一種外推電離室自動(dòng)測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于輻射監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種外推電離室自動(dòng)測量系統(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)的電荷測量單元連接外推電離室的收集極，用于測量外推電離室的電離電流；靜電計(jì)與用于控制執(zhí)行測量操作的計(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)明簡化了操作，減少了測量誤差，提高了測量的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種外推電離室自動(dòng)測量系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輻射監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種外推電離室自動(dòng)測量系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在輻射監(jiān)測領(lǐng)域中有些情況下，需要在無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射線場中工作，此時(shí)β吸收劑 量的監(jiān)測就尤為重要。在我國核工業(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IAEA，75-INSAG-1)。
[0003] β輻射的監(jiān)測主要通過β射線劑量測量儀器予以實(shí)現(xiàn)，由于β粒子為帶電粒子， 其劑量測量使用不同類型儀器的測量結(jié)果非常容易產(chǎn)生差異，因此新研制的或新制造的β 射線劑量測量儀器必須通過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)測的基礎(chǔ)，也是測量過程必要的保障手段。
[0004] β吸收劑量標(biāo)準(zhǔn)的主要測量儀器是外推電離室，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。一般來講，其收集體積的改變是通過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)外推電離室測量體積或收集體積的改變。在測量過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 終所需的測量數(shù)據(jù)。
[0005] 由于β射線是一種帶電粒子，而帶電粒子會和周圍物質(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 等條件的改變會影響到測量結(jié)果，因此β射線吸收劑量標(biāo)準(zhǔn)對于測量環(huán)境的要求是非常 苛刻的。前面已經(jīng)提及外推電離室測量過程中必須要多次改變收集極的距離進(jìn)行測量。而 目前的外推電離室均是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)來改變電離室極間距離的，這種測量人員的進(jìn)入必然 會對外推電離室的測量環(huán)境造成擾動(dòng)，所以每次調(diào)節(jié)后，均要經(jīng)過一段時(shí)間后，測量環(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)的一般測量過程變得非常漫長，一次 常規(guī)測量經(jīng)常要進(jìn)行幾天才能完成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種外推電離室自動(dòng)測量系統(tǒng)及方 法，從而簡化操作，減少測量誤差，提高測量的穩(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)的電荷測量單元連接外推電離室的收集極，用于測量外推電離室的電離電 流；靜電計(jì)與用于控制執(zhí)行測量操作的計(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)測量系統(tǒng)，其中，所述的靜電計(jì)通過IEE488 通信接口與計(jì)算機(jī)連接；所述的PLC控制器通過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)測量系統(tǒng)的測量方法，包括如下步驟：
[0011] (1)初始化靜電計(jì)的電荷測量功能；
[0012] (2)計(jì)算機(jī)通過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。
[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)測量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定 時(shí)測量，代替了以前使用計(jì)時(shí)器的方式，減小了定時(shí)測量帶來的誤差；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)，簡化了測量的操作，也減少了人工手動(dòng)切換高 壓對電荷測量的干擾。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為外推電離室自動(dòng)測量系統(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)測量系統(tǒng)的測量方法流程圖。

【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量單 元，或者也可采用其它型號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 測量單元連接外推電離室的收集極，用于測量外推電離室的電離電流；6517A靜電計(jì)與用 于控制執(zhí)行測量操作的計(jì)算機(jī)通過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) 入測量間對環(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量采用測量一段時(shí)間內(nèi)累積電荷的方式，累積定 時(shí)時(shí)間采用秒表就會帶來一定的誤差，因此這里采用6517A靜電計(jì)自動(dòng)定時(shí)測量的方式。
[0028] 第四，6517A靜電計(jì)自動(dòng)定時(shí)測量的數(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)測量 的操作。
[0029] 第五，采集到計(jì)算機(jī)上的測量數(shù)據(jù)需要存儲到計(jì)算機(jī)中，這里采用EXCEL文件進(jìn) 行存儲，通過C#編程實(shí)現(xiàn)。
[0030] 基于6517A的外推電離室自動(dòng)測量系統(tǒng)功能如下：
[0031] 外推電離室自動(dòng)測量系統(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)行測量和停止測量操作。具體測量方法如圖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)的電荷測量功能；
[0033] (2)計(jì)算機(jī)通過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。
[0038] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(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)的電荷測量單元連接外推電離室的收集極，用于測量外推電離室的電離電流；靜電計(jì)與 用于控制執(zhí)行測量操作的計(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)測量系統(tǒng)，其特征在于：所述的靜電計(jì)通過 IEE488通信接口與計(jì)算機(jī)連接；所述的PLC控制器通過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 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)測量系統(tǒng)的測量方法，包括如下 步驟： (1) 初始化靜電計(jì)的電荷測量功能； (2) 計(jì)算機(jī)通過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。
【文檔編號】G01T1/14GK104122575SQ201410333542
【公開日】2014年10月29日 申請日期: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 申請人:中國原子能科學(xué)研究院