标准氡室

标准氡室
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rn浓度自动定值测量系统及方法
技术领域
1.本发明涉及计量装置技术领域，特别是一种标准氡室
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rn浓度自动定值测量系统及方法。


背景技术：

2.标准氡室是用于量值传递和实验研究的标准装置，主要应用于氡浓度测量仪的检定、校准和测试，其次在辐射防护、放射性环境保护、氡法探矿、地震预测等领域均有较大的应用价值。准确测量标准氡室中的
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rn浓度(
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rn浓度定值)对检定、校准和测试氡浓度测量仪具有重要意义，同时标准氡室
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rn浓度自动定值方法对空气中
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rn浓度准确测量有重要的参考价值。
3.目前常用的环境空气中
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rn浓度标准测量方法为闪烁室法、径迹蚀刻法、活性炭盒法和双滤膜法，其中闪烁室法也为标准氡室
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rn浓度自动定值方法。闪烁室法所对应的测量装置由闪烁瓶、闪烁探测器、高压电源和电子学分析记录单元组成。电子学分析记录单元可采用定标器测量计数，也可采用多道脉冲幅度分析器测量能谱。基于定标器测量计数的闪烁室法
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rn浓度定值过程需要计算样品净计数率，由于放射性统计特性的需要，需多次测量计数值取平均值。
4.上述的闪烁室法存在以下不足之处：1、无法实现自动采样后自动循环测量，自动化程度较低，操作人员重复测量的次数较多；2.每次需手动设置测量时间，启动开始计数测量按钮，等待测量，在测量过程中，需要操作人员全程值守；3、测量结束后测量的计数值只能即时显示，需要操作人员手动记录，再计算
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rn浓度；4、无法进行中间结果和最终结果相关数据的储存。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种标准氡室
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rn浓度自动定值测量系统及方法，它解决了目前用于标准氡室
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rn浓度定值的闪烁室法自动化程度较低、未实现无人值守、
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rn浓度需手动计算、和数据不能自动储存的问题。
6.本发明的技术方案是：标准氡室
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rn浓度自动定值测量系统，包括球形闪烁室、fd-125氡钍分析仪、氡浓度自动定值定标器及pc机；
7.球形闪烁室用于标准氡室内的放射性气体取样，其上设有取样管；
8.氡钍分析仪用于检测球形闪烁室内的取样气体，其上设有低压线接口、高压线接口和信号线接口；
9.氡浓度自动定值定标器包括高压电源、低压电源、信号放大器、单道脉冲幅度分析器及fpga信号测量处理模块；高压电源与氡钍分析仪的高压线接口电连接，高压电源上设有高压调节电位器；低压电源分别与信号放大器、单道脉冲幅度分析器、fpga信号测量处理模块电连接；信号放大器的信号输入端与氡钍分析仪的信号线接口通信连接，信号放大器的信号输出端与单道脉冲幅度分析器的信号输入端通信连接；单道脉冲幅度分析器的信号
输出端与fpga信号测量处理模块通信连接，单道脉冲幅度分析器上设有单道阈值调节电位器；fpga信号测量处理模块内部设有用于对数字逻辑脉冲进行计数的计数模块。
10.pc机与fpga信号测量处理模块通信连接；pc机包括自检模块、本底测量模块、样品测量模块、数据存储模块和显示器；自检模块用于自检fpga信号测量处理模块的计数功能；本底测量模块用于计算未取样的取样管内部的放射性α粒子计数率；样品测量模块用于计算取样后的闪烁室内部的
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rn浓度；自检模块分别与fpga信号测量处理模块、数据存储模块和显示器通信连接；本底测量模块分别与fpga信号测量处理模块、数据存储模块和显示器通信连接；样品测量模块分别与fpga信号测量处理模块、数据存储模块和显示器通信连接；数据存储模块分别与自检模块、本底测量模块和样品测量模块通信连接；显示器分别与自检模块、本底测量模块和样品测量模块通信连接。
11.本发明进一步的技术方案是：氡浓度自动定值定标器还包括显示屏；显示屏与高压电源电连接，其用于显示高压电源的电压。
12.本发明再进一步的技术方案是：高压电源的电压输出范围为0～-1500v连续可调，高压电源中包含了用于调节输出电压的电压控制模块；低压电源包括
±
5v输出电源和
±
12v输出电源，其中，-5v输出电源为高压电源的电压控制模块供电，+5v输出电源为单道脉冲幅度分析器和fpga信号测量处理模块供电，
±
12v输出电源为信号放大器供电。
13.本发明更进一步的技术方案是：标准氡室氡浓度自动定值测量系统还包括信号发生器；信号发生器的信号输出端与fpga信号测量处理模块通信连接。
14.本发明更进一步的技术方案是：fpga信号测量处理模块上设有用于对信号发生器发出的数字逻辑脉冲进行计数的计数接口a、用于对单道脉冲幅度分析器发出的数字逻辑脉冲进行计数的计数接口b、用于连接pc机的通讯接口。
15.本发明更进一步的技术方案是：本底测量模块的运行逻辑参照公式1；公式1：nb＝nb/tb；式1中，nb为本底计数率，nb为本底计数，tb为本底计数对应的时长。
16.本发明更进一步的技术方案是：样品测量模块的运行逻辑参照公式2；公式2：c
rn
＝ks·
(nc/t
c-nb/tb)
·eλt
；式2中，c
rn
为
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rn浓度值，单位为bq
·
m-3
，ks为球形闪烁室的刻度系数，e为自然对数的底数，λ为
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rn的衰变常数，t为等待时间，取2.9～3.1h，nc为通过fpga信号测量处理模块计数得到的样品计数，tc为样品计数对应的时长。
17.本发明的技术方案是：标准氡室
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rn浓度自动定值方法，应用于上述的标准氡室
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rn浓度自动定值测量系统，步骤如下：
18.s01，自检fpga信号测量处理模块的计数功能：a、首先信号发生器输出一个标准信号至fpga信号测量处理模块，然后在自检模块上预设计数时长和计数次数，计数时长需大于标准信号的一倍周期，计数次数为至少为三次，接着由自检模块发出一个开始计数信号；
19.b、fpga信号测量处理模块通过通讯接口接收开始计数信号后，立即对标准信号进行计数，计数结束后，fpga信号测量处理模块将计数值通过通讯接口传递给自检模块；
20.c、自检模块接收到计数值后，先根据每一次计数的计数时长和计数值分别计算计数率，再求平均计数率；自检模块一方面控制显示器显示平均计数率，另一方面控制数据存储模块存储计数值和计数率以便于后续查阅；
21.d、操作人员根据实际测量的计数率与标准信号的频率之间的误差，判断fpga信号测量处理模块的计数功能是否正常，若正常，则进入下一步骤；
22.本步骤中，标准信号为频率固定的方波信号；
23.本步骤中，实际测量的计数率与标准信号的频率之间的误差在1％的范围内，表示fpga信号测量处理模块的计数功能正常；
24.s02，测量本底计数率：将未从标准氡室取样的球形闪烁室安装在氡钍分析仪上，启动氡钍分析仪、氡浓度自动定值定标器和pc机，氡钍分析仪的测量信号经由信号放大器进行放大，再通过单道脉冲幅度分析器进行噪声甄别，并将信号转换为数字逻辑脉冲，再通过fpga信号测量处理模块对数字逻辑脉冲进行计数，然后fpga信号测量处理模块将计数值传递至本底测量模块，由本底测量模块测量本底计数率，计算结果通过显示器显示，并存储至数据存储模块中；
25.本步骤中，本底测量模块的运行逻辑参照公式1；公式1：nb＝nb/tb；式1中，nb为本底计数率，nb为本底计数，tb为本底计数对应的时长；
26.s03，测量
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rn浓度：将从标准氡室取样后的球形闪烁室安装在氡钍分析仪上，启动氡钍分析仪、氡浓度自动定值定标器和pc机，氡钍分析仪的测量信号经由信号放大器进行放大，再通过单道脉冲幅度分析器进行噪声甄别，并将信号转换为数字逻辑脉冲，再通过fpga信号测量处理模块对数字逻辑脉冲进行计数，然后fpga信号测量处理模块将计数值传递至样品测量模块，由样品测量模块计算
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rn浓度，计算结果通过显示器显示，并存储至数据存储模块中；
27.本步骤中，样品测量模块的运行逻辑参照公式2；公式2：c
rn
＝ks·
(nc/t
c-nb/tb)
·eλt
；式2中，c
rn
为
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rn浓度值，单位为bq
·
m-3
，ks为球形闪烁室的刻度系数，e为自然对数的底数，λ为
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rn的衰变常数，t为等待时间，取2.9～3.1h，nc为通过fpga信号测量处理模块计数得到的样品计数，tc为样品计数对应的时长。
28.本发明与现有技术相比具有如下优点：
29.本发明可实现标准氡室
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rn浓度的自动定值，进而使氡浓度测量仪的刻度过程更加简便和智能；系统分辨时间、计数速率、计数容量、定时时间等技术性能指标先进；内设电源抗干扰电路，可抑制外界干扰信号；解决了目前用于标准氡室
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rn浓度定值的闪烁室法自动化程度较低、操作步骤繁琐、计算工作量较大的问题。
30.以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
31.图1为本发明的结构示意简图。
32.说明：图中各部件之间的细实线连接为供电连接，虚线连接为电信号连接。
33.图例说明：球形闪烁室1；氡钍分析仪2；低压线接口21；高压线接口22；信号线接口23；氡浓度自动定值定标器3；高压电源31；低压电源32；信号放大器33；单道脉冲幅度分析器34；fpga信号测量处理模块35；显示屏36；pc机4；本底测量模块42；样品测量模块43；数据存储模块44；自检模块41；显示器45；信号发生器5。
具体实施方式
34.实施例1：
35.如图1所示，标准氡室
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rn浓度自动定值测量系统，包括球形闪烁室1、fd-125氡钍
分析仪2、氡浓度自动定值定标器3及pc机4。
36.球形闪烁室1用于标准氡室内的放射性气体取样，其上设有取样管。
37.氡钍分析仪2用于检测球形闪烁室内的取样气体，其上设有低压线接口21、高压线接口22和信号线接口23。
38.氡浓度自动定值定标器3包括高压电源31、低压电源32、信号放大器33、单道脉冲幅度分析器34及fpga信号测量处理模块35。高压电源31与氡钍分析仪2的高压线接口22电连接，高压电源31上设有高压调节电位器。低压电源32分别与信号放大器33、单道脉冲幅度分析器34、fpga信号测量处理模块35电连接。信号放大器33的信号输入端与氡钍分析仪2的信号线接口23通信连接，信号放大器33的信号输出端与单道脉冲幅度分析器34的信号输入端通信连接。单道脉冲幅度分析器34的信号输出端与fpga信号测量处理模块35通信连接，单道脉冲幅度分析器34上设有单道阈值调节电位器。fpga信号测量处理模块35内部设有用于对数字逻辑脉冲进行计数的计数模块。
39.pc机4与fpga信号测量处理模块35通信连接；pc机4包括自检模块41、本底测量模块42、样品测量模块43、数据存储模块44和显示器45；自检模块41用于自检fpga信号测量处理35模块的计数功能；本底测量模块42用于计算未取样的取样管内部的放射性α粒子计数率；样品测量模块43用于计算取样后的取样管内部的氡浓度；自检模块41分别与fpga信号测量处理模块35、数据存储模块44和显示器45通信连接；本底测量模块42分别与fpga信号测量处理模块35、数据存储模块44和显示器45通信连接；样品测量模块43分别与fpga信号测量处理模块35、数据存储模块44和显示器45通信连接；数据存储模块44分别与自检模块41、本底测量模块42和样品测量模块43通信连接；显示器45分别与自检模块41、本底测量模块42和样品测量模块43通信连接。
40.优选，氡浓度自动定值定标器还包括显示屏36；显示屏36与高压电源31电连接，其用于显示高压电源31的电压。
41.优选，fpga信号测量处理模块35上设有用于对信号发生器发出的数字逻辑脉冲进行计数的计数接口a、用于对单道脉冲幅度分析器发出的数字逻辑脉冲进行计数的计数接口b、用于连接pc机的通讯接口。
42.优选，高压电源31的电压输出范围为0～-1500v连续可调，高压电源31中包含了用于调节输出电压的电压控制模块。低压电源32包括
±
5v输出电源和
±
12v输出电源，其中，-5v输出电源为高压电源31的电压控制模块供电，+5v输出电源为单道脉冲幅度分析器34和fpga信号测量处理模块35供电，
±
12v输出电源为信号放大器33供电。
43.优选，标准氡室氡浓度自动定值测量系统还包括信号发生器5，信号发生器5的信号输出端与fpga信号测量处理模块35通信连接。
44.优选，本底测量模块42的运行逻辑参照公式1；公式1：nb＝nb/tb；式1中，nb为本底计数率，nb为本底计数(通过fpga信号测量处理模块计数得到)，tb为本底计数对应的时长。
45.优选，样品测量模块43的运行逻辑参照公式2；公式2：c
rn
＝ks·
(nc/t
c-nb/tb)
·eλt
；式2中，c
rn
为
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rn浓度值，单位为bq
·
m-3
，ks为球形闪烁室的刻度系数，e为自然对数的底数，λ为
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rn的衰变常数，t为等待时间，取2.9～3.1h，nc为样品计数(通过fpga信号测量处理模块计数得到)，tc为样品计数对应的时长。
46.一种标准氡室
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rn浓度自动定值方法，应用于上述的标准氡室
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rn浓度自动定值
测量系统，步骤如下：
47.s01，自检fpga信号测量处理模块的计数功能：
48.a、首先信号发生器5输出一个标准信号至fpga信号测量处理模块35，然后在自检模块41上预设计数时长和计数次数，计数时长需大于标准信号的一倍周期，计数次数为至少为三次，接着由自检模块41发出一个开始计数信号；
49.b、fpga信号测量处理模块35通过通讯接口接收开始计数信号后，立即对标准信号进行计数，计数结束后，fpga信号测量处理模块35将计数值通过通讯接口传递给自检模块41；
50.c、自检模块41接收到计数值后，先根据每一次计数的计数时长和计数值分别计算计数率，再求平均计数率；自检模块41一方面控制显示器45显示平均计数率，另一方面控制数据存储模块44存储计数值和计数率以便于后续查阅；
51.d、操作人员根据实际测量的计数率与标准信号的频率之间的误差，判断fpga信号测量处理模块35的计数功能是否正常，若正常，则进入下一步骤。
52.本步骤中，标准信号为频率固定的方波信号。
53.本步骤中，实际测量的计数率与标准信号的频率之间的误差在1％的范围内，表示fpga信号测量处理模块35的计数功能正常。
54.s02，测量本底计数率：将未从标准氡室取样的球形闪烁室安装在氡钍分析仪2上，启动氡钍分析仪2、氡浓度自动定值定标器和pc机，氡钍分析仪2的测量信号经由信号放大器33进行放大，再通过单道脉冲幅度分析器34进行噪声甄别，并将信号转换为数字逻辑脉冲，再通过fpga信号测量处理模块35对数字逻辑脉冲进行计数，然后fpga信号测量处理模块35将计数值传递至本底测量模块42，由本底测量模块42测量本底计数率，计算结果通过显示器显示，并存储至数据存储模块44中。
55.本步骤中，本底测量模块的运行逻辑参照公式1；公式1：nb＝nb/tb；式1中，nb为本底计数率，nb为本底计数(通过fpga信号测量处理模块计数得到)，tb为本底计数对应的时长。
56.s03，测量
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rn浓度：将从标准氡室取样后的球形闪烁室安装在氡钍分析仪2上，启动氡钍分析仪2、氡浓度自动定值定标器和pc机，氡钍分析仪2的测量信号经由信号放大器33进行放大，再通过单道脉冲幅度分析器34进行噪声甄别，并将信号转换为数字逻辑脉冲，再通过fpga信号测量处理模块35对数字逻辑脉冲进行计数，然后fpga信号测量处理模块35将计数值传递至样品测量模块43，由样品测量模块43计算
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rn浓度，计算结果通过显示器显示，并存储至数据存储模块44中。
57.本步骤中，样品测量模块43的运行逻辑参照公式2；公式2：c
rn
＝ks·
(nc/t
c-nb/tb)
·eλt
；式2中，c
rn
为
222
rn浓度值，单位为bq
·
m-3
，ks为球形闪烁室的刻度系数，e为自然对数的底数，λ为
222
rn的衰变常数，t为等待时间，取2.9～3.1h，nc为样品计数(通过fpga信号测量处理模块计数得到)，tc为样品计数对应的时长。