RO125125B1 - Detector de radon - Google Patents

Description

Orice persoană are dreptul să formuleze In scris și motivat, la OSIM, o cerere de revocare a brevetului de invenție, în termen de 6 luni de la publicarea mențiunii hotărârii de acordare a acesteia

RO 125125 Β1

Invenția se referă la un detector de radon, care permite detectarea și măsurarea calitativă a unor concentrații foarte mici de radon dintr-un volum de aer cunoscut, transmiterea la distanță prin rețea Internet a datelor, și localizarea poziției topografice prin sistem GPS a locației măsurătorii.

Funcționarea detectorului se bazează pe fenomenul de ionizare, produs prin interacțiunea radiației alfa, emisă de radon, cu aerul din volumul sensibil al detectorului. Perechile de ioni formate în volumul respectiv se colectează, prin aplicarea unei diferențe de potențial prestabilite, urmată de filtrarea și prelucrarea datelor, afișarea locală a rezultatelor și teletransmiterea acestora.

în scopul detectării și măsurării cantităților mici de radon în aer, sunt cunoscute metode de măsurare diferențiate după tipul de probe și scopul măsurării:

- de exemplu, lichidul cu conținut de cărbune dintr-o canistră absoarbe particulele rezultate prin dezintegrarea radonului, iar lichidul este analizat prin numărarea particulelor cu un numărător cu scintilație; metoda necesită analiză în laborator;

- metode integratoare, în care se folosesc detectori solizi de urme (detectori de particule alfa), respectiv, folii din plastic de mici dimensiuni, ce se expun pentru o perioadă mai îndelungată (1-12 luni); foliile se decapează chimic sau electrochimie, și apoi se citesc urmele de particule, analizate în laborator;

- detectarea de ioni cu cu ajutorul electretului, un disc de teflon încărcat electrostatic; ionii generați de dezintegrarea radonului modifică încărcarea și astfel sunt detectați;

- măsurarea cu aparate speciale, care înregistrează particulele alfa prin diferite metode - cameră cu ionizare sau traductori semiconductori necapsulați - și care afișează continuu valoarea măsurată.

Din punct de vedere al perioadei de măsurare, pot fi folosite aparate cu răspuns în timp real (minute) sau scurt, cuprins între 2 zile și 3 luni, pentru care măsurătorile se efectuează în cel mai jos spațiu locuit, la cel puțin 50 cm distanță de sol, departe de surse de căldură, ventilatoare sau surse de umiditate, sau pe perioade lungi, mai mari de 3 luni, în care aparatele înregistrează o concentrație medie de radon, rezultată prin integrarea măsurătorilor.

Se cunoaște, de asemenea, aparatul produs de National Safety Products (USA), modelul anului 2006, care măsoară concentrații între 0,1 și 999,9 pCi/Ι. Acest aparat este utilizat de inspectori de mediu, consultanți și persoane particulare. Elementul de detecție folosit este o cameră de ionizare alimentată cu 250 V c.c., în care particulele alfa produc un impuls numărat de sistemul digital de procesare al aparatului. Partea programabilă transformă indicația traductorului în concentrație de particule. Măsurătorile pot fi pe termen scurt (o oră) și pe termen lung (maximum 5 ani, după care are loc o resetare). Media concentrației se afișează în fiecare oră. Depășirea unui anumit prag al concentrației de radon are ca efect pornirea unei alarme. Utilizarea aparatului este recomandată în zone slab perturbate electromagnetic.

Mai este cunoscut aparatul produs de GT Analytic, numit Ramon 2.2. Ca traductor, acest aparat folosește un element semiconductor. Aerul care conține radon difuzează într-o cameră de detecție, și particulele alfa emise sunt detectate de un element semiconductor. Precizia de măsurare este de sub 10%, selectivitatea fiind scăzută. Aparate de la același furnizor, dedicate aplicațiilor profesionale și având prețuri cu un ordin de mărime mai mare, sunt Radim 3A, pentru măsurarea radonului în aer, și Radim 3W, pentru măsurarea în apă. Elementul de detecție este un semiconductor, aparatul poate lucra alimentat de la rețea, dar și de la acumulatori, și este echipat cu o interfață RS232 pentru cuplarea la computer.

RO 125125 Β1

Un aparat mai complex, care conține, de asemenea, interfață cu computerul, este 1 Alpha II, al firmei Diversified Research; aparatul nu este recomandat pentru măsurători în teren. 3

Sistemul cu electreți de la firma RAD ELEC Inc. cuprinde electreți, respectiv, discuri de teflon care se încarcă electric. Electreții se introduc într-o cameră de ionizare care asigură 5 în interior un câmp electric. Particulele ionizate sunt deviate în câmp electric către electreți, iar la ciocnire, sarcina electrică a electretului se modifică. Un aparat de măsură numără 7 aceste modificări și rezultatele se afișează local, deoarece aparatul nu dispune de facilități de teletransmisie. 9

Problema tehnică constă în eliminarea semnalelor false, în special a zgomotului electromagnetic, care pot induce erori de măsurare. 11

Detectorul de radon, conform invenției, elimină dezavantajele mai sus menționate prin aceea că este constituit dintr-un element sensibil la radon, sub forma unei camere de 13 ionizare cu geometrie variabilă a traseului de gaz în interior, ecranată electromagnetic la zgomote, un amplificator de semnale în impulsuri de înaltă impedanță, un circuit specializat 15 pentru filtrarea zgomotelor, o unitate de procesare cu microcontroler pentru determinarea concentrației și transmiterea rezultatului spre un dispozitiv de afișare local și un dispozitiv 17 special de tip modem GPRS - GPS, pentru realizarea transmisiei la un server de rețea Internet, aflat la distanță față de locul măsurătorii. 19

Invenția prezintă următoarele avantaje principale:

- permite conectarea mai multor echipamente de măsură, pentru realizarea unei 21 rețele de măsură;

- are un grad mai general de utilizare în detecția particulelor radioactive, prin 23 reprogramare;

- timp de răspuns foarte mic; 25

- selectivitate înaltă și imunitate la zgomot electromagnetic;

- menține stabilitatea parametrilor metrologici timp îndelungat, deoarece nu 27 conține elemente consumabile;

- are consum redus de energie, poate funcționa local, cu alimentare electrică de la 29 acumulator și baterii solare;

- nu necesită timp de pregătire pentru punerea în funcțiune. 31

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig. 1 și 2, ce reprezintă: 33

- fig. 1 - schema bloc a detectorului de radon, conform invenției, pe module funcționale;

- fig. 2 - schema camerei de ionizare din cadrul detectorului conform invenției, văzută 35 în secțiune axială.

Detectorul de radon, conform invenției și în legătură cu fig. 1, este constituit dintr-o 37 cameră de ionizare A, ca modul de detecție propriu-zis, un amplificator instrumental B, un modul electronic C de selectare și filtrare a semnalului util, o unitate centrală D de procesare, 39 un modul de afișare locală E (cu cristale lichide - LCD) și un modul de teletransmisie F a datelor cu modem GPRS - GPS. 41

Camera de ionizare A - modulul de detecție propriu-zis, sensibil la prezența radonului - este alcătuită, conform fig. 2, dintr-o incintă 1, un cilindru metalic cu pereți subțiri, 43 din aliaj metalic inoxidabil, închis la capete și prevăzut cu orificii de intrare și ieșire a aerului ce poate conține radon. în această incintă se află un dispozitiv de reglare și etalonare a ca- 45 merei, constituit din două piese 2 și 3, confecționate din material electroizolant nepolarizant.

RO 125125 Β1

Camera de ionizare mai cuprinde niște dispozitive electroizolante de fixare 4 și 5, pentru niște cilindri 6 cu electrozi tip grilă-disc 7, conectați la o serie de borne de alimentare 8 cu tensiune continuă, de valoare mare.

între electrozii 7 sunt montați, pe poziție fixă, alți electrozi 9 tip grilă-disc, în contact galvanic cu incinta metalică a camerei. Prin centrul incintei 1 este montată o conductă cilindrică 10, prin care este introdus aerîn cameră, conducta fiind metalică și izolată de restul elementelor camerei.

în funcționare, aerul este introdus prin conducta cilindrică 10, conform traseului marcat prin săgeți, cu o pompă volumetrică 11 - care asigură circulația de aer ncesară camerei de ionizare - și ajunge la baza incintei, fiind forțat să treacă printre grilele de detecție 7 și 9, între care se formează un câmp electric optim pentru detectarea particulei de radon ce produce ionizarea spațiului dintre grile.

Distanța dintre grile se alege convenabil, în concordanță cu energia particulei ionizate și o minimă tensiune de alimentare a grilelor de detecție, prin intermediul dispozitivului de etalonare format din piesele 2 și 3.

Printr-o etalonare corectă, care trebuie să ia în calcul volumul de aer pe care îl prelevează pompa, distanța între grile și diferența de potențial dintre ele, se obține o selectivitate mare a camerei.

Camera este prevăzută cu două niveluri de selectare, alimentate prin bornele 8 cu tensiuni diferite, pentru creșterea sensibilității detecției (opțional se pot atașa mai multe niveluri de selectare).

După ce aerul parcurge traseul indicat de săgeți în interiorul camerei, este evacuat prin orificiile periferice din partea superioară.

Semnalul cules de camera de ionizare A, din fig. 1, se prezintă sub formă de impulsuri de descărcare prin ionizare, de energie specifică particulelor ionizate, și este preluat de amplificatorul instrumental B, special pentru a lucra în impulsuri cu impedanță de intrare foarte mare, și pentru a nu atenua forma semnalului detectat.

Ieșirea amplificatorului este cuplată la modulul electronic C de selectare și filtrare a semnalului, format din circuitele electronice (comparatoare) 12 și 13, cu bornele aferente 121 și 131.

Comparatorul detectează depășirea pragului la apariția unei descărcări pentru a separa impulsul util de zgomot. Semnalul de ieșire este preluat de un microcontroler din cadrul unității centrale D, pe o intrare digitală de întreruperi externe.

Variația parametrilor mediului în care se realizează măsurarea face ca aceasta să fie afectată de erori, iar funcționarea aparatului să fie perturbată. Comparatorul 13 compară impulsul de ieșire cu un prag mai mare, care poate fi atins doar când impulsul este unul perturbator. Reglarea pragurilor de impuls la bornele 121 și 131 se realizează în etapa de calibrare a sistemului, înainte de măsurare. Periodic, calibrarea trebuie repetată. Pe parcursul măsurării, dacă se detectează un impuls dat de comparatorul 13, se consideră că acesta nu poate proveni decât de la o perturbație electromagnetică, și se abandonează măsurătoarea prin afișarea unui mesaj de eroare.

Unitatea centrală D cu microcontroler este o unitate cu structură clasică, în care, în afară de microcontroler (nefigurat), sunt prevăzuți: un generator de tact, un circuit de RESET și un circuit de modificare de nivel MAX232, pentru interfața serială RS232, la care se vor conecta modemul GPRS - GPS și un modem de linie telefonică. Pe placă este prevăzut un conector pentru programarea unui microcontroler ISP (In System Programming), și condensatori pentru atenuarea variațiilor tensiunii de alimentare.

RO 125125 Β1

Implementarea interfeței sistem-utilizator s-a realizat cu un afișaj grafic cu cristale 1 lichide LCD, suficient de mare pentru vizualizarea în mod grafic și în mod text a meniurilor de lucru și a rezultatelor. Elementul principal al modulului îl reprezintă panoul cu cristale 3 lichide cu rezoluție de 128x64, acesta fiind controlat de circuite auxiliare (drivere) incluse pe afișaj. De asemenea, modulul dispune de un convertor intern de tensiune, pentru generarea 5 unei tensiuni negative necesare funcționării afișajului. Interfața de 14 pini a modulului este alcătuită dintr-o magistrală de date de 8 biți și semnalele de control. 7

Modulul GPRS-GPS este de tip EZ10. Modulul este echipat cu o interfață RS232, pentru a putea fi conectat la microcontroler. Standardul GPRS (General Packet Radio 9 Services) permite o conexiune directă între modemul GPRS și Internet, prin pachete de date UDP sau TCP-IP. La activarea conexiunii GPRS, trebuie specificați parametrii rețelei și 11 numărul de telefon apelat. Modulul EZ10 este un modul în standard EASY GPRS care administrează intern stiva TCP-IP și ușurează astfel implementarea aplicației. 13

Datele transmise prin GPRS sunt recepționate de un server care le stochează în câte un fișier pentru fiecare locație, pentru a putea fi prelucrate ulterior. Se verifică încadrarea 15 valorilor măsurate în limita admisă, iar dacă limita este depășită, se generează mesaje de alarmă. Afișarea datelor citite se realizează prin suprapunerea lor peste o hartă scanată sau 17 preluată pe baza poziției sistemului de măsură preluată prin GPS și transmisă prin GPRS.

Procedura de măsurare este formată din mai multe etape: 19

1. Procedura de numărare a impulsurilor 21

Impulsurile au o durată și o amplitudine cunoscute, pentru descăcarea unei particule 23 de radon. Microcontrolerul verifică impulsul primit ca durată și îl numără doar dacă durata lui este cea așteptată, între anumite limite, conform următoarei diagrame: 25

După fiecare incrementare, registrul este salvat în EEPROM, pentru ca o întrerupere a tensiunii de alimentare să nu afecteze rezultatul măsurătorii. Dacă microcontrolerul are 47 putere de calcul mai redusă, salvarea se face doar la sfârșitul unei ore.

RO 125125 Β1

2. Procedura de totalizare și afișare

RO 125125 Β1

3. Procedura de atenționare

Procedura de atenționare este implementată pentru a trimite mesaje de avertizare în cazul în care concentrația de radon în aer depășește repetat valorile anterioare. Se programează în microcontroler un număr N1 de citiri, din care se face media de referință (o medie a concentrației de radon pe N1 ore), un număr N2 de citiri, care depășesc media de referință, și D - un procent de depășire, pentru care se emite avertizarea. N1, N2 și D se stabilesc experimental.

Claims (8)

1. Revendicări

   1. Detector de radon, destinat detectării și măsurării calitative a concentrației de radon dintr-un volum de aer, prevăzut cu o cameră de ionizare (A), un amplificator instrumental (B) al semnalului detectat, o unitate centrală cu microcontroler (D), un modul de afișare locală (E) și un modul de teletransmisie (F) a datelor, caracterizat prin aceea că în alcătuirea camerei de ionizare (A) intră o incintă metalică (1), prevăzută cu electrozi tip grilă-disc (7 și 9), montați în două grupuri de detecție, un dispozitiv de reglare și etalonare (2 și 3), un dispozitiv de admisie a aerului (10) și niște orificii de evacuare dispuse în partea superioară, iar detectorul mai cuprinde și un modul electronic de selectare și filtrare (C) a semnalului detectat.
2. 2. Detector de radon, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că permite reglarea distanței dintre electrozii de măsură tip grilă-disc (7 și 9), prin intermediul dispozitivului de reglare și etalonare (2 și 3), ceea ce determină modificarea geometriei traseului de aer în camera de ionizare, ducând la creșterea sensibilității camerei.
3. 3. Detector de radon, conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că se poate alimenta cu tensiuni diferite pe cele două grupuri de electrozi tip grilă- disc, rezultând o mai bună selectivitate a măsurătorii.
4. 4. Detector de radon conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că în alcătuirea modulului de selectare și filtrare (C) sunt prevăzute comparatoare electronice (12 și 13), care realizează filtrarea și selectarea programabilă doar a semnalelor de măsură provenite de la radonul detectat, zgomotul electromagnetic fiind eliminat.
5. 5. Detector de radon, conform revendicării 4, caracterizat prin aceea că primul comparator electronic (12) îndeplinește funcția de filtru de zgomot de fond, fiind programat pentru un nivel acceptabil la o bornă (121), iar celălalt comparator (13) realizează detectarea impulsului de lățime și amplitudine comparativ cu nivelurile programate, eliminând impulsurile de măsură false.
6. 6. Detector de radon, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că transmite datele măsurate și poziția topografică a punctului de măsură sincronizat cu timpul dat de GPS prin modulele cu microcontroler (D) și de teletransmisie (F), precum și semnale de alarmă în caz de pericol.
7. 7. Detector de radon, conform revendicării 6, caracterizat prin aceea că transmiterea datelor la intervale fixe, cu precizia momentului de timp dat de GPS, face posibilă conectarea detectorului într-o rețea formată din mai multe echipamente de măsură.
8. 8. Detector de radon, conform revendicării 6, caracterizat prin aceea că transmiterea valorii numărului de impulsuri pe oră, reprezentând valoarea concentrației de radon, face posibilă măsurarea de variații rapide ale concentrației, necesare în măsurători la falii seismice.