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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32067
Título: | Eletrômetro para uso em metrologia de radiação ionizante |
Título(s) alternativo(s): | Electrometer for use in ionizing radiation metrology |
Autor(es): | Brüning, Fábio Fernando |
Orientador(es): | Maia, Joaquim Miguel |
Palavras-chave: | Radiação - Dosimetria Instrumentos e aparelhos médicos Eletrômetro Correntes elétricas - Medição Radiação ionizante Circuitos impressos - Desenvolvimento Engenharia biomédica Radiation dosimetry Medical instruments and apparatus Electrometer Electric currents - Measurement Ionizing radiation Printed circuits - Development Biomedical engineering |
Data do documento: | 7-Jul-2023 |
Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
Câmpus: | Curitiba |
Citação: | BRÜNING, Fabio Fernando. Eletrômetro para uso em metrologia de radiação ionizante. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
Resumo: | Os dosímetros desempenham um papel essencial nas aplicações de radiação ionizante. Seu funcionamento é baseado na proporcionalidade entre a taxa de dose de radiação e a corrente induzida pela radiação ionizante em um elemento sensor. Assim, é possível calcular a dose de radiação absorvida integrando a corrente medida ao longo do tempo. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um circuito eletrônico baseado em um amplificador de transimpedância para trabalhar com correntes de pico amperes geradas por uma câmara de ionização exposta a fontes radioativas. No primeiro estágio tem-se o amplificador de transimpedância, em conjunto a um amplificador seguidor de tensão (fazendo guard do circuito). Após esse estágio tem-se um amplificador somador para permitir o ajuste de zero e ganho total, por fim, um filtro Butterworth, com importante função de filtrar a frequência de 60 Hz e adicionar um pequeno ganho ao circuito. A saída do filtro Butterworth é enviada a um microcontrolador STM32F103C8T6 que faz o gerenciamento dos valores lidos na porta ADC, botões e display para interface com usuário. O protótipo desenvolvido pode operar com correntes de ±10 pA a ±1000 pA e gerar tensões de polarização para a câmara de ionização na faixa entre ±100 V e ±400 V. Foi feita a montagem em um gabinete, com display e botões dedicados. No display, todas as informações necessárias são apresentadas simultaneamente. Testes foram conduzidos para avaliar a eficácia dos filtros eletrônicos utilizados, repetibilidade (≤ 0,2%), tempo de estabilização (≤ 0,05%) e linearidade (R2 = 0,9993 para corrente e R2 = 0,9995 para carga acumulada), indicando a viabilidade da metodologia de baixo custo proposta neste trabalho para dosimetria de radiação ionizante. |
Abstract: | Dosimeters perform an essential role in ionizing radiation applications. Its operation depends on the proportionality between the radiation dose rate and the current induced by ionizing radiation in a sensor element. Thus, it is possible to calculate the absorbed radiation dose by integrating the measured current over time. This work’s main objective was to develop an electronic circuit based on a transimpedance amplifier to work with currents of pico amperes generated by an ionization chamber exposed to radioactive sources. The first stage is the transimpedance amplifier, and a follower amplifier (for guarding circuit). The following stage is a summing amplifier, to allow zero and total gain adjustment, and, finally, a Butterworth filter, with the important role of filtering the 60 Hz frequency and adding a small gain to the circuit. The Butterworth filter output is sent to the STM32F103C8T6 microcontroller that manages the values read from the ADC port, buttons, and display for the user interface. The developed prototype can operate with currents from ±10 pA to ±1000 pA and generate polarization voltages for the ionization chamber in the range between ±100 V and ±400 V. It was assembled in a cabinet with a dedicated display and buttons. On the display, all necessary information is presented simultaneously. Tests were conducted to evaluate the effectiveness of the electronic filters used, repeatability (≤ 0,2%), stabilization time (≤ 0,05%), and linearity (R2 = 0.9993 for current and R2 = 0.9995 for accumulated charge), indicating the viability of the low-cost methodology proposed in this work for ionizing radiation dosimetry. |
URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32067 |
Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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