[发明专利]一种简便的土壤中氡气监测装置及监测方法

权利要求书

1.一种简便的土壤中氡气监测装置，其特征在于：包括进气管道(2)，以及可拆卸安装在进气管道(2)内部的测氡仪，所述进气管道(2)的一端绕进气管道(2)的圆周设置有多个进气孔(3)，所述进气管道(2)远离设置有进气孔(3)的一端安装有端盖(5)；

所述探测仪(4)包括开口朝向设置有进气孔(3)一端的氡气探测腔(11)，所述氡气探测腔(11)的开口端安装有能够盖合在开口端上的隔水透气膜(10)，氡气探测腔(11)远离开口的一端安装有导电电路板(15)、信号采集电路板(14)、MCU模块、半导体α探测器(16)、信号处理电路板(17)、电源电路板(18)、可充电电池以及设置在外壳上的电源插座(19)；MCU模块，主要功能是协调并控制各个模块运行，包括对数据的采集并分析、数据处理与存储、串口通信。

2.根据权利要求1所述的一种简便的土壤中氡气监测装置，其特征在于：所述氡气探测腔(11)中设置有温度、湿度传感器(13)，用于检测氡气探测腔(11)内部的温度以及湿度。

3.根据权利要求1所述的一种简便的土壤中氡气监测装置，其特征在于：隔水透气膜(10)通过绝缘固定环(12)固定在氡气探测腔(11)的开口端。

4.根据权利要求1所述的一种简便的土壤中氡气监测装置，其特征在于：探测仪(4)的外壳上设置有状态指示灯(20)。

5.根据权利要求1所述的一种简便的土壤中氡气监测装置，其特征在于：所述进气管道(2)远离进气孔(3)的一端安装有太阳能板(7)。

6.根据权利要求5所述的一种简便的土壤中氡气监测装置，其特征在于：所述太阳能板(7)上安装有一支架(8)，支架(8)通过抱箍(6)安装在进气管道(2)上。

7.根据权利要求1所述的一种简便的土壤中氡气监测装置，其特征在于：所述探测仪(4)内设置有通讯模块，使得其能够实现单片机与4G网络或蓝牙交互。

8.根据权利要求1所述的一种简便的土壤中氡气监测装置，其特征在于：所述进气管道(2)采用PVC塑料管。

9.根据权利要求1所述的一种简便的土壤中氡气监测装置，其特征在于：所述进气管道(2)的径向旋入一个螺栓(9)，螺栓(9)头部紧定在进气管道(2)内壁，所述探测仪(4)放置在螺栓(9)上。

10.一种简便的土壤中氡气监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：用定位仪等工具确定好测量位置，测量点尽量位于开阔和非积水地段，附近不能有茂密森林等植被遮挡太阳；

步骤2：用挖孔工具在地上打约孔位，约0.6m深，把PVC塑料管的设置有进气孔(3)的一端埋入地下；

步骤3：PVC塑料管露出地面0.3m以上，装上螺栓(9)，把仪器放入PVC管内，置于螺栓(9)上；

步骤4：上端安装的太阳能板(7)方向朝南，保证能被阳光照射；

步骤5：盖上端盖(5)后，氡气开始从进气管道(2)周围的土壤(1)中扩散至进气管道(2)内；

步骤6：防水透气膜隔离部分水蒸气，减少对探测仪(4)的影响，启动测量给氡气探测腔(11)施加正高压，半导体α探测器(16)为低电平，氡气探测腔(11)内部产生定向电场，对带电氡子体实现2π收集；进入氡气探测腔(11)内的氡衰变，释放的带正电氡子体，在高压静电场的作用下吸附在半导体α探测器(16)表面；

步骤7：带电粒子入射到探测介质内而损失能量，介质内产生电子-空穴对，在外电场的作用下，电子-空穴对分别向两电极漂移运动，从而在电极上感应出电荷，电荷在电容C上累积形成电压脉冲；它输出脉冲幅度正比于入射的带电粒子能量，通过行采集电路板上电路检测，可得出带电α粒子的强度和能量；

步骤8：信号预放大，预放大器位于采集电路板上，其输入与探测器相配合，前置放大器采用电荷灵敏放大器，主要是将从半导体α探测器(16)输出的微弱电压信号进行无失真的初步线性放大提供给后续电路；

步骤9：主放大器把小信号放大到需要的幅度，进行滤波成形，主放输出电压幅度控制在0.5～4V；

步骤10：成形后脉冲输入微控制器，采集后计数值，根据式1得到测点的氡浓度，

Q_RN＝K_iN (1)

式中：

Q_RN——测点的氡浓度，单位为贝克每立方米(Bq/m³)；

K_i——测氡仪的换算系数(Bq/m³)/(1/min)；

N——测氡仪(减底数后)计数值，单位为脉冲每分钟(脉冲/min)；

步骤11.式1计数值是由氡子体引起的，氡子体收集效率η直接影响氡浓度的测量，η是由式2所得：

η＝f(H,T,S,E,V) (2)

式中：H为腔体内湿度、T腔体内的温度、探测器灵敏面积S、电场分布E、腔体容积V，其中H、T随环境变化，S、E、V为固定参数；

步骤12.湿度影响修正；事先在室内把仪器进气口加上干燥剂，置于标准氡室内，标准氡室湿度调整到90％左右，随着测量时间的增加，干燥器逐步失效，导致取样腔内部的湿度增加，从而获得不同湿度下对应氡室浓度下的计数值，通过式1获得未修正氡浓度；根据实验数据，做出不同湿度条件下拟合曲线和拟合方程，通过公式3获得湿度影响刻度系数相对修正值：

k₁＝a₁+b₁x₁ (3)

式中：a₁，b₁为拟合方程的系数，x₁为湿度，k₁为湿度影响刻度系数相对修正值；

步骤13.温度影响修正；事先在室内仪器置于可调恒温氡室中，氡室内浓度稳定，在一个温度点恒定30分钟，然后记录该测量点的测量浓度数据和平均温度数据；得到以最低温度点的浓度值为基数，每个温度点的测量浓度相对值曲线图；根据实验数据，做出不同温度条件下拟合曲线和拟合方程,通过公式2获得温度影响刻度系数相对修正值：

k₂＝a₂+b₂x₂ (4)

式中：a₂，b₂为拟合方程的系数，x₂为湿度，k₂为湿度影响刻度系数相对修正值；

步骤14.实际工作中，同步测量取样腔体内部的湿度和温度，通过拟合方程(3)(4)修正湿度和温度对氡浓度测量结果的影响，最终氡浓度Q_Rn’按公式(5)计算：

Q_Rn’＝k₁k₂Q_Rn (5)

步骤十五：多台仪器阵列式同时测量，可把氡浓度数据做出曲线或氡异常等值线图，进行对比。