CN115469350A - 一种手部防护且实时监测辐射的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手部防护且实时监测辐射的装置及方法，所述装置包括：防辐射手套和设置于防辐射手套内侧的辐射监测系统；在防辐射手套内侧设置有用于收容辐射监测系统的凹槽；所述辐射监测系统包括探测器和控制器；探测器和控制器线路连接。本发明对人体所处环境进行一定程度的屏蔽，内置的辐射探测器可提供屏蔽后的辐射相关信息。本发明的优点在于，辐射防护手套能监测到防护后的辐射剂量率，很轻易的判断辐射防护的效果及防护后的受照剂量率。
Description
技术领域
本发明涉及辐射防护技术领域，尤其是一种手部防护且实时监测辐射的装置及方法。
背景技术
随着核设施、医用辐射设备的发展，职业人员的受照剂量也越来越引起关注。核材料工艺线、热室、核医学等近源操作放射工作人员可能产生的辐照危害增加，提示要高度关注此类放射工作人员的职业健康风险。随着对职业人员职业健康关注度提升，对辐射防护装备的功能也会有更高的需求。当前市场已存在各种辐射防护产品，包括防辐射手套，但这些产品只具备手部辐射防护功能，不具备辐射探测的功能，不能实时监测手部的辐射剂量。操作人员在佩戴辐射防护手套的同时还需佩戴体积较大的辐射探测器装备，操作不灵活不便捷；且辐射探测器的连接线缆在使用中容易发生弯折损伤，导致设备故障。同时因为防辐射手套的使用环境多为辐射较强的环境，该环境也可能存在一定腐蚀性，会对防辐射手套本身造成损坏，如果能更及时的判断手套的损坏程度，及时更换，对保障职业人员的职业健康尤为重要。
综上所述，现有技术中需要单独佩戴辐射探测设备致使操作不灵敏和探测设备宜损坏的问题，有必要提供一种能更准确测量手部辐射的防辐射手套。
发明内容
本发明所需要解决的技术问题是在核材料工艺线、热室、核医学等近源操作放射工作过程中，在辐射环境中佩戴手套操作，如何更便捷、更准确的监测对操作人员手部的辐射量的问题。
为达上述目的，一方面，本发明实施例提出了一种手部防护且实时监测辐射的装置，包括：防辐射手套和设置于防辐射手套内侧的辐射监测系统；
在防辐射手套内侧设置有用于收容辐射监测系统的凹槽；
所述辐射监测系统包括探测器和控制器；探测器与控制器线路连接。
具体的，所述防辐射手套采用辐射防护材料，所述辐射防护材料是含铅或钨的化合物。
具体的，所述控制器包括：测量模块、报警模块、设置模块、通讯模块。
具体的，所述测量模块与所述探测器连接。
具体的，测量模块、报警模块、设置模块均与通讯模块连接，并且所述通讯模块与电脑连接。
具体的，所述通讯模块，包括：固件升级模块、导出模块以及指令传输模块。
具体的，测量模块测量辐射剂量包括：实时测量剂量率、计算累计剂量和释放数据更新信号。
另一方面，本发明实施例还提出了一种采用前述手部防护且实时监测辐射的装置的监测辐射的方法，所述方法包括以下步骤：
控制器的主板通过屏蔽线给探测器供电；
通过所述探测器将光子沉积的能量转换成电信号；
通过所述探测器中的放大器将所述电信号进行放大并通过探测器中的比较器转换成数字信号；
通过控制器的MCU采集探测器的数字信号，进行数据处理转换成剂量率；
通过控制器输出监测的辐射值。
具体的，控制器的测量模块接收到探测器放大并甄别后的电信号，并对手掌所处环境测量辐射剂量。
具体的，控制器的报警模块根据测量模块的测量剂量值，判断是否达到预设的报警阈值。
本发明的优点是：本发明将辐射探测系统放入辐射防护手套内，操作人员无需再佩戴笨重的辐射探测设备也获得屏蔽后的辐射相关信息，使操作更加便捷，测量手部受照剂量更加精确，超阈值报警等功能可更及时的反馈手套的防辐射性能，可更好的保护操作人员的职业健康。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种手部防护且实时监测辐射的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的防护手套的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种手部防护且实时监测辐射的方法的第一种实施方式流程图；
图4为本发明实施例提供的一种手部防护且实时监测辐射的方法的测量流程图；
图5为本发明实施例提供的一种手部防护且实时监测辐射的方法的设备结构示意图。
附图标号说明：
1、指套；2、掌套；3、臂套；4、探测器；5、柔性电路；6、控制器。
具体实施方式
下面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。
本发明所采用的技术方案是：辐射监测系统采用探测端和控制端分离的设计，探测端和控制端贴与手套的内侧，用于实时读取剂量率测量数据。通过探测器将低能光子沉积的能量转换成电信号，被放大器放大后输出到后端控制器采集，控制器中集成了探测器工作需要的高压和低压，并将采集的信号转换成实时剂量率，计算累积剂量，通过显示屏和报警器实现人机交互。
本发明提供了一种手部防护且实时监测辐射的装置，如图2，包括：防辐射手套和设置于防辐射手套内侧的辐射监测系统；
在防辐射手套内侧设置有用于收容辐射监测系统的凹槽；
所述辐射监测系统包括探测器4和控制器6；探测器和控制器线路连接。辐射监测系统，可反应防辐射手套的防护效果。
如图2所示，手套包括：套筒、连接于套筒上的指套1、设置在套筒内侧的探测器4和控制器6；
探测器4和控制器6通过柔性电路5连接。探测器4中的探测芯片为公司自研的辐射探测芯片。控制器6为可拆卸的、可实现定制化。
套筒包括掌套2和连接于掌套的臂套3。
指套和所述臂套分别位于所述掌套的两端。指套可以是五指分别在一个套内的，也可以是拇指在一个套内，其他四指在一个套内；或者拇指、食指在一个套内，另外三指在一个套内的。
探测芯片设置于所述掌套内侧靠近掌背上部。方便操作人员实施操作动作。也可以将探测芯片设置于靠近食指或者其他手指的上方位置。
防辐射手套采用辐射防护材料，所述辐射防护材料是含铅或钨等重金属的化合物。
控制器包括：测量模块、报警模块、设置模块、通讯模块。
测量模块与所述探测器连接。
测量模块、报警模块、设置模块均与通讯模块连接，并且所述通讯模块与电脑连接。
通讯模块，包括：固件升级模块、导出模块以及指令传输模块。
测量模块测量辐射剂量包括：实时测量剂量率、计算累计剂量和释放数据更新信号。
报警模块根据测量模块的测量剂量值，判断是否达到预设的报警阈值。报警阈值是通过软件进行设置的。
利用设置模块来设置报警的阈值以及人员信息。可以设置的信息主要有：人员信息(姓名和工号)、报警阈值、校准系数和报警方式，报警方式包括：闪灯，蜂鸣器或者闪灯+蜂鸣器；
可将所述通讯模块与电脑连接，通过通讯模块进行数据传输。
通过通讯模块进行数据传输，包括：对固件进行升级、导出剂量率与剂量数据以及传输指令。
本发明还提供了一种采用前述手部防护且实时监测辐射的装置监测辐射的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S101：控制器的主板通过屏蔽线给探测器供电；将探测器和控制器设置于防护手套内侧；探测前端在手套内部，靠近操作人员手背的位置；控制器在手套内操作者手臂的位置。将控制器与探测器通过柔性电路连接，柔性电路嵌在手套套筒内。
S102：通过所述探测器将光子沉积的能量转换成电信号；
S103：通过所述探测器中的放大器将所述电信号进行放大并通过探测器中的比较器转换成数字信号；
S104：通过控制器的MCU采集探测器的数字信号，进行数据处理转换成剂量率。
探测器包括硅晶体和探测芯片，通过探测器将低能光子沉积的能量转换成电信号，被前置放大器初步放大后输出到后端控制器采集。探测芯片设置于所述掌套内侧靠近掌背上部。方便操作人员实施操作动作。也可以将探测芯片设置于靠近食指或者其他手指的上方位置。探测芯片的长度为0～20mm，宽为0～20mm，厚度为0～3mm。探测芯片的功耗小于20mW，工作温度范围-40℃～50℃；X/γ射线剂量率范围100nSv/h～1Sv/h，相对固有误差小于±20％，可探测能量范围50keV～1MeV。
S105：通过控制器输出监测的辐射值。
将控制器与探测器通过柔性电路连接，柔性电路嵌在手套套筒内。柔性电路嵌入手套中，实现无可见线缆辐射探测。柔性电路为柔性线缆。
探测器对信号进行成型、甄别并输出到后端进行读出。
如图5所示，主控机(控制器)与探测前端(探测器)的交互，主要功能包括：电源的供给和控制，信号的读取和处理；如图4所示，对探测器输出信号进行统计并计算得到实时剂量率和累积剂量率；与操作人员的交互，包括显示屏、按键和声光报警器。
控制器包括：测量模块、报警模块、设置模块、通讯模块。
测量模块接收到探测器放大并甄别后的电信号，并对测量辐射剂量。
测量模块的剂量率计算公式为：
其中H为剂量率，单位为Sv/h；
ε为光子的粒子注量-H′(0.07)转换系数，单位为pSv·cm2；
S为探测器晶体的面积，单位为cm2；
η为探测器的能量响应因子；
η为探测器的能量响应因子；
H′c＝C·k为定向剂量当量模拟计算值，C为探测器内的脉冲计数，k为脉冲计数-定向剂量当量归一化因子(Sv/个)。
表1 Gamma光子粒子注量-H′(0.07)转换系数(pSv·cm2)表粒子注量-H′(0.07)转换系数(pSv·cm2)
| 能量/keV | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 80 | 100 | 150 | 200 | 300 |
| ε | 7.2 | 3.19 | 1.81 | 0.90 | 0.62 | 0.50 | 0.47 | 0.49 | 0.58 | 0.85 | 1.15 | 1.80 |
探测器选用自研探测芯片，探测芯片的长度为0～20mm，宽为0～20mm，厚度为0～3mm，可探测能量范围50keV～1MeV。
报警模块根据测量模块的测量剂量值，判断是否达到预设的报警阈值。报警阈值是通过软件进行设置的。
利用设置模块来设置报警的阈值以及人员信息。可以设置的信息主要有：人员信息(姓名和工号)、报警阈值、校准系数和报警方式，报警方式包括：闪灯，蜂鸣器或者闪灯+蜂鸣器；
将所述通讯模块与电脑连接，通过通讯模块进行数据传输。
通过通讯模块进行数据传输，包括：对固件进行升级、导出剂量率与剂量数据以及传输指令。
通过控制器的显示屏显示监测的辐射值。
测量模块的功能包括：获取实时测量剂量率、计算累计剂量和释放数据更新信号。
本发明采用将辐射监测系统嵌入辐射防护手套内的方式，实现辐射防护后的辐射监测，辐射监测系统采用探测端和控制端分离的设计，探测器置于手套内部靠近手背的位置，控制端置于手套内部套筒上部。利用辐射防护和辐射探测相结合，操作人员戴辐射防护手套可同时实现辐射防护和辐射探测及个人辐射剂量实时监测。更精确的测量操作人员手部辐射受照剂量，在操作人员受照剂量超标时实时给出报警信号。辐射防护手套能监测到防护后的辐射剂量率，很轻易的判断辐射防护的效果及防护后的受照剂量率。
以下实施例仅为了进一步说明本发明，并不限制本发明的内容。
实施例1：
本实施例提供一种手部防护且实时监测辐射的方法，如图3所示，具体方法为：探测前端在手套内部，靠近操作人员手背的位置；控制器在手套内操作者手臂的位置。将控制器与探测器通过柔性电路连接，柔性电路嵌在手套套筒内。
通过探测器将低能光子沉积的能量转换成电信号，被放大器放大后输出到后端控制器采集；控制器中集成了探测器工作需要的高压和低压，并将采集的信号转换成实时剂量率，计算累积剂量，通过显示屏和报警器实现人机交互。可在很小的空间内实现对8keV-250keV X/γ射线的测量，便于穿戴。
实施例2：
本实施例提供一种手部防护且实时监测辐射的方法，模块设计主要包括以下模块：设备初始化、设备自检、测量模块、报警模块、通讯模块、设置模块。
设备初始化：
设备初始化主要是主控芯片的初始化，主要包括：系统时钟配置、GPIO初始化、串口，AD，SPI初始化等。
设备自检：
设备自检主要是对外设的检测，主要包括：系统电压，传感器低压供电电压，高压模块输出电压，外部FLASH的读写检测等。
测量模块：
测量模块主要实现的功能的是：实时测量剂量率、计算累计剂量和释放数据更新信号。
报警模块：
报警模块主要完成的任务是检测报警状态，在需要报警的状态下根据设定的报警方式报警。
设置模块：
可以设置的信息主要有：人员信息(姓名和工号)、报警方式(闪灯，蜂鸣器，闪灯+蜂鸣器)、报警阈值、校准系数。
设置信息的途径有两种，第一种是通过按键和LCD来设置，这种方法可以设置的信息非常有限，只能设置报警方式等比较简单的设置适用于现场简单设置。第二种方式是通过串口发送命令的方式来设置，这种方式是在有电脑的情况下比较方便。
通讯模块：
通讯模块主要是通过串口与外界通信，通信模块主要实现的的功能有三部分：固件升级、剂量率和剂量数据的导出、命令设置信息。
本发明采用探测端和控制端分离的设计，便于实时读取剂量率测量数据。利用辐射防护和辐射探测相结合，操作人员戴辐射防护手套可同时实现辐射防护和辐射探测及个人辐射剂量实时监测。更精确的测量操作人员手部辐射受照剂量，在操作人员受照剂量超标时实时给出报警信号。本发明将辐射探测系统放入辐射防护手套内，操作人员无需再佩戴笨重的辐射探测设备也获得屏蔽后的辐射相关信息，使操作更加便捷，测量手部受照剂量更加精确，超阈值报警等功能可更及时的反馈手套的防辐射性能，可更好的保护操作人员的职业健康。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种手部防护且实时监测辐射的装置，其特征在于，包括：防辐射手套和设置于防辐射手套内侧的辐射监测系统；
在防辐射手套内侧设置有用于收容辐射监测系统的凹槽；
所述辐射监测系统包括探测器和控制器；探测器与控制器线路连接。
2.根据权利要求1所述的一种手部防护且实时监测辐射的装置，其特征在于，所述防辐射手套采用辐射防护材料，所述辐射防护材料是含铅或钨的化合物。
3.根据权利要求1所述的一种手部防护且实时监测辐射的装置，其特征在于，所述控制器包括：测量模块、报警模块、设置模块、通讯模块。
4.根据权利要求3所述的一种手部防护且实时监测辐射的装置，其特征在于，所述测量模块与所述探测器连接。
5.根据权利要求3所述的一种手部防护且实时监测辐射的装置，其特征在于，测量模块、报警模块、设置模块均与通讯模块连接，并且所述通讯模块与电脑连接。
6.根据权利要求3所述的一种手部防护且实时监测辐射的装置，其特征在于，所述通讯模块，包括：固件升级模块、导出模块以及指令传输模块。
7.根据权利要求3所述的一种手部防护且实时监测辐射的装置，其特征在于，测量模块测量辐射剂量包括：实时测量剂量率、计算累计剂量和释放数据更新信号。
8.一种采用权利要求1所述手部防护且实时监测辐射的装置的监测辐射的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
控制器的主板通过屏蔽线给探测器供电；
通过所述探测器将光子沉积的能量转换成电信号；
通过所述探测器中的放大器将所述电信号进行放大并通过探测器中的比较器转换成数字信号；
通过控制器的MCU采集探测器的数字信号，进行数据处理转换成剂量率；
通过控制器输出监测的辐射值。
9.根据权利要求8所述的手部防护且实时监测辐射的方法，其特征在于，控制器的测量模块接收到探测器放大并甄别后的电信号，并对手掌所处环境测量辐射剂量。
10.根据权利要求8所述的手部防护且实时监测辐射的方法，其特征在于，控制器的报警模块根据测量模块的测量剂量值，判断是否达到预设的报警阈值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221213 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |