Детектор излучения

Детектор излучения содержит корпус, в котором размещены чувствительный элемент 1, связанный с микропроцессором 4, выполненным с таймером-счетчиком, блок 5 питания с зарядным устройством 8, а также соединенные с микропроцессором 4 индикатор 10 и модуль 7 подключения к внешнему оборудованию, например, смартфону. Зарядное устройство 8 и модуль 7 подключения к внешнему оборудованию выполнены с возможностью соединения по беспроводным каналам для зарядки и передачи информации, соответственно. Модуль 7 выполнен в виде модуля передачи цифровых данных по беспроводному каналу связи из группы: канал SMART Bluetooth, канал NFC. Блок 5 питания выполнен в виде литий-ионного или литий-полимерного аккумулятора 5 и снабжен контроллером 6 заряда и контроллером 3 разряда на его входе и выходе, соответственно. Зарядное устройство 8 представляет собой устройство 8 индуктивной зарядки в виде плоской катушки индуктивности, подключенное через мостовой диодный выпрямитель 9 к контроллеру 6 зарядки аккумулятора 5. Детектор снабжен преобразователем 2 напряжения для повышения напряжения, подаваемого контроллером 3 разряда аккумулятора 5 на чувствительный элемент 1, до рабочего значения напряжения последнего. Чувствительный элемент 1 связан с микропроцессором 4 через усилитель И заряда, усилитель-формирователь 12 и аналого-цифровой преобразователь 13. Детектор снабжен индикатором 10, подключенным к микропроцессору 4, выполненному с таймером-счетчиком. Индикатор 10 может быть выполнен светодиодным или жидкокристаллическим с возможностью индикации уровня радиационного фона, в том числе, мощности, дозы и функцией сенсорного экрана, (или сенсорная кнопка и светодиод). Корпус детектора может быть выполнен вакуумированным, монолитным из пластика, в форме прямоугольного параллелепипеда, конструкция детектора позволяет обеспечить повышение долговечности и надежности за счет герметизации и отсутствия разъемов и стыков в монолитном корпусе, беспроводного соединения для питания и передачи на смартфон результатов измерений и, одновременно, а за счет обеспечения его беспроводного включения в цепи практически любого мобильного радиоустройства.

Полезная модель относится к области измерений физических величин, в частности, к измерениям излучений и может быть использована для оперативного измерения интенсивности радиоактивного излучения и для контроля дозы облучения персонала специализированных учреждений. Детекторы ионизирующих излучений относятся к электронным устройствам, основное назначение которых заключается в обеспечении процесса взаимодействия потока ионизирующего излучения с физической средой детектора излучения, и в преобразовании актов взаимодействия в электрические сигналы, которые могут быть зарегистрированы. Детектор излучения может использоваться также в повседневной жизни граждан для индивидуального контроля радиоактивного облучения, и для предупреждения о радиоактивной опасности.

В связи с катастрофами в Чернобыле и на Фукусима-1 в мире значительно обострилось внимание к воздействию радиации на организм человека в зоне зараженной радиацией, в приграничных зонах заражения, так и в отдаленных местах, где могут появиться продукты радиоактивного распада, занесенные ветром, дождем, грунтовыми водами, водами рек, морей и океанов. Существуют различные конструкции дозиметров и радиометров, имеющих самостоятельный корпус, в котором размещено оборудование и средства визуальной индикации. Однако, обеспечение всех людей средствами контроля радиационной обстановки в виде мобильных приборов, требующих постоянного ношения и содержащих каждый индивидуальные средства питания, сигнализации и индикации, и не удобно и не рационально.

Известны мобильные телефоны в комбинации с встроенным вспомогательным оборудованием, в том числе, радиометрами-дозиметрами (RU 2456638,2461024).

Недостатками их является низкая ремонтопригодность, связанная с тем, что замена дозиметра-радиометра невозможна или сложна.

Известны дозиметры-радиометры, выполненные с газоразрядными камерами Гейгера-Мюллера, пригодные для самостоятельного применения.

Недостатками таких устройств является сложность конструкции, т.к. они должны иметь всю элементную базу для автономной работы и представления результатов в читаемой форме, требуются процессор, специальный экран клавиатура, средства сигнализации и т.д., сложность накопления, обработки и передачи информации, поскольку они не имеют соответствующих средств и средств подключения и адаптации к иной аппаратуре.

Детекторы излучения, пригодные для неоднократного оперативного монтажа/демонтажа на мобильное радиоустройство с возможностью адаптации к его программному обеспечению и аппаратуре мобильных радиоустройств в настоящее время отсутствуют, что исключает распространение результата измерения широкому кругу лиц.

Задачей полезной модели является создание надежного автономного детектора излучения, пригодного для самостоятельного транспортирования и хранения, попеременного (периодического) монтажа на разнообразные мобильное радиоустройство с задействованием аппаратуры последнего и расширение арсенала детекторов излучения.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение долговечности и надежности за счет герметизации и отсутствия разъемов и стыков в индивидуальном монолитном корпусе, беспроводного соединения для питания и передачи на смартфон результатов измерений и, одновременно, оптимизация свойств детектора для оперативного приема и контроля излучения при обеспечении удобства хранения, переноски и совместного использования с мобильным радиоустройством, а также расширение функциональных возможностей детектора за счет обеспечения его беспроводного включения в цепи практически любого мобильного радиоустройства с задействованием процессора, средств сигнализации, дистанционной передачи и распространения среди любого круга заинтересованных лиц, располагающих мобильным радиоустройством.

Сущность полезной модели состоит в том, что детектор излучения содержит корпус, в котором размещены чувствительный элемент, связанный с микропроцессором, блок питания с зарядным устройством, а также соединенные с микропроцессором индикатор и модуль подключения к внешнему оборудованию, корпус выполнен герметизированным, пыле-, влагонепроницаемым, а зарядное устройство и модуль подключения к внешнему оборудованию выполнены с возможностью соединения по беспроводным каналам для зарядки и передачи информации, соответственно.

Предпочтительно, модуль подключения к внешнему оборудованию выполнен в виде модуля передачи цифровых данных по беспроводному каналу связи из группы: канал SMART Bluetooth, канал NFC (Near Field Communication).

Предпочтительно, блок питания выполнен в виде аккумулятора и снабжен контроллерами заряда и разряда на его входе и выходе, соответственно, а зарядное устройство выполнено в виде устройства индуктивной зарядки в виде плоской катушки индуктивности, подключенного через выпрямитель к контроллеру зарядки аккумулятора.

При этом детектор снабжен преобразователем напряжения для повышения напряжения, подаваемого контроллером разряда аккумулятора на чувствительный элемент, до рабочего значения напряжения последнего, а чувствительный элемент, связан с микропроцессором через дополнительно установленные и последовательно включенные преобразователь заряда в напряжение, усилитель-формирователь и аналогоцифровой преобразователь.

При этом детектор снабжен сенсорной кнопкой управления, подключенной к микропроцессору, выполненному с таймером-счетчиком.

В частных случаях реализации чувствительный элемент может быть выполнен в виде газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера или чувствительный элемент может быть выполнен в виде полупроводникового, предпочтительно, кремниевого, счетчика.

Предпочтительно, индикатор выполнен светодиодным или жидкокристаллическим, с возможностью индикации уровня радиационного фона, в том числе, мощности дозы, а также с функцией сенсорного экрана, а корпус выполнен вакуумированным, монолитным из пластика, в форме прямоугольного параллелепипеда.

На чертеже фиг. 1 изображена принципиальная блок-схема детектора, в котором чувствительный элемент выполнен в виде газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера, на фиг. 2 - принципиальная блок-схема детектора, в котором чувствительный элемент выполнен в виде в виде полупроводникового, предпочтительно, кремниевого, счетчика.

Детектор излучения содержит корпус (самостоятельный, индивидуальный корпус), в котором размещены чувствительный элемент (датчик радиации) 1, связанный с микропроцессором 4, выполненным с таймером-счетчиком, блок 5 питания с зарядным устройством 8, а также соединенные с микропроцессором 4 индикатор 10 и модуль 7 подключения к внешнему оборудованию, например, смартфону (не изображен). Корпус выполнен герметизированным, пыле-, влагонепроницаемым, а зарядное устройство 8 и модуль 7 подключения к внешнему оборудованию выполнены с возможностью соединения по беспроводным каналам для зарядки и передачи информации, соответственно.

Модуль 7 подключения к внешнему оборудованию выполнен в виде модуля 7 передачи цифровых данных по беспроводному каналу связи из группы: канал SMART Bluetooth, канал NFC (Near Field Communication).

Блок 5 питания выполнен в виде литий-ионного или литий-полимерного аккумулятора 5 и снабжен контроллером 6 заряда и контроллером 3 разряда на его входе и выходе, соответственно. Зарядное устройство 8 представляет собой устройство 8 индуктивной зарядки в виде плоской катушки индуктивности, подключенное через мостовой диодный выпрямитель 9 к контроллеру 6 зарядки аккумулятора 5.

Детектор снабжен преобразователем 2 напряжения для повышения напряжения, подаваемого контроллером 3 разряда аккумулятора 5 на чувствительный элемент 1, до рабочего значения напряжения последнего.

Чувствительный элемент 1 связан с микропроцессором 4 через дополнительно установленные и последовательно включенные усилитель 11 заряда, усилитель-формирователь 12 и аналого-цифровой преобразователь 13.

Детектор может быть снабжен индикатором 10, подключенным к микропроцессору 4, выполненному с таймером-счетчиком.

Чувствительный элемент 1 может быть выполнен в виде газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера (фиг. 1) или может быть выполнен в. виде полупроводникового, предпочтительно, кремниевого, счетчика (фиг. 2).

Индикатор 10 может быть выполнен светодиодным или жидкокристаллическим с возможностью индикации уровня радиационного фона, в том числе, мощности, дозы и функцией сенсорного экрана. (В простейшем случае сенсорная кнопка и светодиод)

Корпус детектора предпочтительно может быть выполнен вакуумированным, монолитным из пластика, в форме прямоугольного параллелепипеда.

Детектор работает следующим образом.

При реализации детектора по схеме фиг. 1 сигнал с счетчика Гейгера-Мюллера, как датчика 1 радиации, поступает непосредственно на вход микропроцессор 4.

При реализации детектора по схеме фиг.2 сигнал с полупроводникового датчика радиации 1 поступает на вход усилителя 11 заряда, выполняющего преобразование заряда, генерируемого датчиком 1 радиации в напряжение. Сигнал с выхода усилителя заряда поступает на вход усилителя-формирователя 12, который приводит его к виду необходимому для работы аналого-цифрового преобразователя 13. Аналого-цифровой преобразователь 13 выполняет преобразование сигнала в цифровой код, который передается на микропроцессор 4.

Микропроцессор 4 выполняет подсчет числа импульсов за определенное время, определение амплитуды импульсов и подготовку данных для передачи на смартфон.

Передача данных на смартфон осуществляется по беспроводному каналу, модулем 7. Питание устройства осуществляется от литий-ионного или литий-полимерного аккумулятора 5 через контроллер 3 разряда аккумулятора 5, обеспечивающий автоматическое отключение аккумулятора 5 при его разряде. Питание датчика 1 осуществляется через преобразователь 2 напряжения. Зарядка аккумулятора 5 осуществляется через контроллер 6 заряда аккумулятора 5, обеспечивающий требуемый ток и напряжение заряда. Зарядка аккумулятора 5 производится от индуктивного зарядного устройства 8 с индукционной катушкой, индуктивно связанной с катушкой внешнего зарядного устройства, и выпрямитель 9, соединенный с входом контроллера заряда аккумулятора 5. Управление устройством осуществляется по командам управления сенсорного экрана индикатора 10, содержащего сенсорные кнопки и схему обработки сигнала нажатия. Сенсорные кнопки могут быть выполнены по емкостной, тензорезистивной или оптоэлектронной технологии.

Усилитель 11 заряда представляет собой операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор. При пролете частицы через кремниевый датчик в нем генерируется электрический заряд Q. При этом на выходе усилителя 11 заряда будет напряжение U=Q/C, где C - емкость его конденсатора обратной связи.

Усилитель-формирователь 12 также представляет собой операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор параллельно с конденсатором. В этом случае коэффициент усиления будет уменьшаться с повышением частоты. Таким образом, обеспечивается необходимое усиление полезного сигнала с фильтрацией высокочастотных шумов и наводок от высокочастотных сигналов смартфона.

Зарядка аккумлятора 5 от внешнего индуктивного зарядного устройства производится следующим образом. В самом зарядном устройстве собран генератор синусоидальных колебаний. Его колебательный контур состоит из плоской спиральной катушки и конденсатора. Контур настраивается на частоту около 10МГц. В зарядном устройстве 8 детектора также установлена плоская спиральная катушка, нагруженная на мостовой диодный выпрямитель 9. Если детектор положить на зарядное устройство, то катушки окажутся индуктивно связанными. В катушке зарядного устройства 8 детектора наводится переменное напряжение, которое выпрямляется диодным выпрямителем 9 и через контроллер 6 заряда заряжает аккумулятор 5.

Датчик 1 радиации генерирует импульсы, число которых зависит от количества пролетающих частиц, а следовательно от уровня радиационного фона. Импульсы датчика радиации подсчитываются микропроцессором 4 за единицу времени. Далее микропроцессор 4 выполняет расчет уровня радиации и мощности дозы. Рассчитанные значения передаются на внешние устройства (смартфон) по беспроводным каналам связи и далее с любого доступного по беспроводной связи смартфона на мобильные радиоустройства неограниченного круга лиц, а также отображаются индикатором 10.

Надежность детектора а также его устойчивость к внешним воздействиям достигаются за счет того, что корпус выполнен герметизированным, пыле-, влагонепроницаемым, а зарядное устройство и модуль подключения к внешнему оборудованию выполнены с возможностью соединения по беспроводным каналам для зарядки и передачи, что обеспечивает отсутствие разъемов и соединительных кабелей передачи информации.

Созданная конструкция детектора позволяет обеспечить повышение долговечности и надежности за счет герметизации и отсутствия разъемов и стыков в монолитном корпусе, беспроводного соединения для питания и передачи на смартфон результатов измерений и, одновременно, оптимизация свойств детектора для оперативного приема и контроля излучения при обеспечении удобства хранения, переноски и совместного использования с мобильным радиоустройством, а также расширение функциональных возможностей детектора за счет обеспечения его беспроводного включения в цепи практически любого мобильного радиоустройства с задействованием процессора, средств сигнализации, дистанционной передачи и дисплея мобильного радиоустройства.

1. Детектор излучения, содержащий корпус, в котором размещены чувствительный элемент, связанный с микропроцессором, блок питания с зарядным устройством, а также соединенные с микропроцессором индикатор и модуль подключения к внешнему оборудованию, отличающийся тем, что корпус выполнен герметизированным, пыле-, влагонепроницаемым, а зарядное устройство и модуль подключения к внешнему оборудованию выполнены с возможностью соединения по беспроводным каналам для зарядки и передачи информации соответственно.

2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что модуль подключения к внешнему оборудованию выполнен в виде модуля передачи цифровых данных по беспроводному каналу связи из группы: канал SMART Bluetooth, канал NFC (Near Field Communication).

3. Детектор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что блок питания выполнен в виде аккумулятора и снабжен контроллерами заряда и разряда на его входе и выходе соответственно, а зарядное устройство выполнено в виде устройства индуктивной зарядки в виде плоской катушки индуктивности, подключенного через выпрямитель к контроллеру зарядки аккумулятора.

4. Детектор по п. 3, отличающийся тем, что он снабжен преобразователем напряжения для повышения напряжения, подаваемого контроллером разряда аккумулятора на чувствительный элемент, до рабочего значения напряжения последнего.

5. Детектор по п. 4, отличающийся тем, что чувствительный элемент связан с микропроцессором через дополнительно установленные и последовательно включенные преобразователь заряда в напряжение, усилитель-формирователь и аналого-цифровой преобразователь.

6. Детектор по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что он снабжен сенсорной кнопкой управления, подключенной к микропроцессору, выполненному с таймером-счетчиком.

7. Детектор по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера.

8. Детектор по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде полупроводникового, предпочтительно кремниевого, счетчика.

9. Детектор по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что индикатор выполнен светодиодным или жидкокристаллическим с возможностью индикации уровня радиационного фона, в том числе мощности дозы, а также с функцией сенсорного экрана.

10. Детектор по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что корпус выполнен вакуумированным, монолитным из пластика, в форме прямоугольного параллелепипеда.