RU156901U1

RU156901U1 - MINIATURE DOSIMETER-RADIOMETER-SPECTROMETER WITH DIGITAL NOISE REDUCTION AND VIBRATION RECORDING

Info

Publication number: RU156901U1
Application number: RU2015104934/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Елин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Интерсофт Евразия"
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2015-11-20

Abstract

1. Миниатюрный дозиметр-радиометр-спектрометр, содержащий два параллельно включенных измерительных канала, каждый из которых содержит кремниевый детектор ионизирующего излучения с преобразователем напряжения, соединенным выходом с входом управляемого зарядочувствительного усилителя, выход которого соединен с входом усилителя-формирователя, а выход последнего - с входом амплитудно-цифрового преобразователя, включающего схему спектрометра с набором компараторов, причем к зарядочувствительным усилителям измерительных каналов подключен калибратор, а выходы амплитудно-цифровых преобразователей измерительных каналов соединены через решающее устройство с интерфейсом беспроводной связи.2. Дозиметр-радиометр-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что решающее устройство выполнено с логическим элементом «И» и с логическим элементом «исключающее ИЛИ» с возможностью оценки значений и расчета временного интервала между импульсами и разделения сигналов, поступающих при пролете частицы, при шумовом воздействии.3. Дозиметр-радиометр-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что решающее устройство выполнено в виде микропроцессора с возможностью оценки значений и расчета временного интервала между импульсами и разделения сигналов, поступающих при пролете частицы, при шумовом воздействии.4. Дозиметр-радиометр-спектрометр по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что он соединен через интерфейс беспроводной связи из группы: Bluetooth, WiFi, NFC, USB. AudioJack 10 с информационным устройством из группы: мобильный телефон, смартфон, планшетный компьютер, персональный компьютер.5. Дозиметр-радиометр-спектрометр по любому из пп. 1-3, отлича�1. A miniature dosimeter-radiometer-spectrometer containing two parallel-connected measuring channels, each of which contains a silicon ionizing radiation detector with a voltage converter connected to the output of the controlled charge-sensitive amplifier, the output of which is connected to the input of the amplifier-former, and the output of the latter is connected to the input of the amplitude-to-digital converter, including the spectrometer circuit with a set of comparators, and to the charge-sensitive amplifiers of the measuring channels chen calibrator, and outputs the amplitude-to-digital converters are connected via measuring channels decision unit svyazi.2 wireless interface. A dosimeter-radiometer-spectrometer according to claim 1, characterized in that the deciding device is made with an AND logic element and an exclusive OR logic element with the ability to evaluate values and calculate the time interval between pulses and to separate the signals received during the passage of a particle, with noise exposure. 3. A dosimeter-radiometer-spectrometer according to claim 1, characterized in that the decisive device is made in the form of a microprocessor with the ability to estimate values and calculate the time interval between pulses and to separate the signals received during the passage of a particle under noise exposure. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that it is connected via a wireless interface from the group: Bluetooth, WiFi, NFC, USB. AudioJack 10 with an information device from the group: mobile phone, smartphone, tablet computer, personal computer. 5. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1-3, excellent

Description

Полезная модель относится к области техники измерений ионизирующего излучения, в частности, к устройствам, в которых в качестве детектора ионизирующего излучения используется PIN диод на основе кремния. Такие устройства, за счет кремниевых детекторов имеют достаточно высокую чувствительность, при этом работают при комнатной температуре. Кремниевые детекторы нашли широкое применение в дозиметрах-радиометрах, как бытового, так и промышленного применения.The invention relates to the field of ionizing radiation measurement technology, in particular, to devices in which a silicon-based PIN diode is used as a detector of ionizing radiation. Such devices, due to silicon detectors, have a fairly high sensitivity, while working at room temperature. Silicon detectors are widely used in dosimeters-radiometers, both domestic and industrial applications.

По мере того, как сферы использования делящихся материалов и ионизирующего изучения в медицинских и профилактических целях становятся все более разнообразными, а уровень проникновения мобильных телефонов/смартфонов и компьютеров стал превышать количество самих жителей Земли, возникает необходимость применения устройств со встроенными датчиками и детекторами ионизирующего излучения разной природы и диапазона.As the areas of use of fissile materials and ionizing studies for medical and preventive purposes become more diverse, and the penetration rate of mobile phones / smartphones and computers exceeds the number of people living on Earth, it becomes necessary to use devices with built-in sensors and detectors of ionizing radiation of different nature and range.

В этой связи возникает очевидная необходимость непосредственно доступного практически любому пользователю систематического мониторинга и контроля окружающей среды, воздуха и продуктов питания на предмет попадания делящихся материалов различными способами и при различный ситуациях. Кроме того, в районах проведения ядерных испытаний, техногенных катастроф, связанных с делящимися материалами, зараженным может быть не только воздух, но и почва, растительность, грунтовые воды, морская вода и морские водоросли, различные животные и птица, используемые человеком в пищу; при этом человек не обладает способностями ощущать ионизирующее излучение во всем его диапазоне по спектру излучения и по его мощности.In this regard, there is an obvious need for systematic monitoring and control of the environment, air, and foodstuffs that is immediately accessible to almost any user for the ingestion of fissile materials in various ways and in different situations. In addition, in areas of nuclear testing, technological disasters associated with fissile materials, not only air, but also soil, vegetation, groundwater, sea water and seaweed, various animals and birds used by humans for food can be infected; however, a person does not have the ability to sense ionizing radiation in its entire range in terms of the spectrum of radiation and its power.

В известных современных устройствах с функцией дозиметра-радиометра в качестве детектора ионизирующего излучения используются PIN диоды для преобразования заряда, генерируемого в кремниевом детекторе под воздействием ионизирующего излучения при пролете частицы, в пропорциональное напряжение, для чего используется усилитель заряда (зарядо-чувствительный усилитель - ЗЧУ) с коэффициентом преобразования порядка 1 В/пКл, обладающий быстродействием около 1 мкс. Для дальнейшего усиления сигнала используется усилитель напряжения, где общий коэффициент усиления по напряжению получается порядка 10 в 5-й степени. В таких условиях устройство, детектируемое ионизирующее излучение становится чувствительным к различным электромагнитным помехам. Особенно это сказывается при работе устройства вблизи мощных источников электромагнитного излучения, какими являются смартфоны. Кроме того, сам кремниевый детектор ионизирующего излучения генерирует заряд при механическом воздействии в виде ударов и вибрации, а также при внешнем шумовом воздействии.Known modern devices with the function of a dosimeter-radiometer use PIN diodes as a detector of ionizing radiation to convert the charge generated in a silicon detector under the influence of ionizing radiation when a particle passes into a proportional voltage, for which a charge amplifier is used (charge-sensitive amplifier - ZCH) with a conversion coefficient of the order of 1 V / pC, with a speed of about 1 μs. To further amplify the signal, a voltage amplifier is used, where the total voltage gain is of the order of 10 to the 5th degree. Under such conditions, a device that detects ionizing radiation becomes sensitive to various electromagnetic interference. This is especially true when the device is operated near powerful sources of electromagnetic radiation, such as smartphones. In addition, the silicon ionizing radiation detector itself generates a charge during mechanical action in the form of shock and vibration, as well as during external noise exposure.

Эти факторы приводят к уменьшению точности измерений ионизирующего излучения за счет увеличения числа ложных импульсов, вызванных различными помехами.These factors lead to a decrease in the accuracy of measurements of ionizing radiation due to an increase in the number of false pulses caused by various interferences.

В известных конструкциях проблема шумовых и электромагнитных помех решается экранированием кремниевого детектора ионизирующего излучения вместе с зарядо-чувствительным усилителем - ЗЧУ, а также использованием фильтров, оптимальным расположением электрических элементов и рациональной разводкой печатной платы. В этом случае намного сложнее устранить помеху, вызванную шумовым и механическим воздействием на детекторе ионизирующего излучения. Использование механической защиты детектора увеличивает габариты устройства, что неприемлемо для компактных, встроенных устройств выполняющих измерения точных параметров ионизирующего излучения.In known constructions, the problem of noise and electromagnetic interference is solved by shielding a silicon ionizing radiation detector together with a charge-sensitive amplifier - ZCHU, as well as using filters, optimal arrangement of electrical elements and rational PCB layout. In this case, it is much more difficult to eliminate the interference caused by noise and mechanical action on the ionizing radiation detector. The use of mechanical protection of the detector increases the dimensions of the device, which is unacceptable for compact, built-in devices that measure the exact parameters of ionizing radiation.

Известен полупроводниковый модульный дозиметр-радиометр излучения, встроенный в радиоустройство и связанный с усилителем и блоком сопряжения, выход которого подключен к процессору, выполненному с возможностью формирования звуковых и визуальных сигналов дозиметра и радиометра с помощью упомянутых средств сигнализации и монитора (RU 109625).A semiconductor modular radiation dosimeter-radiometer is known that is built into a radio device and connected to an amplifier and interface unit, the output of which is connected to a processor configured to generate sound and visual signals of a dosimeter and radiometer using the mentioned signaling and monitor means (RU 109625).

Известен дозиметр-радиометр ионизирующего излучения компактного встраиваемого (модульного) исполнения, содержащий детектор излучения, представляющий собой p-i-n диод, в котором в слаболегированном полупроводнике кремнии созданы высоколегированные p- и n-области, а также интерфейс управления и передачи данных, калибратор, преобразователь напряжения, и интегральную микросхему, включающую: последовательно связанные зарядно-чувствительный усилитель, усилитель-формирователь, спектрометр на основе амплитудно-цифрового преобразователя и компараторов, и микропроцессор, связанный с интерфейсом управления и передачи данных, который выполнен с возможностью подключения к шинам информации и питания мобильного устройства, при этом к микропроцессору подключены калибратор и преобразователь напряжения, соединенный с детектором излучения, подключенным к зарядно-чувствительному усилителю. Дозиметр-радиометр снабжен компактным корпусом и выполнен с возможностью оперативной установки в мобильное устройство-коммуникатор из группы: смартфон, планшетный компьютер, ноутбук и снабжен автономными средствами питания, при этом микросхема выполнена бескорпусной. Дозиметр-радиометр включает в себя АЦП последовательного приближения, набор компараторов пороговой синхронизации и пиковых детекторов. Дозиметр-радиометр снабжен подключенным к микропроцессору интерфейсом беспроводной связи из группы: Bluetooth или гибридный Bluetooth или Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC) (RU 145480, прототип).A known dosimeter-radiometer of ionizing radiation of a compact built-in (modular) design, comprising a radiation detector, which is a pin diode, in which highly doped p- and n-regions are created in a lightly doped silicon semiconductor, as well as a control and data transmission interface, a calibrator, a voltage converter, and an integrated circuit, including: series-connected charge-sensitive amplifier, amplifier-driver, a spectrometer based on an amplitude-to-digital converter and a comparators and the microprocessor associated with the interface control and data transmission, which is adapted to connect to tires and power information of the mobile device, wherein the microprocessor connected calibrator and voltage converter coupled to the radiation detector, connected to the charge-sensitive amplifier. The dosimeter-radiometer is equipped with a compact body and is made with the possibility of quick installation in a mobile device-communicator from the group: smartphone, tablet computer, laptop and equipped with autonomous power supplies, while the microchip is made without a case. The dosimeter-radiometer includes a sequential approximation ADC, a set of threshold synchronization comparators and peak detectors. The dosimeter-radiometer is equipped with a wireless interface connected to the microprocessor from the group: Bluetooth or hybrid Bluetooth or Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC) (RU 145480, prototype).

Недостатками известных дозиметров-радиометров является низкая точность, обусловленная наличием шумовых помех, вызываемых механическим воздействием. Помеха, при механическом воздействии на детектор определяется упругими колебаниями детектора и является периодическим сигналом, в то время как сигнал от частицы является одиночным импульсом. Кроме того, в известных устройствах не контролируются спектральные характеристики.The disadvantages of the known dosimeters-radiometers is the low accuracy due to the presence of noise interference caused by mechanical stress. The interference with mechanical action on the detector is determined by the elastic vibrations of the detector and is a periodic signal, while the signal from the particle is a single pulse. In addition, the known devices do not control the spectral characteristics.

Технической задачей полезной модели является создание эффективного универсального миниатюрного дозиметра-радиометра-спектрометра для регистрации широкого спектра ионизирующего излучения всех видов заряженных частиц и гамма квантов в широком диапазоне энергий и потоков, и их энергетических характеристик, реализованного в виде универсального, компактного модуля, встраиваемого в различные типы электронных устройств с расширением применимости такого вида решений в современной бытовой техники и расширение арсенала дозиметров-радиометров.The technical task of the utility model is the creation of an effective universal miniature dosimeter-radiometer-spectrometer for recording a wide range of ionizing radiation of all types of charged particles and gamma quanta in a wide range of energies and flows, and their energy characteristics, implemented as a universal, compact module built into various types of electronic devices with the extension of the applicability of this type of solution in modern household appliances and the expansion of the arsenal of dosimeters-radi ters.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в повышении точности за счет выделения и регистрации сигналов, обусловленных внешними физическими факторами, в частности, шумовым электромагнитным и/или вибрационным механическим воздействием, определение их амплитуды и периода колебаний, а также цифровой фильтрации для исключения таких сигналов из счета числа учитываемых импульсов. Исключение помех от механического воздействия реализуется в заявляемом устройстве комплексно, на аппаратно-программном уровне, не прибегая к механической защите. В целом имеет место снижение чувствительности детектора к внешним возмущениям, повышение помехоустойчивости от внешних физических факторов, как шум, вибрация, электромагнитные колебания техногенного и естественного характера. Одновременно данное решение позволяет минимизировать габариты и массу прибора. При этом обеспечено расширение диапазона регистрируемых энергий и возможность регистрации различных видов ионизирующего излучения, включая их спектральные характеристики и портреты изотопов, что в свою очередь обеспечивает возможность более точного определения МЭД и ЭД.The technical result that provides a solution to the problem is to increase accuracy by isolating and recording signals caused by external physical factors, in particular, by electromagnetic noise and / or vibrational mechanical stress, determining their amplitude and oscillation period, as well as digital filtering to eliminate such signals from the account of the number of counted pulses. The exclusion of interference from mechanical stress is implemented in the inventive device comprehensively, at the hardware-software level, without resorting to mechanical protection. In general, there is a decrease in the sensitivity of the detector to external disturbances, an increase in noise immunity from external physical factors such as noise, vibration, and electromagnetic oscillations of anthropogenic and natural nature. At the same time, this solution allows to minimize the dimensions and weight of the device. At the same time, the range of recorded energies and the possibility of recording various types of ionizing radiation, including their spectral characteristics and portraits of isotopes, are ensured, which in turn provides the possibility of more accurate determination of DER and ED.

Сущность полезной модели заключается в том, что миниатюрный дозиметр-радиометр-спектрометр содержит два параллельно включенных измерительных канала, каждый из которых содержит кремниевый детектор ионизирующего излучения с преобразователем напряжения, выход которого соединен с входом управляемого зарядо-чувствительного усилителя, выход которого соединен с входом усилителя-формирователя, а выход последнего - с входом амплитудно-цифрового преобразователя, включающего схему спектрометра с набором компараторов, причем к зарядо-чувствительным усилителям всех измерительных каналов подключен калибратор, а выходы амплитудно-цифровых преобразователей измерительных каналов соединены через решающее устройство с интерфейсом беспроводной связи.The essence of the utility model is that the miniature dosimeter-radiometer-spectrometer contains two parallel-connected measuring channels, each of which contains a silicon ionizing radiation detector with a voltage converter, the output of which is connected to the input of a controlled charge-sensitive amplifier, the output of which is connected to the input of the amplifier -shaper, and the output of the latter with the input of the amplitude-to-digital converter, including the spectrometer circuit with a set of comparators, and to charge A calibrator is connected to the amplifiers of all measuring channels, and the outputs of the amplitude-to-digital converters of the measuring channels are connected via a solver to a wireless interface.

В частных случаях реализации решающее устройство выполнено с логическим элементом «И» и с логическим элементом «исключающее ИЛИ» с возможностью оценки значений и расчета временного интервала между импульсами и разделения сигналов, поступающих при пролете частицы, при шумовом воздействии и при механическом воздействии.In special cases of implementation, the decisive device is made with the logical element “AND” and with the logical element “exclusive OR” with the possibility of estimating the values and calculating the time interval between pulses and separating the signals received during the passage of the particle, during noise exposure and during mechanical action.

В иных частных случаях реализации решающее устройство выполнено в виде микропроцессора с возможностью оценки значений и расчета временного интервала между импульсами и разделения сигналов, поступающих при пролете частицы, при шумовом воздействии при механическом воздействии.In other special cases, the implementation of the decisive device is made in the form of a microprocessor with the ability to estimate values and calculate the time interval between pulses and to separate the signals received during the passage of a particle under noise exposure under mechanical stress.

Предпочтительно, дозиметр-радиометр-спектрометр соединен через интерфейс беспроводной связи из группы: Bluetooth, WiFi, NFC, USB, AudioJack 10 с информационным устройством из группы: мобильный телефон, смартфон, планшетный компьютер, персональный компьютер.Preferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is connected via a wireless interface from the group: Bluetooth, WiFi, NFC, USB, AudioJack 10 to an information device from the group: mobile phone, smartphone, tablet computer, personal computer.

Предпочтительно, дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен подключенным к обоим амплитудно-цифровым преобразователям регулируемым источником опорного напряжения выполненным с возможностью установки опорного уровняPreferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with an adjustable reference voltage source connected to both amplitude-digital converters, configured to set a reference level

сигнала (порога регистрации) для каждого из компараторов амплитудно-цифровых преобразователей.signal (registration threshold) for each of the comparators of the amplitude-to-digital converters.

Предпочтительно, дозиметр-радиометр-спектрометр выполнен в виде платы или гибридной микросборки, и снабжен блоком питания детекторов.Preferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is made in the form of a board or a hybrid microassembly, and is equipped with a detector power supply.

Предпочтительно, дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен автономным компактным корпусом, выполненным с возможностью оперативной установки в мобильное информационное устройство при этом детектор излучения представляет собой изготовленный по планарной технологии p-i-n диод, в котором в слаболегированном полупроводнике кремнии созданы высоколегированные p и n-области.Preferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with a self-contained compact housing that can be quickly installed in a mobile information device, while the radiation detector is a p-i-n diode manufactured according to planar technology in which highly doped p and n regions are created in a lightly doped silicon semiconductor.

Предпочтительно, дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен средствами внутренней памяти с возможностью хранения и передачи сведений на информационное устройство по запросу пользователя или по расписанию.Preferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with internal memory with the ability to store and transmit information to the information device at the request of the user or on a schedule.

Предпочтительно, дозиметр-радиометр-спектрометр выполнен с возможностью сигнализации, на основании заранее заданных в ручном или автоматическом режимах, измеряемых параметров уровня мощности дозы или эквивалентной дозы, определяемой для данной местности и данного государства с помощью звуковой, голосовой, текстовой и цветовой, вибро сигнализаций и сообщений.Preferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is configured to signal, based on pre-set in manual or automatic modes, the measured parameters of the dose rate level or the equivalent dose, determined for a given area and given state using sound, voice, text and color, vibration alarms and messages.

Предпочтительно, дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен средствами определения местоположения в пространстве источника ионизирующего излучения по гео-координатам GPS/ГЛОНАСС, а также по высоте над уровнем моря в данной точке измерения, и фиксации на экране или во флэш-памяти устройства мощности дозы, эквивалентной дозы, наименования изотопа и пространственных геокоординат на фотографии видеоизображении, сделанном мобильным информационным устройством.Preferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with means for determining the location in the space of the ionizing radiation source according to the GPS / GLONASS geo-coordinates, as well as the height above sea level at a given measurement point, and fixing the dose rate equivalent to the device’s screen or flash memory doses, isotope names and spatial geo-coordinates in the video image taken by the mobile information device.

На чертеже фиг. 1 изображена блок-схема миниатюрного дозиметра-радиометра-спектрометра, на фиг. 2 - блок-схема набора базовых программ для специализированного программного обеспечения миниатюрного дозиметра-радиометра-спектрометра.In the drawing of FIG. 1 shows a block diagram of a miniature dosimeter-radiometer-spectrometer, FIG. 2 is a block diagram of a set of basic programs for specialized software of a miniature dosimeter-radiometer-spectrometer.

Миниатюрный дозиметр-радиометр-спектрометр содержит, по меньшей мере, два параллельно включенных измерительных канала с цифровым шумоподавлением, каждый из которых содержит кремниевый детектор 1 ионизирующего излучения с преобразователем напряжения (не изображен), выход которого соединен с входом управляемого зарядо-чувствительного усилителя 2, выход которого в каждом канале соединен с входом усилителя-формирователя 3 (УФ), а выход последнего - с входом амплитудно-цифрового преобразователя, включающего схему спектрометра с набором компараторов (не изображено). Детектор 1 излучения представляет собой изготовленный по планарной технологии p-i-n диод, в котором в слаболегированном полупроводнике кремнии созданы высоколегированные p и n - области. К зарядо-чувствительным усилителям 2 всех измерительных каналов подключен калибратор 7, а выходы амплитудно-цифровых преобразователей 4 измерительных каналов соединены через логическое решающее устройство 6 с интерфейсом 9 управления и передачи данных, и с интерфейсом 10 беспроводной связи из группы: Bluetooth (или гибридный Bluetooth или Bluetooth Low Energy), WiFi, NFC, USB, AudioJack 10.The miniature dosimeter-radiometer-spectrometer contains at least two parallel-connected measuring channels with digital noise reduction, each of which contains a silicon ionizing radiation detector 1 with a voltage converter (not shown), the output of which is connected to the input of a controlled charge-sensitive amplifier 2, the output of which in each channel is connected to the input of the amplifier-former 3 (UV), and the output of the latter is connected to the input of the amplitude-to-digital converter, which includes a spectrometer circuit with a set of com Arathor (not shown). The radiation detector 1 is a p-i-n diode manufactured according to planar technology in which highly doped p and n regions are created in a lightly doped silicon semiconductor. A calibrator 7 is connected to the charge-sensitive amplifiers 2 of all measuring channels, and the outputs of the amplitude-to-digital converters 4 of the measuring channels are connected via a logic solver 6 with a control and data transmission interface 9, and with a wireless interface 10 from the group: Bluetooth (or hybrid Bluetooth or Bluetooth Low Energy), WiFi, NFC, USB, AudioJack 10.

Решающее устройство 6 выполнено с логическим элементом «И» и с логическим элементом «исключающее ИЛИ» (не изображены), или в виде микропроцессора с возможностью оценки значений и расчета временного интервала между импульсами и разделения сигналов, поступающих при пролете частицы, при шумовом воздействии при механическом воздействии.The solving device 6 is made with the logical element “AND” and with the logical element “exclusive OR” (not shown), or in the form of a microprocessor with the ability to estimate values and calculate the time interval between pulses and to separate the signals received during the passage of a particle during noise exposure under mechanical impact.

Дозиметр-радиометр-спектрометр соединен через интерфейс 10 беспроводной связи из группы: Bluetooth (или гибридный Bluetooth или Bluetooth Low Energy), WiFi, NFC, USB, AudioJack 10 с информационным устройством (не изображено) из группы: мобильный телефон, смартфон, планшетный компьютер, персональный компьютер или другой гаджет.The dosimeter-radiometer-spectrometer is connected via the wireless interface 10 from the group: Bluetooth (or hybrid Bluetooth or Bluetooth Low Energy), WiFi, NFC, USB, AudioJack 10 with an information device (not shown) from the group: mobile phone, smartphone, tablet computer , personal computer or other gadget.

Дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен подключенным к обоим амплитудно-цифровым преобразователям 4 регулируемым источником 5 опорного напряжения выполненным с возможностью установки опорного уровня сигнала (порога регистрации) для каждого из компараторов амплитудно-цифровых преобразователей 4.The dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with an adjustable reference voltage source 5 connected to both amplitude-to-digital converters 4 and configured to set a reference signal level (recording threshold) for each of the comparators of the amplitude-to-digital converters 4.

Дозиметр-радиометр-спектрометр выполнен в виде платы или гибридной микросборки, и снабжен блоком 8 питания детекторов 1.The dosimeter-radiometer-spectrometer is made in the form of a board or a hybrid microassembly, and is equipped with a power unit 8 for the detectors 1.

Дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен автономным компактным корпусом (не изображен), выполненным с возможностью оперативной установки в мобильное информационное устройство.The dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with an autonomous compact case (not shown), made with the possibility of quick installation in a mobile information device.

Дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен средствами (не изображены) внутренней памяти с возможностью хранения и передачи сведений на информационное устройство по запросу пользователя или по расписанию.The dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with means (not shown) of the internal memory with the ability to store and transmit information to the information device at the request of the user or according to the schedule.

Дозиметр-радиометр-спектрометр выполнен с возможностью сигнализации, на основании заранее заданных в ручном или автоматическом режимах, измеряемых параметров уровня мощности дозы или эквивалентной дозы, определяемой для данной местности и данного государства с помощью звуковой, голосовой, текстовой и цветовой, вибро сигнализаций и сообщений.The dosimeter-radiometer-spectrometer is made with the possibility of signaling, based on pre-set in manual or automatic modes, the measured parameters of the dose rate level or equivalent dose, determined for a given area and the given state using sound, voice, text and color, vibro alarms and messages .

Дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен средствами (не изображены) определения местоположения в пространстве источника ионизирующего излучения по гео-координатам GPS/ГЛОНАСС, а также по высоте над уровнем моря в данной точке измерения, и фиксации на экране или во флэш-памяти устройства мощности дозы, эквивалентной дозы, наименования изотопа и пространственных геокоординат на фотографии видеоизображении, сделанном мобильным информационным устройством.The dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with means (not shown) for determining the location in the space of the ionizing radiation source by the GPS / GLONASS geo-coordinates, as well as by the height above sea level at this measurement point, and fixing the dose rate device on the screen or in the flash memory , the equivalent dose, the name of the isotope and spatial geocoordinates in a photograph of a video image made by a mobile information device.

Заявляемое устройство может быть выполнено в виде отдельного самостоятельного прибора, содержащего не только головную часть позволяющую, регистрировать радиационное, вибро- и ударное воздействие, и в этом случае может содержать решающее устройство 6 - микропроцессор, обеспечивающий анализ поступающей с детекторов 1, принятие решения, вывод информации на встроенный индикатор, устройство памяти и различные интерфейсы (RS232, USB, BTNFC и другие) для передачи накопленной информации в компьютер. Устройство может быть выполнено в качестве отдельного блока подключаемого к смартфону (мобильному телефону), планшету или компьютеру по различным интерфейсам, как беспроводным (ВТ, NFC, WiFi), так проводным (RS-232/422/485, USB, audio-jack и др.). В этом случае часть функций решающего устройства 6 (анализ вида и формы сигналов) может быть передана процессору смартфона, планшета или компьютера. Информационным устройством вывода и визуализации информации в этом случае так же может служить экран смартфона, планшета или компьютера.The inventive device can be made in the form of a separate stand-alone device, containing not only the head part that allows you to register radiation, vibration and shock, and in this case may contain a decisive device 6 - microprocessor, providing analysis of the detectors 1, decision, conclusion information on the built-in indicator, memory device and various interfaces (RS232, USB, BTNFC and others) for transferring the accumulated information to the computer. The device can be implemented as a separate unit connected to a smartphone (mobile phone), tablet or computer via various interfaces, both wireless (BT, NFC, WiFi) and wired (RS-232/422/485, USB, audio-jack and other). In this case, part of the functions of the resolving device 6 (analysis of the type and form of signals) can be transferred to the processor of a smartphone, tablet or computer. In this case, the screen of a smartphone, tablet or computer can also serve as an information output and visualization information device.

Устройство может быть выполнено в виде модуля или блока, конструктивно встроенного в смартфон, планшет, компьютер или в другое мобильное или стационарное оборудование, имеющее интеллектуальное устройство (например, в автомобильный видеорегистратор, автомагнитолу и др.). В этом случае подключение возможно не только по указанным выше интерфейсам, но и непосредственно к шине интеллектуального устройства и тогда значительная часть функций по обработке сигналов может быть передана основному процессору интеллектуального устройства, оснащенного соответствующим программным обеспечением.The device can be made in the form of a module or block, structurally integrated into a smartphone, tablet, computer, or other mobile or stationary equipment having an intelligent device (for example, a car DVR, car radio, etc.). In this case, connection is possible not only via the above interfaces, but also directly to the bus of the smart device, and then a significant part of the signal processing functions can be transferred to the main processor of the smart device equipped with the corresponding software.

Миниатюрный дозиметр-радиометр-спектрометр эксплуатируется следующим образом.A miniature dosimeter-radiometer-spectrometer is operated as follows.

В составе головного информационного устройства из группы: смартфон, планшетный компьютер заявляемый дозиметр-радиометр-спектрометр обеспечивается электропитанием от средств электропитания этого устройства.As part of the head information device from the group: smartphone, tablet computer, the claimed dosimeter-radiometer-spectrometer is provided with power from the power supply of this device.

Сигнал с каждого датчика 1 излучения поступает на вход соответствующего усилителя 2, выполняющего преобразование заряда, генерируемого датчиком 1 радиации в напряжение.The signal from each radiation sensor 1 is fed to the input of the corresponding amplifier 2, which converts the charge generated by the radiation sensor 1 to voltage.

Сигнал с выхода каждого усилителя 2 поступает на вход соответствующего усилителя - формирователя 3, который приводит его к виду необходимому для работы компараторов амплитудно-цифрового преобразователя 4, а источник 5 опорного напряжения определяет порог регистрации и может регулироваться.The signal from the output of each amplifier 2 is fed to the input of the corresponding amplifier - shaper 3, which brings it to the form necessary for the comparators of the amplitude-to-digital converter 4 to work, and the reference voltage source 5 determines the registration threshold and can be adjusted.

Опорный уровень сигнала одного компаратора преобразователя 4 выбирается исходя из минимального уровня сигнала при пролете частицы. Опорный уровень компаратора другого преобразователя 4 выбирается исходя из уровня помехи при механическом воздействии на детектор 1 ионизирующего излучения.The reference signal level of one comparator of the converter 4 is selected based on the minimum signal level during the passage of a particle. The reference level of the comparator of the other Converter 4 is selected based on the level of interference during mechanical action on the detector 1 of ionizing radiation.

АЦП 4 с помощью компараторов реализует схему для организации режима спектрометра, в котором производится оценка изотопного состава делящегося материала по его спектральным характеристикам.ADC 4, using comparators, implements a scheme for organizing the spectrometer mode, in which the isotopic composition of fissile material is estimated by its spectral characteristics.

Каждый из компараторов преобразователей 4 выполняет преобразование сигнала с усилителя - формирователя в логический сигнал, поступающий на входы решающего устройства 6.Each of the comparators of the converters 4 performs the conversion of the signal from the amplifier - shaper into a logical signal supplied to the inputs of the resolving device 6.

Калибратор 7 выполняет формирование эталонных тестовых импульсов для автоматической настройки устройства, как в режиме дозиметра-радиометра, так и в режиме спектрометра.The calibrator 7 performs the formation of the reference test pulses for automatic tuning of the device, both in the dosimeter-radiometer mode and in the spectrometer mode.

Если решающее устройство выполнено в виде логического решающего устройства на базе логических элементов «И» и «Исключающее ИЛИ», последние функционируют следующим образом.If the solver is made in the form of a logical solver based on the logical elements "AND" and "exclusive OR", the latter operate as follows.

Логический элемент «И» имеет на выходе напряжение, когда имеются сигналы на обоих входах. В цифровом канале Функция "И" равна единице, если равны единице все ее аргументы (входные сигналы).The logic element "AND" has an output voltage when there are signals at both inputs. In a digital channel, the And function is equal to one if all its arguments (input signals) are equal to unity.

Логический элемент «Исключающее ИЛИ» (например, схема сравнения двух логических сигналов) имеет на выходе напряжение низкого уровня, когда сигналы на обоих входах. Если входные сигналы различаются, то на выходе действует напряжение высокого уровня. В цифровом канале функция “Исключающее ИЛИ” (XOR) равна единице, если равен единице только один ее аргумент (входной сигнал).The XOR gate (for example, a circuit for comparing two logical signals) has a low voltage output when the signals are at both inputs. If the input signals are different, then the output is high voltage. In a digital channel, the “XOR” function is equal to one if only one argument (input signal) is equal to one.

Таким образом, логическое решающее устройство 6 выполняет подсчет числа импульсов за определенное время, и подготовку обработанных данных для их дальнейшей передачи по заданному интерфейсу 9 или 10. Устройство 6 также фиксирует периодическое срабатывание компараторов преобразователей 4, временной интервал между импульсами компараторов каждого из преобразователей 4, а также последовательность срабатывания компараторов преобразователей 4.Thus, the logical solver 6 performs the calculation of the number of pulses for a certain time, and prepares the processed data for further transmission via a given interface 9 or 10. Device 6 also records the periodic operation of the comparators of the converters 4, the time interval between the pulses of the comparators of each of the converters 4, as well as the sequence of operation of the comparators of the converters 4.

Если решающее устройство 6 выполнено в виде микропроцессора, последний выполняет подсчет числа импульсов за определенное время, и подготовку обработанных данных для их дальнейшей передачи по заданному интерфейсу 9 или 10. Микропроцессор устройства 6 также фиксирует периодическое срабатывание компараторов преобразователей 4, временной интервал между импульсами компараторов каждого из преобразователей 4, а также последовательность срабатывания компараторов преобразователей 4.If the decisive device 6 is made in the form of a microprocessor, the latter performs the calculation of the number of pulses for a certain time, and prepares the processed data for further transmission via a given interface 9 or 10. The microprocessor of device 6 also records the periodic operation of the comparators of the converters 4, the time interval between the pulses of the comparators from converters 4, as well as the sequence of operation of the comparators of converters 4.

Передача данных на головное устройство, в которое встраивается дозиметр-радиометр-спектрометр осуществляется интерфейсом 9 по выбранному интерфейсу I2C или RS485, RS232, CAN 2.0, или USB - 7. RS232, USB, BTNFC.Data is transmitted to the head unit into which the dosimeter-radiometer-spectrometer is built-in by interface 9 via the selected interface I2C or RS485, RS232, CAN 2.0, or USB - 7. RS232, USB, BTNFC.

Сигнал от радиационного воздействия при разумных уровнях мощности дозы с вероятностью 0,999999 (увеличение мощности дозы в 1000 раз уменьшит это значение вероятности до 0,999) может появиться только в одном канале. В то время как электромагнитная наводка и шумовое вибрационное воздействие будут индуцировать сигнал одинаково в обоих каналах. Таким образом, заявленное решение позволяет надежно «отсортировать» от радиационного воздействия и помеху как шумовую механическую, так и электрическую. Возможное использование еще большего числа каналов может позволить еще улучшить качество фильтрации сигналов (без использования встроенного микроконтроллера).A signal from radiation exposure at reasonable dose rate levels with a probability of 0.999999 (increasing the dose rate by a factor of 1000 will reduce this probability value to 0.999) can appear in only one channel. While electromagnetic interference and noise vibration exposure will induce a signal in the same way in both channels. Thus, the claimed solution allows you to reliably "sort" from radiation exposure and interference, both mechanical and electrical noise. The possible use of an even larger number of channels can allow us to further improve the quality of signal filtering (without using an integrated microcontroller).

В обоих случаях реализации устройства 6, датчики 1 и решающее устройство 6 обеспечивают цифровую фильтрацию сигнала от наводок и механического воздействия.In both cases, the implementation of the device 6, the sensors 1 and the deciding device 6 provide digital filtering of the signal from interference and mechanical stress.

Элементы питания каналов и устройство для их зарядки в случае реализации встроенного модульного дозиметра-радиометра-спектрометра для измерения ионизирующего излучения, исключаются. Современная элементная база позволяет реализовать изделие в минимальных габаритах встраиваемого исполнения.Channel power elements and a device for their charging in the case of the implementation of the integrated modular dosimeter-radiometer-spectrometer for measuring ionizing radiation are excluded. The modern element base allows you to realize the product in the minimum dimensions of the built-in design.

При любом исполнении заявляемое устройство представляет собой преимущественно расширение функционала мобильного устройства, включающего в себя процессор, навигационное устройство GPS/ГЛОНАСС, формирующее текущие пространственные гео-координаты обследуемого места; приемопередающее устройство WiFi, GPRS, Bluetooth, NFC 3. Блок питания, блок памяти являются обязательными базовыми компонентами мобильного устройства. Фото/видео камера обеспечивает возможность фото и видео фиксации объекта измерений, клавиатура 6 обеспечивает взаимодействие с программным обеспечением мобильного устройства, а монитор 8 предназначен для отображения результатов работы программ и режимов измерения мощности эквивалентной дозы, эквивалентной дозы и идентификации источника ионизирующего излучения.With any design, the inventive device is primarily an extension of the functionality of a mobile device that includes a processor, a GPS / GLONASS navigation device that forms the current spatial geo-coordinates of the surveyed place; WiFi, GPRS, Bluetooth, NFC 3 transceiver. Power supply unit, memory unit are mandatory basic components of a mobile device. Photo / video camera provides the possibility of photo and video fixing of the measurement object, the keyboard 6 provides interaction with the software of the mobile device, and monitor 8 is designed to display the results of the programs and modes of measuring the equivalent dose rate, equivalent dose and identification of the ionizing radiation source.

Заявляемое устройство позволяет измерить мощность эквивалентной дозы (МЭД) и эквивалентную дозу (ЭД) ионизирующего излучения, в частности, при облучении рентгеновскими лучами, гамма-излучением, бета-частицами и альфа-частицами и спектр радиоактивны (делящихся) материалов, что в свою очередь, может дать определенный «портрет» источника ионизирующего излучения, благодаря чему позволит более точно измерять МЭД и ЭД и идентифицировать источник опасности. Устройство позволяет регистрировать удары и шумовое и/или вибрационное воздействие.The inventive device allows you to measure the equivalent dose rate (DER) and equivalent dose (ED) of ionizing radiation, in particular, when irradiated with X-rays, gamma radiation, beta particles and alpha particles and the spectrum of radioactive (fissile) materials, which in turn , can give a certain "portrait" of the ionizing radiation source, due to which it will allow more accurate measurement of DER and ED and identification of the source of danger. The device allows you to record shocks and noise and / or vibration exposure.

Устройство позволяет составлять карту радиационного фона и радиационного загрязнения исследуемой территории. С помощью смартфона или компьютера фотографировать и видео фиксировать объекты, обладающие повышенным радиационным фоном (мощностью дозы) и определять для этих объектов геокоординаты на местности или пространственные гео-координаты в местоположении над земной поверхностью, отсчитывая эти пространственные гео-координаты на основе принятого мирового стандарта над уровнем моря. Кроме того, устройство позволяет предупреждать человека в голосовом, текстовом, цветовом, звуковом и вибро режиме о превышении допустимой МЭД и ЭД ионизирующего излучения, с привязкой, рассчитанной для данного региона и данной страны с учетом применяемых там специализированных стандартов по радиационной безопасности для разных категорий граждан: гражданское население, специализированный и технический персонал АЭС, военные и др.The device allows you to map the background radiation and radiation pollution of the study area. Using a smartphone or computer, take photographs and videos to record objects that have an increased radiation background (dose rate) and determine for these objects geo-coordinates on the ground or spatial geo-coordinates at a location above the earth's surface, counting these spatial geo-coordinates based on the accepted world standard over sea level. In addition, the device allows you to warn a person in voice, text, color, sound and vibro mode about exceeding the permissible DER and ED of ionizing radiation, with a reference calculated for this region and this country, taking into account the specialized radiation safety standards used for different categories of citizens : civilian population, specialized and technical personnel of nuclear power plants, military, etc.

Заявляемый дозиметр-радиометр-спектрометр является первым из миниатюрных бытовых устройств, позволяющих не только выполнять оценку мощности дозы, эквивалентной дозы, но и оценивать энергетические характеристики источников ионизирующего излучения. Также имеется возможность определения изотопного состава источника ионизирующего излучения. Для оценки изотопного состава источника излучения используется сохраняемый в программных устройствах набор сигнатур спектров известных радиоактивных (делящихся) материалов, записанный во флэш-памяти специализированной интегральной микросхемы.The inventive dosimeter-radiometer-spectrometer is the first of miniature household devices that allow not only to evaluate the dose rate equivalent to the dose, but also to evaluate the energy characteristics of ionizing radiation sources. It is also possible to determine the isotopic composition of the ionizing radiation source. To assess the isotopic composition of the radiation source, a set of spectral signatures of known radioactive (fissile) materials stored in software devices is recorded in the flash memory of a specialized integrated circuit.

В результате реализации настоящего технического решения обеспечивается существенное повышение точности измерения за счет выделения и регистрации сигналов, обусловленных внешними физическими факторами, в частности, электромагнитным и/или шумовыми вибрационным механическим воздействием, определение их амплитуды и периода колебаний, а также цифровой фильтрации для исключение таких сигналов из счета числа учитываемых импульсов. Исключение помех от механического воздействия реализуется в заявляемом устройстве комплексно, на аппаратно-программном уровне, не прибегая к механической защите. В целом имеет место снижение чувствительности детектора к внешним механическим воздействиям, повышение помехоустойчивости от внешних физических факторов, как вибрация, электромагнитные колебания техногенного и природного характера.As a result of the implementation of this technical solution, a significant increase in the measurement accuracy is achieved due to the isolation and registration of signals caused by external physical factors, in particular, electromagnetic and / or noise vibrational mechanical effects, the determination of their amplitude and period of oscillations, as well as digital filtering to exclude such signals from the account of the number of counted pulses. The exclusion of interference from mechanical stress is implemented in the inventive device comprehensively, at the hardware-software level, without resorting to mechanical protection. In general, there is a decrease in the sensitivity of the detector to external mechanical influences, an increase in noise immunity from external physical factors such as vibration, electromagnetic oscillations of anthropogenic and natural nature.

Claims

1. A miniature dosimeter-radiometer-spectrometer containing two parallel-connected measuring channels, each of which contains a silicon ionizing radiation detector with a voltage converter connected to the output of the controlled charge-sensitive amplifier, the output of which is connected to the input of the amplifier-former, and the output of the latter is connected to the input of the amplitude-to-digital converter, including the spectrometer circuit with a set of comparators, and to the charge-sensitive amplifiers of the measuring channels chen calibrator, and outputs the amplitude-to-digital converters are connected via measuring channels decision unit with a wireless communication interface.

2. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to claim 1, characterized in that the decisive device is made with a logical element "AND" and a logical element "exclusive OR" with the ability to evaluate values and calculate the time interval between pulses and separation of signals received during the passage particles when exposed to noise.

3. The dosimeter-radiometer-spectrometer according to claim 1, characterized in that the decisive device is made in the form of a microprocessor with the ability to estimate values and calculate the time interval between pulses and to separate the signals received during the passage of a particle under noise exposure.

4. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that it is connected via a wireless interface from the group: Bluetooth, WiFi, NFC, USB. AudioJack 10 with an information device from the group: mobile phone, smartphone, tablet computer, personal computer.

5. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that it is equipped with an adjustable reference voltage source connected to the amplitude-to-digital converters, configured to set a reference signal level for each of the comparators of the amplitude-to-digital converters.

6. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that it is made in the form of a board or a hybrid microassembly and is equipped with a power supply for the detectors.

7. The dosimeter-radiometer-spectrometer according to claim 6, characterized in that it is equipped with an autonomous compact housing configured to be quickly installed in a mobile information device, wherein the radiation detector is a pin diode manufactured according to planar technology, in which a lightly doped semiconductor Silicons created highly doped p and n-regions.

8. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1-3, 7, characterized in that it is equipped with internal memory with the ability to store and transmit information to the information device at the request of the user or on a schedule.

9. Dosimeter-radiometer according to any one of paragraphs. 1-3, 7, characterized in that it is made with the possibility of signaling, based on predefined in manual or automatic modes, the measured parameters of the dose rate level or the equivalent dose, determined for a given area and given state using sound, voice, text and color, vibration alarms and messages.

10. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1-3, 7, characterized in that it is equipped with a means of determining the location in space of a source of ionizing radiation by GPS / GLONASS geocoordinates, as well as by height above sea level at a given point of measurement and fixation on a screen or flash memory of a dose rate device, the equivalent dose, the name of the isotope and spatial geocoordinates in a photograph of a video image made by a mobile information device.