常壓空氣網(wǎng)柵脈沖電離室型測氡儀的設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著環(huán)境污染日益嚴重以及人們環(huán)境保護意識增強,人們更加重視自己的生活環(huán)境質(zhì)量,特別是室內(nèi)空氣質(zhì)量。從放射性衛(wèi)生角度看,氡及其衰變子體廣泛存在于人們的生活空間,當人體長期處于含氡的環(huán)境中,吸入氡氣含量高的空氣或飲用含氡量高的水體,易于導致癌癥的發(fā)生。因此,空氣氡監(jiān)測成為世界各國科學界、媒體的熱門話題。科學地綜合分析居民生活環(huán)境中氡對人體健康的潛在危害,查明人們生活空間內(nèi)氡的來源,進而提出有效可行的防護措施,對提高人們生活質(zhì)量和改善人們生活

2、環(huán)境具有重要實際價值。
　　 氡（Rn）是由鐳衰變產(chǎn)生的自然界中唯一的天然放射性惰性氣體，無色無味，主要存在于大部分泥土及巖石中（尤其是花崗巖）的鐳放射分解時。氡氣是一種天然放射性有害氣體,人們呼吸時,氡氣及其子體隨氣流進入人體,氡子體是固態(tài),當人吸入后,氡子體不斷沉積在呼吸道表面,在局部區(qū)域內(nèi)不斷積累,對人體組織形成長期內(nèi)照射。這種危害在室內(nèi)及地下場所更為嚴重,地下住所氡濃度比地面居室高出許多,大約在40 倍左右。
　　

3、 為了減小和控制氡對人體的危害性,科學準確地測量空氣中氡濃度就成為環(huán)境氡氣監(jiān)測的重要措施。生活環(huán)境中氡的測量是一個涉及核科學、地球科學、環(huán)境科學等多科領域的復雜問題，同時與核技術、電子技術及計算機技術密切相關。
　　 低功耗、簡便易維護、通用性強、使用方便、性能價格比高、更加人性化操作的測氡設備是今后發(fā)展的必然趨勢。
　　 本文介紹一種可以監(jiān)測環(huán)境空氣中氡及其子體濃度的網(wǎng)柵脈沖電離室型測氡儀，具有測量靈敏度高，測量精度

4、和穩(wěn)定性好等特點。該測氡儀可廣泛應用于環(huán)境空氣中氡水平的監(jiān)測，建筑物內(nèi)部和居民住房內(nèi)部的氡污染的調(diào)查。儀器采用實用新型的常壓空氣網(wǎng)柵脈沖電離室，電離室與外界相通，環(huán)境中的氡氣可直接自由擴散到高壓腔，在定向電場的作用下，收集電極收集到帶電粒子后產(chǎn)生脈沖信號，脈沖信號輸送到微處理器系統(tǒng)進行計數(shù)處理、存儲和顯示，根據(jù)需要，可以通過USB 接口把測量數(shù)據(jù)上傳到計算機顯示和分析處理。
　　 儀器采用圓柱形常壓空氣網(wǎng)柵脈沖電離室型探測器，形

5、狀尺寸設計合理，具有良好的測量探測效率和靈敏體積；信號放大甄別電路的前置放大電路采用高阻抗低噪聲場效應管放大器OPA604 集成芯片，取代常用的場效應管放大，有效提高電路穩(wěn)定性及抗干擾能力；測氡儀微控制系統(tǒng)芯片選用Cypress公司推出的CY68013A 芯片，微控制器系統(tǒng)實現(xiàn)對實時時鐘、液晶顯示與按鍵以及程序和數(shù)據(jù)存儲器的設置和控制操作；時鐘方面選用美國DALLAS公司推出的實時時鐘芯片DS1302 芯片，該芯片為一種高性能、低功耗、

6、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周、時、分、秒自動計時，從而實現(xiàn)在保存測量數(shù)據(jù)同時可以保存準確的測量時間信息；在人機交互方面，選用液晶型號為JD12232 作為顯示黃底黑字的顯示類型，設計簡潔的4個按鍵，分別是菜單、向上、向下、確定，實現(xiàn)簡單便捷的人性化人機對話；數(shù)據(jù)存儲器選用CAT24WC256 芯片，該芯片為256K 位串行CMOS 結構的E2PROM，內(nèi)部含有32768個字節(jié)，每字節(jié)為8 位低功耗的數(shù)據(jù)存儲芯片，根據(jù)存

7、儲數(shù)據(jù)結構大小計算，可以達到存儲3000 組測量數(shù)據(jù)容量；電源芯片選用高效率的開關電源為系統(tǒng)提供需要的工作電源，滿足儀器低功耗的要求；針對目前大多數(shù)計算機都沒有配置RS-232C 串行接口，根據(jù)系統(tǒng)需要選擇USB 接口來與計算機進行數(shù)據(jù)傳輸，而微控制系統(tǒng)芯片CY68013A 芯片最主要優(yōu)勢就是集成了USB 接口，實現(xiàn)通過USB 接口與計算機進行測量數(shù)據(jù)傳輸功能；在應用軟件程序方面，采用Visual C++6.0 面向對象語言及MFC 開

8、發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸應用軟件，軟件界面簡潔，實現(xiàn)了傳輸測量數(shù)據(jù)和刪除測量數(shù)據(jù)功能。
　　 經(jīng)過一年多的研究與實驗驗證工作，主要有以下創(chuàng)新性的研究成果：
　　 （1）探測器的選擇上，采用常壓空氣網(wǎng)柵脈沖電離室型探測器，電離室呈圓柱形網(wǎng)柵結構，環(huán)境中的氡氣可直接自由擴散到高壓腔內(nèi)，具有明確的靈敏體積和良好的探測效率；
　　 （2）信號放大甄別電路，前置信號放大電路采用高阻抗低噪聲場效應管放大器OPA604 集成芯片，取代常用

9、的場效應管放大，滿足前置放大高輸入阻抗要求，有效提高電路穩(wěn)定性及抗干擾能力；
　　 （3）數(shù)據(jù)存儲器選用CAT24WC256 芯片，該芯片為256K 位串行CMOSE2PROM，內(nèi)部含有32768個字節(jié)，自行定義設計測量數(shù)據(jù)結構，根據(jù)存儲測量數(shù)據(jù)結構大小計算，可以存儲高達3000 組測量數(shù)據(jù)容量；
　　 （4）針對目前大多數(shù)計算機都沒有配置RS-232C 串行接口，根據(jù)系統(tǒng)需要選擇USB 接口來與計算機進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)