[發(fā)明專利]一種小型空氣脈沖電離室測(cè)氡裝置及測(cè)量方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011305989.9
• 申請(qǐng)日: 2020-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112346106A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董湘龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核工業(yè)二三O研究所
• 主分類號(hào): G01T1/167
• 分類號(hào): G01T1/167;G01T1/185;G01N33/00;G01D21/02;H01J47/02
• 代理公司: 成都長(zhǎng)風(fēng)破浪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51324
• 代理人: 萬(wàn)利

1.一種測(cè)氡用小型空氣離子脈沖電離室，其特征在于：包括筒體結(jié)構(gòu)的電離室(6)，電離室(6)的一個(gè)開(kāi)口端安裝有端蓋(9)，所述端蓋(9)上設(shè)置有透氣孔，電離室(6)的另一端開(kāi)口安裝有金屬絲網(wǎng)(7)，所述端蓋(9)的中心位置處設(shè)置有貫穿端蓋(9)的通孔，收集電極(5)從該通孔伸入電離室(6)中，并伸入靠近金屬絲網(wǎng)(7)處，所述收集電極(5)遠(yuǎn)離金屬絲網(wǎng)(7)的一端與電路板(1)電連接，電路板(1)通過(guò)支撐柱(2)安裝在所述端蓋(9)上，所述電路板(1)上設(shè)置有采集電路、前置放大電路、后端主放大電路、甄別電路、主控單元和通訊模塊，所述電離室(6)外殼接入高壓電源。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)氡用小型空氣離子脈沖電離室，其特征在于：所述收集電極(5)靠近電路板(1)的一端套裝有絕緣耐高壓材料制成的套筒(3)，套筒(3)安裝在所述電路板(1)上，所述套筒(3)軸向長(zhǎng)度大于電路板(1)到端蓋(9)的距離，使得套筒(3)遠(yuǎn)離電路板(1)的一端伸入到電離室(6)中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)氡用小型空氣離子脈沖電離室，其特征在于：所述電離室(6)遠(yuǎn)離端蓋(9)的一端繞電離室(6)內(nèi)壁圓周設(shè)置有兩個(gè)環(huán)形凸起部(8)，所述金屬絲網(wǎng)(7)安裝在兩個(gè)環(huán)形凸起部(8)之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)氡用小型空氣離子脈沖電離室，其特征在于：所述電離室(6)的兩端開(kāi)口處均安裝有粉塵過(guò)濾膜(4)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)氡用小型空氣離子脈沖電離室，其特征在于：所述電離室(6)由兩段筒體通過(guò)螺栓裝配在一起。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)氡用小型空氣離子脈沖電離室，其特征在于：所述電離室(6)的腔壁由鐵皮或不銹鋼制成。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)氡用小型空氣離子脈沖電離室，其特征在于：所述電路板(1)緊鄰安裝有端蓋(9)的電離室(6)開(kāi)口，并且電路板(1)與電離室(6)開(kāi)口之間保留間隙。

8.根據(jù)權(quán)利要求1到7任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種測(cè)氡用小型空氣離子脈沖電離室，其特征在于：在電離室(6)外部安裝有溫度濕度傳感器，溫度濕度傳感器與主控單元電連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1到7任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種測(cè)氡用小型空氣離子脈沖電離室，其特征在于：在電離室(6)外部安裝有有機(jī)物探測(cè)器和甲醛探測(cè)器，有機(jī)物探測(cè)器和甲醛探測(cè)器均接入所述主控單元。

10.一種小型空氣脈沖電離室測(cè)量方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：空氣從電離室(6)的兩個(gè)開(kāi)口處進(jìn)入到電離室(6)中；

步驟2：進(jìn)入電離室(6)前，空氣中的大部分粉塵和氡子體被電離室(6)兩端的粉塵過(guò)濾膜(4)過(guò)濾；

步驟3：電離室(6)中的氡衰變形成系列子體，發(fā)生α衰變產(chǎn)生的α粒子會(huì)直接電離空氣介質(zhì)，產(chǎn)生電子和離子對(duì)；電子和離子對(duì)從入射粒子俘獲動(dòng)能，在氣體中運(yùn)行并和氣體分子碰撞，發(fā)生擴(kuò)散、吸附、復(fù)合、漂移等物理過(guò)程；

步驟4：當(dāng)脈沖電離室(6)工作時(shí)，給電離室(6)外殼加上高壓作為正極A，收集電極(5)作為負(fù)極K，則電離室(6)內(nèi)部產(chǎn)生定向電場(chǎng)，對(duì)α粒子實(shí)現(xiàn)4π探測(cè)；

步驟5：電子和離子它們?cè)陔妶?chǎng)作用下分別向兩極漂移，在漂移過(guò)程中，收集電極(5)上出現(xiàn)感生電荷，正離子越靠近收集電極(5)，感生電荷越多，收集電極(5)對(duì)地的電容C上積累的電荷越多，在正負(fù)離子全部被收集時(shí)，達(dá)到最大值；

步驟6：電荷定向移動(dòng)形成電流脈沖，脈沖始于離子對(duì)生成，終于離子對(duì)全部被收集，電流脈沖導(dǎo)致與收集電極(5)連接的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，并在負(fù)載電阻上形成電壓脈沖。其幅度U為：

Q是收集到的電荷量，Cd為收集極對(duì)地的電容；

步驟7：前置放大電路對(duì)脈沖電離室(6)輸出的非常微弱的脈沖信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大處理；前置放大電路輸出端經(jīng)過(guò)屏蔽電纜與主放大器相連；前置放大器采用電荷靈敏放大器；

步驟8：主放大電路對(duì)前置放大電路的輸出進(jìn)行再一次放大，使信號(hào)滿足后續(xù)電路的測(cè)量分析；主放大器再把小信號(hào)放大到需要的幅度，并改造信號(hào)形狀，進(jìn)行濾波成形，主放輸出電壓幅度控制在0.5～4V左右，放大倍數(shù)控制在50～100倍左右。

步驟9：甄別電路完成信號(hào)的進(jìn)一步濾波，并通過(guò)設(shè)定甄別閾值，濾除干擾信號(hào)，同時(shí)將信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波脈沖，送入主控單元。

步驟10：溫濕度傳感器采集環(huán)境溫度、濕度指標(biāo)，并送入主控單元；電離室(6)介質(zhì)空氣的溫濕度主要影響電離產(chǎn)生的有效的電子-離子對(duì)數(shù)，并通過(guò)采集溫度、濕度值修正環(huán)境對(duì)氡濃度測(cè)量的影響，根據(jù)預(yù)先輸入的擬合方程，然后修正氡濃度測(cè)量值。

步驟11：空氣質(zhì)量檢測(cè)傳感器采集環(huán)境有機(jī)物濃度、甲醛濃度等數(shù)據(jù)，并送入主控單元。

步驟12：主控單元模塊結(jié)合相關(guān)電路完成數(shù)據(jù)采集、通道控制、參數(shù)設(shè)置及與上位機(jī)通信等功能；首先記錄甄別電路的輸出脈沖，并轉(zhuǎn)化為氡濃度；同時(shí)通過(guò)溫濕度測(cè)量模塊讀取環(huán)境的溫濕度，通過(guò)有機(jī)物、甲醛測(cè)量模塊讀取環(huán)境的有機(jī)物濃度、甲醛濃度、等效二氧化碳濃度；然后通過(guò)WIFI模塊、RS485模塊與手機(jī)APP、PC端軟件進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)的上傳。

步驟13：基礎(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)在顯示屏上顯示。

步驟14：數(shù)據(jù)是通過(guò)WIFI模塊無(wú)線傳輸給手機(jī)或PC端進(jìn)行通訊；也可通過(guò)RS485模塊有線傳輸給PC端，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量值在線監(jiān)測(cè)。