CN103364607A

CN103364607A - 用于温度补偿验证的高压离子室的自加热静电计

Info

Publication number: CN103364607A
Application number: CN2013101033949A
Authority: CN
Inventors: D.J.麦科米克
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-10-23
Also published as: EP2645130A2; US20130256550A1; KR20130111463A; US9024618B2; JP2013205416A

Abstract

提供用于验证静电计的温度补偿校正因数准确性的设备和方法。该静电计包括用于将电流信号转换成电压信号的电放大器。该静电计还包括用于修改电压信号用于温度补偿的补偿电路。该静电计进一步包括用于引发电放大器和补偿电路的温度改变的热产生装置。还提供环境辐射监测器。该环境辐射监测器包括电力供应、高压电离室和静电计。该方法包括提供环境辐射监测器、在第一时间测量电压信号、激活热产生装置、在第二时间测量电压信号和比较两个测量的电压信号的值。

Description

用于温度补偿验证的高压离子室的自加热静电计

技术领域

本发明涉及静电计中温度补偿的验证，并且具体地涉及使用热应用的静电计中温度补偿的验证。

背景技术

静电计用于将相对低的安培电流信号转换成电压信号以用于处理。在一个示例中，静电计可以用于转换来自环境辐射监测器的高压电离室的输出的低的安培电流信号。在一个示例中，一个或多个环境辐射监测器可以部署在靠近例如核发电站的已知辐射源的现场中来监测辐射水平。当然，环境辐射监测器可以部署在可期望以监测辐射水平的任何地方。如此，环境辐射监测器可以经受各种环境条件。这些环境条件可包括温度变化。

温度改变可以引发静电计的一些操作组件的操作漂移，其可以使监测器的性能不可靠。这样的操作改变可以称为温度漂移。校正因数被实现到静电计的操作组件中来补偿温度漂移。其他因数可能负面地影响静电计的校正因数性能。例如，与静电计的关键部件接触的诸如增加的湿气或水珠的水的形式可能负面地影响校正因数。在另一个示例中，维修技术人员可已将不正确的校正因数实现到静电计中。在再另一个示例中，校正因数可简单地已被电子控制器“丢失”。这些事件中的每个可使环境辐射监测器的辐射读数有时不稳定，或甚至一直是错误的。因此，环境辐射监测器的最终用户难以确定校正因数是否随时间的推移而保持为准确的。因此，需要有用于验证静电计的温度补偿校正因数准确性的改进的设备和方法。

发明内容

下列概要呈现简化的概要以便提供本文中讨论的系统和/或方法的一些方面的基本理解。该概要不是本文中讨论的系统和/或方法的广泛的概述。不意在识别主要/关键要素或描绘这样的系统和/或方法的范围。其独特目的是采用简化形式呈现一些概念作为稍后呈现的更详细描述的序言。

本发明的一个方面提供一种静电计，其包括接收电流信号的电放大器。该电放大器配置成将电流信号转换成电压信号。该静电计还包括补偿电路，其电连接到该电放大器。该补偿电路配置成修改电压信号。该静电计进一步包括热产生装置。该热产生装置配置成引发电放大器和补偿电路的温度改变。

本发明的另一个方面提供一种环境辐射监测器，其包括电力供应和电连接到该电力供应的高压电离室。该高压电离室配置成产生电流信号。该环境辐射监测器还包括与该高压电离室电连接的静电计。该静电计包括接收电流信号的电放大器。该电放大器配置成将电流信号转换成电压信号。该静电计还包括补偿电路，其电连接到电放大器。该补偿电路配置成修改电压信号。该静电计还包括热产生装置。该热产生装置配置成引发电放大器和补偿电路的温度改变。

本发明的另一个方面提供一种对环境辐射监测器实施温度补偿测试循环的方法。该方法包括提供环境辐射监测器。该环境辐射监测器包括电力供应和电连接到该电力供应的高压电离室。该高压电离室配置成产生电流信号。该环境辐射监测器还包括与该高压电离室电连接的静电计。该静电计包括接收电流信号的电放大器。该电放大器配置成将电流信号转换成电压信号。该静电计还包括补偿电路，其电连接到电放大器。该补偿电路配置成修改电压信号。该静电计还包括热产生装置。该热产生装置配置成引发电放大器和补偿电路的温度改变。该方法进一步包括在第一时间测量电压信号。该方法还包括激活热产生装置。该热产生装置引发电放大器和补偿电路的温度改变。该方法进一步包括在第二时间测量电压信号。该方法还包括将在第一时间测量的电压信号的值与在第二时间的电压信号的值比较。该比较指示静电计温度补偿的准确性。

附图说明

当参照附图阅读下列描述时，本发明的前述和其他优点将对于本发明所涉及的领域内技术人员变得明显，其中：

图1是具有要在现场应用中使用的关联设备的一示例布置中的一示例环境辐射监测器的示意立体图；

图2是具有打开的盖子的图1的环境辐射监测器的示意立体图；

图3是示出有如在图1的环境辐射监测器中使用的高压电离室和控制器的一示例自加热静电计的示意电气图；以及

图4是对环境辐射监测器实施温度补偿测试循环的一示例方法的顶层流程图。

具体实施方式

包含本发明的一个或多个方面的示例实施例在图中描述并且图示。这些图示的示例不意在成为对本发明的限制。例如，本发明的一个或多个方面可以在其他实施例以及甚至其他类型的装置中利用。此外，在本文中使用某些术语只是为了方便并且不看作是对本发明的限制。再另外，在图中，采用相同的参考数字用于指示相同的要素。

环境辐射监测器10的一示例实施例示意地在图1内示出。该环境辐射监测器10在具有现场应用中的关联设备的一个示例布置12中示出。要意识到图1仅示出可能的结构/配置/等的一个示例并且在本发明的范围内预想其他示例。一般地，这样的布置12被置于外部位置处使得环境辐射监测器10可以在当地大气中执行监测低水平gamma辐射的功能。要意识到gamma辐射可来自已知源或有时来自未知源。

布置12可以包括关联的设备，例如位于保护外壳14内的控制包。这样的其他关联的设备结合环境辐射监测器10一起操作。还可以在布置12内提供外部电力供应，例如位于保护外壳18内的电池。电力供应可以用于在布置12内提供电力，其包括由环境辐射监测器10的可能使用。环境辐射监测器10、位于保护外壳14内的控制包以及位于保护外壳18内的外部电力供应可以位于任何结构配置上。在示出的示例内，布置12的这些部分位于从中心柱26延伸的第一臂20和第二臂24上。该中心柱26充当用于操作设备的坚固支承同时使布置12锚定在期望的位置。

布置12的另外的关联设备可包括太阳电池板阵列30。太阳电池板阵列30可以配置成供应电荷给例如电池的外部电力供应。还可以在布置12内提供通信设备（包括天线36）以允许控制包与远程定位的装置/网络/等（未示出）之间的通信。例如，天线36可以传送信号（其运送来自环境辐射监测器10的采集数据）并且从远程定位的装置/网络/等接收软件更新。

要意识到在图1中示出的布置12是非限制性的并且还预想其他布置。例如，环境辐射监测器10和关联的设备可以容置在封闭结构内，其典型地具有容置气象测量设备的结构。封闭结构的至少一个壁或门可以包括天窗以允许封闭结构的内部与外部之间的空气的自由交换。在另一个示例中，环境辐射监测器10和关联的设备可以位于移动装置上。环境辐射监测器10可以在许多不同的布置12中使用并且环境辐射监测器10可以单独使用或多个一起使用来测量例如流动路径、浓度等的环境辐射水平的各个方面。

转向图2，示出环境辐射监测器10的一示例示意表示。环境辐射监测器10可以包括保护外壳40，其包括盖子42。尽管未示出，盖子42可以采用许多方式附连到外壳40，其包括但不限于，铰链、门闩、压配合等。外壳40包括内部体积44，其为环境辐射监测器10的单独组件提供空间。外壳40与盖子42的配合面中的一个或多个可以提供有密封件。要意识到外壳40的内部体积44可以被密封使得在环境辐射监测器10的现场部署期间很少的或没有环境大气可以进入保护外壳40。除免受例如湿气的大气条件影响外，外壳40和盖子42还可以有助于保护环境辐射监测器10免受物理损坏。在操纵或部署期间免受物理损坏的保护可以由内部体积44内一定量的缓冲材料（为了清楚起见未示出）提供。缓冲材料可以包括发泡聚苯乙烯、泡沫橡胶或趋于降低冲击、快速减速等的影响的许多其他材料。

在图2中示出的环境辐射监测器10的示意表示包括环境辐射监测器10的一些单独组件的一个可能的布置。高压电离室46位于内部体积44内。高压电离室46配置成生成与进入高压电离室46的gamma辐射的量成比例的电流信号的输出。高压电离室46的外壁可以包括附连的静电计外壳48，其配置成包含将在下文描述的电子电路。静电计外壳48可以由金属或可以相对容易地传送热量的其他材料构造。静电计外壳48还可以被密封使得在环境辐射监测器10的现场部署期间很少的或没有环境大气可以进入静电计外壳48。静电计外壳48内的电子电路和高压电离室46中的一个或两个可以通过线52电连接到控制器50。

转向图3，示出可以在一示例环境辐射监测器10中使用的一示例静电计56的电示意图。环境辐射监测器10包括电力供应60。该电力供应可以是外壳18内的电力供应和/或被提供有来自其的电力的独立的电力组件。高压电离室46通过线62电连接到电力供应60。在一个示例中，电力供应60提供400伏信号给高压电离室46，尽管预想其他适合的电力供应信号。电力供应60可以位于外壳40外部（在图2中看得最清楚）或在外壳40的内部体积44内。

高压电离室46生成与进入高压电离室46的gamma辐射的量成比例的电流信号66。电流信号66可以具有相对小的幅度。在一个示例中，电流信号66是大约1 x 10^-11安培（amps）。在另一个示例中，电流信号66是大约1 x 10^-13amps。电流信号66沿线68从高压电离室46传到静电计56。

静电计56可以包含在静电计外壳48内。静电计56包括运算放大器（op amp）72，其是电放大器的一个示例。op amp 72接收电流信号66，并且将电流信号66转换成电压信号74，其能由控制器50读取。静电计56包括电连接到op amp 72的补偿电路76。在一个示例中，补偿电路76可以包括并联电连接的电阻器78、电容器80和开关82。

可以使将电流信号66输入转换成可读电压信号74输出的过程变复杂的一个因数是温度漂移。所得的电压信号74由V=I x R的关系支配，其中V代表电压信号74，I代表电流信号66，并且R代表静电计56的电阻。电阻值R作为操作温度变化的函数而变化。因此，即使具有代表对gamma辐射的恒定暴露的恒定电流信号66，电压信号74可以由于在变化的温度下静电计56的波动电阻值R而变化。具有恒定值的电流信号66的电压信号74的值的变化可以引起gamma辐射读数的错误报告或记录。

为了校正由于静电计56中的温度漂移影响引起的错误的gamma辐射读数，静电计56可以调整电压信号74来补偿温度漂移影响。补偿温度漂移影响的一个方法是验证受控设置中的温度漂移并且然后将校正因数实现到静电计56的电子组件中来补偿温度差。在一个示例中，在安装到期望应用内之前，静电计可以被置于温度受控的容器中。尽管将恒定电流信号66输入应用于静电计56，容器的内部温度被改变，并且所得的电压信号74输出被记录。温度变化的结果可以用于生成校正因数，其然后被实现到静电计56的电子组件中。在校正因数实现到静电计56的电子组件中后，恒定电流信号66输入将导致在相对广泛的温度范围上恒定或近似恒定的电压信号74输出。因为每个静电计56具有它自身的温度漂移分布，典型地对每个静电计56在单独的基础上完成描述的方法。

在一个示例中，校正因数可以采取A x温度+B的形式，其中A和B是常数。在其他示例中，A和B还可以代表线性或非线性函数。另外，校正因数可以起到补偿至少两个不同类型的漂移。首先，校正因数可以补偿如由I*R=V确定的op amp 72的增益，其中电阻器的电阻值随着温度而变化。其次，校正因数可以补偿op amp 72的零点漂移（偏移）。

尽管图3中的补偿电路76示出一个子电路，其包括并联电连接的电阻器78、电容器80和开关82，要意识到还预想其他布置。例如，每个包括电阻器、电容器和开关的多个子电路可以电连接使得每个子电路并联连接到每个其他子电路。每个子电路可以具有与子电路关联的不同的校正因数。由于具有特定校正因数的限制，特定的子电路或子电路的组合可以被切换到用于特定范围的电流信号66值。包括单独校正因数的一特定子电路或多个子电路的使用使静电计56能够产生更准确地反映宽范围的电流信号66值上的电流信号66的电压信号74。作为一示例，穿入高压电离室46的gamma辐射可以是每小时大约一微伦琴至每小时大约100伦琴，从而导致1 x 10⁸的动态范围。补偿电路76内的一个子电路可以对于动态范围的第一部分切换到补偿电路76，第二子电路可以对于动态范围的第二部分切换到补偿电路76，等。子电路中的每个可以具有对于动态范围的特定部分单独调整的校正因数。

当结合环境辐射监测器10一起使用时，静电计56可以由线84电连接到控制器50。控制器50接收电压信号74并且可以采用许多方式处理电压信号74。在一个示例中，控制器50内的模数转换器可以将模拟电压信号74转换成数字信号。微处理器90然后可以接收数字电压信号并且对数字电压信号实行任何必要的校正。校正的数字电压信号然后可以置于电子存储器92中用于在以后的时间通过适合的输出94而检索。一个示例输出可以是位于保护外壳40上的标准防风雨端口（在图2中看得最清楚）。备选地，校正的数字电压信号可以经由例如双向通信系统（诸如，天线、圆盘式卫星天线）等的其他示例输出94传送到另一个位置。

为了有助于最终用户确定校正因数是否保持为准确的，控制器50可以包括测试功能96。该测试功能可以激活热产生装置98来使静电计56周围的温度增加。该热产生装置98可以具有多种构造、配置和操作方式。而且，热产生装置98可以具有单个或多个要素/方面。可以采用多种方式（例如环境的、辐射的、直接的、间接的、对流等）提供热。在一个示例中，热产生装置98可以是用于将暖空气输送（例如，吹）到静电计56上或到静电计外壳48上的机构。然而，在示出的示例内，热产生装置98是电阻器98。电流经过电阻器98以使电阻器输出热。

测试功能96可以通过线88发送电信号以便使电流经过电阻器98（例如，热产生装置）。电阻器98进而将生成热，其可以使静电计56周围的温度增加，由此引发op amp 72和补偿电路76的温度变化。与例如电阻器98的热产生装置配对的静电计56可以称作自加热静电计。

电阻器98可以位于静电计外壳48的内部内或外部上。然而，要意识到电阻器98的安置可能需要紧密靠近op amp 72和补偿电路76的益处相对使op amp 72和补偿电路76的温度均匀增加的益处的平衡。尽管电阻器98的一些位置可以由于靠近而相对快速地促进op amp 72和补偿电路76的加热，其他位置促进op amp 72和补偿电路76的更均匀加热，这可以是有益的。在一个示例中，电阻器98位于静电计外壳48内并且使它的热能消散到密封的静电计外壳48内的空气中。在另一个示例中，电阻器附连到静电计外壳48的外表面。在另一个示例中，电阻器98被置于外壳100内，该外壳100附连到静电计外壳48的外表面。当电流经过电阻器98时，电阻器98开始变热。由电阻器98产生的一定量的热将传递到金属静电计外壳48以直接加热静电计外壳48。加热的静电计外壳48然后将热传递到它的内部并且使op amp 72和补偿电路76的温度升高。

控制器50可以包括关于静电计56定位的热电偶102以便提供op amp 72和补偿电路76的温度的准确测量。测试功能96可以包括用于维持到电阻器98的电流信号直到op amp 72和补偿电路76到达如由热电偶102读取的预定温度的程序。在一个示例中，测试功能可以具有将op amp 72和补偿电路76依次加热到多个预定温度的步骤的程序。

当到达预定温度中的每个时，控制器50可以从静电计56接收电压信号74，并且将在该时间测量的电压信号74的值与在测试功能96加热应用之前的时间测量的初始电压信号74的值比较。如果在预定温度中的每个处测量的电压信号74的值等于或非常近似地等于初始值，这指示补偿电路76中的校正因数保持为准确的。当在补偿电路76内存在多个子电路时，上文描述的步骤可以对每个单独子电路实行来验证每个子电路的校正因数保持为准确的。

在测试功能96的结果指示静电计56的校正因数不再准确的情况下，校正因数可必须改变。在一个示例中，软件改变可以从外部位置传送到控制器50以改进校正因数。在另一个示例中，可以调派维修技术人员以身在环境辐射监测器10处来手动修改校正因数。在再另一个示例中，环境辐射监测器10可以被移走并且运到用于校正因数修改的维修设施。

对环境辐射监测器10实施温度补偿测试循环的一示例方法在图4中一般地描述。该方法可以连同在图2中示出的示例环境辐射监测器10和在图3中示出的示例自加热静电计56一起执行。该方法包括提供环境辐射监测器10的步骤110。如上文描述的，环境辐射监测器10可以包括电力供应60和电连接到该电力供应60的高压电离室46。该高压电离室46配置成产生电流信号66，其由静电计56接收。静电计56包括op amp 72，其是电放大器的一个示例。op amp 72将电流信号66转换成电压信号74。补偿电路76电连接到op amp 72，其中补偿电路76配置成修改电压信号74。静电计56还包括电阻器98，其是热产生装置的一个示例。电阻器98配置成引发op amp 72和补偿电路76的温度改变。

该方法进一步包括在第一时间测量电压信号74的步骤120。微处理器90可以在模数转换后读取测量的电压信号74的值并且将测量值存储在连接到微处理器90的电子存储器92中。该方法再进一步包括激活热产生装置（例如电阻器98）的步骤130。电阻器98引发电放大器（例如op amp 72）和补偿电路76的温度改变。

该方法还包括在第二时间测量电压信号74的步骤140。该第二时间是当op amp 72和补偿电路76已经到达如编程到测试功能96内的预定温度时的时间。该方法进一步包括将在第一时间测量的电压信号的值与在第二时间的电压信号的值比较的步骤150，其中该比较指示静电计56温度补偿的准确性。

该方法还可以与包括静电计外壳48（其配置成包含静电计56）的环境辐射监测器10一起使用。此外，电阻器98可以附连到静电计外壳48。

在该方法的另一个示例中，激活电阻器98的步骤包括引发静电计56、op amp 72和补偿电路76至少20℃的温度改变。在另一个示例中，电阻器98引发静电计56、op amp 72和补偿电路76至少30℃的温度改变。当到达期望的预定温度时，控制器50可以从静电计56接收电压信号74，并且将在该时间测量的电压信号74的值与在测试功能96加热应用之前的时间测量的电压信号74的值比较。如果在描述的时间测量的电压信号74的值相等或非常近似地相等，这是一个指示：补偿电路76中的校正因数保持为准确的。

在描述的示例中，方法和设备提供有助于确保从环境辐射监测器10获得的数据在现场部署时保持正确地补偿温度漂移的相对便宜的手段。方法和设备可以有助于环境辐射监测器10的最终用户远程查找故障问题并且有助于最终用户诊断关于温度补偿的问题。

已经参照上文描述的示例实施例描述本发明。其他人当阅读并且理解该说明书时将想到修改和改动。包含本发明的一个或多个方面的示例实施例意在包括所有这样的修改和改动，只要它们落入随附权利要求的范围内。

Claims

1.一种静电计，包括：

接收电流信号的电放大器，其中所述电放大器配置成将所述电流信号转换成电压信号；

补偿电路，其电连接到所述电放大器，其中所述补偿电路配置成修改所述电压信号；以及

热产生装置，其中所述热产生装置配置成引发所述电放大器和所述补偿电路的温度改变。

2.如权利要求1所述的静电计，其中，所述热产生装置是电阻器。

3.如权利要求1所述的静电计，进一步包括配置成包围所述静电计的至少一些部分的静电计外壳。

4.如权利要求3所述的静电计，其中，所述热产生装置附连到所述静电计外壳。

5.如权利要求1所述的静电计，其中，所述补偿电路配置成通过校正因数修改所述电压信号以补偿所述电放大器和所述补偿电路的温度变化。

6.如权利要求1所述的静电计，进一步包括控制器，其中所述控制器接收所述电压信号。

7.一种环境辐射监测器，包括：

电力供应；

高压电离室，其电连接到所述电力供应，其中所述高压电离室配置成产生电流信号；以及

静电计，其与所述高压电离室电连接，其中所述静电计包括：

接收所述电流信号的电放大器，其中所述电放大器配置成将所述电流信号转换成电压信号，

补偿电路，其电连接到所述电放大器，其中所述补偿电路配置成修改所述电压信号，以及

8.如权利要求7所述的环境辐射监测器，其中，所述热产生装置是电阻器。

9.如权利要求7所述的环境辐射监测器，进一步包括配置成包围所述静电计的至少一些部分的静电计外壳。

10.如权利要求9所述的环境辐射监测器，其中，所述热产生装置附连到所述静电计外壳。

11.如权利要求7所述的环境辐射监测器，其中，所述补偿电路配置成通过校正因数修改所述电压信号以补偿所述电放大器和所述补偿电路的温度变化。

12.如权利要求7所述的环境辐射监测器，进一步包括控制器，其中所述控制器接收所述电压信号。

13.一种对环境辐射监测器实施温度补偿测试循环的方法，包括：

提供环境辐射监测器，所述环境辐射监测器包括：电力供应；电连接到所述电力供应的高压电离室，其中所述高压电离室配置成产生电流信号；与所述高压电离室电连接的静电计，其中所述静电计包括接收所述电流信号的电放大器，其中所述电放大器配置成将所述电流信号转换成电压信号；补偿电路，其电连接到所述电放大器，其中所述补偿电路配置成修改所述电压信号；以及热产生装置，其中所述热产生装置配置成引发所述电放大器和所述补偿电路的温度改变；

在第一时间测量所述电压信号；

激活所述热产生装置，其中所述热产生装置引发所述电放大器和所述补偿电路的温度改变；

在第二时间测量所述电压信号；以及

将在所述第一时间测量的所述电压信号的值与在所述第二时间的所述电压信号的值比较，其中所述比较指示静电计温度补偿的准确性。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述热产生装置是电阻器。

15.如权利要求13所述的方法，其中，所述环境辐射监测器进一步包括配置成包围所述静电计的至少一些部分的静电计外壳。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述电阻器附连到所述静电计外壳。

17.如权利要求13所述的方法，其中，激活所述热产生装置的步骤包括引发所述静电计至少20℃的温度改变。

18.如权利要求13所述的方法，其中，激活所述热产生装置的步骤包括引发所述静电计至少30℃的温度改变。

19.如权利要求13所述的方法，其中，提供所述环境辐射监测器的步骤进一步包括用所述补偿电路补偿所述电压信号以校正由于所述电放大器和所述补偿电路的温度变化引起的变化。

20.如权利要求13所述的方法，其中，所述环境辐射监测器进一步包括控制器。