CN101813784A - 辐射信号传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种辐射信号传感器，包括：GM计数管的输出通过整形滤波电路连接内核CPU，所述内核CPU的输入端还连接有时钟电路、复位电路，内核CPU的输出端连接有蜂鸣器报警电路、中断开关量输出电路。所述内核CPU采用单片机。本发明的优点是：可靠性高、误报率低、灵敏度高；高度集成，体积小于常规的辐射传感器；功能强大，具备两路输出(剂量率输出、报警开关量输出)，传感器可直接用开关量报警；适用性广，对于测厚仪、料位计等较难监控的工业用放射源有很好的监控效果。

Description

辐射信号传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其是一种辐射信号传感器。
背景技术
辐射信号传感器是专用监测放射源的在线传感器。目前，市场上的同类产品，具有如下的不足：
目前市场上常规的辐射传感器均为碘化铯传感器，元器件较大。
同类产品体积较大，对于工业放射源中的数量最多的测厚仪等设备无法安装，也就无法进行监控(以无锡地区为例，测厚仪约占无锡工业放射源总数的80％)。
检测范围较窄，对于活度较低的放射源(3类以下)监控效果很不理想。
功能单一，仅能输出剂量率数值。
报警响应较慢，传感器只负责将数据上传，是否报警需在上传后进行判断。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种辐射信号传感器，内部集成剂量检测、位移检测、数据传输等多个功能，可作为组建放射源传感网络的核心设备，提高对放射源监管工作的信息化水平，最大限度的避免放射源丢失、被盗、失控等辐射安全事故，提高辐射应急快速反应能力。
按照本发明提供的技术方案，所述辐射信号传感器包括：GM计数管，GM计数管的输出通过整形滤波电路连接内核CPU，所述内核CPU的输入端还连接有时钟电路、复位电路，内核CPU的输出端连接有蜂鸣器报警电路、中断开关量输出电路。所述内核CPU采用单片机。
所述中断开关量输出电路包括内核CPU的中断信号输出端连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极接高电平，第三三极管的集电极通过第六电阻连接第四三极管的基极，第四三极管的发射极接地，第四三极管的基极和发射极之间连接第七电阻，第四三极管的集电极正向通过第五二极管接高电平，并连接继电器的输入端，继电器的触点控制开关量接口为断开还是连通。
所述时钟电路包括：在内核CPU的外部晶振时钟输出端和时钟输入端之间连接一个石英晶体振荡器并分别接有1个对地电容。
所述复位电路包括：在内核CPU的复位端依次连接第一电阻、第二电阻到高电平，第一电阻、第二电阻之间的节点连接第六二极管的阳极，第六二极管的阴极连接高电平，第一电阻、第二电阻之间的节点通过第八电容接地。
所述整形滤波电路包括：GM计数管的输出端通过第八电阻分别连接第十电阻和恒流源，恒流源通过并联的第九电阻和第十四电容接地；第十电阻另一端正向通过第四二极管接高电平并连接第一与非门的两个输入端，第一与非门的输出端连接第二与非门的两个输入端，第二与非门的输出端输出脉冲。
本发明的优点是：可靠性高、误报率低、灵敏度高；高度集成，体积小于常规的辐射传感器；功能强大，具备两路输出(剂量率输出、报警开关量输出)，传感器可直接用开关量报警；适用性广，对于测厚仪、料位计等较难监控的工业用放射源有很好的监控效果。
附图说明
图1是本辐射传感器设计结构框图
图2是本辐射传感器主要电路工作原理结构图
图3是中断开关量输出电路原理图。
图4是时钟电路原理图
图5是复位电路原理图
图6是整形滤波电路原理图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本辐射传感器采用功能较强的新型单片机技术制作而成，主要用来监测x射线和γ射线，具有体积小，功耗低，灵敏度高和稳定可靠等特点。
如图1所示，本辐射信号传感器包括：GM计数管，GM计数管的输出通过整形滤波电路连接内核CPU，所述内核CPU的输入端还连接有时钟电路了、复位电路，内核CPU的输出端连接有蜂鸣器报警电路、中断开关量输出电路、电源指示电路。各模块电路的电源采用电压稳压器提供。
如图2所示：本辐射传感器内部安装有灵敏度较高的GM计数管，此计数管可以通过能量补偿降低高低能响应的差别。传感器在x射线和γ射线的照射下，输出序列脉冲(脉冲输出数与射线剂量率相对应)，脉冲经过整形滤波电路转变成标准的脉冲输入内核CPU(新型单片机)，单片机将输入的脉冲经数字处理后，通过脉冲(测试端口)和辐射剂量率(串口通讯)的形式输出到外部。单片机在对输入脉冲做数字处理时，具有脉冲智能识别功能，快速准确的判断放射源是否丢失。若外部的放射源丢失，CPU控制以蜂鸣器报警和故障中断报警开关量方式输出。
基于系统安全、稳定和可靠性要求，本辐射传感器在硬件设计过程中采用了报警电路余度控制设计。即若系统在运行过程中自动检测到放射源出现故障(离线或丢失)时，系统会在发出内部蜂鸣器报警的同时向外部输出故障中断开关量信号，使外部开关量接收信号得到传感器故障信息。中断开关量输出电路如图3所示，包括：内核CPU的中断信号输出端连接第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的发射极接高电平VCC，第三三极管Q3的集电极通过第六电阻R6连接第四三极管Q4的基极，第四三极管Q4的发射极接地，第四三极管Q4的基极和发射极之间连接第九电阻R9，第四三极管Q4的集电极正向通过第五二极管D5接高电平VCC，并连接继电器JD1的输入端，继电器JD1根据CPU中断信号输出端的信号和上述电路控制开关量接口JCB1和JCB2的输出(即开关量接口JCB1和JCB2为断开还是连通状态)。
为了使单片机在进行数字运算和控制输出时，都能有有节奏顺利的进行就必须有时钟电路。本辐射传感器的微处理器在设计过程中采用内部振荡电路，即在单片机的外部晶振时钟输出端和时钟输入端XOUT和XIN之间连接一个石英晶体振荡器并接有2个对地电容，组成了完整的并联谐振电路输出时钟信号。时钟电路如图4所示。
如图5所示，复位电路包括：在内核CPU的复位端依次连接第一电阻R1、第二电阻R2到高电平VCC，第一电阻R1、第二电阻R2之间的节点连接第六二极管D6的阳极，第六二极管D6的阴极连接高电平VCC，第一电阻R1、第二电阻R2之间的节点通过第八电容C8接地。该复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号。为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。在本辐射传感器复位电路设计中增加了二极管在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。
整形滤波电路是本辐射传感器的研发设计过程中的重要部分，该部分设计的好坏直接关系到产品的质量和数据采集的准确度。该部分电路接收到来自G-M管(J614γ型卤素盖革计数管)传感器在x射线和γ射线的照射下产生的脉冲信号，经过整形滤波处理后送给微处理器进行数字运算。如图6所示，整形滤波电路包括：GM计数管的输出端通过第八电阻R8分别连接第十电阻R10和恒流源J1，恒流源J1通过并联的第九电阻R9和第十四电容C14接地；第十电阻R10另一端正向通过第四二极管D4接高电平VCC并连接第一与非门U4A的两个输入端，第一与非门U4A的输出端连接第二与非门U4C的两个输入端，第二与非门U4C的输出端输出脉冲。
本产品印制板在设计的过程中采用双面板设计，并在印制板双面附铜提高电路的抗干扰能力。
本辐射传感器使用了先进的智能脉冲技术。探测器在放射源射线照射下，输出序列脉冲，此脉冲数与射线剂量率相对应，经过整形后形成标准脉冲送入单片机，再经数字处理后，得到输出信息。
以对于工业用测厚仪的监控为例，目前无锡市工业用放射源约有80％为测厚仪，因此对于测厚仪的监控是无锡市部署放射源管理传感网络的重点。但是，从目前江苏省内已有几个城市建立了放射源管理传感网络的监控效果看，对于测厚仪、料位计等放射源设备的监控效果很不理想。
测厚仪的放射源在使用过程中常常发生移动，如果将辐射传感器安装于测厚仪旁，不随放射源移动，则由于放射源与传感器之间的距离时近时远，常常导致发生误报警。
本辐射信号传感器在设计之初就立足于解决此类问题，因此在产品的体积上较同类产品更为小巧，仅为55mm*75mm*20mm(约香烟盒大小)。在实际安装时，可直接贴合测厚仪上的放射源进行安装，使得在测厚仪的工作过程中，传感器始终和放射源一起运动，监测的结果也不会因距离变化而发生偏差。
传感器参数
探测器：GM管
能量响应：45KeV-3.0MeV
剂量率：0.01μSv/h-200μSv/h
测量周期：2s
标定：无需标定
环境温度：-50℃-90℃
标准R485口输出：剂量率，实时传输。
开关量输出：剂量率超出或低于设定区间时以开关量直接输出报警信号探测器体积不大于：55×75×20(单位：mm)。

Claims (6)

1.辐射信号传感器，其特征是：包括GM计数管，GM计数管的输出通过整形滤波电路连接内核CPU，所述内核CPU的输入端还连接有时钟电路、复位电路，内核CPU的输出端连接有蜂鸣器报警电路、中断开关量输出电路。
2.如权利要求1所述的辐射信号传感器，其特征是所述内核CPU采用单片机。
3.如权利要求1所述的辐射信号传感器，其特征是所述中断开关量输出电路包括内核CPU的中断信号输出端连接第三三极管(Q3)的基极，第三三极管(Q3)的发射极接高电平(VCC)，第三三极管(Q3)的集电极通过第六电阻(R6)连接第四三极管(Q4)的基极，第四三极管(Q4)的发射极接地，第四三极管(Q4)的基极和发射极之间连接第七电阻(R7)，第四三极管(Q4)的集电极正向通过第五二极管(D5)接高电平(VCC)，并连接继电器(JD1)的输入端，继电器(JD1)的触点控制开关量接口(JCB1，JCB2)为断开还是连通。
4.如权利要求1所述的辐射信号传感器，其特征是所述时钟电路包括：在内核CPU的外部晶振时钟输出端(XOUT)和时钟输入端(XIN)之间连接一个石英晶体振荡器并分别接有1个对地电容。
5.如权利要求1所述的辐射信号传感器，其特征是所述复位电路包括：在内核CPU的复位端依次连接第一电阻(R1)、第二电阻(R2)到高电平(VCC)，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)之间的节点连接第六二极管(D6)的阳极，第六二极管(D6)的阴极连接高电平(VCC)，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)之间的节点通过第八电容(C8)接地。
6.如权利要求1所述的辐射信号传感器，其特征是所述整形滤波电路包括：GM计数管的输出端通过第八电阻(R8)分别连接第十电阻(R10)和恒流源(J1)，恒流源(J1)通过并联的第九电阻(R9)和第十四电容(C 14)接地；第十电阻(R10)另一端正向通过第四二极管(D4)接高电平(VCC)并连接第一与非门(U4A)的两个输入端，第一与非门(U4A)的输出端连接第二与非门(U4C)的两个输入端，第二与非门(U4C)的输出端输出脉冲。
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Pledgor: Wuxi Dayu Science and Technology Co., Ltd.

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