常壓空氣網(wǎng)柵脈沖電離室型測(cè)氡儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著環(huán)境污染日益嚴(yán)重以及人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng),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(dāng)人體長(zhǎng)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(dǎo)致癌癥的發(fā)生。因此,空氣氡監(jiān)測(cè)成為世界各國(guó)科學(xué)界、媒體的熱門話題?？茖W(xué)地綜合分析居民生活環(huán)境中氡對(duì)人體健康的潛在危害,查明人們生活空間內(nèi)氡的來(lái)源,進(jìn)而提出有效可行的防護(hù)措施,對(duì)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(shí)際價(jià)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(wú)色無(wú)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(shí)。氡氣是一種天然放射性有害氣體,人們呼吸時(shí),氡氣及其子體隨氣流進(jìn)入人體,氡子體是固態(tài),當(dāng)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(duì)人體組織形成長(zhǎng)期內(nèi)照射。這種危害在室內(nèi)及地下場(chǎng)所更為嚴(yán)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(duì)人體的危害性,科學(xué)準(zhǔn)確地測(cè)量空氣中氡濃度就成為環(huán)境氡氣監(jiān)測(cè)的重要措施。生活環(huán)境中氡的測(cè)量是一個(gè)涉及核科學(xué)、地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多科領(lǐng)域的復(fù)雜問(wèn)題，同時(shí)與核技術(shù)、電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)。
　　 低功耗、簡(jiǎn)便易維護(hù)、通用性強(qiáng)、使用方便、性能價(jià)格比高、更加人性化操作的測(cè)氡設(shè)備是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。
　　 本文介紹一種可以監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣中氡及其子體濃度的網(wǎng)柵脈沖電離室型測(cè)氡儀，具有測(cè)量靈敏度高，測(cè)量精度

4、和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。該測(cè)氡儀可廣泛應(yīng)用于環(huán)境空氣中氡水平的監(jiān)測(cè)，建筑物內(nèi)部和居民住房?jī)?nèi)部的氡污染的調(diào)查。儀器采用實(shí)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(kuò)散到高壓腔，在定向電場(chǎng)的作用下，收集電極收集到帶電粒子后產(chǎn)生脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)輸送到微處理器系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理、存儲(chǔ)和顯示，根據(jù)需要，可以通過(guò)USB 接口把測(cè)量數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)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(cè)器，形

5、狀尺寸設(shè)計(jì)合理，具有良好的測(cè)量探測(cè)效率和靈敏體積；信號(hào)放大甄別電路的前置放大電路采用高阻抗低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管放大器OPA604 集成芯片，取代常用的場(chǎng)效應(yīng)管放大，有效提高電路穩(wěn)定性及抗干擾能力；測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、液晶顯示與按鍵以及程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的設(shè)置和控制操作；時(shí)鐘方面選用美國(guó)DALLAS公司推出的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302 芯片，該芯片為一種高性能、低功耗、

6、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒自動(dòng)計(jì)時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)在保存測(cè)量數(shù)據(jù)同時(shí)可以保存準(zhǔn)確的測(cè)量時(shí)間信息；在人機(jī)交互方面，選用液晶型號(hào)為JD12232 作為顯示黃底黑字的顯示類型，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔的4個(gè)按鍵，分別是菜單、向上、向下、確定，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單便捷的人性化人機(jī)對(duì)話；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用CAT24WC256 芯片，該芯片為256K 位串行CMOS 結(jié)構(gòu)的E2PROM，內(nèi)部含有32768個(gè)字節(jié)，每字節(jié)為8 位低功耗的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片，根據(jù)存

7、儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小計(jì)算，可以達(dá)到存儲(chǔ)3000 組測(cè)量數(shù)據(jù)容量；電源芯片選用高效率的開(kāi)關(guān)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(duì)目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)都沒(méi)有配置RS-232C 串行接口，根據(jù)系統(tǒng)需要選擇USB 接口來(lái)與計(jì)算機(jī)進(jìn)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(shì)就是集成了USB 接口，實(shí)現(xiàn)通過(guò)USB 接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸功能；在應(yīng)用軟件程序方面，采用Visual C++6.0 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言及MFC 開(kāi)

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

9、的場(chǎng)效應(yīng)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(chǔ)器選用CAT24WC256 芯片，該芯片為256K 位串行CMOSE2PROM，內(nèi)部含有32768個(gè)字節(jié)，自行定義設(shè)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小計(jì)算，可以存儲(chǔ)高達(dá)3000 組測(cè)量數(shù)據(jù)容量；
　　 （4）針對(duì)目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)都沒(méi)有配置RS-232C 串行接口，根據(jù)系統(tǒng)需要選擇USB 接口來(lái)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)