[发明专利]便携式仿生α内污染剂量监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种监控装置，尤其涉及一种便携式仿生α内污染剂量监测装置。

背景技术

核与辐射突发事件、铀矿开采、井下施工、放射性实验、核电事故等情况中，需要实时监控测量工作人员吸入α放射性物质的活度，并估算人员所受内照射剂量。目前，市场现有α辐射测量仪器主要是测量环境中的α辐射，没有基于仿生学原理对人体吸入性α辐射剂量测量的仪器，无法根据人体实际、实时的呼吸情况，定量计算吸入人体的α核素活度，并评估α内照射剂量。另外，由于需要实时监控测量人员吸入α剂量，测量装置的便携性就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决上述问题，便携的仿生α内污染剂量监测装置，该装置基于仿生学原理，能够在辐射环境下模拟人体的呼吸，获取人体呼吸过程中所受的α内污染剂量，为人体所受剂量提供数据参考。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种便携式仿生α内污染剂量监测装置，包括由被检测人员随身佩戴的人体呼吸辅助系统、仿生呼吸系统以及数字化α能谱获取及分析系统；

所述人体呼吸辅助系统包括能罩在被检测人员嘴和鼻上的罩体，吸入气流通道和呼出气流通道，所述吸入气流通道由进气管和单向阀门组成，所述的呼出气流通道由出气管和单向阀门组成；

所述仿生呼吸系统包括仿生呼吸器与仿生呼吸器流量控制模块，仿生呼吸器流量控制模块包括设置在进气管内的气体流量传感器，所述仿生呼吸器流量控制模块根据气体流量传感器实时获取的人体吸入气体流量数据，控制仿生呼吸器的进气量，使仿生呼吸器进气量与人体吸入气体量实时相同或单位时间内总量相同；

仿生呼吸器的出气端和罩体出气管远离罩体的一端分别连接两路独立的数字化α能谱获取及分析系统，获取人体吸入、呼出气体中的α活度值。

作为优选：所述仿生呼吸器包括气体管道，以及沿着气体管道的气体流出方向依次设置的用于过滤空气中的大量颗粒尘埃的过滤器、消除湿度对测量影响的干燥器、为仿生呼吸系统吸入空气提供动力的泵、控制仿生呼吸系统气体管道开合的阀门、监测气体流量的流量计。

作为优选：仿生呼吸器流量控制模块包括依次连接的信号放大电路、滤波电路、模数转换电路、数字信号处理电路和步进电机，气体流量传感器实时监测人员吸入气体流量信号，经放大滤波并转换为数字信号，再由数字信号处理电路处理，并发送匹配的脉冲信息控制步进电机的转速，所述步进电机与仿生呼吸器的泵相连，带动泵工作。

作为优选：仿生呼吸器流量控制模块根据气体流量传感器的数据控制仿生呼吸器的进气量，使其与进气阀的进气量实时相同或单位时间内总量相同，从而模拟人体吸气过程，具体实现过程如下：

1）标定气体流量传感器参数，获取流量与电压线性关系曲线；

2）实测步进电机转速与仿生呼吸器吸入空气流量关系数据，利用最小二乘法拟合步进电机转速与流入仿生呼吸器中空气流量关系曲线；以吸入面罩空气流量等于流入仿生呼吸器空气流量建立等式，关联电压U与步进电机转速；

3）根据步进电机转速与输入步进电机脉冲频率关系，及2）中所得电压与步进电机转速的关系，在DSP内利用程序将采样电压U与输入步进电机脉冲频率关联，实现采样电压值U与DSP输出脉冲频率f的对应关系；

4）得到采样电压与输入步进电机工作脉冲频率关系后，根据采样电压值，输出对应脉冲频率信号，驱动步进电机转动，通过控制步进电机的转速，实时控制泵吸入的空气量，准确模拟人体吸气过程。

作为优选：所述人体呼吸系统罩体出气管内填充有消除湿度对测量影响的干燥剂。

作为优选：数字化α能谱获取及分析系统包括半球形高压仓、金硅面垒探测器，前置放大器、主放大器、数字多道和能谱分析单元，所述半球形高压仓包括弧形面和平面，其中弧形面由外层绝缘层和内层高压层构成，平面为地层，半球形高压仓对进入的α粒子进行定向加速，使α粒子向金硅面垒探测器运动，所述金硅面垒探测器将α辐射信号转换为电脉冲信号，所述数字多道获取α粒子的能谱，并由能谱分析单元计算出对应的α活度值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过人体呼吸辅助系统和仿生呼吸系统的配合，监控人体呼吸时吸入和呼出的气体量，并由仿生呼吸系统模拟人体呼入的气体量，再通过两路独立的数字化α能谱获取及分析系统，从仿生呼吸系统获取人体吸入的气体量，从人体呼吸辅助系统的罩体出气管获取人体呼出的气体量，分别进行测量、分析，从而获取人体吸入、呼出气体中的α活度值，整个装置结构简单，高度集成，便携性能好。