專利名稱：一種食品和水中放射性檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及檢測儀，尤其是一種食品和水中放射性檢測儀。
背景技術(shù)：
環(huán)境中的放射性污染核素主要來源于三個(gè)方面空中核爆炸試驗(yàn)、工業(yè)核廢物的排放和核電站意外核污染事故，其中對(duì)人類生活影響最大的就是意外核電站事故，例如2011年3月日本福島第一核電站的泄漏造成大量放射性物質(zhì)隨飄塵進(jìn)入大氣或隨污水流入大海，最終這些放射性物質(zhì)沉降在周邊很大范圍的土壤、植物的表面，形成長期的放射性污染。事故之后的很長時(shí)間內(nèi)，這些區(qū)域產(chǎn)出的糧食、蔬菜、肉類及海產(chǎn)品等放射性物質(zhì)的含量明顯增高，部分會(huì)達(dá)到或超過食用安全標(biāo)準(zhǔn)。因此，隨著日本福島核電站泄漏事故的發(fā)生，人們?cè)絹碓疥P(guān)注核事故后食品、水和飲料中放射性核素的定量分析，以判斷其是否達(dá)到食用安全標(biāo)準(zhǔn)。核電站事故泄漏出來的放射性污染核素通常包括Cs-137、Cs-134、1_131、Pu_239等，這些核素在衰變過程中不斷放出Y及β等輻射，并隨著動(dòng)植物代謝進(jìn)入到食物鏈中，被人食用后最終均會(huì)到達(dá)并儲(chǔ)留在人體內(nèi)，造成輻射危害。放射性核素發(fā)出的輻射可引起人體多種基因突變及染色體畸變，即使小劑量也可能對(duì)遺傳過程發(fā)生影響。此外，這些放射性多數(shù)具有很高的毒性，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重的毒害作用。對(duì)放射性污染核素的定量測量，通常采用低本底的伽瑪能譜儀，所使用的探測器包括高純鍺、碘化鈉或溴化鑭等。雖然該類儀器分析精度高，但是其需要配置大體積鉛屏蔽室，并且測量時(shí)間長，造價(jià)十分昂貴，不適合在核事故污染發(fā)生時(shí)一般老百姓對(duì)日常食品和水中放射性含量的快速測定。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種食品和水中放射性檢測儀，該檢測儀用于檢驗(yàn)檢疫、食品安全、研究機(jī)構(gòu)等用于食品及其它物品中放射性含量(比活度)檢測。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種食品和水中放射性檢測儀，該檢測儀包括NaI探測器、光電倍增管、脈沖信號(hào)放大器、單道分析器、微處理器、LCD顯示屏、按鍵、蜂鳴器、蓄電池、計(jì)算機(jī)接口、以及鉛屏蔽室和底部凹陷的專用樣品杯；NaI探測器連接到光電倍增管，光電倍增管連接到脈沖放大器，脈沖放大器連接到單道分析器，單道分析器連接到微處理器，微處理器分別連接IXD顯示屏、按鍵、指示燈、蜂鳴器和計(jì)算機(jī)接口 ；電源連接了蓄電池。檢測儀采用單道分析器電路，按不同核素的能量范圍設(shè)定單道分析器閾值；單道分析器可設(shè)置為2個(gè)或2個(gè)以上，可針對(duì)放射性污染中的1-131、Cs-137、Cs-134等幾種主要核素的能量峰，分別設(shè)定每個(gè)單道分析器的上下閾值，并采用標(biāo)準(zhǔn)核素樣品預(yù)先刻度其效率因子(轉(zhuǎn)換系數(shù))。檢測儀采用金屬外殼一體化結(jié)構(gòu)。鉛屏蔽室和樣品容器位于檢測儀上部，便于樣品的取放；NaI探測器和光電倍增管位于鉛屏蔽室底部的中心位置，其中NaI探測器深入樣品容器內(nèi)部，以增大探測器接收面，提高探測效率；LCD顯示屏、按鍵和電路板、蓄電池艙等位于檢測儀下部，易于安裝和調(diào)試。檢測儀采用IXD顯示屏和多動(dòng)能按鍵完成人機(jī)交互。IXD顯示屏可直接顯示測量結(jié)果的數(shù)據(jù)值；多動(dòng)能按鍵可根據(jù)屏幕提示的功能，通過按鍵完成對(duì)檢測儀的各種功能操作和各種參數(shù)的設(shè)置。檢測儀面板設(shè)置了紅、黃、綠三種顏色指示燈和蜂鳴器，用于告知被測物品的放射性危險(xiǎn)程度。檢測儀采用了可重復(fù)使用的專用樣品杯。該樣品杯按照檢測儀鉛屏蔽室的形狀專門設(shè)計(jì)，帶有容積刻度線，并使底部凹陷，可讓NaI探測器深入樣品當(dāng)中，利于提高探測效率。檢測儀設(shè)置了與計(jì)算機(jī)連接的接口。通過該接口檢測儀可與計(jì)算機(jī)(PC機(jī))連接，可實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)端對(duì)檢測儀參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)測量過程進(jìn)行監(jiān)控，并可完成測量數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、查詢和報(bào)表打印。檢測儀除了可使用交流電源外，還設(shè)置了可當(dāng)作后備電源使用的蓄電池。當(dāng)交流電源斷電或檢測儀需攜帶外出使用時(shí)，蓄電池可保證檢測儀正常工作小時(shí)以上。NaI探測器是由NaI晶體經(jīng)過密封封裝而成，該類型探測器對(duì)Y和X射線具有較高的靈敏度，探測能量范圍可達(dá)30keV 3MeV。光電倍增管與NaI探測器在受光面上貼緊安裝，以保證二者之間光損失最?。还怆姳对龉?0接收NaI探測器發(fā)出的光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電流脈沖，經(jīng)脈沖放大器放大后送往后續(xù)的多重單道分析器17和18。其中電倍增管10所需的高壓由電源電路20供給；所述的脈沖放大器16可以是由多級(jí)放大電路構(gòu)成，以完成電流-電壓轉(zhuǎn)換、脈沖成形及阻抗匹配等功能。所用單道分析器可由多個(gè)單道分析器并聯(lián)構(gòu)成，如單道分析器17、單道分析器18等。每個(gè)單道分析器由兩組電壓比較器、2個(gè)對(duì)應(yīng)的精密可調(diào)電位器及其后續(xù)觸發(fā)器等電路元件構(gòu)成。工作時(shí)，調(diào)整電位器，將其中一組電壓比較器的閾值設(shè)置在電壓基準(zhǔn)值Vl (高電壓值)，當(dāng)輸入信號(hào)Vin大于Vl時(shí)比較器有電平輸出，如圖2中的H波形；同理，將另一組電壓比較器的閾值設(shè)置在電壓基準(zhǔn)值V2 (低電壓值)，當(dāng)輸入信號(hào)Vin大于V2時(shí)比較器有電平輸出，如圖2中的L波形。這兩組比較器輸出的電平經(jīng)后續(xù)的觸發(fā)器和與非門等邏輯電路處理后，得到最終的單道分析器輸出脈沖信號(hào)Q3。該信號(hào)代表了只有當(dāng)輸入信號(hào)電壓Vin處于閾值Vl和V2之間時(shí)，單道分析器才有輸出脈沖。調(diào)整不同單道分析器的閾值電壓，可以將單道分析器的有效電壓窗口設(shè)置在不同的范圍，使其能夠?qū)δ骋环N核素的特定能量峰進(jìn)行脈沖(信號(hào)Q3)計(jì)數(shù)，再經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)核素樣品的比對(duì)換算后，檢測儀可測算出被測樣品中該核素的含量。微處理器一般為單片機(jī)或更高性能的處理器，內(nèi)含多組計(jì)數(shù)器(與單道分析器數(shù)量對(duì)應(yīng))、按鍵接口、LCD顯示接口、指示燈接口、蜂鳴器接口，以及晶振和實(shí)時(shí)鐘等電路資源。微處理器內(nèi)部固化有整個(gè)檢測儀的軟件程序，其功能包括完成對(duì)多重單道分析器輸出脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)；完成測量參數(shù)的設(shè)置、存貯和測量數(shù)據(jù)的處理；完成與按鍵、LCD顯示屏、指示燈及蜂鳴器的人機(jī)交互操作；完成與計(jì)算機(jī)的接口的操作和數(shù)據(jù)傳輸。電源的作用是將220V交流電轉(zhuǎn)換為檢測儀各部分工作所需的不同電壓的直流電源，如±12V、+5V、+3. 3V，以及供光電倍增管的-600V高壓等。蓄電池與電源相連，可在220V交流斷電時(shí)繼續(xù)供給檢測儀電源。蓄電池可以是可充電電池組，并在電源中包含充電管理電路，可在220V交流電工作的同時(shí)對(duì)電池組充電。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于體積小、可攜帶、操作簡單，適合一般普通老百姓使用。

圖I為本實(shí)用新型一種食品和水中放射性檢測儀原理框圖；圖2為本實(shí)用新型一種食品和水中放射性檢測儀單道分析器波形圖；圖3為本實(shí)用新型一種食品和水中放射性檢測儀外型圖；圖4為本實(shí)用新型一種食品和水中放射性檢測結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型一種食品和水中放射性檢測面板圖。圖中I、鉛屏蔽室；2、IXD顯不屏；3、僅器面板；4、上蓋；5、專用樣品杯；6、提手；7、電源開關(guān)；8、計(jì)算機(jī)接口 ；9、NaI探測器；10、光電倍增管；11、蓄電池艙；12、金屬外殼；13、電路板；14、光電倍增管緊固座；15、橡膠底座；16、脈沖放大器；17、18多重單道分析器；19、微處理器；20電源；21蓄電池；22按鍵；23指示燈；24蜂鳴器。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施案例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。如圖3所示，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)成一種一體化、可攜帶的放射性核素檢測檢測儀。具有體積小、操作簡單，適合一般普通老百姓使用的優(yōu)點(diǎn)，可在核事故污染發(fā)生后快速測定食品、水、飲料或其它物品中放射性核素的含量(比活度)。該檢測儀也可用于檢驗(yàn)檢疫、食品安全、研究機(jī)構(gòu)等用于食品及其它物品中放射性含量(比活度)檢測。圖3中，鉛屏蔽室I由金屬鉛加工而成；IXD顯示屏2可顯示測量參數(shù)及測量結(jié)果；檢測儀面板3包含四個(gè)多功能按鍵及三色指示燈；檢測儀上蓋4內(nèi)層為鉛制屏蔽層；專用樣品杯5按照檢測儀鉛屏蔽室的形狀專門設(shè)計(jì)，帶有容積刻度線，并使底部凹陷，可讓NaI探測器深入樣品當(dāng)中，利于提高探測效率；可活動(dòng)提手6便于檢測儀外出攜帶；USB接口座8可連接至計(jì)算機(jī)。檢測儀采用金屬一體化結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示NaI探測器9位于檢測儀中央，并深入樣品杯底部約5cm ;光電倍增管10底部緊固座14固定；電路板13分上下兩層，包含檢測儀所有的電路部分；專用樣品杯5測量時(shí)置于鉛屏蔽室I內(nèi)部，上部有檢測儀上蓋4 ;蓄電池艙11可從檢測儀底部裝入兩節(jié)5號(hào)(AA)電池，當(dāng)交流電源斷電或檢測儀需攜帶外出使用時(shí)，蓄電池可保證檢測儀正常工作8小時(shí)以上。電源開關(guān)7可同時(shí)關(guān)斷交流和直流電源；這種結(jié)構(gòu)使得鉛屏蔽室和專用樣品杯位于檢測儀上部，便于樣品的取放；NaI探測器9和光電倍增管10位于鉛屏蔽室底部中央位置，其中NaI探測器9深入樣品容器5內(nèi)部，以增大探測器接收面，提高探測效率山⑶顯示屏2、按鍵22和電路板13、蓄電池艙11等位于檢測儀下部，易于安裝和調(diào)試。鉛屏蔽室I能夠有效屏蔽環(huán)境中的伽瑪射線影響，提高檢測儀檢測靈敏度；金屬外殼12也可外界電磁干擾，利于提高測量電路穩(wěn)定性。該結(jié)構(gòu)不僅使得檢測儀外型緊湊，便于攜帶，同時(shí)檢測儀外型美觀，操作使用十分便捷。[0030]本實(shí)用新型檢測儀采用多重單道分析器硬件電路，按不同核素的能量范圍設(shè)定每個(gè)單道分析器閾值。這種電路設(shè)計(jì)可針對(duì)放射性污染中的幾種主要核素的能量峰，有針對(duì)性地設(shè)定每個(gè)單道分析器的上下閾值，并采用標(biāo)準(zhǔn)核素樣品預(yù)先刻度其效率因子(轉(zhuǎn)換系數(shù))。檢測儀可同時(shí)完成多種核素的測量，避免了采用多道分析器電路時(shí)的軟硬件復(fù)雜性，利于實(shí)現(xiàn)快速、自動(dòng)化的測量和分析，并且測量精度不降低。檢測儀面板如圖5所示LCD顯示屏2采用點(diǎn)陣圖形LCD液晶屏，有背光照明功能；多功能按鍵22可根據(jù)屏幕對(duì)應(yīng)位置顯示的功能執(zhí)行不同的操作；面板內(nèi)部裝有蜂鳴器23，用于告知被測物品的放射性危險(xiǎn)程度。如一次測量完成后綠燈點(diǎn)亮，并伴隨蜂鳴器鳴叫，表示“Safe”(安全)，黃燈亮表示“Caution”(輕度污染，須注意)，紅燈亮表示“Hazard”(危險(xiǎn)，不可食用)。檢測儀設(shè)置了與計(jì)算機(jī)連接的USB接口 8。通過該接口檢測儀可與計(jì)算機(jī)(PC機(jī))連接，可實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)端對(duì)檢測儀參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)測量過程進(jìn)行監(jiān)控，并可完成測量數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、查詢和報(bào)表打印。在本實(shí)施案例中，采用2個(gè)單道分析器17和18，分別設(shè)置其高低閾值為0. 8V與1.4￥和1.5￥與2.價(jià)。這樣設(shè)置是因?yàn)榻?jīng)放大電路后，1-131核素的特征峰(364. 5keV和284. 3keV)為I. IlV和O. 86V，而Cs-137的特征峰(661keV)為2. 01V，分別落在這兩個(gè)單道分析器的高低閾值之間。采用活度已知的1-131和Cs-137標(biāo)樣對(duì)檢測儀進(jìn)行刻度，得到每種核素的轉(zhuǎn)換系數(shù)后，檢測儀就可以準(zhǔn)確的測量樣品中1-131和Cs-137核素的含量(比活度)了。采用上述實(shí)例方案，檢測儀可同時(shí)完成多種核素的測量，并且改變單道分析器的閾值設(shè)置，就可改變測量核素的種類。本實(shí)用新型實(shí)例避免了傳統(tǒng)的采用多道分析器電路的軟硬件復(fù)雜性，利于實(shí)現(xiàn)快速、自動(dòng)化的測量和分析，并且測量精度不降低。
權(quán)利要求1.一種食品和水中放射性檢測儀，其特征在于該檢測儀包括NaI探測器、光電倍增管、脈沖信號(hào)放大器、單道分析器、微處理器、IXD顯示屏、按鍵、蜂鳴器、蓄電池、計(jì)算機(jī)接口、以及鉛屏蔽室和底部凹陷的專用樣品杯；NaI探測器(9)連接到光電倍增管(10)，光電倍增管(10)連接到脈沖放大器(16)，脈沖放大器(16)連接到單道分析器(17、18)，單道分析器(17、18)連接到微處理器(19)，微處理器(19)分別連接IXD顯示屏(2)、按鍵(22)、指示燈(23)、蜂鳴器(24)和計(jì)算機(jī)接口(8);電源(20)連接了蓄電池(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述食品和水中放射性檢測儀，其特征在于單道分析器電路(17、18)設(shè)置為2個(gè)或2個(gè)以上，針對(duì)放射性污染中的1-131、Cs-137、Cs-134核素的不同能量峰設(shè)定每個(gè)單道分析器的上下閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述食品和水中放射性檢測儀，其特征在于檢測儀采用金屬外殼一體化結(jié)構(gòu)；鉛屏蔽室(I)和樣品容器(5)位于檢測儀上部，NaI探測器(9)和光電倍增管(10)位于鉛屏蔽室(I)底部的中心位置，其中NaI探測器(9)深入樣品容器(5)內(nèi)部；IXD顯示屏(2 )、按鍵(22 )和電路板(13 )、蓄電池艙(11)位于檢測儀下部。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述食品和水中放射性檢測儀，其特征在于檢測儀采用LCD顯示屏(2)和多動(dòng)能按鍵(22)完成人機(jī)交互；IXD顯示屏(2)直接顯示測量結(jié)果的數(shù)據(jù)值；多動(dòng)能按鍵(22)根據(jù)屏幕提示的功能通過按鍵完成對(duì)檢測儀的各種功能操作和各種參數(shù)的設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述食品和水中放射性檢測儀，其特征在于專用樣品杯(5)帶有容積刻度線，底部凹陷。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種食品和水中放射性檢測儀，該檢測儀包括NaI探測器、光電倍增管、脈沖信號(hào)放大器、單道分析器、微處理器、LCD顯示屏、按鍵、蜂鳴器、蓄電池、計(jì)算機(jī)接口、以及鉛屏蔽室和底部凹陷的專用樣品杯。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于體積小、可攜帶、操作簡單，適合一般普通老百姓使用。
文檔編號(hào)G01T1/167GK202815232SQ201220514220
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者張海平, 范美仁, 王仁波 申請(qǐng)人:貝谷科技股份有限公司