采用CMOS图像传感器及金属网的测氡仪静电测量腔的制作方法

采用cmos图像传感器及金属网的测氡仪静电测量腔
技术领域
1.本发明涉及核辐射测量技术，特别是一种静电收集法测氡仪的静电测量腔。


背景技术：

2.氡（rn
‑
222）及其子体均为放射性元素，吸入后对人体呼吸系统产生内照射。因此，研究氡的测量方法和改进测量技术对于辐射防护非常重要。静电收集法是最常用的氡的测量方法之一，静电收集法测氡仪的工作原理是在测量腔内设置高压电场，在静电场的作用下， 进入测量腔体内的rn
‑
222衰变产生的带正电的po
‑
218被吸附到探测器的表面，进而继续衰变产生子体，最后根据被收集的粒子数量来确定氡的浓度。其中，测量腔体的设计对测量效率起着极其重要的作用。当探测器非常小时，传统的腔体内形成的静电场的收集效果并不好。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采用cmos图像传感器及金属网的测氡仪静电测量腔。
4.本发明的技术方案是：采用cmos图像传感器及金属网的测氡仪静电测量腔，包括测量腔筒体、端盖、金属网环、cmos图像传感器pcb板、厚金属屏蔽板、cmos图像传感器、cmos图像传感器连接线、绝缘垫、第一可调高压模块及第二可调高压模块。
5.所述测量腔筒体筒壁的下部对称设有第一阀门管道及第二阀门管道。
6.所述端盖顶部中间设有cmos图像传感器pcb板安装孔，底部中间设有cmos图像传感器安装孔。
7.所述金属网环由金属环及金属网组成，金属网焊接在金属环上。
8.所述cmos图像传感器pcb板上设有位于其底部中间的cmos图像传感器安装孔，及贯穿cmos图像传感器pcb板顶部的cmos图像传感器连接线孔。
9.测量腔筒体与端盖采用螺纹连接，cmos图像传感器pcb板设置于端盖的cmos图像传感器pcb板安装孔内，厚金属屏蔽板固定于端盖的顶部中间位置；cmos图像传感器通过cmos图像传感器安装孔卡设于cmos图像传感器安装孔内，cmos图像传感器连接线一端与cmos图像传感器连接，另一端通过cmos图像传感器连接线孔与数据处理系统连接。
10.绝缘垫固定于端盖底部，金属网环固定于绝缘垫的中间位置，金属网环的直径大于放置cmos图像传感器的孔径，第一可调高压模块通过导高压线与金属网环连接，第二可调高压模块通过导高压线与测量腔筒体内的侧壁相连。
11.本发明进一步的技术方案是：所述端盖的材质为金属，绝缘垫通过粘贴固定于端盖底部，金属网环通过粘贴固定于绝缘垫的中间位置。
12.本发明再进一步的技术方案是：所述端盖的材质为塑料。
13.本发明更进一步的技术方案是：还包括铝箔和代替绝缘垫的绝缘层，铝箔粘贴固定于端盖底部，绝缘层设置于测量腔筒体与铝箔连接处，金属网环粘贴固定于铝箔的中间
位置，金属网环与铝箔之间设置有绝缘电胶。
14.本发明更进一步的技术方案是：所述测量腔的筒体为金属；所述厚金属屏蔽板的面积大于cmos图像传感器pcb板安装孔的面积厚金属屏蔽板通过粘结固定于端盖的顶部中间位置。
15.本发明提供的另一技术方案是：利用前述采用cmos图像传感器及金属网的测氡仪静电测量腔进行测量的方法，包括如下步骤，a，测量腔的连接：测量腔筒体的第一阀门管道及第二阀门管道分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接，第一电磁阀与氡室的进气端连接，氡室的出气端与气泵连接，气泵的另一端与第二电磁阀的另一端连接。
16.b，金属网环电压的确定：金属网环的直径计算公式为：
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（1）其中，d1为金属网环的直径，d1为测量腔筒体筒口端直径，d0为cmos图像传感器的直径。
17.设第二可调高压模块对测量腔筒体腔体的腔壁施加高压u，则在测量腔筒体的电压满足如下公式：
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（2）其中，为测量腔筒体的电场强度，u为测量腔筒体腔壁的电压，k为调节测量腔与金属网之间的系数，k的取值在1.5～10之间。
18.从而，金属网环上的电压u1为：
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（3）c，测量腔工作过程：先把第一阀门管道及第二阀门管道打开，让测量气体从氡室内通过气泵抽气通过第二电磁阀由第二阀门管道进入测量腔筒体后，再由第一阀门管道通过第一电磁阀送回氡室，形成闭合的回路。
19.通过第一可调高压模块对金属网环施加u1的电压，cmos图像传感器内部含有金属布线，工作时产生低电压，测量腔筒体腔壁的高压与cmos图像传感器的低压形成静电场；当测量腔筒体内衰变达到平衡时，在测量时间内，由cmos图像传感器进行视频拍摄，然后用软件对视频拆分成一帧帧图像，用软件对像素簇的个数进行计数，利用子体衰变产生的β和γ总计数来反推测量气体的浓度。
20.d，计算过程：计算公式为：n（β γ）=k*c
x
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（4）式（4）中，n（β γ）表示测量时间内cmos图像传感器6拍摄到的β射线和γ射线的总计数，c
x 表示测量气体的浓度，k是测量气体浓度与β射线和γ射线的总计数的比例系数。
21.本发明与现有技术相比具有如下特点：本发明提供的静电测量腔结构简单，采用cmos图像传感器和金属网环结构能够改善测量腔腔体内的电势分布及提高收集效率。
22.以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
23.附图1为本发明实施例一的结构示意图；附图2为实施例一金属端盖的连接示意图；附图3为端盖的结构示意图；附图4为金属网环的结构示意图；附图5为cmos图像传感器pcb板的结构示意图；附图6为本发明实施例二的结构示意图；附图7为实施例二塑料端盖的连接示意图；附图8为本发明的使用示意图。
具体实施方式
24.实施例一，如附图1
‑
5所示，采用cmos图像传感器及金属网的测氡仪静电测量腔，包括测量腔筒体1、端盖2、金属网环3、cmos图像传感器pcb板4、厚金属屏蔽板5、cmos图像传感器6、cmos图像传感器连接线7、绝缘垫8、第一可调高压模块10及第二可调高压模块11。
25.所述测量腔筒体1筒壁的下部对称设有第一阀门管道1
‑
1及第二阀门管道1
‑
2。
26.所述端盖2顶部中间设有cmos图像传感器pcb板安装孔2
‑
1，底部中间设有cmos图像传感器安装孔2
‑
2，端盖2采用金属材质，端盖2能够屏蔽测量腔外的电场，以防止在测量过程中可能出现的扰动。
27.所述金属网环3由金属环3
‑
1及金属网3
‑
2组成，金属网3
‑
2焊接在金属环3
‑
1上。
28.所述cmos图像传感器pcb板4上设有位于其底部中间的cmos图像传感器安装孔4
‑
1，及贯穿cmos图像传感器pcb板4顶部的cmos图像传感器连接线孔4
‑
2。
29.所述绝缘垫8中部设有与cmos图像传感器大小一致的孔（图中未示出）。测量腔筒体1与端盖2采用螺纹连接，cmos图像传感器pcb板4设置于端盖2的cmos图像传感器pcb板安装孔2
‑
1内。厚金属屏蔽板5粘结固定于端盖2的顶部中间位置，其面积大于cmos图像传感器pcb板安装孔2
‑
1的面积，由于在静电测量腔外会形成电场，背部收集的带正电放射性颗粒物和自然沉积的放射性颗粒物会对cmos图像传感器6产生影响，因而设置厚金属屏蔽板5的作用是用于屏蔽cmos图像传感6周围的电场，防止背部收集带正电的放射性颗粒物和自然沉积的放射性颗粒物对测量造成干扰。cmos图像传感器6通过cmos图像传感器安装孔2
‑
2卡设于cmos图像传感器安装孔4
‑
1内，cmos图像传感器连接线7一端与cmos图像传感器6连接，另一端通过cmos图像传感器连接线孔4
‑
2与数据处理系统（图中未示出）连接。绝缘垫8粘贴固定于端盖2底部，金属网环3粘贴固定于绝缘垫8的中间位置，金属网环3的直径大于放置cmos图像传感器6的孔径。第一可调高压模块10通过导高压线与金属网环3上的金属环3
‑
1连接，第二可调高压模块11通过导高压线与测量腔筒体1内的侧壁相连。
30.实施例二，如附图6
‑
7所示，采用cmos图像传感器及金属网的测氡仪静电测量腔，包括测量腔筒体1、端盖2、金属网环3、cmos图像传感器pcb板4、厚金属屏蔽板5、cmos图像传感器6、cmos图像传感器连接线7、绝缘层8
‑
1、铝箔9、第一可调高压模块10及第二可调高压模块11。
31.所述测量腔筒体1筒壁的下部对称设有第一阀门管道1
‑
1及第二阀门管道1
‑
2。
32.所述端盖2顶部中间设有cmos图像传感器pcb板安装孔2
‑
1，底部中间设有cmos图
像传感器安装孔2
‑
2，端盖2采用塑料材质，端盖2能够屏蔽测量腔外的电场，以防止在测量过程中可能出现的扰动。
33.所述金属网环3由金属环3
‑
1及金属网3
‑
2组成，金属网3
‑
2焊接在金属环3
‑
1上。
34.所述cmos图像传感器pcb板4上设有位于其底部中间的cmos图像传感器安装孔4
‑
1，及贯穿cmos图像传感器pcb板4顶部的cmos图像传感器连接线孔4
‑
2。
35.所述铝箔9中部设有与cmos图像传感器6大小一致的孔且铝箔9覆盖了孔的侧壁（图中未示出）。测量腔筒体1与端盖2采用螺纹连接，cmos图像传感器pcb板4设置于端盖2的cmos图像传感器pcb板安装孔2
‑
1内。厚金属屏蔽板5粘结固定于端盖2的顶部中间位置，其面积大于cmos图像传感器pcb板安装孔2
‑
1的面积，由于在静电测量腔外会形成电场，背部收集的带正电放射性颗粒物和自然沉积的放射性颗粒物会对cmos图像传感器6产生影响，因而设置厚金属屏蔽板5的作用是用于屏蔽cmos图像传感6周围的电场，防止背部收集带正电的放射性颗粒物和自然沉积的放射性颗粒物对测量造成干扰。cmos图像传感器6通过cmos图像传感器安装孔2
‑
2卡设于cmos图像传感器安装孔4
‑
1内，cmos图像传感器连接线7一端与cmos图像传感器6连接，另一端通过cmos图像传感器连接线孔4
‑
2与数据处理系统（图中未示出）连接。铝箔9粘贴固定于端盖2底部，绝缘层8
‑
1设置于测量腔筒体1与铝箔9连接处，金属网环3粘贴固定于铝箔9的中间位置，金属网环3与铝箔9之间设置有绝缘电胶（图中未示出），金属网环3的直径大于放置cmos图像传感器6的孔径。第一可调高压模块10通过导高压线与金属网环3上的金属环3
‑
1连接，第二可调高压模块11通过导高压线与测量腔筒体1内的侧壁相连。
36.如附图8所示，利用上述实施例一或二采用cmos图像传感器及金属网的测氡仪静电测量腔进行测量的方法包括如下步骤：a，测量腔的连接：测量腔筒体1的第一阀门管道1
‑
1及第二阀门管道1
‑
2分别与第一电磁阀12和第二电磁阀13连接，第一电磁阀12与氡室14的进气端连接，氡室14的出气端与气泵15连接，气泵15的另一端与第二电磁阀13的另一端连接。
37.b，金属网环3电压的确定：金属网3上的直径计算公式为：
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（1）其中，d1为金属网3的直径，d1为测量腔筒体1筒口端直径，d0为cmos图像传感器6的直径，由该公式（1）能够计算出金属网3的直径d1。
38.设第二可调高压模块11对测量腔筒体1腔体的内壁施加高压u，则在测量腔筒体1的电压满足如下公式：
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（2）其中，为测量腔筒体1的电场强度，u为测量腔筒体1腔壁的电压，k为调节测量腔与金属网之间的系数，通过comsol仿真软件结果，得出k的取值在1.5～10之间。
39.从而，金属网3上的电压分布为：
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（3）由该公式（4）能够计算出金属网环3的电压u1。由此可知，相较于传统的没有在测
量腔内设置金属网环3的测量腔，本实施例通过金属网环3的设置能够有效改善测量腔筒体1内的电势分布。
40.c，测量腔工作过程：先把第一阀门管道1
‑
1及第二阀门管道1
‑
2打开，让测量气体从氡室14内通过气泵15抽气通过第二电磁阀13由第二阀门管道1
‑
2进入测量腔筒体1后，再由第一阀门管道1
‑
1通过第一电磁阀12送回氡室14，形成闭合的回路。
41.通过第一可调高压模块10对金属网环3施加u1的电压，cmos图像传感器6内部含有金属布线，工作时产生低电压，测量腔筒体1腔壁的高压与cmos图像传感器6的低压形成静电场，以此来收集测量气体电离产生的子体。
42.当测量腔筒体1内衰变达到平衡时，在测量时间内，由cmos图像传感器6进行视频拍摄，然后用软件对视频拆分成一帧帧图像，用软件对像素簇的个数进行计数，利用子体衰变产生的β和γ总计数来反推测量气体的浓度。
43.d，计算过程：计算公式为：n（β γ）=k*c
x
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（4）式（4）中，n（β γ）表示测量时间内cmos图像传感器6拍摄到的β射线和γ射线的总计数，c
x 表示测量气体的浓度，k是测量气体浓度与β射线和γ射线的总计数的比例系数，具体数值需要由实验得到。