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Android 手持裝置之輻射偵測系統

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. 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

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Android 手持裝置之輻射偵測系統

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 動機與目的 • 動機 • 輻防安全議題高漲 • 傳統的輻射偵檢器價格昂貴、製造不易 • 目的 • 推廣輻射安全觀念 • 全民測量輻射

  5. 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。

  6. 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。

  7. 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．)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。

  8. 相關背景知識 • 游離輻射偵檢原理 • 充氣式偵檢 • 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

  9. 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。

  10. 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

  11. 相關背景知識 • 半導體式輻射偵檢器 • INER-CS3 • INER-4C2P

  12. 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)

  13. 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。

  14. 系統分析 • 波形分析 • 反向/正向 HTC New One(正向) 紅米機(反向)

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

  16. 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)

  17. 系統分析 • 波形分析 • 輻射偵檢器實際測試5分鐘 Samsung S4 HTC New One

  18. 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。

  19. 系統設計 • 脈波計數演算法 • 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

  20. 系統設計

  21. 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: 脈波有效準位

  22. 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

  23. 系統設計 • 脈波計數演算法 • 脈波計數流程圖

  24. 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) • 連續3秒計算出的有效脈波個數皆大於valid-range時，才認定這3秒內的脈波個數是有效的 time:大於有效範圍的次數

  25. 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)

  26. 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)

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 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

  31. 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。

  32. 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:

  33. 系統認證(Cont.) • HTC New ONE(M7)

  34. 系統認證(Cont.) • HTC ONE(M8)

  35. 系統測試

  36. 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

  37. 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%。

  38. 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。

  39. Q&A 與 Demo Thanks for your listen

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