一種外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于輻射監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括與外推電離室相連接的靜電計(jì),所述靜電計(jì)的直流電源單元連接外推電離室的電極板,用于為外推電離室供電;所述靜電計(jì)的電荷測(cè)量單元連接外推電離室的收集極,用于測(cè)量外推電離室的電離電流;靜電計(jì)與用于控制執(zhí)行測(cè)量操作的計(jì)算機(jī)相連接;所述外推電離室設(shè)有極板距離調(diào)節(jié)裝置,所述極板距離調(diào)節(jié)裝置連接PLC控制器,PLC控制器與所述的計(jì)算機(jī)相連接。本發(fā)明簡(jiǎn)化了操作,減少了測(cè)量誤差,提高了測(cè)量的穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】一種外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輻射監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在輻射監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中有些情況下,需要在無(wú)屏蔽或很弱的屏蔽下操作放射性材料, 此時(shí)β射線的劑量超過(guò)相同Y射線源的50倍。尤其是在放射性材料泄露的情況下,需要 清除暴露表面的放射性污染時(shí),工作人員不得不在很強(qiáng)的β射線場(chǎng)中工作,此時(shí)β吸收劑 量的監(jiān)測(cè)就尤為重要。在我國(guó)核工業(yè)幾十年的生產(chǎn)、研究和應(yīng)用中,照射事故中β射線的 燒傷占了很大的比重。這種情況的極端事例是切爾諾貝利核事故,一些工作人員接受的β 射線劑量是導(dǎo)致其死亡的主要原因(參見(jiàn)IAEA,75-INSAG-1)。
[0003] β輻射的監(jiān)測(cè)主要通過(guò)β射線劑量測(cè)量?jī)x器予以實(shí)現(xiàn),由于β粒子為帶電粒子, 其劑量測(cè)量使用不同類型儀器的測(cè)量結(jié)果非常容易產(chǎn)生差異,因此新研制的或新制造的β 射線劑量測(cè)量?jī)x器必須通過(guò)β吸收劑量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)后方能有效使用,所以建立準(zhǔn)確可 靠的β吸收劑量標(biāo)準(zhǔn)是β射線劑量監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ),也是測(cè)量過(guò)程必要的保障手段。
[0004] β吸收劑量標(biāo)準(zhǔn)的主要測(cè)量?jī)x器是外推電離室,所謂外推電離室是一種可以改變 電離室收集體積的電離室。一般來(lái)講,其收集體積的改變是通過(guò)改變收集極與高壓極之間 的極間距離實(shí)現(xiàn)的,而外推電離室極間距離的調(diào)整,通常是通過(guò)將外推電離室的收集極與 一個(gè)類似千分尺結(jié)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)連接,實(shí)際測(cè)量時(shí)只需調(diào)整外推電離室外部的千分尺螺桿 即可實(shí)現(xiàn)外推電離室測(cè)量體積或收集體積的改變。在測(cè)量過(guò)程中通常要多次改變外推電離 室的收集體積,以獲得外推電離室電離電流與收集體積的關(guān)系曲線,從而進(jìn)行外推獲得最 終所需的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0005] 由于β射線是一種帶電粒子,而帶電粒子會(huì)和周圍物質(zhì)發(fā)生相互作用而改變粒 子能量、入射方向等本身的特性,從而使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生改變或產(chǎn)生誤差,例如,環(huán)境溫濕度 等條件的改變會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果,因此β射線吸收劑量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于測(cè)量環(huán)境的要求是非常 苛刻的。前面已經(jīng)提及外推電離室測(cè)量過(guò)程中必須要多次改變收集極的距離進(jìn)行測(cè)量。而 目前的外推電離室均是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)改變電離室極間距離的,這種測(cè)量人員的進(jìn)入必然 會(huì)對(duì)外推電離室的測(cè)量環(huán)境造成擾動(dòng),所以每次調(diào)節(jié)后,均要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,測(cè)量環(huán)境條 件才能重新恢復(fù)穩(wěn)定,也就使得β射線吸收劑量標(biāo)準(zhǔn)的一般測(cè)量過(guò)程變得非常漫長(zhǎng),一次 常規(guī)測(cè)量經(jīng)常要進(jìn)行幾天才能完成。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,提供一種外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及方 法,從而簡(jiǎn)化操作,減少測(cè)量誤差,提高測(cè)量的穩(wěn)定性。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),包括與外推電離室相連 接的靜電計(jì),所述靜電計(jì)的直流電源單元連接外推電離室的電極板,用于為外推電離室供 電;所述靜電計(jì)的電荷測(cè)量單元連接外推電離室的收集極,用于測(cè)量外推電離室的電離電 流;靜電計(jì)與用于控制執(zhí)行測(cè)量操作的計(jì)算機(jī)相連接;所述外推電離室設(shè)有極板距離調(diào)節(jié) 裝置,所述極板距離調(diào)節(jié)裝置連接PLC控制器,PLC控制器與所述的計(jì)算機(jī)相連接。
[0008] 進(jìn)一步,如上所述的外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),其中,所述的靜電計(jì)通過(guò)IEE488 通信接口與計(jì)算機(jī)連接;所述的PLC控制器通過(guò)RS485通信接口與計(jì)算機(jī)連接。
[0009] 進(jìn)一步,如上所述的外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),其中,所述的極板距離調(diào)節(jié)裝置包 括設(shè)置在定位滑道上的步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與外推電離室的微分頭之間通過(guò)聯(lián)軸器 連接,微分頭連接外推電離室的收集極,步進(jìn)電機(jī)與PLC控制器的高速脈沖發(fā)生器連接。
[0010] 一種上述外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法,包括如下步驟:
[0011] (1)初始化靜電計(jì)的電荷測(cè)量功能;
[0012] (2)計(jì)算機(jī)通過(guò)PLC控制器控制外推電離室的極板距離調(diào)節(jié)裝置,調(diào)節(jié)收集極與 高壓極之間的間距到設(shè)定值;
[0013] (3)計(jì)算機(jī)控制靜電計(jì)輸出不同的設(shè)定電壓到外推電離室的電極板;
[0014] (4)計(jì)算機(jī)讀取在不同輸出電壓下靜電計(jì)的電荷測(cè)量數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理;
[0015] (5)返回步驟(2),改變收集極與高壓極之間的間距,重復(fù)步驟(3)至步驟(4);
[0016] (6)將計(jì)算機(jī)中采集的數(shù)據(jù)用EXCEL文件進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明所提供的外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定 時(shí)測(cè)量,代替了以前使用計(jì)時(shí)器的方式,減小了定時(shí)測(cè)量帶來(lái)的誤差;外推電離室的收集電 壓由靜電計(jì)提供,計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié),簡(jiǎn)化了測(cè)量的操作,也減少了人工手動(dòng)切換高 壓對(duì)電荷測(cè)量的干擾。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0019] 圖2為極板距離調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0020] 圖3為外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0022] 如圖1所示,本發(fā)明所提供的外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),包括與外推電離室相連 接的靜電計(jì),本實(shí)施例中,靜電計(jì)可選用6517A靜電計(jì),具有直流電源單元和電荷測(cè)量單 元,或者也可采用其它型號(hào)的具有相似功能的靜電計(jì)或其它設(shè)備。所述6517A靜電計(jì)的直 流電源單元連接外推電離室的電極板,用于為外推電離室供電;所述6517A靜電計(jì)的電荷 測(cè)量單元連接外推電離室的收集極,用于測(cè)量外推電離室的電離電流;6517A靜電計(jì)與用 于控制執(zhí)行測(cè)量操作的計(jì)算機(jī)通過(guò)IEE488通信接口相連接;所述外推電離室設(shè)有極板距 離調(diào)節(jié)裝置,所述極板距離調(diào)節(jié)裝置連接刻度室外的PLC控制器,PLC控制器與所述的計(jì)算 機(jī)通過(guò)RS485通信接口相連接。
[0023] 極板距離調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示,包括設(shè)置在刻度室內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)1,所述步 進(jìn)電機(jī)1設(shè)置在定位滑道7上,定位滑道7的底部通過(guò)固定支板8安裝在外推電離室4的 固定桿上,步進(jìn)電機(jī)1的轉(zhuǎn)軸與刻度室內(nèi)的外推電離室4的微分頭3之間通過(guò)聯(lián)軸器2連 接,微分頭3連接外推電離室的收集極6,步進(jìn)電機(jī)與刻度室外的PLC控制器的高速脈沖發(fā) 生器連接,通過(guò)PLC的控制調(diào)節(jié)收集極6與高壓極5之間的間距。
[0024] 外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn):
[0025] 首先,外推電離室的收集極電壓要求穩(wěn)定,且調(diào)節(jié)方便,因此這里采用6517A靜電 計(jì)的直流電壓源直接為外推電離室供電。
[0026] 其次,極板距離調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)了外推電離室的遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié),避免了人員頻繁進(jìn) 入測(cè)量間對(duì)環(huán)境所造成的干擾,同時(shí)由于是自動(dòng)調(diào)節(jié)控制,避免了人為因素的調(diào)節(jié)誤差。
[0027] 第三,外推電離室的電離電流測(cè)量采用測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)累積電荷的方式,累積定 時(shí)時(shí)間采用秒表就會(huì)帶來(lái)一定的誤差,因此這里采用6517A靜電計(jì)自動(dòng)定時(shí)測(cè)量的方式。
[0028] 第四,6517A靜電計(jì)自動(dòng)定時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)要采集到計(jì)算機(jī)上,這里采用C#編程通 過(guò)IEE488將數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)上;并在軟件中控制6517A靜電計(jì)執(zhí)行外推電離室自動(dòng)測(cè)量 的操作。
[0029] 第五,采集到計(jì)算機(jī)上的測(cè)量數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中,這里采用EXCEL文件進(jìn) 行存儲(chǔ),通過(guò)C#編程實(shí)現(xiàn)。
[0030] 基于6517A的外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)功能如下:
[0031] 外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)由6517A靜電計(jì)、外推電離室、計(jì)算機(jī)、控制軟件、連接 電纜等組成。其中6517A靜電計(jì)為外推電離室提供收集極電壓,并測(cè)量收集極電流;計(jì)算機(jī) 控制軟件實(shí)現(xiàn)控制6517A提供的收集極電壓的改變,外推電離室收集電壓的改變,并控制 執(zhí)行測(cè)量和停止測(cè)量操作。具體測(cè)量方法如圖3所示,包括如下步驟:
[0032] (1)系統(tǒng)上電后,初始化6517A靜電計(jì)的電荷測(cè)量功能;
[0033] (2)計(jì)算機(jī)通過(guò)PLC控制器控制外推電離室的極板距離調(diào)節(jié)裝置,調(diào)節(jié)收集極與 高壓極之間的間距到設(shè)定值;本實(shí)施例中,設(shè)定值包括0. 5mm、l. 0mm、l. 5mm、2. 0mm、2. 5mm, 每執(zhí)行一次步驟(2),則選用一個(gè)設(shè)定間距;
[0034] (3)計(jì)算機(jī)控制6517A靜電計(jì)輸出不同的設(shè)定電壓到外推電離室的電極板;本實(shí) 施例中,靜電計(jì)輸出電壓值分別設(shè)定為5V、10V、15V、20V、25V ;
[0035] (4)計(jì)算機(jī)讀取在不同輸出電壓下靜電計(jì)的電荷測(cè)量數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理,共讀取10 次,每次1分鐘;
[0036] (5)返回步驟(2),改變收集極與高壓極之間的間距,重復(fù)步驟⑶至步驟⑷;
[0037] (6)將計(jì)算機(jī)中采集的數(shù)據(jù)用EXCEL文件進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0038] 顯然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣,倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范 圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),其特征在于:包括與外推電離室相連接的靜電計(jì), 所述靜電計(jì)的直流電源單元連接外推電離室的電極板,用于為外推電離室供電;所述靜電 計(jì)的電荷測(cè)量單元連接外推電離室的收集極,用于測(cè)量外推電離室的電離電流;靜電計(jì)與 用于控制執(zhí)行測(cè)量操作的計(jì)算機(jī)相連接;所述外推電離室設(shè)有極板距離調(diào)節(jié)裝置,所述極 板距離調(diào)節(jié)裝置連接PLC控制器,PLC控制器與所述的計(jì)算機(jī)相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),其特征在于:所述的靜電計(jì)通過(guò) IEE488通信接口與計(jì)算機(jī)連接;所述的PLC控制器通過(guò)RS485通信接口與計(jì)算機(jī)連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),其特征在于:所述的極板距離調(diào)節(jié) 裝置包括設(shè)置在定位滑道上的步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與外推電離室的微分頭之間通過(guò) 聯(lián)軸器連接,微分頭連接外推電離室的收集極,步進(jìn)電機(jī)與PLC控制器的高速脈沖發(fā)生器 連接。
4. 一種權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述外推電離室自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法,包括如下 步驟: (1) 初始化靜電計(jì)的電荷測(cè)量功能; (2) 計(jì)算機(jī)通過(guò)PLC控制器控制外推電離室的極板距離調(diào)節(jié)裝置,調(diào)節(jié)收集極與高壓 極之間的間距到設(shè)定值; (3) 計(jì)算機(jī)控制靜電計(jì)輸出不同的設(shè)定電壓到外推電離室的電極板; (4) 計(jì)算機(jī)讀取在不同輸出電壓下靜電計(jì)的電荷測(cè)量數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理; (5) 返回步驟(2),改變收集極與高壓極之間的間距,重復(fù)步驟(3)至步驟(4); (6) 將計(jì)算機(jī)中采集的數(shù)據(jù)用EXCEL文件進(jìn)行存儲(chǔ)。
【文檔編號(hào)】G01T1/14GK104122575SQ201410333542
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】王紅玉, 魏可新, 宋明哲, 侯金兵, 高飛 申請(qǐng)人:中國(guó)原子能科學(xué)研究院