基于Time-To-Count方法与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪技术

本发明专利技术公开了基于Time‑To‑Count方法与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪，涉及辐射防护计数领域，包括微控制器、电源模块、高速高压脉冲电路、G‑M计数管、信号调理电路、报警电路与LoRa无线通信模块，所述微控制器、高速高压脉冲电路和信号调理电路与电源模块均电性连接，所述高速高压脉冲电路与G‑M计数管电性连接，所述G‑M计数管与信号调理电路电性连接。本发明专利技术利用Time‑To‑Count方法拓展了G‑M计数管的量程范围，延长了G‑M计数管的工作寿命，同时提供基于LoRa的信号无线传输方式，便于大范围组网监测，且通过Time‑To‑Count技术与LoRa技术的结合，既使得进行环境γ剂量率监测的成本和功耗降低，又增大了对环境γ剂量率的监测范围。

【技术实现步骤摘要】
基于Time-To-Count方法与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪
本专利技术涉及一种辐射防护计数领域，具体是基于Time-To-Count方法与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪。
技术介绍
目前，γ剂量率监测仪的射线探测器主要分为四种类型，一种是闪烁探测器，一种是半导体探测器，一种是电离室，还有就是盖革-弥勒(G-M)计数管。其中G-M计数管是使用最早、最广泛的一种探测器。他的突出特点是制造简单、价格低廉，易于操作，输出脉冲幅度大，对电子学电路要求简单，但也存在致命的缺点：死时间长，线性范围较窄，不能用于高计数率场合，同时弱辐射场下统计涨落大，响应慢，因此探测下限与上限都不高。DiJanni等人于1986年首次提出一种称为Time-To-Count的方法，可基本消除死时间对测量的影响，其基本原理是:为GM计数管提供2路高压VH和VL，VH为计数管正常工作电压，VL低于计数管起始电压；某一时刻TS为计数管加上高压VH，同时系统开始计时，计数管进入工作状态；经过一段时间后在TE时刻，有射线或粒子在计数管内产生雪崩电离并触发后续甄别电路，控制电路将高压切换至VL，计数管进入休眠状态，持续一段固定长度的时间(如1.5～2ms，此时间足以保证已产生的正离子在VL作用下向阴极管壁运动并被收集)后，控制电路将高压切换至VH，开始一次新的测量，周而复始。系统只要准确测量GM计数管的有效工作时间，即TS～TE的时间间隔，就可测量辐射场强度。因为理论推导可得，辐射场强度R与计数管单次工作时间成反比，即R＝K/T，T为计数管平均有效工作时间，K为与计数管有关的常数。Time-To-Count方法基本消除了GM计数管死时间的影响，不采用任何模型或函数修正即可极大地提高计数管测量上限，改善线性；由于计数管每工作一次后要休眠一段时间，平均工作电流很小，可大大延长计数管的计数寿命。但Time-To-Count方法要求GM计数管高压切换的上升和下降时间低至几百ns，时间间隔测量范围达6个数量级，精度达到10ns量级。因此设计高速高压脉冲电路是实现Time-To-Count技术的关键所在。LoRa(LongRange)属于一种超远距离的基于扩频技术的无线传输方案，改变了以往关于远距离和低功耗的折衷考虑方式，采用LoRa技术能使系统满足远距离、低功耗、多节点和低成本等多种需求，进而能够扩展传感网络。LoRa目前主要运行在433MHz、868MHz和915MHz等全球免费频段，为γ剂量率监测这种低数据量的监测系统提供了极大的便利。国内有关基于LoRa技术的多用途环境监测γ谱仪系统的研究已见文献报道，但有关基于Time-To-Count原理与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪的研究未见文献报道。G-M计数管，又名盖革-弥勒计数器，是一种用来测定射线强度(单位时间的粒子数目)的气体探测器，使用非常广泛。它的突出特点是制造简单、价格低廉，易于操作，输出脉冲幅度大，对电子学电路要求简单，但也存在致命的缺点：死时间长，线性范围较窄，不能用于高计数率场合，同时弱辐射场下统计涨落大，响应慢，因此探测下限与上限都不高。DiJanni等人于1986年首次提出一种称为Time-To-Count的方法，这种方法基本消除了G-M计数管死时间的影响，不采用任何模型或函数修正即可极大地提高计数管测量上限，改善线性；由于计数管每工作一次后要休眠一段时间，平均工作电流很小，可大大延长计数管的计数寿命。但Time-To-Count方法要求G-M计数管高压切换的上升和下降时间低至几百ns，时间间隔测量范围达6个数量级，精度达到10ns量级，因此设计高速高压脉冲电路是实现Time-To-Count技术的关键所在。国内有几家单位层开展过相关研究，但指标与国外相比还有较大差距，LoRa(LongRange)属于一种超远距离的基于扩频技术的无线传输方案，改变了以往关于远距离和低功耗的折衷考虑方式，采用LoRa技术能使系统满足远距离、低功耗、多节点和低成本等多种需求，进而能够扩展传感网络，LoRa目前主要运行在433MHz、868MHz和915MHz等全球免费频段，为γ剂量率监测这种低数据量的监测系统提供了极大的便利。但是，虽然国内有关基于LoRa技术的多用途环境监测γ谱仪系统的研究已见文献报道，但有关基于Time-To-Count原理与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪的研究未出现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于Time-To-Count方法与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪，是一款低成本、宽量程、长寿命的区域γ剂量率监测仪。监测仪既可以独立工作，也可以利用远距离无线通信(LoRa)技术进行大范围组网监测，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于Time-To-Count方法与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪，包括微控制器、电源模块、高速高压脉冲电路、G-M计数管、信号调理电路、报警电路与LoRa无线通信模块，所述微控制器、高速高压脉冲电路和信号调理电路与电源模块均电性连接。作为本专利技术进一步的方案：所述高速高压脉冲电路与G-M计数管电性连接，所述G-M计数管与信号调理电路电性连接，所述信号调理电路与微控制器电性连接，所述报警电路和LoRa无线通信模块与微控制器均电性连接。作为本专利技术再进一步的方案：所述电源模块包括有220V的交流电源和12V的直流电源。作为本专利技术再进一步的方案：所述高速高压脉冲电路在分压电阻两端并联一个电容。作为本专利技术再进一步的方案：所述G-M计数管的输入端施加有200V的交流电。本专利技术主要包括七个模块，分别是微控制器、电源、高速高压脉冲电路、G-M计数管、信号调理电路、报警电路与LoRa无线通信模块。重难点有两部分，一是Time-To-Count方法的电路设计与程序实现；二是LoRa无线通信模块的设计与实现。微控制器采用STM32单片机，其丰富的外设与强大的嵌入式开发功能非常适合此类仪器。高速高压电路通过在分压电阻两端并联一个电容的方式，加快了三极管工作速度，从而提高了高压脉冲的速度。另外，还可将现有G-M管加400v电压的方式改为加正负高压(±200v)的方式，进一步提升其工作速度。STM32单片机实现对数据的处理，将获得的时间间隔数据转化为剂量率，其中的K(与计数管有关的常数)需要在计量站进行刻度实验时确定。LoRa无线通信模块基于SX1268芯片实现。STM32单片机丰富的外设与可编译性便于远程配置与自组网功能的实现，可远程对收发模块参数进行设置，便于安装调试和维护。SX1268芯片较上代芯片性能有较大提升，有效信号传输距离可达10km，信号传输速度最高可达62.5kps。通信参数可由用户自行设置。STM32单片机还实现对工作模式的控制，当仪器工作报警阈值以下时，保持低频通讯与低速测量模式，仪器低功耗运行。当数据高于阈值时，将自动切换运行模式，触发报警电路，同时加快测量速度，缩短数据发送间隔。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Time-To-Count方法与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪，包括微控制器、电源模块、高速高压脉冲电路、G-M计数管、信号调理电路、报警电路与LoRa无线通信模块，其特征在于：所述微控制器、高速高压脉冲电路和信号调理电路与电源模块均电性连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Time-To-Count方法与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪，包括微控制器、电源模块、高速高压脉冲电路、G-M计数管、信号调理电路、报警电路与LoRa无线通信模块，其特征在于：所述微控制器、高速高压脉冲电路和信号调理电路与电源模块均电性连接。


2.根据权利要求1所述的基于Time-To-Count方法与LoRa技术的无线区域γ剂量率监测仪，其特征在于：所述高速高压脉冲电路与G-M计数管电性连接，所述G-M计数管与信号调理电路电性连接，所述信号调理电路与微控制器电性连接，所述报警电路和LoRa无线通信模块与微控制器均...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六五三部队，
类型：发明
国别省市：新疆;65