[發明專利]便攜式仿生α內污染劑量監測裝置

有效

• 申請號: 201310190647.0
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103293547A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 王磊;劉明哲;庹先國;成毅;楊建波;劉小于;王琳
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G01T1/02
• 分類號: G01T1/02;G01T1/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種監控裝置，尤其涉及一種便攜式仿生α內污染劑量監測裝置。

背景技術

核與輻射突發事件、鈾礦開采、井下施工、放射性實驗、核電事故等情況中，需要實時監控測量工作人員吸入α放射性物質的活度，并估算人員所受內照射劑量。目前，市場現有α輻射測量儀器主要是測量環境中的α輻射，沒有基于仿生學原理對人體吸入性α輻射劑量測量的儀器，無法根據人體實際、實時的呼吸情況，定量計算吸入人體的α核素活度，并評估α內照射劑量。另外，由于需要實時監控測量人員吸入α劑量，測量裝置的便攜性就顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種解決上述問題，便攜的仿生α內污染劑量監測裝置，該裝置基于仿生學原理，能夠在輻射環境下模擬人體的呼吸，獲取人體呼吸過程中所受的α內污染劑量，為人體所受劑量提供數據參考。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種便攜式仿生α內污染劑量監測裝置，包括由被檢測人員隨身佩戴的人體呼吸輔助系統、仿生呼吸系統以及數字化α能譜獲取及分析系統；

所述人體呼吸輔助系統包括能罩在被檢測人員嘴和鼻上的罩體，吸入氣流通道和呼出氣流通道，所述吸入氣流通道由進氣管和單向閥門組成，所述的呼出氣流通道由出氣管和單向閥門組成；

所述仿生呼吸系統包括仿生呼吸器與仿生呼吸器流量控制模塊，仿生呼吸器流量控制模塊包括設置在進氣管內的氣體流量傳感器，所述仿生呼吸器流量控制模塊根據氣體流量傳感器實時獲取的人體吸入氣體流量數據，控制仿生呼吸器的進氣量，使仿生呼吸器進氣量與人體吸入氣體量實時相同或單位時間內總量相同；

仿生呼吸器的出氣端和罩體出氣管遠離罩體的一端分別連接兩路獨立的數字化α能譜獲取及分析系統，獲取人體吸入、呼出氣體中的α活度值。

作為優選：所述仿生呼吸器包括氣體管道，以及沿著氣體管道的氣體流出方向依次設置的用于過濾空氣中的大量顆粒塵埃的過濾器、消除濕度對測量影響的干燥器、為仿生呼吸系統吸入空氣提供動力的泵、控制仿生呼吸系統氣體管道開合的閥門、監測氣體流量的流量計。

作為優選：仿生呼吸器流量控制模塊包括依次連接的信號放大電路、濾波電路、模數轉換電路、數字信號處理電路和步進電機，氣體流量傳感器實時監測人員吸入氣體流量信號，經放大濾波并轉換為數字信號，再由數字信號處理電路處理，并發送匹配的脈沖信息控制步進電機的轉速，所述步進電機與仿生呼吸器的泵相連，帶動泵工作。

作為優選：仿生呼吸器流量控制模塊根據氣體流量傳感器的數據控制仿生呼吸器的進氣量，使其與進氣閥的進氣量實時相同或單位時間內總量相同，從而模擬人體吸氣過程，具體實現過程如下：

1）標定氣體流量傳感器參數，獲取流量與電壓線性關系曲線；

2）實測步進電機轉速與仿生呼吸器吸入空氣流量關系數據，利用最小二乘法擬合步進電機轉速與流入仿生呼吸器中空氣流量關系曲線；以吸入面罩空氣流量等于流入仿生呼吸器空氣流量建立等式，關聯電壓U與步進電機轉速；

3）根據步進電機轉速與輸入步進電機脈沖頻率關系，及2）中所得電壓與步進電機轉速的關系，在DSP內利用程序將采樣電壓U與輸入步進電機脈沖頻率關聯，實現采樣電壓值U與DSP輸出脈沖頻率f的對應關系；

4）得到采樣電壓與輸入步進電機工作脈沖頻率關系后，根據采樣電壓值，輸出對應脈沖頻率信號，驅動步進電機轉動，通過控制步進電機的轉速，實時控制泵吸入的空氣量，準確模擬人體吸氣過程。

作為優選：所述人體呼吸系統罩體出氣管內填充有消除濕度對測量影響的干燥劑。

作為優選：數字化α能譜獲取及分析系統包括半球形高壓倉、金硅面壘探測器，前置放大器、主放大器、數字多道和能譜分析單元，所述半球形高壓倉包括弧形面和平面，其中弧形面由外層絕緣層和內層高壓層構成，平面為地層，半球形高壓倉對進入的α粒子進行定向加速，使α粒子向金硅面壘探測器運動，所述金硅面壘探測器將α輻射信號轉換為電脈沖信號，所述數字多道獲取α粒子的能譜，并由能譜分析單元計算出對應的α活度值。

與現有技術相比，本發明的優點在于：通過人體呼吸輔助系統和仿生呼吸系統的配合，監控人體呼吸時吸入和呼出的氣體量，并由仿生呼吸系統模擬人體呼入的氣體量，再通過兩路獨立的數字化α能譜獲取及分析系統，從仿生呼吸系統獲取人體吸入的氣體量，從人體呼吸輔助系統的罩體出氣管獲取人體呼出的氣體量，分別進行測量、分析，從而獲取人體吸入、呼出氣體中的α活度值，整個裝置結構簡單，高度集成，便攜性能好。