專利名稱：：流氣式氡室氡濃度的動態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種放射性氣體濃度的控制方法，具體涉及一種根據(jù)氡的衰變和泄漏規(guī)律對流氣式氡室氡濃度進行動態(tài)控制的方法。
背景技術(shù)：
：在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型使得控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，在當(dāng)前情況下，使用PID控制技術(shù)最為合適。PID控制，現(xiàn)實中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。然而，在放射性測量中，由于放射性統(tǒng)計漲落，通過測量儀器測得的氡濃度值往往與實際值之間有很大的偏差。若采用PID控制，必定會導(dǎo)致曲線振蕩頻繁，使得氡濃度穩(wěn)定性降低。同時，由于在補氡與停止補氡之間的轉(zhuǎn)換頻繁，也將縮短氡源控制閥門的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種既可以較為精確控制氡室內(nèi)氡濃度、又能夠延長氡源控制閥門使用壽命的流氣式氡室氡濃度動態(tài)控制方法。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種流氣式氡室氡濃度的控制方法，首先設(shè)定期望的氡室內(nèi)氡獲度值Q和允許的最大誤差e，還包括如下操作步驟(1)測出氡室內(nèi)原始的氡活度Q。后，利用穩(wěn)定強度的氡源向氡室內(nèi)補氡，并計時，直至補氡時間tt。停止補氡，并重新開始計時；(2)當(dāng)t^仁時，利用穩(wěn)定強度的氡源向氡室內(nèi)補氡，同時重新開始計時，進入步驟(3)的操作；(3)當(dāng)t^t2時，停止補氡，同時重新開始計時，返回執(zhí)行步驟(2)的操作；其中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(9),0a+々(;L+;y-Q(i+s)-/為初始補氡所用的時間，單位為S;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(10)，為氡室內(nèi)氡從允許的最高活度值變化至允許的最低活度值所經(jīng)歷的時間，單位為S;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(11)，'義+々(;l+;Ll).q(i+o—/'為中途使氡室內(nèi)氡從允許的最低值變化至允許的最高值所用的一次性補氡的時間，單位為S;式中，Q為設(shè)定的氡室內(nèi)的氡活度值，單位為Bq;e為允許的氡室內(nèi)實際氡活度值與設(shè)定值之間的誤差；Q。為所測的氡室內(nèi)氡的初始活度，單位為Bq;Qt為氡室內(nèi)某一時刻的氡活度值，單位為Bq;X為氡的衰變常數(shù)；、為氡室系統(tǒng)的整體漏氣率，單位為S—、I為氡源的有效強度，單位為Bq/S。氡活度與氡濃度之間存在著如下對應(yīng)關(guān)系，氡活度二氡濃度X氡室體積，因此，本發(fā)明中所涉及的氡活度大小完全反映了氡濃度的大小。由于上述，t。、仁和t2綜合考慮了氡室系統(tǒng)整體的漏氣情況、氡衰變情況和氡源的有效強度、允許的最大誤差等各種因素，并以時間作為決定是否向氡室內(nèi)補氡，以保證氡室內(nèi)氡活度保持在所需范圍之內(nèi)的因素，既保證了氡室內(nèi)氡的補充免受氡放射性統(tǒng)計漲落的影響，精確的保持了氡室內(nèi)氡活度，即氡濃度的穩(wěn)定性，又防止了因受氡放射性統(tǒng)計漲落頻繁開關(guān)氡源控制閥門，從而可以有效提高氡源控制閥門的使用壽命。而且，以時間作為控制參數(shù)，不但操作簡便，易于實現(xiàn)操作控制的自動化，而且避免了通過測量得到的氡室內(nèi)放射性活度的變化來決定是否進行補氡操作而出現(xiàn)的時間上的延遲。由于整個操作過程都是以實踐作為控制因素的，因此，本發(fā)明的方法十分容易實現(xiàn)自動化操作，并進一步提高了控制的精度圖1是本發(fā)明所述方法的流程圖；圖2是目標(biāo)濃度370Bqm—3的穩(wěn)定性曲線；圖3是目標(biāo)濃度800Bqnf3的穩(wěn)定性曲線；圖4是目標(biāo)濃度4000BqrrT3的穩(wěn)定性曲線。具體實施例方式下面通過附圖和具體實施方式對本發(fā)明作更為詳細(xì)的描述。附圖1所示為利用本發(fā)明對流氣式氡室內(nèi)氡濃度進行自動化動態(tài)控制的一種具體實施方式，具體操作步驟如下(1)將氡源內(nèi)積累的氡放射性釋放掉，以保證后續(xù)的操作中，氡源向氡室內(nèi)補氡的穩(wěn)定性。(2)同時利用測量儀器，如FD-125氡釷分析儀和FH-463型a檢測儀測取氡室內(nèi)氡的初始活度值Q。。(3)確定氡室內(nèi)氡活度的期望值Q、允許的活度最大偏差e;(4)計算控制時間t。、ti和t2對于一個新的氡室來講，需要首先計算氡室的泄漏率入L和氡源的有效強度I，其中的入L單位為S'，I單位為Bq/S，并可根據(jù)如下W式通過迭代法求<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(6)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(7)式(6)、(7)中，Q'i為利用氡源向氡室內(nèi)補氡過程中在ti時刻測定的氡室內(nèi)的氡活度，如表1所示為一次利用氡源向氡室內(nèi)補氡時，在不同時刻測量的某氡室內(nèi)的氡活度值的情況，且最終計算得到某氡室的漏氣率&=3.1e—7S—\氡源有效強度I=0.195BqS—\對于新的氡室、氡源，氡室的漏氣率和氡源的有效強度的測算是必不可少的，但由于對特定的氡室和氡源，此二者為已知的確定值，因此，并非每次使用氡室時都需要首先進行測算。表l所測氡活度與補氡時間實驗數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>然后，根據(jù)設(shè)定的Q、e、A(取值為2.1X1()6S1)和測得的Q。，以及已獲得的氡室的泄漏率V和氡源的有效強度I，分別根據(jù)公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(n)計算最初補氡時間t。、氡室內(nèi)氡從允許的最高活度值變化至允許的最低活度值所經(jīng)歷的時間t,和中途一次補氡所用的時間t2。如利用如上所述的某氡室，在所測得的Q。為21.5Bq的情況下，在目標(biāo)濃度設(shè)定為340Bq/m3時所得的t。、仁和t分別為99.03min、64.10min、1.06min，在目標(biāo)濃度設(shè)定為800Bq/m3時所得的t。、t,和^分別為244.76min、64.10min、2.55min，在目標(biāo)濃度設(shè)定為4000Bq/m3時所得的t。、t,和h分別為1362.13min、64.10min、15.16min。(5)進行首次補氡操作如上所述，氡源已經(jīng)穩(wěn)定，在此情況下，通過自動控制系統(tǒng)打開氡源控制閥向氡室內(nèi)補氡，同時開始計時。(6)根據(jù)補氡時間t是否大于或等于步驟(4)中計算所得的首次補氡時間t。判斷是否需要關(guān)閉氡源的控制閥當(dāng)t》t。時，執(zhí)行步驟(7)，否則，維持步驟(5)中的補氡操作，直至t^t。。(7)通過自動控制系統(tǒng)關(guān)閉氡源的控制閥，停止補氡，使氡室內(nèi)的氡處于自然衰變的狀態(tài)，并重新開始計時。(8)根據(jù)氡自然衰變的時間t是否大于或等于步驟(4)計算所得的氡室內(nèi)氡的自然衰變時間判斷是否需要進行中途補氡操作當(dāng)t》t時，執(zhí)行步驟(9);否則，不進行任何操作，直至t》L。(9)通過自動控制系統(tǒng)打開氡源的控制閥，對氡室進行補氡，并重新開始計時。(10)根據(jù)本次補氡時間t是否大于或等于步驟(4)計算所得的中途補氡時間t2判斷是否需要中止補氡操作當(dāng)t^t2時，停止本次補氡，執(zhí)行步驟(7);否則，繼續(xù)進行補氡操作，直至t^t2。在氡室內(nèi)氡的目標(biāo)濃度分別設(shè)為340Bq/m3、800Bq/m3、4000Bq/m3情況下，使用如上所述的同一個氡室和氡源，所得的氡室內(nèi)氡濃度隨時間變化曲線分別如圖2、圖3和圖4所示。圖中，橫坐標(biāo)為時間，單位為小時，縱坐標(biāo)為氡室內(nèi)氡濃度值，單位為Bq/m3。與橫坐標(biāo)軸平行的線為設(shè)定的氡是濃度目標(biāo)值，位于曲線上的點為在相應(yīng)時刻測得的氡室內(nèi)的氡濃度值。從圖2、圖3和圖4可以看出，采用本發(fā)明的方法對氡室氡濃度穩(wěn)定性控制可以保證氡室內(nèi)的氡濃度較為穩(wěn)定，而且濃度越高，誤差越小，穩(wěn)定性越好。上述實施方式中所說的自動控制系統(tǒng)，可以是任何能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制的系統(tǒng)。且在首次補氡之后處于停止向氡室補氡的狀態(tài)時，最好能夠把氡源產(chǎn)生的氡向另外的空間釋放，而不使氡積累于氡源容器內(nèi)，這樣可以確保后續(xù)補氡時，氡源較為穩(wěn)定，而且實現(xiàn)這種操作也較為容易實現(xiàn)。如在上述的控制閥之外再另設(shè)一個控制閥與另一個空間相通，并通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動，即當(dāng)向氡室內(nèi)補氡時，此另設(shè)的控制閥關(guān)閉，當(dāng)停止向氡室內(nèi)補氡時，此另設(shè)的控制閥則被打開。權(quán)利要求1.一種流氣式氡室氡濃度的控制方法，包括首先設(shè)定期望的氡室內(nèi)氡獲度值Q和允許的最大誤差ε，其特征是還包括如下操作步驟(1)測出氡室內(nèi)原始的氡活度Q0后，利用穩(wěn)定強度的氡源向氡室內(nèi)補氡，并計時，直至補氡時間t＝t0停止補氡，并重新開始計時；(2)當(dāng)t≥t1時，利用穩(wěn)定強度的氡源向氡室內(nèi)補氡，同時重新開始計時，進入步驟(3)的操作；(3)當(dāng)t≥t2時，停止補氡，同時重新開始計時，返回執(zhí)行步驟(2)的操作；其中，<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>λ</mi><mo>+</mo><msub><mi>λ</mi><mi>L</mi></msub></mrow></mfrac><mi>ln</mi><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>+</mo><msub><mi>λ</mi><mi>L</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msub><mi>Q</mi><mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mi>I</mi></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>+</mo><msub><mi>λ</mi><mi>L</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>Q</mi><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>ϵ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>I</mi></mrow></mfrac><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2008100979660002C1.tif"wi="122"he="10"top="122"left="49"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>為初始補氡所用的時間，單位為S；<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>λ</mi><mo>+</mo><msub><mi>λ</mi><mi>L</mi></msub></mrow></mfrac><mi>ln</mi><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>I</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>I</mi></mrow></mfrac><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mrow><mo>(</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>]]></math></maths>為氡室內(nèi)氡從允許的最高活度值變化至允許的最低活度值所經(jīng)歷的時間，單位為S；<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>λ</mi><mo>+</mo><msub><mi>λ</mi><mi>L</mi></msub></mrow></mfrac><mi>ln</mi><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>+</mo><msub><mi>λ</mi><mi>L</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>Q</mi><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>ϵ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>I</mi></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>λ</mi><mo>+</mo><msub><mi>λ</mi><mi>L</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>Q</mi><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>ϵ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>I</mi></mrow></mfrac><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mrow><mo>(</mo><mn>11</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>]]></math></maths>為中途使氡室內(nèi)氡從允許的最低值變化至允許的最高值所用的一次性補氡的時間，單位為S；式中，Q為設(shè)定的氡室內(nèi)的氡活度值，單位為Bq；ε為允許的氡室內(nèi)實際氡活度值與設(shè)定值之間的誤差；Q0為所測的氡室內(nèi)氡的初始活度，單位為Bq；Qt為氡室內(nèi)某一時刻的氡活度值，單位為Bq；λ為氡的衰變常數(shù)；λL為氡室系統(tǒng)的整體漏氣率，單位為S-1；I為氡源的有效強度，單位為Bq/S。2.如權(quán)利要求1所述的一種流氣式氡室氡濃度的控制方法，其特征是所說的A,和I是通過對如下方程組進行迭代求解獲得的/=JZl^-........................(6)乞(卜e-(W,)'=1》,1A+4=Jd-^-*7........................(7)式(6)、(7)中，Q'i為利用氡源向氡室內(nèi)補氡過程中在ti時刻測定的氡室內(nèi)的氡活度。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種流氣式氡室氡濃度的控制方法，其特征是當(dāng)處于停止補氡狀態(tài)時，使氡源內(nèi)產(chǎn)生的氡排放至氡室外的空間。全文摘要本發(fā)明涉及一種放射性氣體濃度的控制方法，具體是一種流氣式氡室氡濃度的控制方法，其特點是在設(shè)定了氡室氡活度值、允許的誤差并測量出氡室內(nèi)的本底活度值后，計算首次補氡時間t<sub>0</sub>、氡室內(nèi)氡活度從允許的最高值衰變至允許的最低值所用時間t<sub>1</sub>和用穩(wěn)定的氡源從允許的最低值向氡室內(nèi)補氡至允許的最高值所用的時間t<sub>2</sub>，將時間作為決定是否向氡室內(nèi)補氡的控制參數(shù)，既保證了氡室內(nèi)氡的補充免受氡放射性統(tǒng)計漲落的影響，又防止了因受氡放射性統(tǒng)計漲落頻繁開關(guān)氡源控制閥門。而且，以時間作為控制參數(shù)，操作簡便，易于實現(xiàn)操作控制的自動化。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種流氣式氡室內(nèi)氡濃度的精確控制。文檔編號G05D11/02GK101320274SQ20081009796公開日2008年12月10日申請日期2008年5月20日優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日發(fā)明者周書民,張錦由,彬湯,王仁波申請人:東華理工大學(xué)