Android 手持裝置之輻射偵測系統 Radiation Detection System Using Radiation Sensor in Android-based Handheld Device Speaker: Li-Wei Wu Advisor: Dr. Kai-Wei Ke

Speaker: Li-Wei Wu Advisor: Dr. Kai-Wei Ke 2014/7/30 Android手持裝置之輻射偵測系統 Radiation Detection System Using Radiation Sensor in Android-based Handheld Device Speaker: Li-Wei Wu Advisor: Dr. Kai-Wei Ke 2014/7/30

Outline 動機與目的 相關背景知識 系統分析與設計 系統測試與認證 結論 Q&A與Demo

動機與目的 動機 目的 輻防安全議題高漲 傳統的輻射偵檢器價格昂貴、製造不易 推廣輻射安全觀念 全民測量輻射 近年來輻射安全的問題一直是熱門的議題，隨著核電廠的興建與日本核災的發生，民眾更加注意福防安全。但由於…

相關背景知識 輻射(Radiation) 一種能量，以波或粒子移動的方式來傳遞。 能量從某個源向四面八方放射出去的意思。 依照能量的高低或游離物質的能力，分為游離輻射與非游離輻射。 輻射是一種能量，以波or粒子移動的方式來進行傳遞。若從字面上的解釋來看，就是能量從某個源向四面八方放射出去的意思。其實我們的生活週遭都有輻射，只是感覺不到，且非常的微弱對我們沒有什麼影響。

相關背景知識 非游離輻射 相較於游離輻射，能量低、波長長、頻率低，無法使物質產生游離作 用。例如:可見光、無線電波、微波、紅外線等。 游離輻射 相較於非游離輻射，能量高、波長短、頻率高，能夠使物質產生游離 作用。例如:X射線、加碼射線(γ射線)等。 游離作用: 使中性的原子or分子損失電荷，產生離子。

相關背景知識 輻射單位 放射性活度單位:貝克(Bq) 輻射劑量單位:戈雷(Gy) 游離輻射防護:西弗(Sievert,Sv) 定義:曝露於輻射中的生物所受游離輻射危害的量，以焦耳．公斤 (J ． 𝑘𝑔 −1 )表示，一般以「微西弗/小時」、「毫西弗/年」。 國家游離輻射防護安全標準，一般民眾每年輻射劑量率的限度為5毫 西弗。

相關背景知識 游離輻射偵檢原理 充氣式偵檢 閃爍式偵檢 半導體偵檢 輻射游離充氣式偵檢器中的氣體，造成與游離度相當的電子與離子 對，形成可度量之電流或脈波。 閃爍式偵檢 輻射與閃爍體作用產生螢光或磷光，產生的光由光陰極接收後，將 光的信號轉成電子信號，形成可度量之脈波。 半導體偵檢 由於輻射無聲、無色，沒有其固定的型體，因此沒有方法可以直接進行測量。故必須藉由觀察某些物質與輻射發生反應後的結果，來間接的度量輻射。 常用的即時性輻射測量依照偵檢原理，可分為充氣式偵檢、閃爍體偵檢、半導體偵檢。

相關背景知識 半導體偵檢 輻射游離半導體偵檢中的 半導體介質，造成與游離 度相當之電子與電洞對， 形成可度量之電流或脈波。

相關背景知識 輻射效率轉換因子(conversion factor) 每個輻射測量儀器出廠前必須送到標準的游離輻射校正 實驗室進行校正。在校正實驗室裡每個輻射偵檢器會在 一定的距離下被定義為1劑量率的輻射照射，由此可以得 知此輻射偵檢器每分鐘因為測量到輻射所產生的脈波個 數(count per minute, cpm)，藉由此校正可計算出屬 於此輻射偵檢器的效率轉換因子。 輻射劑量率 = conversion factor × cpm

相關背景知識 半導體式輻射偵檢器 INER-CS3 INER-4C2P 輻射感測原件為1cm*1cm的PIN光電二極體，其表面塗上3mm厚的碘化銫閃爍晶體，增加測量效率，之後再透過放大電路、整型電路、比較器送出訊號。所送出的訊號為… 值的一提的是，不論輻射的強弱，所送出來的訊號是一樣的。

相關背景知識 送出的脈波訊號為: 脈高300mVpp 脈寬200μSec 正向邏輯信號(方波) 程式的部分就是要去讀取單位時間內由輻射偵檢器所送出來的脈波個數並將其轉換為輻射劑量率

系統分析 本輻射偵測軟體最重要的部分就是要接收輻射偵檢器所送出的 訊號，判斷是否有代表偵測到輻射的脈波訊號，並對其計數， 轉換為輻射劑量率。 以訊號產生器送出相同的脈波訊號，發現脈波訊號經過不同的 智慧型手機，會因為手機特有的規格與設計機制，而得到不同 的波形。

系統分析 波形分析 反向/正向 HTC New One(正向) 紅米機(反向) 由訊號產生器送出高為300mVpp的正向方波 但在不同的手機卻有不同的結果，因此得知有些手機可能會將波型反向 HTC New One(正向) 紅米機(反向)

系統分析 波形分析 波形大小不一 Samsung S4 HTC New One

系統分析 波形分析 震幅大小明顯差異 HTC New One(大波形) HTC ONE(M8)(小波形)

系統分析 波形分析 輻射偵檢器實際測試5分鐘 波形大小不一的情況更加明顯!!!! Samsung S4 HTC New One

系統設計 脈波計數演算法 考慮到各種波形特性，為了要定義何謂有效脈波，因此需要定義 一個脈波有效準位(valid-level)，當脈波通過此準位就認定為是一 個有效脈波。

系統設計 脈波計數演算法 測試用的輻射偵檢器每秒送 出2.345個脈波，換算為cpm 應為2.345*60=140.7 大波形: High valid-level(8519,26%) 小波形: Low valid-level(1310,4%) 測試用的輻射偵檢器每秒送 出2.345個脈波，換算為cpm 應為2.345*60=140.7 從波形分析的實驗中可以將手機概分為大波形與小波形兩種。

系統設計 整合歸納最後定出

系統設計 脈波計數演算法 波形正反向判斷 脈波有效準位之設定 Reverse: 表示波形為正向(1)或反向(-1) Valid level:

系統設計 脈波計數演算法 有效脈波判定 Lock: 表示波形目前所在區塊 當設定好了脈波有效準位一個脈波可以被區分為3個區塊。

系統設計 脈波計數演算法 脈波計數流程圖

系統設計 雜訊過濾機制 假設外力因素只有短暫的影響 以前1秒有效脈波個數的5倍定 義為有效範圍(valid-range) 脈波個數有效範圍是以這一秒為基準，判斷下一秒所計數的脈波個數是否超過基準的5倍。 time:大於有效範圍的次數

系統設計 圖形顯示 劑量率走勢圖(uSv/hr) 每秒的脈波各數(CNT) cpm之移動平均(CPM) 有效脈波圖形(Wave) AChartEngine是專為Android系統設計的圖形庫，可以用於繪製多種圖表

系統設計 圖形顯示 劑量率走勢圖(uSv/hr) 每秒的脈波各數(CNT) cpm之移動平均(CPM) 有效脈波圖形(Wave)

系統設計 上傳機制 讓使用者能夠將測量的結果 上傳到伺服器與其他使用者 分享 手動上傳 數據上傳 拍照上傳 自動上傳

系統設計 參數設定 效率轉換因子 自動上傳時間間隔 脈波有效準位 脈波顯示暫停時間 輻射偵檢器ID 系統自動校準

系統設計 技術問題與解決之道 ASUS手機拍照後不會自動存檔 必須指定儲存的位置與檔名 取得原始照片 onActivityResult()回傳為經過壓縮的縮圖 Content Provider 取得最新照片的URI 達到照相功能的方式有兩種，一種是實作所有的拍照功能。另一種是調用內建的相機協助拍照。

系統設計 技術問題與解決之道 照片刪除 以檔案方式刪除，發現相簿中依然存在縮圖 發送掃描SD卡的廣播訊息，但Android 4.4 開始限制其權限 藉由Content Provider刪除原圖與縮圖 Android系統會再開機時先掃描sd卡裡的照片與影片，建立縮圖，因為縮圖檔案小，載入時間短，可以快速流覽。當點選某張圖片時，在依實際存放的路徑載入原始圖片。

系統設計 技術問題與解決之道 Samsung手機照片旋轉 取得拍照時的角度並 利用矩陣的方式對照片 進行旋轉，使其不論以 何種角度拍照，當手機 轉為正向時，照片都能 以正向呈現。

系統認證 脈波計數演算法正確性認證實驗 實驗參數設定如下表: 實驗參數 手機廠牌 HTC 手機型號 New ONE(M7) ONE(M8) 測量時間 3分鐘 訊號來源 INER-CS3輻射偵檢器 INER-4C2P輻射偵檢器 波形分類 大波形 小波形

系統認證(Cont.) HTC New ONE(M7)

系統認證(Cont.) HTC ONE(M8)

系統測試 相似軟體比較 軟體名稱 NTUT輻射偵測軟體 Pocket Geiger iRad Geiger 波形正反向判斷 自動 手動 無法設定 有效脈波準位調整 (Threshold) 自動/手動 效率轉換因子 無法調整 波形顯示 有 脈波計數顯示 拍照 無 數值上傳 有(實驗室Server) 無法確定

系統測試(Cont.) 三款軟體的脈波計數精準度比較實驗 以訊號產生器分別產生: 頻率為:0.1Hz、1Hz、10Hz、100Hz、1000Hz、1250Hz、 2000Hz、2500Hz 波高:1.5Vmpp 波寬:200μSec

結論 本論文研發的輻射偵測軟體搭配輻射偵檢器，形成一套輻射偵 測系統，提供簡易的途徑得知身處環境的相對輻射劑量參考數 值，以數值比較的方式判斷輻射的強弱。 由目前的測試結果來看可適用於各廠牌的Android智慧型手機與 平板電腦。 可運行於Android 2.3.3 及以上的作業系統，市佔率高達99%。

結論 未來展望 將輻射偵檢器改以藍芽的方式與智慧型手機進行溝通。 設定的部分增加伺服器IP位置。 上傳部分增加認證機制。

Q&A 與 Demo Thanks for your listen