CN103336209A - 一种核辐射监测系统故障诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于核辐射监测领域，提供一种核辐射监测系统故障诊断装置，包括模拟辐射探测器和故障诊断仪，可用于模拟辐射探测器与故障诊断仪互检，模拟辐射探测器对辐射监测系统信号处理装置进行故障诊断，故障诊断仪对真实辐射探测器进行故障诊断，诊断过程和诊断结果可存储与显示在计算机上。本发明结构简单，便于携带，使用方便，能够快速定位故障发生点，提高诊断效率，降低维修成本，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种核辐射监测系统故障诊断装置

技术领域

本发明属于核辐射监测系统设备维护领域，涉及一种核辐射监测系统故障诊断装置，适用于核电站和核动力舰船的系统维护和故障检修。

背景技术

一直以来，核电站或核动力舰船的故障检修都是依赖设备生产厂家的专业技术人员对故障进行排查和定位来诊断核辐射监测系统的故障检修模式，这种模式对检修人员的专业背景要求高，检修周期长，成本昂贵，严重制约了核电站安全生产和核动力舰船的在航时间。而且专业技术人员进行故障检修时选用的工具基本上包括万用表、脉冲信号发生器和电流信号发生器以及自制专用高压测量仪器等多种专业检修工具。这种同时需要携带多种检修工具的故障排查方式给技术维修人员在故障检修时造成了十分不便之处。因此，技术维修人员一直期盼着能拥有一款便携式多功能专用故障检修工具。

通过总结核辐射监测系统的故障维修经验，发现故障发生频率最高的是辐射探测器、连接电缆和核辐射监测系统的信号处理装置的某个或某几个方面。综上所述，现阶段急需一款便于携带的，能够快速定位故障发生点，提高诊断效率，降低维修成本的核辐射监测系统故障快速诊断装置。

发明内容

本发明的目的就是为了填补现有技术的空白之处，而提供一种核辐射监测系统故障诊断装置，其结构简单，便于携带，使用方便，诊断结果准确可靠。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种核辐射监测系统故障诊断装置，包括模拟辐射探测器和故障诊断仪，所述模拟辐射探测器由单片机、电源转换电路、高压脉冲和低压脉冲信号发生电路、4~20mA电流发生电路、模拟量采样电路、液晶显示驱动电路、按键控制电路以及单片机外围电路组成，所述高压脉冲和低压脉冲信号发生电路、4~20mA电流发生电路、模拟量采样电路、液晶显示驱动电路和按键控制电路均与单片机相连，电源转换电路的输出端为模拟辐射探测器各组成电路提供工作电压；所述故障诊断仪由单片机、电源转换电路、高压产生电路、高压控制电路、高压采样电路、高压脉冲和低压脉冲信号处理电路、4~20mA电流信号处理电路、串口通讯驱动电路、液晶显示驱动电路、按键控制电路以及单片机外围电路组成，所述高压脉冲和低压脉冲信号处理电路、4~20mA电流信号处理电路、高压产生电路、高压控制电路、高压采样电路、串口通讯驱动电路、液晶显示驱动电路和按键控制电路均与单片机相连，电源转换电路的输出端为故障诊断仪各组成电路提供工作电压。

在上述技术方案中，故障诊断仪与安装有故障诊断仪专用软件的计算机配合使用，用于计算机储存和显示诊断过程和诊断结果。

在上述技术方案中，所述模拟辐射探测器和故障诊断仪的电源转换电路相同，均采用电池组供电，电池组输出端经TEN8-2421WI芯片输出±12V，电池组输出端经TEN8-2411WI芯片输出+5V，+5V经SPX117-3.3稳压芯片输出+3.3V。

在上述技术方案中，所述模拟辐射探测器的模拟量采样电路包括+12V、-12V、正高压值、负高压值以及高压脉冲的正高压值的测量电路；故障诊断仪的高压采样电路包括正高压值和负高压值的测量电路；所述±12V的测量电路为+12V、-12V模拟量分别经分压电路得到取样电压，再经采样保持电路后输出电压作为采样信号分别输入到AD7327模数转换芯片的模拟输入通道，AD7327模数转换芯片的输出为高速串行接口，以SPI串口总线方式与单片机进行数据通讯；所述正高压值、负高压值和高压脉冲的正高压值的测量电路为正高压、负高压和高压脉冲的正高压模拟量分别经过一个分压电路得到高压取样值，再分别经RC滤波电路和采样保持电路后输出电压作为采样信号分别输入到AD7327芯片的模拟输入通道，AD7327模数转换芯片的输出端为高速串行接口，以SPI串口总线方式与单片机进行数据通讯。

在上述技术方案中，所述模拟辐射探测器的高压脉冲信号和低压脉冲信号发生电路采用LPC1768芯片单片机的PWM模块产生脉冲信号，经脉冲变压器隔离驱动电路隔离后输出低压脉冲信号，经脉冲变压器隔离驱动电路隔离再经过高压隔直后输出高压脉冲信号。

在上述技术方案中，所述模拟辐射探测器的4~20mA电流发生电路采用LPC1768芯片单片机产生一组数字量信号，经AD420数模转换芯片转换成4~20mA电流信号输出。

在上述技术方案中，所述故障诊断仪的高压产生电路由输出范围为+1400V~0V的正高压模块和输出范围为0V~-1000V的负高压模块的两个模块组成，所述高压控制电路采用单片机的SPI串口总线发送高压控制指令，SPI串口总线数据经AD5724数模转换芯片转换成高压控制信号，输出到正、负高压模块，与正、负高压模块组成一个高压可调电路，用于输出不同的电压值。

在上述技术方案中，所述故障诊断仪的高压脉冲和低压脉冲信号处理电路分为高压脉冲处理电路和低压脉冲信号处理电路，高压脉冲信号处理电路的输入端接高压脉冲输入信号，高压脉冲输入信号经高压隔直后进入型号为LM111的运算放大器的反相输入端，运算放大器的同相输入端接来自AD5724数模转换芯片的输出端的第一阈值电压，运算放大器的输出端的信号为高压脉冲计数率，高压脉冲计数率信号直接接LPC1768芯片单片机的定时器模块进行软件处理，软件处理结果经液晶显示电路在液晶屏上显示脉冲信号处理结果；低压脉冲信号处理电路的输入端接低压脉冲输入信号，低压脉冲输入信号进入型号为LM111的运算放大器的反相输入端，运算放大器的同相输入端接来自AD5724数模转换芯片的输出端的第二阈值电压，运算放大器的输出端的信号为低压脉冲计数率，低压脉冲计数率信号直接接LPC1768芯片单片机的定时器模块进行软件处理，软件处理结果经液晶显示电路在液晶屏上显示脉冲信号处理结果；所述第一阈值电压和第二阈值电压分别由单片机的软件设置，经SPI串口总线输出至AD5724数模转换芯片的串口输入引脚，再经由AD5724数模转换芯片的输出引脚输出。

在上述技术方案中，所述故障诊断仪的电流信号处理电路的输入端接4~20mA电流信号，4~20mA电流信号经100欧姆电阻转换为0.4V~2V的电压信号，再经滤波电路、AD7327模数转换芯片，以SPI串口总线数据方式经单片机信号处理后接液晶显示电路。

在上述技术方案中，所述故障诊断仪的串口通讯驱动电路采用串口驱动芯片ADM3251E将故障诊断仪的诊断信息经RS232串口传输给计算机，用于计算机储存和显示诊断过程和诊断结果。

本发明可以用于模拟辐射探测器与故障诊断仪互检，检测过程可存储和显示在计算机上；模拟辐射探测器对辐射监测系统信号处理装置进行故障诊断；故障诊断仪对真实辐射探测器进行故障诊断，诊断过程和诊断结果可存储与显示在计算机上。本发明结构简单，便于携带，使用方便，能够快速定位故障发生点，提高诊断效率，降低维修成本，具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

图1为本发明中模拟辐射探测器的电路系统结构框图。

图2为本发明中故障诊断仪的电路系统结构框图。

图3为本发明中电源转换电路的电路连接图一。

图4为本发明中电源转换电路的电路连接图二。

图5为本发明中模拟量采样电路的电路连接图。

图6为本发明中高压脉冲和低压脉冲信号发生电路的电路连接图。

图7为本发明中4~20mA电流发生电路的电路连接图。

图8为本发明中高压产生电路和高压控制电路的电路连接图。

图9为本发明中高压脉冲和低压脉冲信号处理电路的电路连接图。

图10为本发明中4~20mA电流信号处理电路的电路连接图。

图11为本发明中串口通讯驱动电路的电路连接图。

图12为模拟辐射探测器与故障诊断仪互检示意图。

图13为故障诊断仪检测辐射探测器示意图。

图14为模拟辐射探测器检测辐射监测系统信号处理装置示意图。

其中：1. 模拟辐射探测器，2. 故障诊断仪，3. 装有故障诊断仪专用软件的计算机，4.辐射探测器，5.辐射监测系统信号处理装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。

本实施例提供一种核辐射监测系统故障诊断装置，包括模拟辐射探测器和故障诊断仪。

其中，如图1所示，模拟辐射探测器包括：电源转换电路，用于产生±12V，+5V，+3.3V电源；高压脉冲信号和低压脉冲信号发生电路；4~20mA电流发生电路；模拟量采样电路，用于对±12V和各种施加于辐射探测器上的正、负高压值以及高压脉冲的正高压值进行采样；液晶显示驱动电路和按键控制电路以及单片机外围电路等。所述高压脉冲信号和低压脉冲信号发生电路、4~20mA电流发生电路、模拟量采样电路、液晶显示驱动电路和按键控制电路均与单片机相连，电源转换电路的输出端为模拟辐射探测器各组成电路提供工作电压。

如图2所示，故障诊断仪包括：电源转换电路，用于产生±12V，+5V，+3.3V电源；高压产生电路和高压控制电路，可以模拟各种施加于辐射探测器上的高压值，高压产生电路用于产生某个固定的高压值，当需要切换辐射监测通道时，高压模块可以通过高压控制电路输出该监测通道所需的高压值；高压采样电路，用于对各种施加于辐射探测器上的正高压值或负高压值进行采样；高压脉冲和低压脉冲信号处理电路用于对输入的高压脉冲信号和低压脉冲信号进行分析与处理；4~20mA电流信号处理电路用于对输入的电流进行信号处理；与装有故障诊断仪专用软件的计算机通讯的串口通讯驱动电路；液晶显示驱动电路和按键控制电路以及单片机外围电路等。所述高压脉冲和低压脉冲信号处理电路、4~20mA电流信号处理电路、高压产生电路和高压控制电路、高压采样电路、串口通讯驱动电路、液晶显示驱动电路和按键控制电路均与单片机相连，电源转换电路的输出端为故障诊断仪各组成电路提供工作电压。

在上述实施例中，所述模拟辐射探测器和故障诊断仪的电源转换电路相同，如图3、4所示，均采用电池组供电，电池组输出端经TEN8-2421WI芯片输出±12V，电池组输出端经TEN8-2411WI芯片输出+5V，+5V经SPX117-3.3稳压芯片输出+3.3V。

在上述实施例中，所述模拟辐射探测器的模拟量采样电路和故障诊断仪的高压采样电路原理基本相同，区别在于模拟辐射探测器需要测量的模拟量包括±12V和正、负高压值以及高压脉冲的正高压值；故障诊断仪需要测量的模拟量为正、负高压值。如图5所示，所述±12V的测量电路是+12V、-12V模拟量分别经R1、R2和R3、R4组成的分压电路，得到取样电压，再分别经过采样保持电路即取样电压从运算放大器OP1A和OP1B的同相输入端输入，运算放大器OP1A和OP1B的反相输入端与输出端短接，运算放大器OP1A和OP1B输出的电压作为采样信号分别输入到AD7327模数转换芯片的模拟输入通道，AD7327芯片的输出端为高速串行接口，与单片机的SPI串口连接，经单片机处理后获得模拟量的测量值。所述正、负高压值以及高压脉冲的正高压值的模拟量的测量电路，则是使正高压值、负高压值和高压脉冲信号的正高压值分别经过R5、R6、RP1和R7、R8、RP2以及R9、R10、RP3组成的分压电路，获得取样电压，取样高压分别经R11、R12、C19、C20和R14、R15、C21、C22以及R17、R18、C23、C24组成的RC滤波电路，其输出与采样保持电路相连，即输出分别与运算放大器OP3A、OP2A、OP2B的同相输入端相连，运算放大器OP3A、OP2A、OP2B的反相输入端与输出端短接，运算放大器OP3A、OP2A、OP2B输出的电压作为采样信号分别输入到AD7327芯片的模拟输入通道，然后以SPI串口总线数据方式，送入单片机进行处理，即获得模拟量的测量值。其中，RP1、RP2 、RP3电位器的作用是微调高压采样值，R5、R7、 R9分别为33MΩ的大电阻。

在上述实施例中，如图6所示，模拟辐射探测器的高压脉冲和低压脉冲信号发生电路，是利用LPC1768芯片单片机的PWM模块产生脉冲信号，经脉冲变压器隔离驱动电路进行隔离后输出低压脉冲信号，高压脉冲信号则需再经过高压隔直。

在上述实施例中，如图7所示，模拟辐射探测器的4~20mA电流发生电路，是利用LPC1768芯片单片机产生一组数字量信号，经AD420数模转换芯片转换成一组4~20mA电流信号输出。

在上述实施例中，如图8所示，故障诊断仪的高压及其控制电路，包括高压产生电路和高压控制电路。高压产生电路由高压输出范围为+1400V~0V的正高压模块和高压输出范围为0V~-1000V的负高压模块组成，高压控制电路是利用单片机的SPI串口总线发送高压控制指令，SPI串口总线数据经型号为AD5724的DAC芯片转换成一个高压控制信号，输出到正、负高压模块，与正、负高压模块组成高压可调电路。

在上述实施例中，如图9所示，所述故障诊断仪的高压脉冲和低压脉冲信号处理电路分为高压脉冲处理电路和低压脉冲信号处理电路，高压脉冲信号处理电路的输入端接高压脉冲输入信号，高压脉冲输入信号经高压隔直后进入型号为LM111的运算放大器的反相输入端，运算放大器的同相输入端接来自AD5724数模转换芯片的输出端的阈值电压1，运算放大器的输出端的信号为高压脉冲计数率cps，高压脉冲计数率cps信号直接接LPC1768芯片单片机的定时器模块进行软件处理，软件处理结果经液晶显示电路在液晶屏上显示脉冲信号处理结果；低压脉冲信号处理电路的输入端接低压脉冲输入信号，低压脉冲输入信号进入型号为LM111的运算放大器的反相输入端，运算放大器的同相输入端接来自AD5724芯片的输出端的阈值电压2，运算放大器的输出端的信号为低压脉冲计数率cps，低压脉冲计数率cps信号直接接LPC1768芯片单片机的定时器模块进行软件处理，软件处理结果经液晶显示电路在液晶屏上显示脉冲信号处理结果；所述阈值电压1和阈值电压2分别由单片机的软件设置，经SPI串口总线输出至AD5724数模转换芯片的串口输入引脚，再经由AD5724数模转换芯片的输出引脚输出。

在上述实施例中，如图10所示，故障诊断仪的4~20mA电流信号处理电路，是将4~20mA电流信号通过一个大小为100欧姆的电阻，转换为0.4V~2V的电压信号，然后经过滤波电路和AD7327模数转换芯片，以SPI串口总线数据方式经单片机信号处理后在液晶屏上显示某个通道的电流检测结果。

在上述实施例中，如图11所示，故障诊断仪的串口通讯驱动电路，是采用串口驱动芯片ADM3251E将故障诊断仪的诊断信息经RS232串口传输给装有故障诊断仪专用软件的计算机，用于计算机储存和显示诊断过程和诊断结果。

本发明核辐射监测系统故障诊断装置可以用于模拟辐射探测器与故障诊断仪互检、模拟辐射探测器对辐射监测系统信号处理装置进行故障诊断、故障诊断仪对真实辐射探测器进行故障诊断，诊断过程和诊断结果可存储与显示在计算机上。

应用本发明装置排查故障的方法如下：

1，如图12所示，模拟辐射探测器1与故障诊断仪2对接，进行功能互检，若两个仪表工作正常，则可进行辐射监测系统的故障排查工作。

2，如图13所示，故障诊断仪2与真实辐射探测器4对接（根据探测器的接口连接器类型选择合适的接插件适配器），故障诊断仪通过RS232串口与装有故障诊断仪专用软件的计算机3连接。打开故障诊断仪，选择与真实辐射探测器类型一致的通道，在故障诊断仪上和计算机屏幕上观察诊断过程和诊断结果，如果诊断结果显示正常，则说明辐射探测器端工作正常，那么很有可能故障出现在信号处理装置端；如果诊断结果显示不正常，则有可能是辐射探测器端出现故障。

3，如图14所示，模拟辐射探测器1与辐射监测系统信号处理装置5对接，如果信号处理装置工作不正常，更换电缆，再对接，如果信号处理装置工作正常，则说明连接电缆有问题；如果信号处理装置工作仍不正常，则说明信号处理装置发生故障。

本发明中的两个仪表模拟辐射探测器和故障诊断仪可分别装在体积为170×105×75mm、215×125×60mm的密闭的铝合金机箱中，供电采用12节AA Ni-MH充电电池，连续工作可达6小时以上，是一种便携式仪表。

综上所述，本发明中的模拟辐射探测器可设计成万用表大小的便携式信号发生器，可以模拟所有辐射探测器的特征脉冲信号或特征电流信号，以及±12V电源信号，能够代替真实辐射探测器与核辐射监测系统信号处理装置实现对接，也可以与故障诊断仪对接；故障诊断仪可设计为大小与模拟辐射探测器相近的便携式仪表，可以模拟所有核辐射监测系统信号处理装置的信号输入输出特征，能够与模拟辐射探测器对接，也能够代替真实核辐射监测系统的信号处理装置，与真实辐射探测器，包括电离室型、氦3管型、G-M管型、闪烁体型等类型的辐射探测器实现对接。其诊断过程和诊断结果可以通过故障诊断仪专用软件显示在计算机上，诊断数据可以存储在计算机上。

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种核辐射监测系统故障诊断装置，包括模拟辐射探测器和故障诊断仪，其特征是：所述模拟辐射探测器由单片机、电源转换电路、高压脉冲和低压脉冲信号发生电路、4~20mA电流发生电路、模拟量采样电路、液晶显示驱动电路、按键控制电路以及单片机外围电路组成，所述高压脉冲和低压脉冲信号发生电路、4~20mA电流发生电路、模拟量采样电路、液晶显示驱动电路和按键控制电路均与单片机相连，电源转换电路的输出端为模拟辐射探测器各组成电路提供工作电压；所述故障诊断仪由单片机、电源转换电路、高压产生电路、高压控制电路、高压采样电路、高压脉冲和低压脉冲信号处理电路、4~20mA电流信号处理电路、串口通讯驱动电路、液晶显示驱动电路、按键控制电路以及单片机外围电路组成，所述高压脉冲和低压脉冲信号处理电路、4~20mA电流信号处理电路、高压产生电路、高压控制电路、高压采样电路、串口通讯驱动电路、液晶显示驱动电路和按键控制电路均与单片机相连，电源转换电路的输出端为故障诊断仪各组成电路提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的核辐射监测系统故障诊断装置，其特征是：所述模拟辐射探测器和故障诊断仪的电源转换电路相同，均采用电池组供电，电池组输出端经TEN8-2421WI芯片输出±12V，电池组输出端经TEN8-2411WI芯片输出+5V，+5V经SPX117-3.3稳压芯片输出+3.3V。

3.根据权利要求1所述的核辐射监测系统故障诊断装置，其特征是：所述模拟辐射探测器的模拟量采样电路包括+12V、-12V、正高压值、负高压值以及高压脉冲的正高压值的测量电路；故障诊断仪的高压采样电路包括正高压值、负高压值的测量电路；所述+12V、-12V的测量电路为+12V、-12V模拟量分别经分压电路输出取样电压，再经采样保持电路输出电压采样信号，电压采样信号分别输入到AD7327模数转换芯片的模拟输入通道，AD7327模数转换芯片的输出为高速串行接口，与单片机的SPI串口连接；所述正高压值、负高压值和高压脉冲的正高压值的测量电路为正高压、负高压和高压脉冲的正高压模拟量分别经过分压电路输出取样电压，再经RC滤波电路和采样保持电路后输出电压采样信号，电压采样信号分别输入到AD7327模数转换芯片的模拟输入通道，AD7327模数转换芯片的输出为高速串行接口，与单片机的SPI串口连接。

4.根据权利要求1所述的核辐射监测系统故障诊断装置，其特征是：所述模拟辐射探测器的高压脉冲和低压脉冲信号发生电路为LPC1768芯片单片机的PWM模块产生脉冲信号，经脉冲变压器隔离驱动电路隔离后输出低压脉冲信号，经脉冲变压器隔离驱动电路隔离再经过高压隔直后输出高压脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的核辐射监测系统故障诊断装置，其特征是：所述模拟辐射探测器的4~20mA电流发生电路为LPC1768芯片单片机输出一组数字量信号，该数字量信号经型号为AD420的数模转换芯片转换成4~20mA电流信号输出。

6.根据权利要求1所述的核辐射监测系统故障诊断装置，其特征是：所述故障诊断仪的高压产生电路由输出范围为+1400V~0V的正高压模块和输出范围为0V~-1000V的负高压模块组成，高压控制电路采用单片机的SPI串口总线输出高压控制指令，SPI串口总线数据经AD5724数模转换芯片转换成高压控制信号输出到正、负高压模块，与正、负高压模块组成高压可调电路。

7.根据权利要求1所述的核辐射监测系统故障诊断装置，其特征是：所述故障诊断仪的高压脉冲和低压脉冲信号处理电路包括高压脉冲信号处理电路和低压脉冲信号处理电路，高压脉冲信号处理电路的输入端接高压脉冲输入信号，高压脉冲输入信号经隔直电容进行高压隔直，得到的脉冲信号经比较放大电路与第一阈值电压进行比较，比较器输出高压脉冲计数率信号，高压脉冲计数率信号接LPC1768芯片单片机的定时器模块，低压脉冲信号处理电路的输入端接低压脉冲输入信号，低压脉冲输入信号经比较放大电路与第二阈值电压比较，比较器输出得到低压脉冲计数率信号，低压脉冲计数率信号接LPC1768芯片单片机的定时器模块；所述第一阈值电压和第二阈值电压分别由单片机的软件设置，经SPI串口总线输出至AD5724数模转换芯片的串口输入引脚，再经由AD5724数模转换芯片的输出引脚输出。

8.根据权利要求1所述的核辐射监测系统故障诊断装置，其特征是：所述故障诊断仪的4~20mA电流信号处理电路的输入端接4~20mA电流信号，4~20mA电流信号经100欧姆电阻转换为0.4V~2V的电压信号，再经滤波电路、AD7327模数转换芯片后以SPI串口总线数据方式输出至单片机。

9.根据权利要求1所述的核辐射监测系统故障诊断装置，其特征是：所述故障诊断仪的串口通讯驱动电路采用串口驱动芯片ADM3251E。

Images