Устройство для измерения радиационного фона

Полезная модель предназначена для определения уровня радиационного фона и оценки его спектрального состава и может быть использована в промышленности или здравоохранении.
Из уровня техники известен гамма-спектрометр (патент US 7202478), содержащий сцинтилляционное тело для приема гамма-лучей и создания из них фотонов; детектор фотонов, имеющий чувствительную область, обращенную к сцинтилляционному телу, с тем чтобы принимать и обнаруживать фотоны; и процессор, работающий для обработки данных о потерях энергии, полученных гамма-спектрометром, с использованием функции отклика для гамма-спектрометра.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик устройства для измерения радиационного фона.
Технический результат заключается в создании устройства для точного измерения радиационного фона.
Устройство снабжено герметичным корпусом, который содержит:
процессор;
энергонезависимую память;
аккумулятор;
герметичный, пыле-брызгозащищенный разъем USB-порта;
беспроводной канал связи по Bluetooth;
звуковой излучатель, снабжённый влагонепроницаемой акустической мембраной;
излучатель вибросигналов;
световой индикатор;
дисплей;
кнопки;
сцинтилляционный детектор, выполненный в виде герметичной светонепроницаемой капсулы, снабжённой фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), сцинтиллятором и датчиком температуры.
Технический результат достигается с помощью конструктивного выполнения устройства.
Наличие герметичного корпуса, выполненного из прочного полимерного материала или из легкосплавных металлов, позволяет защитить элементы устройства, расположенные внутри корпуса, от воздействия окружающей среды, например, от попадания пыли или влаги внутрь корпуса. Таким образом, электронные компоненты защищены от коррозии, загрязнения, побочных наводок, что исключает погрешности и сбой работы устройства при измерении радиационного фона.
Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) - позволяет регистрировать предельно слабые вспышки света и преобразовывать их в пропорциональные по амплитуде импульсы тока, что положительно влияет на точность измерения. В предпочтительном варианте выполнения устройства может быть использован твердотельный кремниевый фотоэлектронный умножитель.
Сцинтиллятор может быть выполнен газовым, жидкостным или твердотельным. В предпочтительном варианте в качестве сцинтиллятора используется кристалл йодида цезия, активированного таллием и покрытый светоотражающим слоем с окном для ФЭУ. Действие сцинтиллятора основано на выдаче световых вспышек (сцинтилляций), возникающих при поглощении энергии ионизирующих излучений в теле сцинтиллятора. Яркость вспышек пропорциональна количеству поглощенной сцинтиллятором энергии, что позволяет оценивать энергетический спектр излучения и использовать его для повышения точности измерения радиационного фона.
Температурный датчик необходим для компенсации ухода рабочих характеристик ФЭУ и сцинтиллятора при изменении рабочей температуры. Для точного измерения устройство проходит калибровку в диапазоне температур от -20 до +50 градусов по Цельсию, по результатам калибровки рассчитываются поправочные коэффициенты, ориентированные на текущую температуру сцинтилляционного детектора.
Сцинтилляционный детектор (датчик) состоит из сцинтиллятора, ФЭУ и температурного датчика. Сцинтилляционный детектор расположен в герметичной капсуле. Наличие сцинтилляционного детектора позволяет обнаружить и провести измерение радиационного фона, а также оценить его спектральный состав.
Герметичная капсула защищает элементы сцинтилляционного детектора от воздействия внешней среды, например от попадания пыли, влаги или света. Капсула может быть выполнена из полимерного материала, и состоять из двух или более открывающихся/ плотно закрывающихся частей. Таким образом, элементы устройства, расположенные внутри капсулы, защищены от коррозии, загрязнения, побочных наводок, что исключает погрешности и повышает надежность работы устройства при измерении радиационного фона.
Процессор выполнен в виде интегральной микросхемы. Процессор необходим для управления всеми режимами работы устройства, точной обработки, полученной в процессе измерения информации, для взаимодействия с внешними устройствами по USB или Bluetooth, контроля реального времени, а также для точной калибровки устройства с помощью компьютера или смартфона.
Энергонезависимая память выполнена в виде интегральной микросхемы и служит для хранения настроек устройства, результатов измерения и признаков важных событий, возникающих в устройстве.
Аккумулятор обеспечивает автономное независимое питание устройства, в том числе бесперебойное питание встроенных в процессор часов реального времени.
Беспроводной канал связи по Bluetooth позволяет устанавливать связь со смартфоном. Это даёт возможность при помощи смартфона управлять устройством, изменять настройки устройства, выполнять измерения под управлением смартфона, сохранять результаты измерений и просматривать их на смартфоне. Кроме того, данный канал позволяет выполнять автоматическое тестирование, калибровку и обновление программного обеспечения устройства.
Герметичный или пыле-брызгозащищенный порт USB используется для установления проводной связи с внешним устройством - компьютером или смартфоном и позволяет заряжать от внешнего источника питания аккумулятор устройства. Канал связи по USB дублирует функции беспроводного канала связи по Bluetooth. Таким образом, USB-порт защищен от коррозии и загрязнения, при использовании устройства в полевых условиях, что позволяет проводить калибровку устройства для улучшения точности показания измерений непосредственно в рабочей зоне.
Звуковой излучатель необходим для извещения о превышении радиационного уровня, а также для предупреждения о низком заряде аккумуляторной батареи устройства. При низком заряде аккумуляторной батареи устройство может выдавать ошибки при измерении радиационного фона, поэтому для точности полученных в процессе измерения данных необходимо осуществлять контроль уровня заряда аккумуляторной батареи устройства. Кроме того, звуковой излучатель подаёт сигнал при регистрации кванта излучения. В качестве звукового излучателя может быть использован микродинамик или бипер. Для повышения надёжности работы звуковой излучатель снабжён влагонепроницаемой мембранной.
Излучатель вибросигнала необходим для извещения о превышении радиационного уровня, а также для предупреждения о низком заряде аккумуляторной батареи устройства. Излучатель вибросигналов дублирует функции звукового излучателя, необходим в случае его неисправности, при выключении звуковых сигналов или затруднении их использования в шумной местности. В качестве излучателя вибросиганала может быть использован электродвигатель или механический привод.
Световой индикатор необходим для регистрации кванта излучения, а также для извещения о превышении радиационного уровня, и предупреждения о низком заряде аккумуляторной батареи устройства. Световой индикатор дублирует звуковой излучатель в случае неисправности или затруднении его использования в шумной местности. В качестве светового индикатора может быть использован светодиод или небольшая лампа накаливания. В предпочтительном варианте выполнения, устройство может быть снабжено несколькими световыми индикаторами.
Дисплей служит для отображения результатов измерений, текущего состояния и настроек устройства.
Кнопки служат для управления устройством и изменения его настроек.
Компоненты устройства могут быть размещены в корпусе в любой последовательности и соединены между собой любым известным в уровне техники способом. Элементы устройства, расположенные внутри капсулы, также могут быть размещены в любой последовательности, например в специальных посадочных местах, функциональное соединение между элементами может быть осуществлено любым известным в уровне техники способом.
Перед использованием устройство калибруют, подключив его через USB порт к компьютеру. Процессор устройства определяет подключение к компьютеру и устанавливает с ним связь, обеспечивая обработку полученной с компьютера эталонной информации. После калибровки USB-порт закрывается герметичным компонентом. При вхождении в зону радиационного фона излучение попадает на сцинтиллятор, находящийся в оптическом контакте с ФЭУ, и вызывает в нём вспышку люминесценции. Свет, излученный при сцинтилляции, преобразуется ФЭУ в импульс тока, усиливается и регистрируется устройством, выводя цифровые значения на его дисплее, и/или передавая их внешнему устройству по USB или Bluetooth. При этом звуковой излучатель и световой индикатор информируют о регистрации кванта излучения и превышении установленной нормы радиационного фона.