专利名称：一种环境氡气测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种环境氡气检测仪器，属于气体检测仪器技术领域。
背景技术：
测量空气中的氡气是环境监测中的重要工作内容，在氡气监测中有多种测量方式和不同的采样方法，操作者可以根据不同的测量要求和条件进行选择，分述如下。
1、测量方式对氡及其短寿子体的测量方法和仪器多种多样，按照采样特点又可分为如下三类(1)瞬时式测量方式在短时间内采集被测空气空间的空气样品(或者采集土壤中的气体样品、水中的气体样品)，采样的最长时间通常不会超过30分钟，其测量结果只代表采样这一瞬间或短时间段内被测介质的值。
(2)积累式测量方式以数小时、数天或数十天的时间乃至更长时间连续采样，采样时间根据氡浓度水平选择，测量结果代表采样时间段内被测介质的平均值。
(3)连续式测量方式仪器传感器(探测器)直接与被测位置的空气接触，连续测量被测空气的氡浓度，测量值随被测氡浓度的变化而变化；该测量方法不需采样。
2、采样方法在瞬时式测量方式中，采样方式主要有a、以传感器(常用的有ZnS闪烁室、电离室)做为采样器，将容器抽真空后抽取被测空气样品。样品的氡及其子体放射的α射线使空气产生电离或使闪烁体产生闪光而形成可探测的信号。
b、双滤膜采样法用气泵抽取被测空气并采用流量计确定抽取的空气体积。空气经过进气口滤膜进入扩散室，然后经出气口滤膜流出到大气中。空气在流经第一道滤膜时，原来已产生的悬浮在空气中的氡子体被附着在滤膜上。空气在流经第二道滤膜时，空气在通过第一道滤膜后至经过第二道滤膜时这一段时间新产生的氡子体被附着在第二道滤膜上。对这两道附着了氡子体的滤膜进行测量，即可测得氡浓度及氡与其子体的平衡因子。
C、将被测空气采入一定体积的容器，在容器中设置带有静电或负高压的采样片或柱极体，容器内呈正离子状态存在的氡子体在电场作用下被吸附到采样片上，通过对采样片或柱极体的测量得到氡浓度。该类仪器的灵敏度同样受到采样容器的体积的限制。
上述采样方法均是通过采集设定量(体积)的空气样品进行测量的，采样容器的容积通常为0.5L～1.5L，样品量小。流气式采样虽然样品量很大，但样品在扩散室的停留时间很短。因而，这些采样方法决定了仪器的灵敏度不可能很高，使在环境氡浓度水平下测量的准确度过于偏低或不适合使用。
积累式测量的采样方法常见的有活性炭吸附法、径迹法及α热释光法。
采用积累式测量的采样方法均是在氡水平很低的环境下可实现高准确度测量的有效方法，其不足之处是工作效率低，测量过程的工序较多而比较麻烦。
在采用上述测量方法和采样方法进行测量时，很重要的一个问题是考虑测量参数。例如，对于住房的氡检测，在国家标准GB/T16146-1995中，要求给出的量为平衡当量氡浓度，因而用于住房氡检测的仪器应同时具有测量氡浓度和平衡因子这两个参数的能力。在我国常见测氡仪器中，能用于同时测量这两个参数的仪器种类很少，主要是采用双滤膜采样的仪器(如FT648型)。另外，用ZnS闪烁室作传感器的仪器也能同时测量这两个参数。这两类仪器均比较笨重，携带不方便，且工作效率低(同时测两个参数需要数小时)。同时，由于仪器灵敏度不高，在住房氡水平下测量平衡因子的准确性不高。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能同时快速测量氡浓度和平衡因子、测量范围大、适用性广、准确度高、且使用便捷的仪器，尤其在相当低的环境氡浓度水平下同时快速测量上述两个参量。
解决上述所称技术问题的技术方案是这种环境氡气测定仪由采样部分、样品处理部分组成；采样部分由薄膜采样片、电极板、电缆、支架、高压电源组成，薄膜采样片套在电极板上，电极板与电缆相连接，支架与电极板相连接，电缆在支架中央空腔内，电缆与高压电源相连接；样品处理部分由探测器、放大电路、脉冲分析器、译码器、微处理器、存储器、锁存器、与非门所组成，探测器的输出端接放大电路的输入端，放大电路的输出端接脉冲分析器的输入端，脉冲分析器再接译码器和微处理器，微处理器通过总线分别与锁存器、存储器、与非门相连接；上述探测器由两块金硅面垒探测器组成，它们面面相对放置，中间设置一个样品盘；上述放大电路由前置放大电路和运算放大电路组成，前置放大电路各分为上、下两部分，分别接上述探测器的两块金硅面垒探测器的输出端；前置放大电路的上部由三极管T1、T2、T3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1、C2、C3、C4组成，三极管T1的基极接信号输入端、发射极接地、集电极接三极管T2的发射极，三极管T2的基极接于电源V+和地之间、集电极接三极管T3的基极，三极管T3的发射极通过电阻R6接信号输入端，还通过电阻R7接地、集电极通过电容C4、电阻R8接在信号输出端，电阻R1一端接24V电源、另一端接信号输入端，电阻R2、R3接在三极管T2基极与电源V+和地之间，电阻R4、R5分别接在三极管T2、T3的集电极与电源V+之间，电容C1接在信号输入端，电容C2、C3分别跨接在电阻R2、R6的两端；前置放大电路的下部由三极管T4、T5、T6，电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18，电容C9、C10、C11、C12组成，其连接方式与上部相同；运算放大电路由运放器U1、U2、U3，电阻R9、R10、R19、R20、R21，电容C5、C6、C7、C8组成，运放器U1的反相端2脚接前置放大电路的信号输出端、同相端3脚通过并联的电阻R9、电容C5接地、4脚接电源V-、8脚接电源V+、输出端1脚通过电容C6接下级运放器U2的反相端6脚，U2的同相端5脚通过电阻R19接地、输出端7脚接下级运放器U3的反相端2脚，U3的同相端3脚通过电阻R21接地、4脚接电源V-、8脚接电源V+、1脚是输出信号端，电阻R10是滑动可变电阻，它的固定端分别接运放器U1输出端和地，滑动端接运放器U2的输入端，电阻R20与电容C7并联后跨接在运放器U2的6脚和7脚之间，电容C8接在运放器U3的输出信号端；上述脉冲分析器由比较器U4、单稳触发器U5、U6、采样保持器U7、模数转换器U13、与非门F1、反相器F2、F3、电阻R22～R30、电容C13～C18组成；比较器U4的反相端2脚通过电容C13接上述放大电路的信号输出端、同相端3脚通过电阻R24接2.5V基准电压、输出端1脚接单稳触发器U5的1脚、4脚接地、8脚接电源VCC，比较器U4的1脚还通过电阻R25接地，电阻R22、R23相串联，其接点接比较器U4的2脚，两端分别接电源VCC和地，电容C14接在比较器U4的3脚和输出端之间；单稳触发器U5的2脚分别接单稳触发器U6的10脚和微处理器U8的1脚、3脚接U6的12脚、4脚接与非门F1的一个输入端5脚、13脚接U6的9脚，15脚通过电阻R28接电源VCC，电容C16接在14脚和15脚之间；单稳触发器U6的7脚通过电阻R29接电源VCC，11脚也接电源VCC，电容C17接在6脚和7脚之间，单稳触发器U6的12脚接采样保持器的8脚；采样保持器的3脚通过电容C15接上述放大电路的信号输出端、7脚接地、7脚还通过电阻R27、R30接2脚和电源V+、通过电容C18接6脚，5脚接模数转换器U13的5脚；模数转换器U13的8、14、15、17～21脚通过总线接微处理器U8的32～39脚、锁存器U9的3、4、7、8、13、14、17、18脚和存储器U11的13～15、17～21脚，它的10脚接时钟信号输入、12脚接5V基准电压、16脚接地、22脚接译码器、6脚接与非门F1的6脚、9脚接反相器F2的6脚、7脚接反相器F3的9脚；与非门F1的另一个输入端4脚接微处理器U8的2脚，反相器F2的5脚接译码器，反相器F3的8脚接微处理器U8的13脚；上述译码器包括U10、U11两块译码芯片，U10的13脚接反相器F2的5脚、5脚接与非门F4的8脚、6脚接U11的6脚，U11的13脚模数转换器U13的22脚；上述微处理器U8的21～28脚通过总线分别接锁存器U9的2、5、6、9、12、15、16、19脚、存储器U12的2～12、23、25～28脚、与非门F4的1～6、11、12脚；电阻R31、R32、R33、R34组成串联环路，R32、R33的连接点接电源VCC，R34、R31的连接点接控制高压、R33、R34连接点接微处理器U8的8脚，R31、R32的连接点接微处理器U8的7脚；上述锁存器U9的1脚接地、11脚接微处理器U8的30脚；上述环境氡气测定仪，所述放大电路的三极管T1、T4是复合三极管，它也可以由两级独立的三极管连接而成。
采用这种结构的环境氡气测定仪，其灵敏度是各类常见瞬时式测氡仪的20～600倍，为大幅度降低探测下限和大幅度提高测量准确度提供了基础，该仪器能在较低的环境氡浓度水平下同时快速测量氡浓度和平衡因子，与常用的性能较好的FD-125型、FT648型相比，本仪器体积小，重量轻，工作时只需一人，使用也很便捷，因此，对于环境氡检测(主要是住房)，该仪器具有其他各类仪器(包括积累式测量方式，因为这类测量方式不能测量平衡因子，且工作效率过低)无法比拟的优势，是最适合环境氡检测的仪器。
图1是本实用新型的结构方框图图2是本实用新型采样部分结构示意图图3是本实用新型样品处理部分的放大电路原理图图4是本实用新型样品处理部分的脉冲分析器、译码器、微处理器、存储器、锁存器、与非门的电路原理图；图5是本实用新型程序流程图具体实施方式
采样部分由薄膜采样片1、电极板2、电缆3、支架4、高压电源组成。薄膜采样片1由厚约4um的塑料薄膜制作，α射线可以穿透薄膜且能量损失很小。采样片1套在电极板2上，电极板2与电缆3相连接，电缆3与高压电源相连接，由电源向电极板2提供预定的高电压。
样品处理部分的探测器设置了上、下两个大面积(Φ＝50mm)金硅面垒探测器构成对采样片的双向探测。两个探测器之间的间距为6mm，中间为厚3mm的放置采样片的样品盘，这种设计使空气对α射线的能量吸收达到最低限度，与常见的单面采样单面测量的方法相比，其灵敏度可提高4倍。
样品处理部分的放大电路可以将探测器送入的电脉冲进行放大，电路中采用复合三极管可以达到高阻抗、高放大倍数，以克服干扰，保证探测信号灵敏且不失真。电路中的电阻R18、R10、R20均为可变电阻，电阻R18的作用是调节前置放大电路的上、下两部分输出信号的平衡，电阻R20的作用是调节总放大倍数。运放器U1、U2是同一集成电路的两部分。
样品处理部分的脉冲分析器是128道脉冲分析器，它对送入的放大电信号的脉冲幅度进行分析，得到样品的218Po计数值(N′218-Po)和214Po计数值(N′214-Po)。它的电路结构中，比较器U4及其外围电路是起到比较器的作用，将输入信号与基准电压进行比较，电阻R24是可变电阻，改变它的阻值可以调节比较器U4的工作阈值。单稳触发器U5、U6是同一集成电路的两个功能块。采样保持器U7的作用是使模数转换器U13的输入信号在转换期间保持不变。本实用新型选用型号为LF398的采样保持器芯片，工作中，当逻辑输入为高电平时，采样保持器工作于采样模式；当逻辑输入为低电平时，它工作于保持模式，电容C18是保持电容。模数转换器U13是A/D转换器，它将模拟信号转换为数字量信号，本实用新型选用ADC0809A/D转换芯片，它的IN-0～IN-7端口为8路模拟信号输入端，D0～D7端口为数字量输出端，A、B、C、ALE端口为通道地址锁存和译码。与非门F1的两个输入端分别单稳触发器U5和微处理器U8，输出端接模数转换器U13，它的作用是接收U5、U8的信号，控制模数转换器U13的启动。
样品处理部分的脉冲分析器再接微处理器U8、译码器U10、U11、锁存器U9、存储器U12，微处理器U8通过总线分别与锁存器U9、存储器U12、与非门F4相连接。微处理器U8的P16、P17端口(7、8脚)是控制高压端口。微处理器通过接口还与外设部分的操作键盘、显示器、打印机相连接，将检测结果显示和打印出来。
本实施例选用的一些器件的型号如下运放器U1、U2、U3为NE5532芯片，比较器U4为LM393A芯片，单稳触发器U5U6为74HC123芯片，采样保持器U7为LF398芯片，模数转换器U13为ADC0809芯片，与非门F1、F4分别为74HC00、74HC30芯片，反相器F2、F3为74HC04芯片，微处理器U8选用8031芯片，也可以采用8051系列芯片，锁存器U9为74LS373芯片，译码器U10、U11为74HC138芯片，存储器U12为628128芯片。
本实用新型与国内外常用测量氡气的仪器相比较具有测量时间短、准确性高、能够测量氡浓度和平衡因子两项参数等优点，具体数值见下表。
表1 国内市场常见仪器基本技术性能统计表(数据来源核工业放射性勘查计量站)
①表中的理论相对标准偏差按100Bq·m-3的氡浓度下测量1min的仪器计数计算得到的。公式为S(%)=N/N×100%,]]>N为计数。
②HDC型仪器的灵敏度是在电极板电压为-3000V时的值。
权利要求1.一种环境氡气测定仪，其特征在于它由采样部分、样品处理部分组成；采样部分由薄膜采样片[1]、电极板[2]、电缆[3]、支架[4]、高压电源组成，薄膜采样片[1]套在电极板[2]上，电极板[2]与电缆[3]相连接，支架[4]与电极板[2]相连接，电缆[3]在支架[4]中央空腔内，电缆[3]与高压电源相连接；样品处理部分由探测器、放大电路、脉冲分析器、译码器、微处理器、存储器、锁存器、与非门所组成，探测器的输出端接放大电路的输入端，放大电路的输出端接脉冲分析器的输入端，脉冲分析器再接译码器和微处理器，微处理器通过总线分别与锁存器、存储器、与非门相连接；上述探测器由两块金硅面垒探测器组成，它们面面相对放置，中间设置一个样品盘。
2.根据权利要求1所述的环境氡气测定仪，其特征在于所述放大电路由前置放大电路和运算放大电路组成，前置放大电路分为上、下两部分，分别接上述探测器的两块金硅面垒探测器的输出端；前置放大电路的上部由三极管T1、T2、T3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1、C2、C3、C4组成，三极管T1的基极接信号输入端、发射极接地、集电极接三极管T2的发射极，三极管T2的基极接于电源V+和地之间、集电极接三极管T3的基极，三极管T3的发射极通过电阻R6接信号输入端，还通过电阻R7接地、集电极通过电容C4、电阻R8接在信号输出端，电阻R1一端接24V电源、另一端接信号输入端，电阻R2、R3接在三极管T2基极与电源V+和地之间，电阻R4、R5分别接在三极管T2、T3的集电极与电源V+之间，电容C1接在信号输入端，电容C2、C3分别跨接在电阻R2、R6的两端；前置放大电路的下部由三极管T4、T5、T6，电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18，电容C9、C10、C11、C12组成，其连接方式与上部相同；运算放大电路由运放器U1、U2、U3，电阻R9、R10、R19、R20、R21，电容C5、C6、C7、C8组成，运放器U1的反相端2脚接前置放大电路的信号输出端、同相端3脚通过并联的电阻R9、电容C5接地、4脚接电源V-、8脚接电源V+、输出端1脚通过电容C6接下级运放器U2的反相端6脚，U2的同相端5脚通过电阻R19接地、输出端7脚接下级运放器U3的反相端2脚，U3的同相端3脚通过电阻R21接地、4脚接电源V-、8脚接电源V+、1脚是输出信号端，电阻R10是滑动可变电阻，它的固定端分别接运放器U1输出端和地，滑动端接运放器U2的输入端，电阻R20与电容C7并联后跨接在运放器U2的6脚和7脚之间，电容C8接在运放器U3的输出信号端；
3.根据权利要求2所述的环境氡气测定仪，其特征在于所述脉冲分析器由比较器U4、单稳触发器U5、U6、采样保持器U7、模数转换器U13、与非门F1、反相器F2、F3、电阻R22～R30、电容C13～C18组成；比较器U4的反相端2脚通过电容C13接上述放大电路的信号输出端、同相端3脚通过电阻R24接2.5V基准电压、输出端1脚接单稳触发器U5的1脚、4脚接地、8脚接电源VCC，比较器U4的1脚还通过电阻R25接地，电阻R22、R23相串联，其接点接比较器U4的2脚，两端分别接电源VCC和地，电容C14接在比较器U4的3脚和输出端之间；单稳触发器U5的2脚分别接单稳触发器U6的10脚和微处理器U8的1脚、3脚接U6的12脚、4脚接与非门F1的一个输入端5脚、13脚接U6的9脚，15脚通过电阻R28接电源VCC，电容C16接在14脚和15脚之间单稳触发器U6的7脚通过电阻R29接电源VCC，11脚也接电源VCC，电容C17接在6脚和7脚之间，单稳触发器U6的12脚接采样保持器的8脚；采样保持器的3脚通过电容C15接上述放大电路的信号输出端、7脚接地、7脚还通过电阻R27、R30接2脚和电源V+、通过电容C18接6脚，5脚接模数转换器U13的5脚；模数转换器U13的8、14、15、17～21脚通过总线接微处理器U8的32～39脚、锁存器U9的3、4、7、8、13、14、17、18脚和存储器U11的13～15、17～21脚，它的10脚接时钟信号输入、12脚接5V基准电压、16脚接地、22脚接译码器、6脚接与非门F1的6脚、9脚接反相器F2的6脚、7脚接反相器F3的9脚；与非门F1的另一个输入端4脚接微处理器U8的2脚，反相器F2的5脚接译码器，反相器F3的8脚接微处理器U8的13脚；
4.根据权利要求3所述的环境氡气测定仪，其特征在于所述译码器包括U10、U11两块译码芯片， U10的13脚接反相器F2的5脚、5脚接与非门F4的8脚、6脚接U11的6脚，U11的13脚模数转换器U13的22脚；
5.根据权利要求4所述的环境氡气测定仪，其特征在于所述微处理器U8的21～28脚通过总线分别接锁存器U9的2、5、6、9、12、15、16、19脚、存储器U12的2～12、23、25～28脚、与非门F4的1～6、11、12脚；电阻R31、R32、R33、R34组成串联环路，R32、R33的连接点接电源VCC，R31、R34的连接点接控制高压、R33、R34连接点接微处理器U8的8脚，R32、R31的连接点接微处理器U8的7脚；上述锁存器U9的1脚接地、11脚接微处理器U8的30脚。
6.根据权利要求5所述的环境氡气测定仪，其特征在于所述放大电路的三极管T1、T4是复合三极管，它们也可以由两级独立的三极管连接而成。
7.根据权利要求6所述的环境氡气测定仪，其特征在于所述薄膜采样片[1]由塑料薄膜制成，厚度为4-54um。
专利摘要一种环境氡气测定仪，属于气体检测仪器技术领域。所要解决的技术问题是提供一种能同时快速测量氡浓度和平衡因子、测量范围大、适用性广、准确度高、且使用便捷的仪器。其技术解决方案是它由采样部分、样品处理部分组成；采样部分由薄膜采样片、电极板、电缆、高压电源等组成，薄膜采样片套在电极板上，电极板与电缆相连接，电缆与高压电源相连接；样品处理部分由探测器、放大电路、脉冲分析器、微处理器、锁存器、存储器、译码器所组成，探测器的输出端接放大电路，放大电路的输出端接脉冲分析器，脉冲分析器再接微处理器和译码器，微处理器通过总线分别与锁存器、存储器相连接，微处理器和译码器还与操作键盘、显示器、打印机相连接。
文档编号G01T1/20GK2618162SQ0321747
公开日2004年5月26日 申请日期2003年5月27日 优先权日2003年5月27日
发明者邹礼规, 黄清波 申请人:石家庄核工业航测遥感中心