一种U盘式核辐射检测装置的设计思路

邹海锋　周燕　韩杰　罗浩然　冯本权

摘 要：设计一款基于G-M计数管的U盘式核辐射检测装置，以便于人们在日常生活中随时可以检测停留较久的生活环境的中的核辐射剂量。

关键词：G-M计数管;核辐射检测;U盘式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.105

1 前言

无论是2011年的日本核电站发生的泄漏事故还是2016年初的朝鲜核试验都使人们深刻的意识到核辐射对人们身体健康的重要性。而核辐射又是以射线的形式存在，没有相应的核辐射检测设备很难对其进行量化计算，了解周围环境的核辐射情况。

本文基于G-M计数管工作原理，提出一款U盘式核辐射检测装置的设计思路，可随身携带，随时使用，帮助人们随时了解自身周围新环境，减少对核辐射危害的担忧。

2 G-M计数管

G-M计数管是一种用于探测核辐射的气体探测器，其检测原理为通过检测入射的射线在计数管内部的气体中发生电离效应，在阴极和阳极的形成的电场中移动从而形成电流信号。当有带电粒子射入计数管内时，其便会由于引起了G-M计数管放电而产生电压脉冲信号被记录。电压脉冲频率越高，有效电流越大，核辐射剂量也就越高。相比于其他核辐射探测器，G-M计数器具有较高的性价比，比较适合用于普通群众用于日常生活中的随身检测。

3 U盘式辐射检测装置的设计

根据G-M计数管原理，现在采用具有OTG功能的手机USB接口经过升压模块为G-M计数管供电，利用G-M计数管就可以对核辐射的信号进行采集，对其信号进行放大处理使之易于检测，通过电平转换电路，将我们采集到的信号转换为手机信号传输所用的差分信号。最后将差分信号通过手机USB口传输到手机上完成最后的数据统计。

主要需要设计模块为：（1）升压模块;（2）信号采集模块;（3）信号处理模块;（4）信号计算统计模块。

3.1 升压模块

升压模块将实现将手机USB接口输出的5V电压升压至G-M计数管工作所需要的额定电压。为了能够尽量缩小体积，采用三极管的对5V电压实现放大。由于所需的电压较大，故采用双耐压三极管（Q1、Q2）组合对电压进行放大。通过变阻器R100进行微调即可得到较为合适的电压。由于输入功率有限，为了降低功率，通过使用555芯片与电阻R1、R2以及电容C5（如图2所示）组成一个无稳态多谐振荡的电路，将输入的5V直流电源转换为谐波振荡电源在555芯片的3管脚输出，以脉冲的形式为G-M计数管进行供电，间歇式地检测核辐射剂量。同时为了消除输出的高频振荡高压对输入源的影响，在输出部分与电源部分加上电感对高频高压振荡信号进行过滤，以免对输入源造成影响。

3.2 信号采集模块

信号采集模块即对核辐射信号进行采集处理。信号采集是整个装置的一个重点部分，只有采集到相应的核辐射信号才能够对其剂量进行分析和处理。为保证拥有足够的功率，在升压模块与G-M计数管之间采用无源功率因数校正电路提高线路的功率因数。

根据G-M计数管工作原理，将G-M计数管按正负极接入电路，即可对核辐射信号进行采集。在R16与R17之间引出输出端，即可对采集到的信号进行输出。

3.3 信号处理模块

由于G-M计数管采集到的信号一般较弱，因此在采集到信号之后，我们接入一个三极管对其电流进行放大，得到足够有效的信号。同时，由于手机接口是采用的是差分信号进行传输，因此采用电平转换电路对采集到的单端信号进行转化，使之成为手机可读取的差分信号，完成信号处理，进行信号传输。

3.4 信号计算统计模块

该模块的功能主要在手机APP上完成。通过手机USB口读取到了G-M计数管检测到的信号后，在APP上对单位时间内的响应次数进行计数统计，并且将其与标准值进行对比计算得到所处环境的核辐射剂量，最后通过手机屏幕上的数据直观的看到周围环境的情况。

4 结语

在核应用越来越广泛的今天，核辐射带来的损害也不容忽视。一款可随身携带的U盘式辐射检测装置可以让我们及时了解周围环境的核辐射剂量，有助于维护我们的身体健康。

參考文献：

[1]左卓，柳炳琦，肖婷婷.一种Android系统的智能手机γ个人剂量仪[J].电子世界，2016（11）：103-104.

[2]殷小芳.个人辐射剂量仪的研制[D].四川：成都理工大学，2012.

基金项目：省级大学生创新创业训练计划--U盘式智能辐射监测系统（201810616151）

作者简介：邹海锋（1998-），男，四川隆昌人，本科，研究方向：机械工程。