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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 WuAdvisor: Dr. Kai-Wei Ke

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ANDROID 手持裝置之輻射偵測系統RADIATION DETECTION SYSTEM USING RADIATION SENSOR IN

ANDROID-BASED HANDHELD DEVICESpeaker: 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

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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

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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。

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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。

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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。

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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

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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。

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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 × cpm9

相關背景知識半導體式輻射偵檢器• INER-CS3 • INER-4C2P

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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 )

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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

13紅米機 ( 反向 )

HTC New One( 正向 )

系統分析波形分析

波形大小不一

14HTC New One

Samsung S4

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系統分析波形分析

震幅大小明顯差異

HTC ONE(M8)( 小波形 )

HTC New One( 大波形 )

系統分析波形分析

輻射偵檢器實際測試 5 分鐘

16HTC New OneSamsung S4

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。

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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

有效準位 CPM 有效準位 CPM3932(12%) 78.947 1966(6%) 109.3653604(11%) 108.963 1638(5%) 134.853276(10%) 134.047 1638(5%) 133.513276(10%) 135.451 1638(5%) 133.6812949(9%) 141.2 1310(4%) 142.1362949(9%) 141.271 1310(4%) 142.1342621(8%) 141.271 1310(4%) 142.0742293(7%) 141.261 983(3%) 142.3261966(6%) 141.456 655(2%) 142.6761638(5%) 141.4 327(1%) 154.9621310(4%) 141.388983(3%) 141.613655(2%) 141.246327(1%) 141.303

小波型HTC M8 Samsung S3

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系統設計

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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

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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

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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)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

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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)

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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)

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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

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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

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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

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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

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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。

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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 HTC

手機型號 New ONE(M7) ONE(M8)

測量時間 3 分鐘 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

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系統認證 (Cont.) HTC New

ONE(M7)

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系統認證 (Cont.) HTC ONE(M8)

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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 手動 無法設定

效率轉換因子 手動 手動 無法調整

波形顯示 有 有 有

脈波計數顯示 有 有 有

拍照 有 無 無

數值上傳 有 ( 實驗室 Server) 無法確定 無法確定

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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

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0.1Hz 1Hz 10Hz 100Hz 1000Hz 1250Hz 2000Hz 2500Hz0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

6.1 61.3 601.9

6035.3

60168.9

75197.6

120361.3

150447.2

6.1 60603.5

6038.1

60366.2

75448.7

120692.5

150842.5

6 68

6676753

62438

75694 85467

102606

6 60 6006000

60000

75000

120000

150000

HTC New One(M7)

NTUT PocketGeiger iRad Geiger 實際值輸入訊號頻率

CPM

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0.1Hz 1Hz 10Hz 100Hz 1000Hz 1250Hz 2000Hz 2500Hz0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

6 60.6 599.85986.7

60043.4

74825.4

119783.1

149247.5

5.8 59.9

603.26036.7

60350.1

75430.5

126600.9

150800

0 0 0 0 0 0 0 06 60 6006000

60000

75000

120000

150000

HTC M8

NTUT PocketGeiger iRad Geiger 實際值輸入訊號頻率

CPM

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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% 。

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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

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