CN102183780B

CN102183780B - 一种高放环境下的核素识别装置

Info

Publication number: CN102183780B
Application number: CN201110037525A
Authority: CN
Inventors: 庹先国; 王磊; 成毅; 李哲; 杨剑波; 刘明哲; 余小平
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2031-02-14
Also published as: CN102183780A

Abstract

本发明公开了一种高放环境下的核素识别装置，该装置由数字化γ能谱获取系统、监测主机、移动设备、无线网络组成，其中数字化γ能谱获取系统、移动设备由监测主机通过无线网络进行控制。本发明的有益效果：在高放环境下实现了全自动化核素探测，避免了在高放环境工作人员实施人工探测时，工作人员受到的潜在健康危害并克服了人工探测的不足，同时还解决了传统核素探测时，信息采集有限的问题。

Description

一种高放环境下的核素识别装置

技术领域

本发明涉及一种在高放射环境下能进行核素识别的智能设备。

背景技术

在高放环境下，开展核素识别工作是核退役、核应急中非常重要的工作，其最大的特点在于：一是放射性核素释放γ射线，并对进入辐射场的物体或生物体能产生辐射损伤，人员进入现场探测非常危险；二是探测区域常常是封闭区域或被隔离区域，有线探测受限；三是γ辐射探测具有统计性特点。

目前，高放环境下核素识别主要方法包括一、人员携带设备进入到辐射场中，开展现场γ辐射探测，需要对人员采取严格的防护保护，探测操作比较繁琐，对工作人员存在潜在威胁；二、采用带伸缩臂的探头，进行探测，这种方法受限于伸缩臂的长度；三、在关键位置安装γ辐射探测装置，并施工布线将探测信息传输到控制中心，该方法一般只探测剂量率而不能获得更丰富的信息，并且这种方法施工量较大，在高放环境中，实施难度教大。

目前针对高放环境下核素识别存在的不足之处主要集中在：一、自动化程度不高、工作人员现场测量不仅危险，而且费时费力；二、测量信息单一，不能满足分析决策需要；三、由于测量手段的限制，高放环境下测量几乎无法开展。一种可以代替工作人员进入高放环境开展测量工作，获取丰富探测信息的核素识别智能装置显得非常重要。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种高放环境下的核素识别装置，该装置由数字化γ能谱获取系统、监测主机、移动设备、无线网络组成；

移动设备包括机器人探测手臂、机器人移动机构、机器人视觉系统，各单元中均设有远程通信收发电路，机器人移动机构包括伺服电机、伺服驱动器和控制单元，可直行、后退、向左前行、向右前行、向左后退、向右后退，机器人探测手臂上设有固定数字化γ能谱获取系统的结构和控制单元，机器人视觉系统则包括一可变焦摄像头和其控制单元；

数字化γ能谱获取系统由NaI（Tl）探测器、前置放大器、主放大器、数字多道、电源模块、远程通信收发电路组成，NaI（Tl）探测器、前置放大器、主放大器、数字多道模块、远程通信收发电路依次相连，电源模块分别与探测器、前置放大器、主放大器、数字多道、远程通信收发电路连接；

无线网络则由各远程通信收发电路以及无线局域网路由器和监测主机组成，用于数据传输。

其中，所述数字多道采用FPGA控制高速ADC将模拟脉冲信号转换为数字信号，并采用DSP对其进行低通数字滤波、脉冲幅度分析，并获得多道能谱。

所述机器人探测手臂具有3个自由度，由控制单元控制根据需要调整数字化γ能谱获取系统的位置，并可任意调整γ辐射探测器角度。

所述NaI（Tl）探测器由NaI(Tl)闪烁体、光导、光电倍增管组成，实现γ辐射信号到电脉冲信号的转换。

本发明的有益效果：在高放环境下实现了全自动化核素探测，避免了在高放环境工作人员实施人工探测时，工作人员受到的潜在健康危害并克服了人工探测的不足，同时还解决了传统核素探测时，信息采集有限的问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中数字化γ能谱获取系统系统框图；

图3为本发明中数字多道模块结构框图；

图4为本发明中无线通信系统结构框图；

图5为本发明中机器人探测手臂结构框图；

图6为本发明中机器人移动机构结构框图；

图7为本发明中机器人视觉系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更详细说明。

参阅图1，一种高放环境下的核素识别装置，该装置由数字化γ能谱获取系统、监测主机、移动设备、无线网络组成。

参阅图2，数字化γ能谱获取系统由NaI（Tl）探测器、前置放大器、主放大器、数字多道、远程通信收发电路、高压电源模块、低压电源模块组成，探测器、前置放大器、主放大器、数字多道、远程通信收发电路依次相连；高压电源模块与NaI（Tl）探测器相连；低压电源模块与前置放大器、主放大器、数字多道、远程通信收发电路连接，探测器实现γ辐射信号到电脉冲信号的转换。其中，NaI（Tl）探测器由NaI(Tl)闪烁体、光导、光电倍增管组成，实现γ辐射信号到电脉冲信号的转换。

参阅图3，数字多道模块包括高速ADC芯片、FPGA、时钟源一、时钟源二。其中FPGA控制高速ADC芯片将模拟脉冲信号转换为数字信号，并在FPGA中建立缓存一、低通数字滤波、缓存二、脉冲幅度分析，最终获得多道能谱，然后传送至远程收发电路一。

参阅图4，无线通信系统采用无线局域网构建，用于传送监测主机对核素识别装置运动控制命令、接收装置返回状态信息、传送γ射线探测启动及停止命令、接收数字化γ能谱获取系统返回多道能谱数据、传送机器人视觉系统采集图像数据。其中包括无线局域网路由器、监测主机、数字化γ能谱获取系统中远程收发电路一、机器人移动机构和机器人探测手臂控制单元共用远程收发电路二、机器人视觉系统中远程收发电路三。远程收发电路一、远程收发电路二、远程收发电路三经由无线路由器与监测主机进行信息交流。

参阅图5，机器人探测手臂用于承载γ射线探测器，该手臂具有3个自由度，可根据需要调整γ射线探测器的位置，可以任意调整探测器角度。其中1号关节连接探测器，1号驱动器驱动1号关节转动；2号驱动器驱动1号关节转动；3号驱动器驱动1号关节转动；关节连接至机器人移动机构。

参阅图6，机器人移动机构为轮式驱动，可直行、后退、向左转向前行、向右转向前行、向左转向后退、向右转向后退。实现核素识别装置的运动控制。其中中心控制单元接收来至远程监测主机的控制命令，然后控制左后轮驱动和右前轮驱动分别驱动左后轮和右前轮，实现前移和后移；控制转向驱动驱动左前轮和右前轮实现转向功能；中心控制单元还负责将各个驱动的运动状态返回到监测主机；系统电源向转向驱动、左后轮驱动、右后轮驱动、远程收发电路三提供电源。

参阅图7，摄像头控制单元通过远程收发电路三接收来至远程监测主机的控制信息，调整摄像头的焦距，然后将图像信息传输至远程监测主机。

使用本发明时，首先通过监测主机发送控制命令，移动到检测区域，采集数据，传输数据，返回。在高放环境下实现了全自动化核素探测，避免了在高放环境工作人员实施人工探测时，工作人员受到的潜在健康危害并克服了人工探测的不足，同时还解决了传统核素探测时，信息采集有限的问题。

Claims

1.一种高放环境下核素识别装置，其特征在于：该装置由数字化γ能谱获取系统、监测主机、移动设备、无线网络组成；

移动设备包括机器人探测手臂、机器人移动机构、机器人视觉系统，机器人探测手臂、机器人移动机构共用远程收发电路二，机器人视觉系统中设有远程收发电路三，机器人移动机构包括伺服电机、伺服驱动器和控制单元一，可直行、后退、向左前行、向右前行、向左后退、向右后退，机器人探测手臂上设有固定数字化γ能谱获取系统的结构和控制单元二，机器人视觉系统则包括一可变焦摄像头和其控制单元三；

数字化γ能谱获取系统由NaI（Tl）探测器、前置放大器、主放大器、数字多道模块、电源模块、远程收发电路一组成，NaI（Tl）探测器、前置放大器、主放大器、数字多道模块、远程收发电路一依次相连，电源模块分别与NaI（Tl）探测器、前置放大器、主放大器、数字多道模块、远程收发电路一连接；

无线网络则由各远程收发电路以及无线局域网路由器和监测主机组成，用于数据传输；

其中，所述数字多道模块采用FPGA控制高速ADC将模拟脉冲信号转换为数字信号，并采用DSP对其进行低通数字滤波、脉冲幅度分析，并获得多道能谱。

2.根据权利要求1所述一种高放环境下核素识别装置，其特征在于：所述NaI（Tl）探测器由NaI(Tl)闪烁体、光导、光电倍增管组成，实现γ辐射信号到电脉冲信号的转换。