一種U盤式核輻射檢測裝置的設計思路

鄒海鋒　周燕　韓杰　羅浩然　馮本權

摘 要：設計一款基于G-M計數管的U盤式核輻射檢測裝置，以便于人們在日常生活中隨時可以檢測停留較久的生活環境的中的核輻射劑量。

關鍵詞：G-M計數管;核輻射檢測;U盤式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.105

1 前言

無論是2011年的日本核電站發生的泄漏事故還是2016年初的朝鮮核試驗都使人們深刻的意識到核輻射對人們身體健康的重要性。而核輻射又是以射線的形式存在，沒有相應的核輻射檢測設備很難對其進行量化計算，了解周圍環境的核輻射情況。

本文基于G-M計數管工作原理，提出一款U盤式核輻射檢測裝置的設計思路，可隨身攜帶，隨時使用，幫助人們隨時了解自身周圍新環境，減少對核輻射危害的擔憂。

2 G-M計數管

G-M計數管是一種用于探測核輻射的氣體探測器，其檢測原理為通過檢測入射的射線在計數管內部的氣體中發生電離效應，在陰極和陽極的形成的電場中移動從而形成電流信號。當有帶電粒子射入計數管內時，其便會由于引起了G-M計數管放電而產生電壓脈沖信號被記錄。電壓脈沖頻率越高，有效電流越大，核輻射劑量也就越高。相比于其他核輻射探測器，G-M計數器具有較高的性價比，比較適合用于普通群眾用于日常生活中的隨身檢測。

3 U盤式輻射檢測裝置的設計

根據G-M計數管原理，現在采用具有OTG功能的手機USB接口經過升壓模塊為G-M計數管供電，利用G-M計數管就可以對核輻射的信號進行采集，對其信號進行放大處理使之易于檢測，通過電平轉換電路，將我們采集到的信號轉換為手機信號傳輸所用的差分信號。最后將差分信號通過手機USB口傳輸到手機上完成最后的數據統計。

主要需要設計模塊為：（1）升壓模塊;（2）信號采集模塊;（3）信號處理模塊;（4）信號計算統計模塊。

3.1 升壓模塊

升壓模塊將實現將手機USB接口輸出的5V電壓升壓至G-M計數管工作所需要的額定電壓。為了能夠盡量縮小體積，采用三極管的對5V電壓實現放大。由于所需的電壓較大，故采用雙耐壓三極管（Q1、Q2）組合對電壓進行放大。通過變阻器R100進行微調即可得到較為合適的電壓。由于輸入功率有限，為了降低功率，通過使用555芯片與電阻R1、R2以及電容C5（如圖2所示）組成一個無穩態多諧振蕩的電路，將輸入的5V直流電源轉換為諧波振蕩電源在555芯片的3管腳輸出，以脈沖的形式為G-M計數管進行供電，間歇式地檢測核輻射劑量。同時為了消除輸出的高頻振蕩高壓對輸入源的影響，在輸出部分與電源部分加上電感對高頻高壓振蕩信號進行過濾，以免對輸入源造成影響。

3.2 信號采集模塊

信號采集模塊即對核輻射信號進行采集處理。信號采集是整個裝置的一個重點部分，只有采集到相應的核輻射信號才能夠對其劑量進行分析和處理。為保證擁有足夠的功率，在升壓模塊與G-M計數管之間采用無源功率因數校正電路提高線路的功率因數。

根據G-M計數管工作原理，將G-M計數管按正負極接入電路，即可對核輻射信號進行采集。在R16與R17之間引出輸出端，即可對采集到的信號進行輸出。

3.3 信號處理模塊

由于G-M計數管采集到的信號一般較弱，因此在采集到信號之后，我們接入一個三極管對其電流進行放大，得到足夠有效的信號。同時，由于手機接口是采用的是差分信號進行傳輸，因此采用電平轉換電路對采集到的單端信號進行轉化，使之成為手機可讀取的差分信號，完成信號處理，進行信號傳輸。

3.4 信號計算統計模塊

該模塊的功能主要在手機APP上完成。通過手機USB口讀取到了G-M計數管檢測到的信號后，在APP上對單位時間內的響應次數進行計數統計，并且將其與標準值進行對比計算得到所處環境的核輻射劑量，最后通過手機屏幕上的數據直觀的看到周圍環境的情況。

4 結語

在核應用越來越廣泛的今天，核輻射帶來的損害也不容忽視。一款可隨身攜帶的U盤式輻射檢測裝置可以讓我們及時了解周圍環境的核輻射劑量，有助于維護我們的身體健康。

參考文獻：

[1]左卓，柳炳琦，肖婷婷.一種Android系統的智能手機γ個人劑量儀[J].電子世界，2016（11）：103-104.

[2]殷小芳.個人輻射劑量儀的研制[D].四川：成都理工大學，2012.

基金項目：省級大學生創新創業訓練計劃--U盤式智能輻射監測系統（201810616151）

作者簡介：鄒海鋒（1998-），男，四川隆昌人，本科，研究方向：機械工程。