Индивидуальный цифровой дозиметр
Полезная модель относится к ядерной технике, может быть использована для измерения мощности дозы гамма-излучения и контроля персональной накопленной дозовой нагрузки. Предложен индивидуальный цифровой дозиметр, включающий узел детектора на основе газоразрядного детектора ионизирующего излучения, первый вход которого соединен с первым выходом высоковольтного преобразователя, а выход соединен с первым входом блока обработки информации, первый восьмиразрядный выход блока обработки информации соединен с узлом индикации, второй выход блока обработки информации соединен со звуковым излучателем. Отличительной особенностью заявляемого дозиметра является то, что устройство питания дозиметра включает батарею питания, соединенную через стабилизатор напряжения с коммутатором, высоковольтным преобразователем напряжения, микроконтроллером, звуковым излучателем, инфракрасным каналом и первым входом питания узла индикации, выполненного на основе светодиодного цифрового индикатора. Причем второй вход питания узла индикации соединен с батареей питания, второй выход высоковольтного преобразователя напряжения соединен с первым входом коммутатора, а выход коммутатора соединен со вторым входом узла детектора, блок обработки информации представляет собой микроконтроллер и имеет дополнительно три входа и три выхода, первый дополнительный вход соединен с третьим выходом высоковольтного преобразователя напряжения, второй дополнительный вход связан с выходом инфракрасного канала, третий дополнительный вход связан с кнопкой «режим», первый дополнительный выход микроконтроллера соединен со входом высоковольтного преобразователя напряжения, второй дополнительный выход связан со вторым входом коммутатора, третий дополнительный выход связан с входом инфракрасного канала. 1 з.п. ф-лы, 2 илл.
Полезная модель относится к ядерной технике, может быть использована для измерения мощности дозы гамма-излучения и контроля персональной накопленной дозовой нагрузки.
Известен индикатор радиоактивности, содержащий детектор, блок согласований и блокировки, счетчик дешифратора, блок отображения информации, задающий генератор, генератор с самовозбуждением, блок умножителя, блок звуковой сигнализации, блок сброса, блок фильтров, переключатели, источник питания, введены схема соединений, блок логики, блок переполнения и разряда элемента питания, блок обратной связи /RU 2025745, G01T 1/02, 1994/. К недостаткам известного устройства можно отнести сложность схемного решения, значительные габариты, неудобство в повседневном использовании.
Известен индикатор радиоактивности, содержащий детектор, блок отображения информации, звуковую сигнализацию, переключатели и источник питания /RU 71000, G01T 1/02, 2008/. Отличительной особенностью известного устройства является то, что оно содержит триггер, микроконтроллер, перепрограммируемое ПЗУ, формирователь высокого напряжения, преобразователь напряжения. Детектор соединен с входом триггера, выход микроконтроллера через формирователь высокого напряжения соединен с входом детектора, переключатели выполнены в виде трехкнопочной клавиатуры, выходы которой и выход триггера соединены с входами микроконтроллера, один из выходов микроконтроллера соединен с входом триггера, два выхода микроконтроллера соединены с дисплеем и перепрограммируемым ПЗУ, три выхода микроконтроллера соединены с дисплеем, один выход микроконтроллера соединен с перепрограммируемым ПЗУ, один выход микроконтроллера соединен со звонком. К недостаткам известного устройства является то, что оно выдает ненормируемую по точности измерения информацию.
Наиболее близким к заявляемому устройству является индивидуальный цифровой дозиметр, выбранный за прототип и содержащий газоразрядный детектор ионизирующего излучения, выход которого через усилитель тока соединен с входами устройств питания детектора и сигнализации, вход управления которого соединен с выходом пересчетного устройства, к которому подключен цифровой индикатор /SU1839950, G01T 1/17, 2006/. Отличительной особенностью прототипа является то, что, с целью повышения точности измерений путем исключения ложных импульсов от детектора, введены формирователь с длительностью выходного импульса, равной длительности импульса от детектора, линия задержки с временем задержки, равным длительности фронта импульса от детектора, инвертор и схема И, причем вход формирователя и первый вход схемы И подключены к выходу усилителя, а выход формирователя через последовательно соединенные линию задержки и инвертор подключен к второму входу схемы И, выход, которой подключен к входу пересчетного устройства.
Прототип способен выдавать нормируемую по точности измерения информацию, однако обладает значительной погрешностью измерения, невысокой надежностью и узким диапазоном измерения.
Задачей заявляемой полезной модели является создание индивидуального цифрового дозиметра, лишенного указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении погрешности измерения при воздействии дестабилизирующих факторов, повышении надежности и экономичности прибора, расширении диапазона измерений и диапазона рабочих температур.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается индивидуальный цифровой дозиметр, включающий узел детектора на основе газоразрядного детектора ионизирующего излучения, первый вход которого соединен с первым выходом высоковольтного преобразователя, а выход соединен с первым входом блока обработки информации, первый восьмиразрядный выход блока обработки информации соединен с узлом индикации, второй выход блока обработки информации соединен со звуковым излучателем.
Отличительной особенностью заявляемого дозиметра является то, что устройство питания дозиметра включает батарею питания, соединенную через стабилизатор напряжения с коммутатором, высоковольтным преобразователем напряжения, микроконтроллером, звуковым излучателем, инфракрасным каналом и первым входом питания узла индикации, выполненного на основе светодиодного цифрового индикатора. Причем второй вход питания узла индикации соединен с батареей питания, второй выход высоковольтного преобразователя напряжения соединен с первым входом коммутатора, а выход коммутатора соединен со вторым входом узла детектора, блок обработки информации представляет собой микроконтроллер и имеет дополнительно три входа и три выхода, первый дополнительный вход соединен с третьим выходом высоковольтного преобразователя напряжения, второй дополнительный вход связан с выходом инфракрасного канала, третий дополнительный вход связан с кнопкой «режим», первый дополнительный выход микроконтроллера соединен со входом высоковольтного преобразователя напряжения, второй дополнительный выход связан со вторым входом коммутатора, третий дополнительный выход связан с входом инфракрасного канала.
Дополнительно предлагается коммутатор оснастить дополнительным полевым транзистором, сток которого соединить с первым выводом конденсатора, а второй вывод конденсатора соединить со вторым входом узла детектора, для надежного закрывания детектора излучения во время обработки информации. Использование в коммутаторе двух полевых транзисторов и конденсатора исключает возможность появления на полевых транзисторах напряжения больше предельно допустимого, что увеличивает надежность изделия.
На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого устройства, на фиг.2 представлена принципиальная схема коммутатора, где 1 - узел детектора на основе газоразрядного детектора ионизирующего излучения, 2 - высоковольтный преобразователь, 3 - блок обработки информации в виде микроконтроллера, 4 - узел индикации, 5 - звуковой излучатель, 6 - батарея питания, 7 - стабилизатор напряжения, 8 - коммутатор, 9 - инфракрасный канал, 10 - кнопка «режим», 11, 12 - полевые транзисторы, 13 - конденсатор.
Устройство работает следующим образом. 1. Импульсный режим газоразрядного детектора в составе узла детектора 1 обеспечивается коммутатором 8, работающим под управлением микроконтроллера 3. В состав коммутатора входят два полевых транзистора 11 и 12, а также конденсатор 13. Полевой транзистор 11 с n-каналом, а 12 с р-каналом и поэтому они управляются одним выводом микроконтроллера 3. Когда микроконтроллер готов к измерению, он открывает полевой транзистор 11 и закрывает полевой транзистор 12 в коммутаторе 8. Выход коммутатора и первый вывод конденсатора 13 с положительным потенциалом соединяется с общей шиной, а второй вывод конденсатора 13 с отрицательным потенциалом отключается от шины питания из-за закрытого полевого транзистора 12 Конденсатор 13 не разряжается и сохраняет свой потенциал длительное время. Газоразрядный детектор в узле детектора 1 при этом оказывается в рабочем режиме, так как на газоразрядном детекторе оказывается напряжение 400 В от высоковольтного преобразователя напряжения 2 (первый вход узла детектора). С момента включения газоразрядного детектора микроконтроллер 3 измеряет время до прихода первого импульса от газоразрядного детектора. При регистрации газоразрядным детектором первого гамма-кванта импульс с выхода узла детектора 1 подается на вход микроконтроллера 3. Микроконтроллер 3 сразу закрывает полевой транзистор 11 и открывает полевой транзистор 12 в коммутаторе. При этом выход коммутатора 8 и первый вывод конденсатора 13 с положительным потенциалом отключается от общей шины из-за закрытого полевого транзистора 11, а второй вывод конденсатора 13 с отрицательным потенциалом через полевой транзистор 12 соединяется с шиной питания. Газоразрядный детектор в узле детектора 1 при этом оказывается в не рабочем состоянии, так как напряжение 400 В на газоразрядном детекторе (первый вход узла детектора) уменьшается на напряжение 150 В на конденсаторе 13 (второй вход узла детектора). После выключения газоразрядного детектора микроконтроллер 10 в течение служебного времени производит обработку измеренного времени. После завершения служебного времени микроконтроллер 3 повторяет включение и выключение газоразрядного детектора, каждый раз производя измерение времени от момента включения газоразрядного счетчика до прихода первого импульса от газоразрядного детектора. В измеряемой величине нет «мертвого» времени газоразрядного детектора, так как измерение времени происходит от момента включения газоразрядного детектора до прихода первого импульса от газоразрядного счетчика. Восстановление газоразрядного счетчика длится около 500 мкс («мертвое» время). Начало восстановления газоразрядного детектора совпадает с началом служебного времени микроконтроллера 3, которое длится около 10 мс. К началу очередного цикла измерения газоразрядный детектор всегда восстановлен. Отсутствие в измеряемой величине «мертвого» времени газоразрядного детектора позволяет расширить диапазон измерения мощности дозы на три порядка. Для газоразрядного детектора СБМ21 верхнее значение диапазона измерения мощности дозы увеличивается от 1 Р/ч при постоянном режиме работы до 1000 Р/ч при импульсном режиме работы. Для газоразрядного детектора СБМ21 при мощности дозы 300 мкР/ч измеряемое время составляет около 1 с, при мощности дозы 300 мР/ч измеряемое время составляет около 1 мс, а при мощности дозы 300 Р/ч измеряемое время составляет около 1 мкс. При измерении мощности дозы 300 Р/ч газоразрядный детектор находится в выключенном состоянии 10 мс (служебное время), потом включается для измерения на 1 мкс и опять выключается на 10 мс. При таком облучении в течение 10000 с (около 3 ч) детектор будет во включенном состоянии только 1 с. Поэтому импульсный режим газоразрядного счетчика имеет еще одно преимущество - чем больше мощность дозы, тем меньше времени газоразрядный детектор находится в рабочем режиме.
Импульсный режим работы газоразрядного детектора требует работы высоковольтного преобразователя напряжения 2 в строго определенное время, которое обеспечивается микроконтроллером 3. Микроконтроллер 3 в строго определенное время посылает импульсы на вход высоковольтного преобразователя напряжения 2 и контролирует появление на выходе обратной связи высоковольтного преобразователя напряжения сигнала, который появится когда напряжение на высоковольтном конденсаторе достигнет необходимого значения. Таким образом, производится импульсная стабилизация высоковольтного напряжения. Работа высоковольтного преобразователя напряжения 2 в строго определенное время и работа микроконтроллера 3 в экономичном режиме обеспечивают ток потребления дозиметра без индикации при мощности дозы от фона до 500 мкР/ч не более 50 мкА. При таком потреблении и при условии включения индикации не более 1 мин в сутки (пять включений индикации мощности дозы) обеспечивается непрерывность работы дозиметра от одного комплекта элементов питания не менее года.
Светодиодный цифровой индикатор позволяет обеспечить работу индикации при температуре окружающей среды от 70°С до минус 40°С. Поэтому дозиметры со светодиодным индикатором имеют более широкий рабочий температурный диапазон, чем дозиметры с жидкокристаллическим индикатором. Использование в дозиметре низковольтного стабилизатора напряжения и подключение одного разряда светодиодного индикатора к стабилизатору напряжения, а остальных разрядов к батареи питания позволяет получить не только количественную, но и качественную, оценку разряда элементов питания дозиметра по разности свечения разрядов светодиодного индикатора. При напряжении элементов питания 3,0 В яркость свечения разрядов светодиодного индикатора одинаковая. При напряжении элементов питания 2,3 В у светодиодного индикатора свечение разрядов, подключенных к батареи питания менее яркое, чем у разряда, подключенного к стабилизатору напряжения. При напряжении элементов питания 1,8 B у светодиодного индикатора свечение разрядов, подключенных к батареи питания, тусклое, а у разряда, подключенного к стабилизатору напряжения, свечение яркое. При напряжении элементов питания 1,5 В у светодиодного индикатора свечение разрядов, подключенных к батареи питания, отсутствует, а у разряда, подключенного к стабилизатору напряжения, свечение яркое. Благодаря стабилизатору напряжения дозиметр выполняет свои основные функции без индикации (измерение мощности дозы и накапливание дозы) при напряжении элементов питания 0,9 В, обеспечивая полное использование энергии элементов питания.
1. Индивидуальный цифровой дозиметр, включающий узел детектора на основе газоразрядного детектора ионизирующего излучения, первый вход которого соединен с первым выходом высоковольтного преобразователя, а выход соединен с первым входом блока обработки информации, первый восьмиразрядный выход блока обработки информации соединен с узлом индикации, второй выход блока обработки информации соединен со звуковым излучателем, отличающийся тем, что устройство питания дозиметра включает батарею питания, соединенную через стабилизатор напряжения с коммутатором, высоковольтным преобразователем напряжения, микроконтроллером, звуковым излучателем, инфракрасным каналом и первым входом питания узла индикации, выполненного на основе светодиодного цифрового индикатора, причем второй вход питания узла индикации соединен с батареей питания, второй выход высоковольтного преобразователя напряжения соединен с первым входом коммутатора, а выход коммутатора соединен со вторым входом узла детектора, блок обработки информации представляет собой микроконтроллер и имеет дополнительно три входа и три выхода, первый дополнительный вход соединен с третьим выходом высоковольтного преобразователя напряжения, второй дополнительный вход связан с выходом инфракрасного канала, третий дополнительный вход связан с кнопкой «режим», первый дополнительный выход микроконтроллера соединен с входом высоковольтного преобразователя напряжения, второй дополнительный выход связан со вторым входом коммутатора, третий дополнительный выход связан с входом инфракрасного канала.
2. Дозиметр по п.1, отличающийся тем, что коммутатор оснащен дополнительным полевым транзистором, сток которого соединен с первым выводом конденсатора, а второй вывод конденсатора соединен со вторым входом узла детектора, для надежного закрывания детектора излучения во время обработки информации.
