KR0135921B1 - Portable radioactivity measuring apparatus using semiconductor detector - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 방사능 탐지소자를 사용하여 오랜시간 사용시에는 효율이 저하되지 않게 함과 아울러 소형화하고, 넓은 탐지범위를 가질 수 있게 한 반도체 탐지소자를 이용한 휴대용 방사능 측정장치에 관한 것으로, 종래의 방사능 측정장치에 있어서는 장시간 사용시 효율이 저하되고, 탐지기를 교체하여야 하며, 탐지센서가 기체로 이루어져 방사능의 탐지 효율이 매우 낮았다. 이러한 점을 감안하여, 방사선을 탐지하여 전기적인 신호를 발생하는 반도체 방사능 탐지소자와, 그 탐지소자의 출력신호를 증폭하여 구형파 신호로 변환 처리하는 아날로그 회로부와, 그 아날로그 회로부의 출력신호를 계수한 후 선량 및 선율의 디지털 신호로 처리하는 디지털 회로부와, 그 디지털 회로부의 출력결과를 표시하는 액정표시부로 구성함으로써 사용수명이 반영구적으로 되어 신뢰성이 향상되고, 휴대 및 운용이 용이함과 아울러 방사능의 탐지효율이 향상되고, 넓은 탐지범위를 가질 수 있게 한다.The present invention relates to a portable radiation measurement apparatus using a semiconductor detection device that can be reduced in size and have a wide detection range while not decreasing efficiency when using a semiconductor radiation detection device for a long time. In the device, the efficiency decreased for a long time, the detector had to be replaced, and the detection sensor was made of gas, so the detection efficiency of radioactivity was very low. In view of this, a semiconductor radiation detection device for detecting radiation and generating an electrical signal, an analog circuit unit for amplifying and converting an output signal of the detection device into a square wave signal, and counting the output signal of the analog circuit unit It consists of a digital circuit that processes the digital signal of dose and dose, and a liquid crystal display that displays the output result of the digital circuit. It has a semi-permanent service life, which improves reliability, eases carrying and operation, and detects radioactivity. This improves and makes it possible to have a wide detection range.
Description
제1도 본 발명의 반도체 탐지소자를 이용한 휴대용 방사능 측정처리 장치 블럭도.1 is a block diagram of a portable radiation measurement processing apparatus using the semiconductor detection element of the present invention.
제2도 제1도 아날로그 회로부의 상세 회로도.2 is a detailed circuit diagram of an analog circuit portion.
제3도 제1도 디지털 회로부의 상세 회로도.3 is a detailed circuit diagram of a digital circuit portion.
제4도 본 발명 방사능 측정 처리장치의 선율 응답 특성도.4 is a melody response characteristic of the radioactivity measuring apparatus of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 반도체 방사능 탐지소자 2 : 아날로그 회로부1: semiconductor radiation detection element 2: analog circuit portion
3 : 디지털 회로부 4 : 액정표시부3: digital circuit portion 4: liquid crystal display portion
21, 23 : 증폭부 22, 24 : 고역통과필터21, 23: amplifier 22, 24: high pass filter
25 : 비교부 31 : 주전산기25: comparison unit 31: main computer
32 : 클럭 발생부 33 : 키패드부32: clock generator 33: keypad portion
34 : 경보부 35 : 논리 회로부34: alarm unit 35: logic circuit unit
본 발명은 핵폭발이나 이와 유사한 방사능 오염지역에서 인체 및 물자에 조사되는 감마선 조사선율을 정확히 측정할 수 있게 한 방사능 측정장치에 관한 것으로, 특히 반도체 방사능 탐지소자를 사용하여 오랜시간 사용시에도 효율이 저하되지 않게 함과 아울러 소형화하고, 넓은 탐지범위를 가질 수 있게한 반도체 탐지소자를 이용한 휴대용 방사능 측정 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a radioactivity measuring device that can accurately measure the gamma-ray irradiation rate irradiated to the human body and materials in a nuclear explosion or similar radiation contaminated area, especially the use of semiconductor radiation detection device does not reduce the efficiency even for a long time use The present invention relates to a portable radiation measurement processing apparatus using a semiconductor detection device that can be made compact and have a wide detection range.
기존의 방사능 측정장치에 있어서는 게이거 뮬러 튜브(Geiger Muller tube)나 이온함을 사용하여 방사능을 측정하게 되어 있으므로 장시간 사용시 효율이 저하되고, 탐지기를 교체하여야 하는 결점이 있었으며, 또한 종래의 방사능 측정장치에 있어서는 탐지센스가 기체로 이루어져 있기 때문에 방사능의 탐지효율이 매우 낮게 되는 결점이 있었다.In the existing radioactivity measuring device, the radioactivity is measured by using a Geiger Muller tube or an ion box, so the efficiency is lowered when used for a long time, and there is a drawback that the detector needs to be replaced. In the case of the detection sense consists of gas, the detection efficiency of the radioactivity was very low.
본 발명은 상기와 같은 종래의 결점을 해결하기 위하여, 반도체 방사능 탐지소자를 사용함으로써 그 탐지소자의 사용수명을 반영구적으로 연장시키고, 기존의 방사능 측정장치에 비하여 휴대 및 운용을 용이하도록 함과 아울러 방사능의 탐지효율을 향상시키고, 넓은 탐지범위를 가질 수 있게 창안한 것으로, 이를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In order to solve the above-mentioned drawbacks, the present invention semi-permanently extends the service life of the detection device by using a semiconductor radiation detection device, and makes it easy to carry and operate as compared to a conventional radiograph. In order to improve the detection efficiency of the invention and to have a wide detection range, it will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명의 반도체 탐지소자를 이용한 휴대용 방사능 측정처리장치 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 감마선등 방사선을 탐지하여 그에 비례하는 전기적인 신호를 발생하는 반도체 방사능 탐지소자(1)와, 상기 반도체 방사능 탐지소자(1)의 출력신호를 증폭하여 티티엘(TTL : Transistor Transistor Logic)수준의 구형파 신호로 처리하는 아날로그 회로부(2)와, 상기 아날로그 회로부(2)의 출력신호를 입력받아 계수한 후 선량 및 선율의 디지털 신호로 처리하는 디지털 회로부(3)와, 상기 디지털 회로부(3)에서 처리된 결과를 표시하는 액정표시부(4)로 구성한다.1 is a block diagram of a portable radiation measurement processing apparatus using the semiconductor detection element of the present invention. As shown in FIG. 1, a semiconductor radiation detection element 1 which detects radiation such as gamma rays and generates an electrical signal in proportion thereto, An analog circuit unit 2 for amplifying the output signal of the semiconductor radiation detection device 1 and processing a square wave signal having a TTL level, and the output signal of the analog circuit unit 2 is inputted and counted; It consists of a digital circuit section 3 for processing digital signals of dose and melody and a liquid crystal display section 4 for displaying the results processed by the digital circuit section 3.
그리고, 상기 반도체 방사능 탐지소자(1)는 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 테레륨(Te)의 원소성분비가 0.8 : 0.2 : 1이고, 비저항이 10E9 ohm-cm 이상인 단결정을 모재료로 사용하여, 탐지소자 전체 체적이 이용되는 구조인 체적(Bulk)형 구조로 구성한 것으로, 인가전압 50V에서 누설전류가 10nA이하여야 한다.In addition, the semiconductor radiation detection device 1 uses a single crystal having an element ratio of cadmium (Cd), zinc (Zn), and tereium (Te) of 0.8: 0.2: 1 and a resistivity of 10E9 ohm-cm or more as a parent material. Therefore, it is composed of a bulk type structure in which the entire detection element is used, and the leakage current should be 10nA or less at an applied voltage of 50V.
제2도는 제1도 아날로그 회로부(2)의 상세 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 반도체 방사능 탐지소자(1)에서 출력되는 방사선 탐지신호를 연산증폭기(IC1)를 통해 부궤환 증폭하는 제1증폭부(21)와, 상기 제1증폭부(21)의 출력신호를 콘덴서(C1) 및 저항 (RC)을 통해 여파하는 제1고역통과 필터(22)와, 상기 제1고역 통과 필터(22)의 출력신호를 정궤환 증폭하는 제42증폭부(23)와, 상기 제2증폭부(23)의 출력신호를 콘덴서(C2) 및 저항 (R2)을 통해 여파하는 제2고역 통과 필터(24)와, 상기 제2고역 통과 필터(24)의 출력신호를 티티엘(TTL)수준의 구형파 신호로 변환 출력하는 비교부(25)로 구성한다.FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the analog circuit unit 2 of FIG. 1, and the first amplifier for negative feedback amplifying the radiation detection signal output from the semiconductor radiation detection device 1 through the operational amplifier IC 1 as shown in FIG. A first high pass filter 22 for filtering the output signal of the first amplifier 21 through the capacitor C 1 and the resistor R C , and the first high pass filter A second amplification section 23 for forward feedback amplifying the output signal of the second signal 22; and a second high pass for filtering the output signal of the second amplifier 23 through a capacitor C 2 and a resistor R 2 . The filter 24 and the comparator 25 converts the output signal of the second high pass filter 24 into a square wave signal having a TTL level.
제3도는 제1도 디지털 회로부(3)의 상세 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 시스템 전체 동작을 제어함과 아울러 아날로그 회로부(2)의 출력신호를 입력단자(T0)를 통해 입력받아 계수한 후 선량과 선율로 구분하여 디지털 처리한 후 그 결과를 액정표시부(4)에 표시하는 주전산기(31)와, 콘덴서(C3, C4) 및 11.0592MHz의 수정진동자(Q1)에 의해 클럭신호를 발생하여 상기 주전산기(31)의 클럭단자(X1, X2)에 인가하는 클럭 발생부(32)와, 상기 주전산기(31)에 모드, 초기화, 선율, 선량, 감소 및 증가키신호를 입력하는 키패드부(33)와, 상기 주전산지(31)의 경보출력 단자(P1.7)의 신호에 따라 발광다이오드(LED1)를 통해 경보상태를 표시함과 아울러 부저(B1)를 통해 경보음을 발하는 경보부(34)와, 상기 주전산기(31)의 출력단자(RD, WR, P2.7)신호를 논리곱하여 상기 액정표시부(4)의 인에이블 상태를 제어하는 논리회로부(35)로 구성한 것으로, 도면의 설명중 미설명부호 C5는 전원(VCC)공급 초기시에 상기 주전산기(31)에 리세트신호를 인가하기 위한 콘덴서이고, R10은 액정표시부(4)의 밝기를 조정하기 위한 저항이다.FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the digital circuit unit 3 of FIG. 1. As shown in FIG. 3, the entire system operation is controlled and the output signal of the analog circuit unit 2 is received through the input terminal T 0 and counted. After the digital processing by dividing the dose and the dose, and then the clock signal by the main computer 31, the capacitor (C 3 , C 4 ) and the crystal oscillator (Q 1 ) of 11.0592MHz to display the result on the liquid crystal display (4) Generates and applies a clock generator 32 to the clock terminals X 1 and X 2 of the main computer 31 and inputs a mode, initialization, melody, dose, decrease and increase key signals to the main computer 31. According to the keypad 33 and the signal of the alarm output terminal (P1.7) of the main computer field 31 to display the alarm state through the light-emitting diode (LED 1 ) and the alarm through the buzzer (B 1 ) The alarm unit 34 that emits sound and the output terminal RD, WR, P2.7 signals of the main computer 31 are logically multiplied by the liquid. In the figure, reference numeral C 5 denotes a reset signal to the main computer 31 at the initial stage of supply of the power V CC . A capacitor for applying and R 10 is a resistor for adjusting the brightness of the liquid crystal display 4.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the effects of the present invention configured as described above in detail.
감마선등 방사선이 반도체 방사능 탐지소자(1)에 입사되면, 그 방사선이 반도체 방사능 탐지소자(1)에서 탐지되어 전기적인 신호로 출력된다. 이와 같이 반도체 방사능 탐지소자(1)에서 출력되는 방사선 탐지신호는 제1증폭부(21)의 연산증폭기(IC1) 반전 입력단자에 입력되어 부궤환 증폭되며 이때 그 증폭율은 저항(R1)의 저항값 크기에 따르나, 대략 탐지신호의 크기가 0.1mV, 펄스폭 10μsec정도로 증폭되어 출력된다.When gamma ray radiation is incident on the semiconductor radiation detection element 1, the radiation is detected by the semiconductor radiation detection element 1 and output as an electrical signal. As such, the radiation detection signal output from the semiconductor radiation detection device 1 is inputted to the operational amplifier IC 1 inverting input terminal of the first amplifier 21 and negatively amplified, and the amplification rate thereof is the resistance R 1 . According to the resistance value of, the detection signal is approximately amplified by 0.1 mV and pulse width of 10 μsec and output.
또한, 연산증폭기(IC1)의 문턱전압은 저항(R2)에 의해 조정할 수 있게 된다.In addition, the threshold voltage of the operational amplifier IC 1 can be adjusted by the resistor R 2 .
상기 제1증폭부(21)에서 출력되는 신호는 정량적으로 취급하기는 미약하므로, 콘덴서(C1) 및 저항 (R3)의 제1고역 통과 필터(22)를 통해 제2증폭부(23)에 인가하여 증폭시킨다. 즉, 제1고역 통과 필터(22)를 통과한 신호는 저항(R2)을 통해 연산증폭기(IC2) 의 비반전 입력단자에 입력되어 정궤환 증폭되며, 이때 그 연산증폭기(IC4)의 증폭율은 저항(R5)의 저항값 크기에 의해 결정되나, 대략 출력신호의 크기가 IV, 펄스폭이 1msec정도로 되게 증폭하게 된다.Since the signal output from the first amplifier 21 is weak in handling quantitatively, the second amplifier 23 through the first high pass filter 22 of the capacitor C 1 and the resistor R 3 . Amplify by applying That is, the signal passing through the first high pass filter 22 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier IC 2 through the resistor R 2 , and is positively feedback amplified. At this time, the operational amplifier IC 4 The amplification ratio is determined by the magnitude of the resistance value of the resistor R 5 , but is amplified so that the magnitude of the output signal is IV and the pulse width is about 1 msec.
이와 같이 제2증폭부(23)에서 출력되는 신호는 탐지신호의 크기에 따라 여러 가지 펄스형태를 가지므로 주전산기(31)에서 모두 인지할 수 있는 양으로 변환시키기 위하여 콘덴서(C2) 및 저항(R2)의 제2고역 통과 필터(24)를 통과한 후 비교부(25)에 인가하여 구형파 신호로 변환출력한다. 즉, 제2고역 통과 필터(24)의 신호는 저항(R7)을 통한 후 비교기(IC3)의 비반전 입력단자에 인가되고, 그 비교기(IC3)의 출력신호가 저항(R9), (R8)을 통해 분압되어 그의 반전 입력단자에 인가된 후 상기 비반전 입력단자에 인가되는 신호와 비교되므로, 상기 제2고역 통과 필터(24)의 출력신호가 티티엘 수준의 구형파 신호로 변환되어 주전산기(31)의 입력단자(T0)에 입력된다.As described above, since the signal output from the second amplifier 23 has various pulse shapes according to the magnitude of the detection signal, the capacitor C 2 and the resistor (C 2 ) and the resistance ( After passing through the second high pass filter 24 of R 2 ), it is applied to the comparator 25 and converted into a square wave signal. That is, the signal of the second high pass filter 24 is applied to the non-inverting input terminal of the comparator IC 3 after passing through the resistor R 7 , and the output signal of the comparator IC 3 is the resistor R 9 . , R 8 is divided by the signal applied to the inverting input terminal and then applied to the non-inverting input terminal, so that the output signal of the second high pass filter 24 is converted into a square wave signal of the TTI level. And input to the input terminal T 0 of the main computer 31.
그리고, 클럭 발생부(32)에서 발생되는 클럭신호는 주전산기(31)의 클럭단자(X1, X2)에 인가되므로 그 클럭신호에 동기를 맞춰 모든 처리동작 및 제어동작을 수행하게 된다.In addition, the clock signal generated by the clock generator 32 is applied to the clock terminals X 1 and X 2 of the main computer 31 to perform all processing operations and control operations in synchronization with the clock signal.
또한, 키패드부(33)의 키신호가 주전산기(31)에 입력됨에 따라 그에 따른 동작을 수행하게 되는데, 초기화 키신호는 다른 사용자가 운용하게 될 경우 기억된 누적 계수량(선량) 값등을 초기화시키기 위한 키신호로서, 그 초기화 키신호가 입력될 때 기억된 값을 소거시키게 되고, 모드키신호는 기능을 선택하기 위한 키신호로서, 그 모드키신호가 입력될 때마다 누적 계수량 초기화, 경보 계수량, 누적 계수량등을 나타내게 된다. 또한, 증가키 및 감소키신호는 입력 데이터를 1씩 증가 및 감소시키기 위한 키신호로서, 증가키신호가 입력될 때마다 입력 데이터를 1씩 증가시키고, 감소키신호가 입력될 때마다 입력 데이터를 1씩 감소시키며, 증가키신호 및 감소키신호가 동시에 입력될 경우에는 입력디지트를 좌로 한칸씩 이동시키게 된다.In addition, as the key signal of the keypad unit 33 is input to the main computer 31, an operation according to the key signal is performed. The initialization key signal is used to initialize the stored count value (dose) value and the like when another user operates. As a key signal for erasing, the stored value is erased when the initialization key signal is input, and the mode key signal is a key signal for selecting a function. The quantity, cumulative counting amount, etc. are displayed. In addition, the increase key and the decrease key signal are key signals for increasing and decreasing the input data by 1, and increase the input data by 1 each time the increase key signal is input, and increase the input data whenever the decrease key signal is input. When the increment key signal and the decrease key signal are input at the same time, the input digit is shifted by one space to the left.
또한, 선율키신호는 지정된 다른 기능 수행시 선율기능으로 전환을 요구하는 키신호로서, 그 선율키신호가 입력될 때 선율측정모드로 변환되어 선율을 측정하고 표시하여 주며, 선량키신호는 지정된 다른 기능수행시 선량기능으로 전환을 요구하는 키신호로서, 그 선량키신호가 입력될 때 선량측정모드로 변환되어 선량을 표시하여 주게 된다.Also, the tune key signal is a key signal for requesting switching to the tune function when the other designated function is performed, and when the tune key signal is input, it is converted to the tune rate measurement mode to measure and display the tune rate. When the function is executed, the key signal is requested to switch to the dose function. When the dose key signal is input, the key signal is converted to the dose measurement mode to display the dose.
한편, 상기와 같이 아날로그 회로부(2)로부터 출력되는 티티엘 수준의 구형파 신호는 디지털 회로부(3)의 주전산기(31)에 입력되어 계수되고, 그 계수된 값으로부터 선량 및 선율을 계산한 후 그의 출력단자(P0.0∼P0.7)로 출력하여 액정표시부(4)에 표시하게 된다. 즉, 이때 주전산기(31)의 출력단자(RD, WR, P2.7) 신호에 따라 논리회로부(35)에서 고전위 신호를 출력하여 액정표시부(4)를 인에이블 상태로 만들고, 이후 상기와 같이 주전산기(31)에서 계산된 선량 및 선율의 결과값을 그 액정표시부(4)에 인가하여 표시하게 되며, 이때 그 액정표시부(4)의 밝기는 저항(R10)의 조정에 의해 조정할 수 있게 된다.On the other hand, as described above, the square wave signal of the TTI level output from the analog circuit unit 2 is inputted to the main computer 31 of the digital circuit unit 3 and counted, and after calculating the dose and the melody from the counted value, the output terminal thereof. and outputting a (P 0. 0 ~P 0. 7) is displayed on the liquid crystal display unit 4. That is, at this time the output terminal of the host computer (31) (RD, WR, P 2. 7) outputs a high potential signal from the logic circuit 35 in accordance with the signal made of the enable state of the liquid crystal display unit 4, after the and As a result, the resultant values of dose and melody calculated by the main computer 31 are applied to the liquid crystal display 4 to display the brightness of the liquid crystal display 4 so that the brightness of the liquid crystal display 4 can be adjusted by adjusting the resistance R 10 . do.
또한, 상기의 설명에서와 같이 주전산기(31)에서 계산된 선량 및 선율의 결과값이 설정된 경보치를 초과할 경우나 시스템 프로그램상 경보할 필요가 있는 경우에 그의 출력단자(P1.7)를 통해 경보제어신호인 고전위 신호를 출력하고, 이에 따라 낸드게이트(N1)에서 저전위 신호가 출력되므로 발광다이오드 (LED1)가 점등되어 경보상태임을 표시하게 되고, 아울러 부저(B1)에서 부저음이 발생되어 경보상태임을 알려주게 된다.Further, through its output terminal (P 1. 7) when there is a case to exceed the alarm the dose and set the result of the melody calculated in the host computer 31 as in the above description or necessary to the system programs, alarm The high-potential signal, which is an alarm control signal, is output, and accordingly, a low-potential signal is output from the NAND gate N 1 , so that the light emitting diode LED 1 lights up to indicate an alarm state, and at the same time, a buzzer sounds from the buzzer B 1 . Is generated to indicate that an alarm condition exists.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 방사능 탐지소자로서 반도체 방사능 탐지소자를 사용하므로 그 탐지소자의 사용수명을 반영구적으로 연장시켜 제품의 신뢰성을 향상시키고, 간단한 구조의 아날로그 회로부, 디지털 회로부 및 액정표시부로 구성되므로 그의 구성을 소형, 경량화할 수 있게 되어 휴대 및 운용이 용이하게 됨과 아울러 방사능의 탐지효율이 향상되고, 넓은 탐지범위를 갖게 되는 효과가 있게 된다.As described in detail above, the present invention uses a semiconductor radiation detection device as a radiation detection device, thereby semi-permanently extending the service life of the detection device to improve the reliability of the product, and to the analog circuit, digital circuit, and liquid crystal display of a simple structure. Since the structure can be made smaller and lighter, it is easy to carry and operate, and the radiation detection efficiency is improved, and a wide detection range can be obtained.
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019940034618A KR0135921B1 (en) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | Portable radioactivity measuring apparatus using semiconductor detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR0135921B1 (en) |
-
1994
- 1994-12-16 KR KR1019940034618A patent/KR0135921B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960024461A (en) | 1996-07-20 |
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 19970528 Patent event code: PE09021S01D |
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