辐射监视器可携式表、低电压转换高电压的方法及变压器的制作方法

文档序号:6261866阅读:271来源:国知局
专利名称:辐射监视器可携式表、低电压转换高电压的方法及变压器的制作方法
技术领域
本发明关于一种组合式个人装置,其中计时元件与辐射监视元件配合,藉此手表不仅显示时间和其它调节相关数据,亦指示使用者暴露的穿透性辐射剂量,并监视辐射现有强度。
背景技术
目前有许多人在可能含有危险放射程度的环境中生活及工作,这种辐射的主要特征是难以用小型装置侦测,而且活有机体可能累积辐射剂量。另外,过度累积剂量可能导致致命结果-辐射病以及遗传性疾病。
因此已有人尝试提供随手可得的个人装置,其不仅能指示穿载者暴露的环境之穿透性辐射现有强度,亦可指示累积辐射剂量。与这种小型装置发展有关的最初的其中一种工程解决方式是小型腕表和辐射监视总成,该总成由具有数字或模拟显示器的电子定时器以及操作辐射监视器且包括半导体侦测器和控制器的组件所组成,辐射计建构在时间计算微处理器的基础上以计时来调整辐射监视。
不幸的是上述装置无法长时间精确监视辐射,首先,半导体侦测器不够精确,它会对其他放射物反应,例如移动电话的高频放射和包括机械效应的其它效应。另一方面,半导体辐射侦测器消耗很多能源,使用者得频频更换供电单元,这就是为何生产者为总成各组件使用两个独立的电源。
Yperwatch(瑞士)[2]腕表为这种表的原型,且为已知的有长短针表的发展,在瑞士、日本和其它国家中有这种表的类似专利,该总成由二组件构成具模拟显示器的电子表,其中指针指示信息,以及辐射监视器,其包括半导体侦测器和控制器。此种表特征为利用可挠性连接器彼此连接的二印刷电路板;使表的模拟指针转动的机构位于其中一印刷电路板的中空处。
上述原型更少故障而且实际上可行,但未解决主要问题,半导体辐射侦测器会对其他非辐射性放射、机械及气候效应反应,而且需要高压电流,其无法消除某种设备中的半导体侦测器的弱点。
侦测辐射可利用Geiger-Muller(盖革-弥勒)计数管,其用于个别剂量器中,然而这种装置目前为止并未用于腕表和其它小型装置中,因为Geiger-Muller计数管需要约400V的恒电压。
本发明的课题为使用Geiger-Muller计数管做为个别腕表中的辐射侦测器,并确保其长时间工作,需要能将电压从1.5V-3V变为400V的变压器使Geiger-Muller计数管在腕表和其它小型装置中工作。
已知包含能源的变压器例子为太阳能电池,利用切换键将直流转为交流的转换器,电子变压器以及AC/DC转换器,其中切换键与一绕组或其它绕组分开且绕组做成不同,以能调整输出电压[3]。
此已知装置和其实施方法的缺点在于无法精确调整电压且消耗相当高的能量。
一种将直流转为高压直流的装置已用来做为变压方法和变压器本身的原型,该装置有数个输出、具操作电子开关控制器的脉冲转换器、具交流/直流(AC/DC)转换的升压变压器(step-up transformer)、以及滤波器,其输出电压需经由发生器(devisor)传到控制器[4]。
此已知装置和其实施方法缺点在于回馈漏电造成很大的能量消耗,而且因此小型供电单元馈电的装置无法保持长时间工作。

发明内容
本发明的目的为使用Geiger-Muller计数管做为个别腕表中的辐射侦测器,并确保其长时间工作。
此课题的解决如下依据本发明,在由一壳体、计时及时间指示单元、辐射强度测量单元、辐射侦测器、控制单元(微控制器)、显示单元以及供电单元所组成的某种可携式表及辐射监视器总成中,安装了功能为辐射侦测器的Geiger-Muller计数管以及Geiger-Muller计数管供电用的电压转换器;而且微控制器连接到变压器。
累积的问题解决如下Geiger-Muller计数管设有连接到微控制器且确保在选通模式(gating mode)下测量辐射强度的额外的切换键。
问题亦因表并设额外电源以分开馈电给计时/显示单元和辐射强度测量单元而解决。
除此之外,其安装有一个Geiger-Muller计数管致动脉冲形成器,脉冲形成器输入端接到Geiger-Muller计数管的电源滤波电容器,而输出端连接到微控制器。
本发明目的亦通过安装滤波整流器而达成,其将从变压器二次绕组抽头来的参考电压施加在Geiger-Muller计数管的阴极。
此目的亦达成如下在已知利用电子切换键将直流电转换成脉冲电流的将低电压转换成恒高电压的方法中,利用升压变压器使脉冲电压上升到预定值,接着对达成的脉冲电压整流、稳压和滤波;依据本发明,当切换键打开时,原绕组的脉冲回压(return inpulse voltage)与预定值比较,且切换键控制脉冲频率视原绕组的脉冲回压超过预定值的程度改变,在切换键控制从微控制器来的脉冲,而且接收到从Geiger-Muller计数管来的信号时发出额外的切换键控制脉冲。
只要以阈装置来将原绕组的脉冲回压与预定值比较亦达成此目的。
本发明目的亦由以下改良达成依据本发明,在最好用于可携式定时器和装置小型变压器包含直流电压源、做为断开件的单极晶体管、升压变压器、微控制器、输出电压的整流器和滤波器,依据本发明,安装在原绕组内的阈装置连接到微控制器,而微控制器数据总线则连接到单极晶体管基极。
解决此问题之后达成一项技术成果在上述装置中安装Geiger-Muller计数管而增加测量精确性,此装置不仅可用于日常用途,亦可做为标准测量装置。将Geiger-Muller计数管和微控制器以脉冲频率架构控制的小型变压器一起使用能够真正减少电流消耗并将一供电设备馈电的装置之工作期间延长到长达一年。
除此之外,提供具额外切换键的Geiger-Muller计数管允许非随时测量辐射强度,而只有在切换键开启在选通模式下才测量。接着Geiger-Muller计数管周期性地被致能(enabled)并在接收信号之后直接切断,若未接收到Geiger-Muller计数管来的信号,计数管在下一时间期间并未切断。从致能计数管到接收每单位时间的信号而终止之时间期间总和允许计算足够精确的平均辐射程度,此技术让其能在高辐射剂量期间减少80%电子能量消耗。另外,使Geiger-Muller计数管回到等待状态有时需要停止离子化,否则在高信号电平出现高度非线性。由此,将计数管切断一段时间允许测量范围延伸并在不同测量范围增加测量精度。
将直流电压转换成稳定直流高电压的新方法应用于将Geiger-Muller计数管做为变压器二次绕组负载有助于解决累积的问题。


图1为总成平面图。
图2为总成功能框图。
图3为具延伸测量范围的总成(在侦测器上有额外切换键)功能框图。
图4为具一整流滤波器的总成主电路。
图5为操作原理简化的总成主电路。
图6为操作原理简化的总成主电路,但与图5相比具不同信号拾取。
具体实施例方式
由装置架体1组成的具辐射计及小型变压器的可携式表在玻璃(未示出)钟面2下方有不同段来显示字母数字和模拟信息,因此,段3显示数字信息以及装置操作模式,段4显示累积辐射剂量4,而辐射强度则显示在于段5的假模拟刻度。钟表装置7的指针6持续指示时间,按钮8可供表之操作。装置由以下功能单元组成,整个装置由微控制器9(MC)操作,其操作切换键10(SK)和11(SK1)以及声音信号装置12(SSD)和在装置和计算机(未示出)之间提供联系的红外线接收器13(IR)。
另外,微控制器9接收从阈装置14(TH)来的信号和从Geiger-Muller计数管16(GC)来且通过脉冲形成器15(PF)的信号,切换键10置于变压器17(TR)绕组中,后者连接到阈装置14和具滤波器18(RF)的整流器。从后者来的电压传到Geiger-Muller计数管16,装置有供电单元19(PS),微控制器9驱动使表的模拟指针7、齿轮20(GT)运转,按钮8命令微控制器9,要使装置功能加速,设有一整流滤波器21(RF1),其输入端连接到变压器17二次绕组,输出端连接到Geiger-Muller计数管16负极。
最佳模式装置作用如下。微控制器9操作装置所有组件,微控制器9形成操作高电压变压器的切换键10之脉冲,接收及处理从Geiger-Muller计数管16来的脉冲波形,计算最低有效剂量测量值(MED)以及有效剂量(ED),将(MED)和(ED)与预定值比较,并在其超过预定值时产生一声音信号给变音器12。微控制器9亦操作内部钟表、日历、警铃、执行从控制钮接收到的指令、控制液晶显示器(3,4,5)的运作系统、检查装置供电单元状态。
为了提供气体排放Geiger-Muller计数管16运作,设有一个将低电压U=3v转换成高电压U=400v的变压器。转换器由微控制器9、切换键10、变压器17、具滤波器之整流器18、阈装置14所组成。高电压转换器由具整流器二极管反向连结单端转换器架构做成,另外应用变压器绕组中的不连续电流模式。
微控制器9发出控制脉冲到切换键10,当切换键打开,电流脉冲在变压器17的主电感累积能量,整流器18的整流二极管在此时锁住,电流依据定律累积,其由主电感值决定,同时在侦测器16的电压被滤波器18电容维持稳定。当切换键10关闭,在变压器二次绕组的电压正负号改变,先前累积的能量通过整流二极管18到负载并将滤波器18电容充电。由是,从电源到负载的能量传输分二步骤完成,各步骤在分开时段进行。
为了稳定高电压电平,发明人使用不变定(invariant stabilization)法,亦即无关闭输出电压偏差控制回路。其稳定性的维持是通过直接参数致动路径,在此情况有二个参数参数a,利用变压器17原绕组反向动作的脉冲值;参数b,利用从Geiger-Muller计数管16来的计数脉冲速度变化。此法能够删除漏电回馈电路并可观地延长供电单元运作时间。
阈装置14是利用参数a来控制高电压电平,阈装置14将变压器17原绕组反向动作的脉冲值与阈值比较。微控制器9功能为脉冲频率调节器,当变压器17原绕组反向动作的脉冲值低于阈值,切换键控制脉冲的重复率上升,当变压器17原绕组反向动作的脉冲程度超出阈值,切换键控制脉冲的重复率下降。
Geiger-Muller计数管16读数是用来调节利用参数b的高电压电平,当微控制器9接收Geiger-Muller计数管16来的脉冲,其产生用于切换键10的控制脉冲,此路径在有动态负载变化时提供变压器稳定操作。明显地Geiger-Muller计数管16破坏造成电容18放电和相对供电单元的反电动势效应,此需要在电容18立即建立电压,且微控制器19立即送出控制脉冲到切换键10。
从Geiger-Muller计数管16来的脉冲到达脉冲形成器15,脉冲形成器将Geiger-Muller计数管16来的脉冲转换成所需波形以利微控制器9处理(图6)。
从Geiger-Muller计数管16阳极拾取的信号架构(见图5)是用于特殊侦测器,其提供较广范围的剂量强度测量,这归功于电路电容值的降低。最后架构可更设有切换键10,使装置辐射可测量速度范围更广。
高电压控制电路由微控制器9(MC),切换键10(SK)、变压器17(TR)、以及阈装置14(TH)组成。切换键10(SK)和变压器17(TR)操作反向动作变压器的每一个电路,其功能如下在第一阶段(前行),微控制器9产生开启切换键10的逻辑单元电平,同时线性增加的电流流经变压器原绕组。在第二阶段(反向动作),微控制器9产生逻辑零单元,切换键10关闭,电流流经变压器二次绕组并将滤波器18(RF)累积电容充电。原绕组电压(tension)与滤波器电容值电压成正比,阈装置14(TH)电压调节二极管关闭直到电压达到操作值,阈装置晶体管亦关闭。在反向动作期间,微控制器9分析阈装置14作业情况,若作业电压未到达所需程度,整个程序重复。在反向动作期间,整流器18输出端的作业电压到达所需程度,阈装置的电压调节二极管开启,晶体管袭夺阳极(capturing anode)产生负极性脉冲并发送信号给微控制器9以停止高电压的激励(pumping)程序。阈装置电路的特色为只在反向动作脉冲的很短时间内(约2微秒)而且只在达到高电压作业程度之下消耗能量,其余时间阈装置的晶体管关闭且未使用电源能源。
高电压被激励频率的自动控制系如下,在高电压激励子程序开始运作之前,微控制器清除脉冲计数器,接着微控制器计算到达滤波器输出电容的所需高电压作业程度的脉冲群应有的脉冲数,若此值N超过最大固定值Nmax,脉冲群间隔缩短,反之,若N未达到Nmin,间隔拉长。最后,决定最佳脉冲重复率,此允许整流器、滤波器以及Geiger-Muller计数管中的漏电补偿。所需能源很少,微控制器额外子程序能够补偿因γ量子进入计数管引起的滤波器累积电容能量损失,在微控制器侦测到Geiger-Muller计数管来的脉冲之下立即激活子程序。
拾取从Geiger-Muller计数管16来的信号电路(图5)是用于提供剂量强度测量更大范围的特殊感测装置,切换键11做为Geiger-Muller计数管16的强迫关闭之用,微控制器9利用切换键11周期地将计数管16打开,并在接收到信号之后将立即关闭,模式切换允许计数管“闲置”时间及回复时间的影响。“闲置”时间为γ量子在计数管中离子化的期间,且若其它γ量子在该时刻进入计数管,其并未产生任何改变。
使用额外切换键11结果为装置可在更广范围测量剂量强度。
整流滤波器21(RF1)接收从变压器二次绕组部分来的额外电压电平,其接近作业程度,并将之施加在Geiger-Muller计数管16阴极,如此固定开启程序(节省时间)并确保切换键11打开时将计数管关闭。从Geiger-Muller计数管来的脉冲被脉冲形成器15强化,后者为普通发射器的快速放大器级联(amplifier cascade),在脉冲形成器15的基级二极管,晶体管被二极管分路(shunted),高电压整流器18电容的电荷即流经它。之后从脉冲形成器来的信号到达微控制器9的计数输入端。
藉由按钮9,微控制器受指令在表面段3显示数字信息,其显示日历、目前时间、累积辐射剂量。
表可并设在装置和计算机(未示出)之间提供联系的一红外线接收器13(IR),此时,当穿戴者通过一红外线计算机界面,装置联机到计算机并提供穿戴者身上的信息以及目前累积剂量。
申请人已完成发展工作并备齐文书以供个人腕表及依据Geiger-Muller计数管的辐射计总成之线上生产,研究显示装置确保测量高精确性,而且由一供电设备馈电的装置之工作期间延长到长达一年。
专业报告列入考虑的信息来源美国专利第4,733,383号,国际分类G04B 47/00,公告日22/03/1988美国专利第5,469,412号,国际分类G04B 47/00,公告日22/03/1988,原型;国际申请案第WO 02/087062A3,国际分类H02M 1/10,申请日31/10/2002;国际申请案第WO 02/071586A3,国际分类H02M 3/335,申请日12/09/2002,原型。
权利要求
1.一种具辐射监视器的可携式表,其并设一壳体且在壳体内有计时及时间指示单元、辐射强度测量单元、辐射侦测器、控制单元(微控制器)、显示单元以及供电单元,其特征在于该辐射侦测器为Geiger-Muller计数管,而且在壳体内设置供电给Geiger-Muller计数管的一电压转换器,而且该微控制器连接到一变压器。
2.依据权利要求1所述的具辐射监视器的可携式表,其特征在于该Geiger-Muller计数管设有连接到微控制器且确保在选通模式下测量辐射强度的额外的切换键。
3.依据权利要求1所述的具辐射监视器的可携式表,其特征在于该总成并设具不同供电单元的额外表机构以提供该计时及时间指示单元,以及具分开馈电的辐射强度测量单元。
4.依据权利要求1所述的具辐射监视器的可携式表,其特征在于该总成并设一Geiger-Muller计数管致动脉冲形成器,该脉冲形成器输入端连接到Geiger-Muller计数管供电滤波电容的低电压侧,输出端则连接到该微控制器。
5.依据权利要求1所述的具辐射监视器的可携式表,其特征在于该总成并设一滤波整流器,该滤波整流器将变压器的二次绕组抽头来的参考电压施加在Geiger-Muller计数管的阴极。
6.一种将低电压转换成恒高电压的方法,包括利用电子切换键将直流电转换成脉冲电流以及利用升压变压器使脉冲电压上升到脉冲电压预定值,接着对达到的脉冲电压进行整流、稳压以及滤波,其特征在于以阈装置打开切换键时,原绕组的脉冲回压与预定值比较,而且切换键控制脉冲频率依阈装置出现的脉冲而改变,在此切换键控制微控制器来的脉冲,而且接收到从该Geiger-Muller计数管来的信号时发出额外的切换键控制脉冲。
7.一种小型变压器,尤适用于可携式定时器和装置时,包括直流电压源、做为断开件的单极晶体管、升压变压器、微控制器、输出电压的整流器和滤波器,其特征在于一阈装置安装在变压器原绕组内且连接到微控制器,而微控制器数据总线则连接到单极晶体管基极。
8.依据权利要求7所述的小型变压器,其特征在于信号侦测器的脉冲形成器的输入端连接到该辐射侦测器,输出端则连接到微控制器。
全文摘要
一种具辐射监视器可携式表、低电压转换高电压的方法及小型变压器,该可携式表是在某种腕表中安装做为辐射侦测器的Geiger-Muller计数管以及供应电源给Geiger-Muller计数管的电压脉冲转换器,而且微控制器连接到变压器。为了使Geiger-Muller计数管做为个别腕表中的辐射侦测器,并确保其长时间工作,需要将电压从1.5V-3V变为400V,为此本发明提供了低电压转换高电压的方法及小型变压器,以使Geiger-Muller计数管在腕表和其它小型装置中工作。本发明应用于监视使用者暴露的辐射剂量以及辐射强度。
文档编号G04G21/02GK1685247SQ03823092
公开日2005年10月19日 申请日期2003年7月1日 优先权日2003年7月1日
发明者加利阿克山大·阿莱克谢耶维奇·安塔诺斯基 申请人:加利阿克山大·阿莱克谢耶维奇·安塔诺斯基
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1