专利名称：双探测系统泵吸式多用途α能谱测氡仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多用途a能谱测氡仪，具体涉及一种可实现土壤中、空气 中、水中氡浓度测量的双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪。
背景技术：
氡是天然放射性衰变系列中的气态放射性核素，广泛存在于土壤中、空气中和水 中。它的衰变产物又是一种不挥发的放射性物质， 一旦被吸入人体，就会对人体肺部造成损 坏并增加诱发肺癌的可能。据统计研究表明，室内氡污染是仅次于吸烟导致肺癌的第2大 诱因。为此，国家出台了国家标准GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》和 国家标准GB/T18883-2002《室内空气质量标准》，规定了对室内氡检测的要求。 土壤测氡广泛应用于地质勘查领域和环境放射性评价领域。在地质勘查领域、铀 矿勘查、基岩地下水勘查、地下煤层自燃现象火灾分布勘探、地震震前氡异常监测、滑坡滑 动构造带勘查、地面塌陷与煤田采空区的勘查、建筑地基隐伏断层与地裂缝的勘查等都可 以采用土壤测氡方法来实现。在环境放性射评价领域，比如地下商场地基氡浓度指标检测、 建筑物地基土壤氡浓度指标检测等，也都需要进行土壤氡测量。 现有的测氡仪，如抽气静电吸附瞬时测氡法、静电a卡积累法测氡法、a径迹测 氡法、Po-210法测氡法、a杯累积测氡法、天然热释光测氡法。很难做到多用途a能谱测 量(同时能用a能谱方式测量土壤中、空气中、水中氡浓度)。现有的瞬时a能谱测氡仪 在进行壤中多测点氡浓度测量工作时，由于氡子体对探测器的污染，使两个测点之间的测 量间隔至少相隔30分钟以上，这使实际工作效率非常低。

实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述技术不足，引入了双探测系统，使两个探测系统 轮流工作，并采用a能谱测量方式，有效克服探测器污染的影响，提高工作效率。适用于空 气氡浓度、水中氡浓度和土壤中氡浓度的测量，尤其在多测点壤中氡浓度测量中，有助于提 高工作效率。在大规模地质勘查中，在提高工作效率的同时，也能够获得氡及其子体的信 息，有利于对地质现象的解释。该双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪还具有结构简单 合理、功耗低、价格低廉、使用方便等优点。 为能达到上述发明目的，所采用的技术方案是双探测系统泵吸式多用途a能谱 测氡仪，其特征在于包括抽气装置、气体干燥器、气路切换装置、两个氡及其子体收集装 置、两个a射线半导体探测器、信号调理电路、信号切换电路、多道脉冲幅度分析器、基于 微处理器的a能谱数据采集分析模块、人机接口模块、GPS模块、低功耗电源管理模块及计 算机软件分析平台。抽气装置经气体干燥器与气路切换装置；气路切换装置与两个氡及其 子体收集装置连接；两个a射线半导体探测器经信号切换电路与信号调理电路连接；信号 调理电路与多道数据采集分析器相连接；基于微处理器的a能谱数据采集分析模块分别 与多道数据采集分析器、人机接口模块及GPS模块相连接；所述的低功耗电源管理模块与
3双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪电路系统相连，对双探测系统泵吸式多用途a能 谱测氡仪的电源进行低功耗管理。基于微处理器的a能谱数据采集分析模块通过USB接 口与计算机软件分析平台相连接。 按照本实用新型提供的双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪，其特征在于a 射线半导体探测器(3)安装在绝缘体(2)上，a射线半导体探测器信号输出端(1)经信号 调理电路与信号切换电路相连接，a射线半导体探测器探测表面置于氡及其子体收集装置 (4)内部。 按照本实用新型提供的双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪，其特征在于氡 及其子体收集装置腔体与绝缘体相连接，氡及其子体收集装置腔体上留有氡进气口 (6)和 氡出气口 (7)。氡及其子体收集装置腔体带有正高压电场(5)，电场方向指向a射线半导 体探测器表面。 通过上面的叙述可以看出，本实用新型具有以下优点在结构设计上，采用了双探 测系统设计方案，有利于縮短两个测点测量间隔时间，提高工作效率，使其适用于对工作效 率要求较高的壤中氡多测点测量应用领域。在系统设计上，采用了 a射线半导体探测器， 结合抽气装置和带高压电场的氡及其子体收集装置，增加系统的探测灵敏度，使其适用于 低浓度水平的空气氡浓度的测量应用。在系统性能上，采用低功耗电源设计方案，同时也 集成了GPS功能，非常适合野外壤中氡测量的应用领域，采用a能谱测量，抗污染能力好； 该能谱仪留有USB接口 ，方便与计算机的后台数据库相连接，以便数据的二次分析；在技术 指标上，能量分辨率优于3%，测量灵敏度优于3Bq/mVlcph，其测量精确度〈15%，稳定性 < ±20%， GPS定位精度水平误差< 3米，256道全谱显示，整机最大功耗< 750mW。

图1为本实用新型提供的双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪的构成原理框 图。 图2为本实用新型提供的双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪的氡及其子体 收集装置结构图。 其中图2中(1) a射线半导体探测器信号输出端；(2)绝缘体；(3) a射线半导体 探测器；(4)氡及其子体收集装置腔体；(5)电场分布线；(6)氡进气口 ； (7)氡出气口 ；
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述 图1为本实用新型提供的双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪的构成原理框 图。双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪，其特征在于包括抽气装置、气体干燥器、气 路切换装置、两个氡及其子体收集装置、两个a射线半导体探测器、信号切换电路、信号调 理电路、多道脉冲幅度分析器、基于微处理器的a能谱数据采集分析模块、人机接口模块、 GPS模块、低功耗电源管理模块及计算机软件分析平台，抽气装置经气体干燥器与气路切换 装置，气路切换装置与两个氡及其子体收集装置连接，两个a射线半导体探测器经信号切 换电路与信号调理电路连接，信号调理电路与多道数据采集分析器相连接，基于微处理器 的a能谱数据采集分析模块分别与多道数据采集分析器、人机接口模块及GPS模块相连接，低功耗电源管理模块与双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪电路系统相连，基于微 处理器的a能谱数据采集分析模块通过USB接口与计算机软件分析平台相连接。 图2为本实用新型提供的双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪的氡及其子体 收集装置结构图。a射线半导体探测器(3)安装在绝缘体(2)上，a射线半导体探测器信 号输出端(1)经信号调理电路与信号切换电路相连接，a射线半导体探测器探测表面置于 氡及其子体收集装置(4)内部。氡及其子体收集装置腔体与绝缘体相连接，氡及其子体收 集装置腔体上留有氡进气口 (6)和氡出气口 (7)。氡及其子体收集装置腔体带有正高压电 场(5)，电场方向指向a射线半导体探测器表面。静电场增加了氡及其子体收集装置中的 氡子体吸附到a射线半导体探测器表面的能力，从而增加探测效率，提高测量灵敏度。 使用时采用气泵抽取土壤中、空气中、水中的氡及其子体经过气体干燥器干燥后 收集到氡及其子体收集装置中，由安装在氡及其子体收集装置中的a射线半导体探测器 配合相应的电路对抽取到的氡及其子体进行a能谱瞬时测量。测量完毕后，排除氡及其子 体收集装置中残余的氡及其子体后通过气路切换装置以及信号切换电路切换到另一个探 测系统进行工作。 采用a射线半导体探测器进行a能谱测量原理为氡是一种不带电的放射性惰 性气体，其衰变子体为带正电的放射性气溶胶微粒，在泵吸系统作用下，测量环境中的氡及 其子体会通过氡进气口 (6)进入氡及其子体收集装置内部，由氡出气口 (7)排入大气。氡及 其子体收集装置为金属柱形腔体，腔体表面加一个正高压，a射线半导体探测器表面为地 电平。由于在氡及其子体收集装置内部，只有a射线半导体探测器表面为地电平，所以电 场力最终全部指向a射线半导体探测器(3)表面，进入氡及其子体收集装置腔体(4)内部 的氡子体理论上会在电场力作用下全部吸附到a射线半导体探测器表面，并在a射线半 导体探测器表面发生a衰变产生a粒子。这个a粒子轰击a射线半导体探测器进入探 测器PN结区，由于a粒子具有很强的电离能力，所以会在PN结区产生大量电子-空穴对， 这些电子-空穴对在PN结偏置电压的作用下，迅速积累并经信号输出端(1)输出到后续低
噪声信号调理电路中，由其放大后输出一个电脉冲信号，后续电路记录这个电脉冲信号，从 而获取a粒子信息。不同子体衰变产生的a粒子能量是不同的，因此电离出来的电子-空 穴对数量也不同，反映在后续电路脉冲幅度也不同。根据这一特性采用a能谱测量，能够 有效的区分氡及其子体的能谱特性，从而可以确定被测环境中的氡含量。 在资源勘查领域以及地质构造勘查等领域中的进行土壤测氡时，可通过GPS模块 自动确定测量地点，结合计算机数据分析系统，完成异常分布情况的分析。在GPS测量方 面，微处理器通过串口与GPS模块相连接，在进行a能谱测量的同时可通过串口读取GPS 数据，并在a能谱测量完毕后随同a能谱数据一起保存到FLASH中。 在物理结构上采用了双探测系统的设计方案，也即两个氡及其子体收集装置和两 个a射线半导体探测器，可通过气路切换装置和信号切换电路使系统轮流工作于两个探 测系统。为了增加探测效率，在氡及其子体收集装置腔体上(4)加正高压电场，使其电力线 指向a射线半导体探测器表面。为了增加探测灵敏度，选用较大探测面积的a射线半导 体探测器。 虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域普通技术人员在所附权 利要求的范围内不需要创作性劳动就能作出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。
权利要求双探测系统泵吸式多用途α能谱测氡仪，其特征在于包括抽气装置、气体干燥器、气路切换装置、两个氡及其子体收集装置、两个α射线半导体探测器、信号切换电路、信号调理电路、多道脉冲幅度分析器、基于微处理器的α能谱数据采集分析模块、人机接口模块、GPS模块、低功耗电源管理模块及计算机软件分析平台，抽气装置经气体干燥器与气路切换装置，气路切换装置与两个氡及其子体收集装置连接，两个α射线半导体探测器经信号切换电路与信号调理电路连接，信号调理电路与多道数据采集分析器相连接，基于微处理器的α能谱数据采集分析模块分别与多道数据采集分析器、人机接口模块及GPS模块相连接，低功耗电源管理模块与双探测系统泵吸式多用途α能谱测氡仪电路系统相连，基于微处理器的α能谱数据采集分析模块通过USB接口与计算机软件分析平台相连接。
2. 根据权利要求1所述的双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪，其特征在于所述 的a射线半导体探测器(3)安装在绝缘体(2)上，a射线半导体探测器信号输出端(1)经 信号切换电路与信号调理电路相连接，a射线半导体探测器探测表面置于氡及其子体收集 装置(4)内部。
3. 根据权利要求l所述的双探测系统泵吸式多用途a能谱测氡仪，其特征在于所 述的氡及其子体收集装置腔体与绝缘体相连接，氡及其子体收集装置腔体上留有氡进气口 (6)和氡出气口 (7)，氡及其子体收集装置腔体带有正高压电场，电场分布线(5)方向指向 a射线半导体探测器表面。
专利摘要本实用新型公开了一种双探测系统泵吸式多用途α能谱测氡仪。包括抽气装置、气体干燥器、气路切换装置、两个氡及其子体收集装置、两个α射线半导体探测器、信号切换电路、信号调理电路、多道脉冲幅度分析器、基于微处理器的α能谱数据采集分析模块、人机接口模块、GPS模块、低功耗电源管理模块及计算机软件分析平台。该双探测系统泵吸式多用途α能谱测氡仪采用双探测系统轮流工作，同时采用α能谱测量，有效克服氡子体对探测器污染影响，提高工作效率；能够测量土壤、水及空气中的氡浓度，适用于矿产资源勘探、地质构造勘查、煤田自燃区勘查、室内环境核辐射监测等多个领域；具有结构简单合理、多用途、功耗低、价格低廉、使用方便等优点。
文档编号G01T1/24GK201535755SQ20092008005
公开日2010年7月28日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者丁卫撑, 周建斌, 方方, 王敏, 阮菊红, 黄秋 申请人:成都理工大学