测量装置和方法操作简单，能够同时实现氡和氡子体的测量，且测量精度高，另外采用标准测量模式和快速测量模式两种测量模式，一种实现高精准度测量，另一种实现快速测量，适用于不同的测量需求，实用性较强，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案如下：

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氡测量装置，包括仪器箱体和安装于仪器箱体内的氡测量机构和氡测量系统；

氡测量机构包括测氡室、氡子体过滤器、干燥管、电磁阀A、电磁阀B、流量计和采样泵；

测氡室内外表面均喷涂有导电漆，内层导电漆连接高压电路，外层接地，所述测氡室内腔底部固定设有氡子体探测器，且氡子体探测器与氡子体过滤器相对应，且氡子体探测器连接负电压，所述测氡室内壁导电漆连接正电压，所述测氡室顶端和侧面分别设有进气口和出气口；

测氡室的进气口通过管道依次连接电磁阀A和氡子体过滤器，气体经氡子体过滤器进行氡过滤，并输送至测氡室；

测氡室的出气口通过管道依次连接采样泵、电磁阀B和流量计，采样泵工作，气体输入测氡室内经氡子体探测器探测后输出至流量计计量；

干燥管两端分别通过管道连接电磁阀A和电磁阀B，与测氡室内空气形成内循环，用于测量气体的干燥；

氡测量系统包括放大器、阈值甄别电路、计数电路、控制电路和电源电路，所述氡子体探测器输出端与放大器输入端连接，所述阈值甄别电路输入端与放大器输出端连接，其输出端与计数电路连接，所述控制电路和电源电路均与氡子体探测器、放大器、阈值甄别电路、计数电路连接，用于电路控制和供电。

在一个优选地实施方式中，所述仪器箱体顶部设有顶盖，所述仪器箱体内腔顶部固定设有封板，所述封板上设有触摸液晶屏、电源开关、干燥管的两个接头以及进气接头和排气接头。

在一个优选地实施方式中，所述测氡室具体为圆顶柱形塑料，其内层导电漆连接3000V高压,所述氡子体探测器具体为PIPS半导体探测器。

在一个优选地实施方式中，所述控制电路由单片机、LCD、取样泵、电磁阀、数字电源、电源隔离模块、模拟电源、2KV高压模组、氡子体探测器、氡子体过滤器、光电隔离、流量计、温湿度传感器、蜂鸣器和时钟存储构成多个电路，具体为泵及阀的电源控制电路、泵的调速电路、电磁阀驱动电路、液晶控制电路、蜂鸣器控制电路和传感器控制电路。

在一个优选地实施方式中，所述电磁阀A、电磁阀B均为三通电磁阀，所述三通电磁阀连接单片机，所述采样泵具体为无刷真空泵，所述无刷真空泵连接单片机，由单片机控制无刷真空泵的无刷电机，与干燥管配合实现空气的湿度调节。

在一个优选地实施方式中，所述放大器具体为电荷灵敏放大器，其电源输入端采用滤波电路和探测器的前放电路一体化电磁屏蔽设计；所述阈值甄别电路具体为比较器，所述比较器连接单片机的IO口；所述计数电路具体为计数器，所述单片机内部的模拟开关连接到内部集成的计数器。

在一个优选地实施方式中，所述氡子体过滤器由滤膜取样器和探测部件组成，所述滤膜取样器包括外壳和固定设置于外壳内的滤膜，所述探测部件包括机体和安装于机体内的氡子体过滤器组成，所述滤膜取样器设置于探测部件一侧，所述外壳一端与机体螺纹连接，另一端连接采样泵。

在一个优选地实施方式中，所述电源电路包括可充电锂电池组、稳压器、电源隔离模块，所述可充电锂电池组通过稳压器给单片机和单片机外围电路供电，所述可充电锂电池组通过电源隔离模块为2000V高压模块和探测器供电。

本发明还提供了一种氡测量方法，包括以下测量步骤：

S1、将仪器箱体至于测量空间内，打开顶盖，启动电源开关，通过触摸液晶屏进行操作控制，启动测量；

S2、开启采样泵，从进气接口将外侧气体抽入，气体抽入后经氡子体过滤器，气体通过采样泵将过滤氡子体后的待测空气采集到测氡室中，测氡室中的氡衰变到氡的子体，新生氡子体由于衰变过程的核反冲发生电离现象，导致新生氡子体带有正电，由于测氡室的内壁连接高的正电压，在测氡室内的半导体探测器连接负电压，并接地，则带电新生氡子体在电场作用下向探测器漂移并附着到探测器表面；

S3、附着在探测器表面的²¹⁸Po衰变产生的α粒子被探测器测量到，形成的脉冲经阈值甄别后计数，计数正比于待测空气的氡浓度，从而通过计数可求得待测空气氡浓度。

在一个优选地实施方式中，步骤S2-S3中，由单片机提供时序控制和动作，计数测量过程结束后，由单片机根据内置的计算公式和相关参数计算出氡浓度：

式中，C_Rn：氡浓度，Bq.m^-3

K：刻度因子，Bq.m^-3/计数

N：测量计数

SD(K)和SD(N)：分别为K的不确定度(B类)和N的不确定度(A类)

SD(C_Rn)：氡浓度的合成不确定度。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过采样泵将过滤氡子体后的待测空气采集到氡测量室中，测量室中的氡衰变到氡的子体，新生氡子体由于衰变过程的核反冲发生电离现象，导致新生氡子体带有正电，在氡测量室的内壁加上一个高的正电压，在氡测量室内的半导体探测器表面加上一个负电压(接地)，则带电新生氡子体在电场作用下向探测器漂移并附着到探测器表面；附着在探测器表面的²¹⁸Po衰变产生的α粒子被探测器测量到，形成的脉冲经阈值甄别后计数，计数正比于待测空气的氡浓度，从而通过计数可求得待测空气氡浓度，整个装置能够同时实现氡和氡子体的测量，相较于现有技术中只能够测氡的仪器，本发明适用性更广，且测量结果更加精准；

2、由于氡子体采样过程的气路相对简单，从仪器技术实现的角度考虑，没有必要单独设计一套气路，而是完全可以与氡的取样气路共用，只是需要在氡子体过滤器前端设计氡子体测量探测器及其相应后续核电子脉冲放大和计数电路，由单片机控制相应计数测量和氡子体浓度计算，整个测量装置和方法操作简单，标准测量模式和快速测量模式两种测量模式，一种实现高精准度测量，另一种实现快速测量，适用于不同的测量需求，实用性较强；

3、本发明采用一体式仪器外壳，整体液晶显示印刷面板，封闭式结构连接，以达到防水、防尘目的；

4、本发明采用一键式操作，尽可能减少人的干预，单片机控制从采样泵、气路变换、测量、计数存储、工作过程显示、结果计算和显示

5、本发明测量装置的氡探测效率>35％，测量下限<120Bq/m³，氡子体探测效率>35％,测量下限<0.1μJ/m³。

附图说明

图1为本发明的氡测量方法的仪器技术实现框图。

图2为本发明的测氡过程的工作时序图。

图3为本发明的氡子体测量方法的仪器实现技术框图。

图4为本发明的测氡室结构示意图。

图5为本发明的氡子体过滤器结构示意图。

图6为本发明的干燥管结构示意图。

图7为本发明的仪器电路原理图。

图8为本发明的电荷灵敏放大器原理图。

图9为本发明的阈值甄别电路图。

图10为本发明的控制电路图。

图11为本发明的泵及阀的电源控制电路图。

图12为本发明的泵的调速电路图。

图13为本发明的电磁阀驱动电路图。

图14为本发明的液晶控制电路图。

图15为本发明的蜂鸣器控制电路图。

图16为本发明的传感器控制电路图。

图17为本发明的供电电源框图。

图18为本发明的电源电路图。

图19为本发明的单片机测量程序流程图。

图20为本发明的仪器箱体结构示意图。

附图标记为：1仪器箱体、2测氡室、3氡子体过滤器、31外壳、32滤膜、33机体、4干燥管、5流量计、6采样泵、7氡子体探测器、8进气口、9出气口、10放大器、11阈值甄别电路、12计数电路、13控制电路、14电源电路、15顶盖、16封板、17触摸液晶屏、18电源开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照说明书附图1-3，本发明提供了一种氡测量装置，包括仪器箱体1和安装于仪器箱体1内的氡测量机构和氡测量系统；

氡测量机构包括测氡室2、氡子体过滤器3、干燥管4、电磁阀1、电磁阀2、流量计5和采样泵6；

测氡室2内外表面均喷涂有导电漆，内层导电漆连接高压电路，外层接地，所述测氡室2内腔底部固定设有氡子体探测器7，且氡子体探测器7与氡子体过滤器3相对应，且氡子体探测器7连接负电压，所述测氡室2内壁导电漆连接正电压，所述测氡室2顶端和侧面分别设有进气口8和出气口9，该气口为聚四氟乙烯材料；

测氡室2的进气口8通过管道依次连接电磁阀1和氡子体过滤器3，气体经氡子体过滤器3进行氡过滤，并输送至测氡室2；

测氡室2的出气口9通过管道依次连接采样泵6、电磁阀2和流量计5，采样泵6工作，气体输入测氡室2内经氡子体探测器7探测后输出至流量计5计量；

干燥管4两端分别通过管道连接电磁阀1和电磁阀2，与测氡室2内空气形成内循环，用于测量气体的干燥,干燥管4的作用是通过电磁阀与测氡室2连接，连通测氡室2-干燥管4-采样泵6时，可去除测氡室2中的水分,干燥管4内置氧化铝或硫酸钙干燥剂，可拆卸干燥管4重新干燥,具体见图6；

氡测量系统包括放大器10、阈值甄别电路11、计数电路12、控制电路13和电源电路14，所述氡子体探测器7输出端与放大器10输入端连接，所述阈值甄别电路11输入端与放大器10输出端连接，其输出端与计数电路12连接，所述控制电路13和电源电路14均与氡子体探测器7、放大器10、阈值甄别电路11、计数电路12连接，用于电路控制和供电。

采用上述测量装置，本发明还提供了一种氡测量方法，包括以下测量步骤：

S1、将仪器箱体1至于测量空间内，打开顶盖15，启动电源开关18，通过触摸液晶屏17进行操作控制，启动测量；

S2、开启采样泵6，从进气接口将外侧气体抽入，气体抽入后经氡子体过滤器3，气体通过采样泵6将过滤氡子体后的待测空气采集到测氡室2中，测氡室2中的氡衰变到氡的子体，新生氡子体由于衰变过程的核反冲发生电离现象，导致新生氡子体带有正电，由于测氡室2的内壁连接高的正电压，在测氡室2内的半导体探测器连接负电压，并接地，则带电新生氡子体在电场作用下向探测器漂移并附着到探测器表面；

S3、附着在探测器表面的²¹⁸Po衰变产生的α粒子被探测器测量到，形成的脉冲经阈值甄别后计数，计数正比于待测空气的氡浓度，从而通过计数可求得待测空气氡浓度。

实施方式具体为：具体的工作过程如下：

接受启动测量指令后，电磁阀1开通“氡子体过滤器3—测氡室2”之间通道，电磁阀2开通“采样泵6—空气出口”通道，采样泵6启动，含氡空气经过氡子体过滤器3—电磁阀1—测氡室2—采样泵6—电磁阀2，最后排入大气环境，经过一段时间后，测氡室2内空气全部被置换为与外界空气中氡浓度相同的空气；

之后，电磁阀1开通“干燥管4—测氡室2”之间通道，电磁阀2开通“泵—干燥管4”之间通道，泵继续工作，测氡室2内空气经由干燥管4形成内循环，在这个过程中，空气中水分被干燥管4吸收，成为湿度极低的干燥空气，一段时间后，泵降低电压(调速)工作以维持低湿度；

泵降压后，测量电路开始计数。在这个过程中，测氡室2内的氡持续衰变，产生的新生氡子体²¹⁸Po带正电，在电场作用下向探测器漂移并附着到探测器表面，²¹⁸Po及其之后衰变产物²¹⁴Po，衰变后向探测器方向发射的α粒子被探测器记录，其信号经电荷灵敏前置放大器和线性放大器10放大后进入阈值甄别单元，其中，由²¹⁸Po衰变产生的α粒子(6Mev)所形成的脉冲信号幅度要低于由²¹⁴Po衰变产生的α粒子(7.9Mev)所形成的脉冲信号幅度，经能量甄别，²¹⁸Poα粒子产生的脉冲信号被计数；一段时间后计数停止，该段时间的总计数正比于待测空气氡浓度，上述测氡过程的工作时序见图2。

在本发明的氡测量技术方案中，分为两种测量模式，一种为标准测量模式，一种为快速测量模式，二者差别在于测量时间的长短不一样。标准测量模式由于测量时间较长，计数较大，从而由计数统计涨落导致的计数相对误差较小，因此最后计算出来的氡浓度测量不确定度也就较小；快速测量模式在相同氡浓度条件下的氡浓度测量不确定度误差比标准模式大，但测量时间相对较短，在氡浓度较高时，测量不确定度可以满足辐射防护要求。快速测量模式更适应铀矿山实际情况，相同工作时间内可获得更多的符合要求的测量数据，更受铀矿山辐射监测人员欢迎。

进一步的，步骤S2-S3中，由单片机提供时序控制和动作，计数测量过程结束后，由单片机根据内置的计算公式和相关参数计算出氡浓度：

式中，C_Rn：氡浓度，Bq.m^-3

K：刻度因子，Bq.m^-3/计数

N：测量计数

SD(K)和SD(N)：分别为K的不确定度(B类)和N的不确定度(A类)

SD(C_Rn)：氡浓度的合成不确定度。

本发明通过将空气中氡子体收集到滤膜32上，测量滤膜32上的α放射性衰变，多时间段测量并通过加权最小二乘法计算氡子体浓度；

测量原理过程：与氡取样同气路的气体采样泵6将工作环境空气中的氡子体采集到气路前端的滤膜32上，采用半导体探测器—前置放大器—比较器—计数电路12对滤膜32上的氡子体的α衰变进行计数，通过优化的多计数段并采用加权最小二乘法计算得到氡子体浓度。

由于氡子体采样过程的气路相对简单，从仪器技术实现的角度考虑，没有必要单独设计一套气路，而是完全可以与氡的取样气路共用，只是需要在氡子体过滤器3前端设计氡子体测量探测器及其相应后续核电子脉冲放大和计数电路12，由单片机控制相应计数测量和氡子体浓度计算。

氡子体测量方法的仪器实现技术框图见图3：

工作过程如下：

接受启动测量指令后，电磁阀1开通“氡子体过滤器3—测氡室2”之间通道，电磁阀2开通“泵—空气出口”通道，泵启动，含氡子体空气经过氡子体过滤器3—电磁阀1—测氡室2—采样泵6—电磁阀2，最后排入大气环境。经过一段时间后，给定采样体积空气中的氡子体被收集到氡子体过滤器3上。

泵调速后，测量电路开始计数。在这个过程中，氡子体过滤器3滤膜32上的氡子体持续衰变，其中α衰变核素²¹⁸Po和²¹⁴Po向探测器方向发射的α粒子被探测器记录，其信号经电荷灵敏前置放大器和比较器放大后形成的脉冲信号被计数。整个计数过程在单片机控制下划分为8个计数段，并将这8个计数段分别存入单片机内的存储单元，计数停止后单片机通过内置的计算公式拟合待测空气氡子体浓度。

参照说明书附图4，所述测氡室2具体为圆顶柱形塑料，其内层导电漆连接3000V高压,所述氡子体探测器7具体为Ф20mm的PIPS(离子注入型)半导体探测器，型号为CR-D20-T300,灵敏面积314mm2，经测试该探测器漏电流小于50nA，性能良好，能够保证仪器具有较强的抗干扰能力；

参照说明书附图5，所述氡子体过滤器3由滤膜取样器和探测部件组成，所述滤膜取样器包括外壳31和固定设置于外壳31内的滤膜32，所述探测部件包括机体33和安装于机体33内的氡子体过滤器3组成，所述滤膜取样器设置于探测部件一侧，所述外壳31一端与机体33螺纹连接，另一端连接采样泵6；

实施方式具体为：氡子体探测部件内装一个Ф20的PIPS半导体探测器，取样时，采样泵6工作，抽取外部空气，空气经滤膜32采集取样，取样结束后，由于滤膜32的采样面对着氡子体探测器7，氡子体探测器7能够测量通过采样泵6采集到滤膜32上的氡子体衰变产生的α粒子。

进一步的，所述电磁阀1、电磁阀2均为三通电磁阀，所述三通电磁阀连接单片机；所述采样泵6具体为无刷真空泵，采样泵6选用进口完整版长寿命无刷真空泵，型号HX1-0001，流量5L/min，额定功率5W，电压12V，所述无刷真空泵连接单片机，由单片机控制无刷真空泵的无刷电机，与干燥管4配合，通过控制气流量实现空气的湿度调节；

参照说明书附图8，所述放大器10具体为电荷灵敏放大器，其电源输入端采用滤波电路和探测器的前放电路一体化电磁屏蔽设计；放大器10选用探测器厂家生产的电荷灵敏前置放大器(与探测器相匹配)，型号为PAL10，具有良好的低噪声性能，增益大，经测试在测量Po218时信噪比可达约80：1，输出脉冲高度约800mV,完全满足测量要求。

参照说明书附图9，所述阈值甄别电路11具体为比较器，所述比较器连接单片机的IO口；所述计数电路12具体为计数器，所述单片机内部的模拟开关连接到内部集成的计数器；

实施方式具体为：仪器阈值比较电路的目的是当信号放大电路的输出信号高于设定阈值时，输出为高电平，反之输出低电平。阈值比较电路的本质是比较器，比较器的输入为两路模拟信号，输出则为高低数字电平，只要两路输入模拟信号的大小确定后，无论输入电压的差值增大还是减小，器输出保持恒定。理论上讲，所有的运算放大器在不加反馈时都可以用作比较器。实际上由于运算放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差分电压非常小的信号。此外运算放大器的响应时间比较长，且缺少滞回、内部基准等特殊功能。经试验，常用的LM311比较器可以用来作为氡仪阈值甄别。

阈值甄别后的信号为数字信号，直接送入单片机的IO口，用单片机内部的模拟开关连接到内部集成的计数器，从而实现信号的计数功能。具体电路原理图见图9。

图中由基准稳压器TL431产生稳定精确的2.5V参考电压，然后经过电位器调节成合适的阈值电压，输入给电压比较器LM311，比较器另一端接入经过前放放大后的信号，进行比较并输出数字信号给单片机进行处理，高低阈值截取功能由单片机软件实现，优点是响应速度快电路简洁，功能调整方便。

参照说明书附图10，所述控制电路13由单片机、LCD、取样泵、电磁阀、数字电源、电源隔离模块、模拟电源、2KV高压模组、氡子体探测器7、氡子体过滤器3、光电隔离、流量计5、温湿度传感器、蜂鸣器和时钟存储构成多个电路，由于氡仪是电池组供电，设计时特别考虑了节能和效率问题，几乎所有的模块都可以单独关闭或者开启，从而最大限度的降低系统功耗。

多个电路具体为泵及阀的电源控制电路、泵的调速电路、电磁阀驱动电路、液晶控制电路、蜂鸣器控制电路和传感器控制电路；

(1)泵及阀的电源控制电路见图11，信号SW_BOOST打开后，输出稳定的12V电源。

(2)泵的调速电路见图12，信号SPEED为高电平时，系统以12V直接驱动泵，信号SPEED为低电平时，芯片LM2596工作在调压模式，系统以6V电压驱动泵。

(3)电磁阀驱动电路见图13，VALVE1/2为驱动阀门的控制信号，高电平使Q5/Q6导通即使阀门通电。

(4)液晶控制电路见图14，控制信号LCD_SW为高电平时，Q8和Q7导通，LCD通电。

(5)蜂鸣器控制电路见图15，控制信号BEE为高电平时，蜂鸣器导通。

(6)传感器控制电路见图16，控制信号SW_SENSOR为高电平时，Q9与Q10导通，传感器部分通电，电压为电池电压。

参照说明书附图17-18，所述电源电路14包括可充电锂电池组、稳压器、电源隔离模块，所述可充电锂电池组通过稳压器给单片机和单片机外围电路供电，所述可充电锂电池组通过电源隔离模块为2000V高压模块和探测器供电。可充电锂电池组规格为12V10AH，电池组电源经变换和滤波后可产生5V(单片机系统，液晶、控制电路13等)、3000V高压(氡室收集氡子体用)，20V高压(探测器偏压)，±12V(探测器前放、主放、滤波成型等模拟电路使用)、12V(用来驱动电磁阀、采样泵6等大功率器件)。大部分电路都可以在不用时关闭，以降低系统功耗，提高利用效率。

电池电压经由L11共给两个隔离电源模块U15和U19，分别产生+9V电压和±15V电压，+9V电压分成两路，分别为2000V高压模块和单片机、比较器供电，通过U17将电压降为5V。

P12为充电接口，与P13电池接口直接连接，P11为系统总电源开关18接口。

U6将电池电压稳定到3.3V，为所有数字电路芯片供电。

参照说明书附图19，单片机编程采用C语言，使用windows平台的IAR开发环境，编制了实现各种功能的子程序，包括计时程序、计数程序、计算程序、数据存储程序、显示程序、菜单程序、参数设置程序等。

单片机主程序主要分为二个部分，其一是自动测量部分，在按下开始测量键后，按照给定时序发出指令，指挥采样泵6和电磁阀动作，读取温湿度测量值，按给定时序对来自氡探测器和氡子体探测器7的脉冲进行计数并存储到相应计数单元，显示工作状态，在测量结束后进行氡浓度和氡子体浓度的计算、显示和存储等。

单片机主程序第二个部分是人机交互式对话部分，根据菜单的有关选项，执行诸如历史数据查询/删除、参数设置等功能。

参照说明书附图20，所述仪器箱体1顶部设有顶盖15，所述仪器箱体1内腔顶部固定设有封板16，所述封板16上设有触摸液晶屏17、电源开关18、干燥管4的两个接头以及进气接头和排气接头；

面板上部外侧两个接头连接干燥管4，中间两个接头为进气和排气，下部右侧面板上有充电接口和电源开关18，左侧为4.8寸触摸液晶屏17，通过液晶屏可以实现对仪器的各种操作，电源开关18为仪器总电源开关18，整个装置和控制面板都集成在仪器箱体1内，携带方便，外观美观。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氡测量装置，其特征在于：包括仪器箱体(1)和安装于仪器箱体(1)内的氡测量机构和氡测量系统；

氡测量机构包括测氡室(2)、氡子体过滤器(3)、干燥管(4)、电磁阀A、电磁阀B、流量计(5)和采样泵(6)；

测氡室(2)内外表面均喷涂有导电漆，内层导电漆连接高压电路，外层接地，所述测氡室(2)内腔底部固定设有氡子体探测器(7)，且氡子体探测器(7)与氡子体过滤器(3)相对应，且氡子体探测器(7)连接负电压，所述测氡室(2)内壁导电漆连接正电压，所述测氡室(2)顶端和侧面分别设有进气口(8)和出气口(9)；

测氡室(2)的进气口(8)通过管道依次连接电磁阀A和氡子体过滤器(3)，气体经氡子体过滤器(3)进行氡过滤，并输送至测氡室(2)；

测氡室(2)的出气口(9)通过管道依次连接采样泵(6)、电磁阀B和流量计(5)，采样泵(6)工作，气体输入测氡室(2)内经氡子体探测器(7)探测后输出至流量计(5)计量；

干燥管(4)两端分别通过管道连接电磁阀A和电磁阀B，与测氡室(2)内空气形成内循环，用于测量气体的干燥；

氡测量系统包括放大器(10)、阈值甄别电路(11)、计数电路(12)、控制电路(13)和电源电路(14)，所述氡子体探测器(7)输出端与放大器(10)输入端连接，所述阈值甄别电路(11)输入端与放大器(10)输出端连接，其输出端与计数电路(12)连接，所述控制电路(13)和电源电路(14)均与氡子体探测器(7)、放大器(10)、阈值甄别电路(11)、计数电路(12)连接，用于电路控制和供电。

2.根据权利要求1所述的一种氡测量装置，其特征在于：所述仪器箱体(1)顶部设有顶盖(15)，所述仪器箱体(1)内腔顶部固定设有封板(16)，所述封板(16)上设有触摸液晶屏(17)、电源开关(18)、干燥管(4)的两个接头以及进气接头和排气接头。

3.根据权利要求1所述的一种氡测量装置，其特征在于：所述测氡室(2)具体为圆顶柱形塑料，其内层导电漆连接3000V高压,所述氡子体探测器(7)具体为PIPS半导体探测器。

4.根据权利要求1所述的一种氡测量装置，其特征在于：所述控制电路(13)由单片机、LCD、取样泵、电磁阀、数字电源、电源隔离模块、模拟电源、2KV高压模组、氡子体探测器(7)、氡子体过滤器(3)、光电隔离、流量计(5)、温湿度传感器、蜂鸣器和时钟存储构成多个电路，具体为泵及阀的电源控制电路、泵的调速电路、电磁阀驱动电路、液晶控制电路、蜂鸣器控制电路和传感器控制电路。

5.根据权利要求4所述的一种氡测量装置，其特征在于：所述电磁阀A、电磁阀B均为三通电磁阀，所述三通电磁阀连接单片机，所述采样泵(6)具体为无刷真空泵，所述无刷真空泵连接单片机，由单片机控制无刷真空泵的无刷电机，与干燥管(4)配合实现空气的湿度调节。

6.根据权利要求4所述的一种氡测量装置，其特征在于：所述放大器(10)具体为电荷灵敏放大器，其电源输入端采用滤波电路和探测器的前放电路一体化电磁屏蔽设计；所述阈值甄别电路(11)具体为比较器，所述比较器连接单片机的IO口；所述计数电路(12)具体为计数器，所述单片机内部的模拟开关连接到内部集成的计数器。

7.根据权利要求1所述的一种氡测量装置，其特征在于：所述氡子体过滤器(3)由滤膜取样器和探测部件组成，所述滤膜取样器包括外壳(31)和固定设置于外壳(31)内的滤膜(32)，所述探测部件包括机体(33)和安装于机体(33)内的氡子体过滤器(3)组成，所述滤膜取样器设置于探测部件一侧，所述外壳(31)一端与机体(33)螺纹连接，另一端连接采样泵(6)。

8.根据权利要求4所述的一种氡测量装置，其特征在于：所述电源电路(14)包括可充电锂电池组、稳压器、电源隔离模块，所述可充电锂电池组通过稳压器给单片机和单片机外围电路供电，所述可充电锂电池组通过电源隔离模块为2000V高压模块和探测器供电。

9.一种采用权利要求1-8任意一项所述的氡测量装置的氡测量方法，其特征在于：包括以下测量步骤：

S1、将仪器箱体(1)至于测量空间内，打开顶盖(15)，启动电源开关(18)，通过触摸液晶屏(17)进行操作控制，启动测量；

S2、开启采样泵(6)，从进气接口将外侧气体抽入，气体抽入后经氡子体过滤器(3)，气体通过采样泵(6)将过滤氡子体后的待测空气采集到测氡室(2)中，测氡室(2)中的氡衰变到氡的子体，新生氡子体由于衰变过程的核反冲发生电离现象，导致新生氡子体带有正电，由于测氡室(2)的内壁连接高的正电压，在测氡室(2)内的半导体探测器连接负电压，并接地，则带电新生氡子体在电场作用下向探测器漂移并附着到探测器表面；

S3、附着在探测器表面的²¹⁸Po衰变产生的α粒子被探测器测量到，形成的脉冲经阈值甄别后计数，计数正比于待测空气的氡浓度，从而通过计数可求得待测空气氡浓度。

10.根据权利要求9所述的一种氡测量方法，其特征在于：步骤S2-S3中，由单片机提供时序控制和动作，计数测量过程结束后，由单片机根据内置的计算公式和相关参数计算出氡浓度：

式中，CRn：氡浓度，Bq.m-3

K：刻度因子，Bq.m-3/计数

N：测量计数

SD(K)和SD(N)：分别为K的不确定度(B类)和N的不确定度(A类)

SD(CRn)：氡浓度的合成不确定度。

Images