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        醫(yī)用放射性同位素運(yùn)輸貨包輻射水平自動檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2019-10-11 01:38:12祝宣淋秦璇黃仕葵廖健巍陸閱
        電子制作 2019年18期
        關(guān)鍵詞:微控制器同位素醫(yī)用

        祝宣淋,秦璇,黃仕葵,廖健巍,陸閱

        (1.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院,四川成都,610059;2.內(nèi)江師范學(xué)院范長江新聞學(xué)院,四川成都,641100)

        0 前言

        目前,國內(nèi)大多醫(yī)用同位素生產(chǎn)廠家均采用人工逐個(gè)貨包監(jiān)測,逐個(gè)開具輻射監(jiān)測報(bào)告的模式。在人工模式下,檢測工作量非常大,嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的發(fā)貨效率,同時(shí)由于長時(shí)間人工近距離檢測,使得檢測人員的受照劑量大大增加,對檢測人員的健康有很大危害。針對這一局面,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一套醫(yī)用放射性同位素運(yùn)輸貨包輻射水平自動檢測系統(tǒng),解決醫(yī)用放射性同位素運(yùn)輸貨包輻射水平效率低、人員受照劑量大的問題,使得放射性同位素生產(chǎn)企業(yè)的運(yùn)輸貨包輻射檢測工作更高效、更安全。

        1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

        醫(yī)用放射性同位素運(yùn)輸貨包輻射水平自動檢測系統(tǒng)主要由β 表面污染檢測模塊、γ 輻射劑量檢測模塊、掃碼槍、微控制器模塊、PC 機(jī)控制軟件、打印機(jī)組成,如圖1 所示。

        圖1 系統(tǒng)原理圖

        其中,β 表面污染檢測模塊與γ 輻射劑量檢測模塊主要是測量放射性同位素貨包的β 表面污染情況和γ 輻射劑量,測量的數(shù)據(jù)通過通信接口傳遞給微控制器。而掃描槍通過掃描獲得貨包上的條碼信息,掃描后將貨包信息傳遞給微控制器。微控制器是控制β 表面污染檢測模塊、γ 輻射劑量檢測模塊、掃碼槍三個(gè)部分的控制器,同時(shí)還要將這三部分采集的信息經(jīng)過簡單處理傳遞給PC 機(jī)。PC 主要是對微控制器傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,判斷貨包是否合格,并控制打印機(jī)打印輻射監(jiān)測報(bào)告。除此之外,PC 機(jī)還要能通過微控制器控制β 表面污染檢測模塊、γ 輻射劑量檢測模塊、掃碼槍三個(gè)部分能否工作,調(diào)節(jié)這三個(gè)模塊的參數(shù)。

        2 硬件電路設(shè)計(jì)

        2.1 γ 輻射劑量檢測模塊電路設(shè)計(jì)

        γ 輻射劑量檢測模塊是測量貨包γ 輻射劑量的關(guān)鍵電路單元,其探測器采用耐輻照性能較強(qiáng)的圓柱形空氣等效塑料閃爍體[2],配北京濱松光子技術(shù)有限公司的CR124 型光電倍增管。在γ 射線與閃爍體作用,最終由光電倍增管產(chǎn)生電流信號。由于電流信號較小,需要經(jīng)過電壓靈敏前置放大器[3],將小電流轉(zhuǎn)換為電壓信號。再將電壓信號經(jīng)過壓頻轉(zhuǎn)換電路,就能使電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號,最后由微控制器來進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù),整個(gè)模塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

        圖2 γ 輻射劑量檢測模塊原理框圖

        2.2 β 表面污染檢測模塊電路設(shè)計(jì)

        β 表面污染檢測模塊實(shí)現(xiàn)對貨包周圍表面污染的檢測,基于其屬于γ 輻射環(huán)境下的測量,因此其探測器采用高β/γ比[4]薄片狀塑料閃爍體,配北京濱松光子技術(shù)有限公司的CR135 型光電倍增管。在γ 射線與閃爍體作用,最終由光電倍增管產(chǎn)生電流信號。產(chǎn)生的電流信號較小,需要通過電荷靈敏前置放大器[5],再將放大后的信號經(jīng)過甄別電路,最開始的電流信號就變成了脈沖信號,最后由微控制器來進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù),整個(gè)模塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

        圖3 β 表面污染檢測模塊原理框圖

        3 程序設(shè)計(jì)

        3.1 微控制器程序設(shè)計(jì)

        微控制器主要是起控制硬件電路和傳遞數(shù)據(jù)的作用。在進(jìn)行測量時(shí),微控制器首先要控制掃描槍進(jìn)行掃描,再控制γ 輻射劑量檢測模塊、β 表面污染檢測模塊進(jìn)行測量。在測量過程中,微控制器需要將γ 輻射劑量檢測模塊、β 表面污染檢測模塊產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù),再通過SPI 總線[6]通信傳遞給PC 機(jī),其主程序流程圖如圖4 所示。

        圖4 微控制器主程序框圖

        3.2 PC 機(jī)程序設(shè)計(jì)

        PC 機(jī)控制軟件只需要操作人員輸入待測貨包的數(shù)量和點(diǎn)擊開始測量,該軟件就能自動控制微控制器進(jìn)行測量工作。每個(gè)貨包測量完成后,PC 機(jī)控制軟件會對微控制器上傳的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并最終打印在輻射監(jiān)測報(bào)告上,其主程序框圖如圖5 所示。

        4 結(jié)束語

        本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)針對了國內(nèi)醫(yī)用放射性同位素輻射水平檢測的現(xiàn)狀和不足,通過集成成熟技術(shù),預(yù)計(jì)可提高醫(yī)用同位素貨包的檢測效率、檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性,并降低檢測人員的受照劑量水平,對推動國內(nèi)醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用具有重要意義。

        圖5 PC 機(jī)控制軟件主程序框圖

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