CN103809196A - 环境辐射监测器及相关的执行测试循环的方法 - Google Patents

环境辐射监测器及相关的执行测试循环的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供通过电流注入来执行用于环境辐射监测器的静电计的测试循环的装置和方法。该环境辐射监测器包括高压电离室、电连接至高压电离室的电源、以及电连接至高压电离室的静电计。控制器对被提供给高压电离室的电源输入电压信号进行控制，以产生将被注入静电计中的恒定电流。所述方法包括使被提供给高压电离室的电压信号发生变化、测量电流信号、通过静电计来处理电流信号以及比较电压信号与期望结果，从而指示静电计的正确操作。方法的进一步的例子包括启动和终止测试功能。

Description

环境辐射监测器及相关的执行测试循环的方法
技术领域
本发明涉及对静电计正确操作的测试，并且具体而言涉及对环境伽玛辐射监测器中的静电计正确操作和/或响应性的测试。
背景技术
静电计用于将安培数相对较低的电流信号转换成电压信号以用于进行处理。在一个例子中，静电计能够用于转换来自环境辐射监测器的高压电离室输出的低安培数电流信号。在一个例子中，一个或多个环境辐射监测器能够被部署在接近已知的辐射源(例如核能发电站)的现场以监测辐射水平。当然，环境辐射监测器能够被部署在期望监测辐射水平的任何位置处。
通常期望测试静电计的正确响应使得环境辐射监测器的最终用户能够意识到由静电计不正确操作或完全故障而造成的潜在的不正确环境辐射数据。能够通过将恒定电流注入到静电计中并且测量静电计的期望恒定电压读数来测试静电计。然而，被设计成以相对较小的电流值将电流注入静电计中的设备可能是昂贵的。此外，这种昂贵的测试设备典型地仅用于实验室设置中并且对于安装在工作辐射监测器内而言是不实际的。
典型的环境辐射监测器具有仅供给固定电压信号的电源，原因是固定的电压信号在辐射监测器的典型操作期间是优选的。在一个例子中，电源向高压电离室提供恒定的400伏信号。使用包括在环境辐射监测器中的高压电离室来通过使电压输入到高压电离室中的速率斜变而产生相对较小值的恒定电流将是具有创造性和有益的。因此，存在对用于将小值电流注入到静电计中以用于测试目的的改进的装置和方法的需要。
发明内容
下文的总结提供了简单概述，以便提供对本文中所讨论的系统和/或方法的一些方面的基本理解。该概述不是本文中所讨论的系统和/或方法的全面综述。不期望确定主要/关键元件或者描述这种系统和/或方法的范围。唯一目的是以简化形式提出一些理念作为对下文提出的更详细的描述的前序。
本发明的一个方面提供一种环境辐射监测器，该环境辐射监测器包括高压电离室。该环境辐射监测器还包括电连接至高压电离室的电源。电源被构造成向高压电离室提供输入电压信号。环境辐射监测器还包括电连接至高压电离室的静电计。该环境辐射监测器还包括电连接至电源和静电计的控制器。控制器被构造成对提供给高压电离室的电源输入电压信号进行控制。
本发明的另一个方面提供一种执行对用于环境辐射监测器的静电计的测试循环的方法。该方法包括提供环境辐射监测器。该境辐射监测器包括高压电离室和电连接至高压电离室的电源。电源被构造成向高压电离室提供输入电压信号。该环境辐射监测器还包括电连接至高压电离室的静电计。该环境辐射监测器还包括电连接至电源和静电计的控制器。控制器被构造成对提供给高压电离室的电源输入电压信号进行控制。该方法还包括使被提供给高压电离室的输入电压信号发生变化。该方法还包括测量由高压电离室产生的电流信号。该方法还包括通过静电计来处理电流信号。该方法还包括测量由静电计产生的输出电压信号。该方法还包括比较输出电压信号与期望结果。比较结果指示静电计的正确操作。
本发明的另一个方面提供一种执行对用于环境辐射监测器的静电计的测试循环的方法。该方法包括提供环境辐射监测器。该环境辐射监测器包括高压电离室和电连接至高压电离室的电源。电源被构造成向高压电离室提供输入电压信号。该环境辐射监测器还包括电连接至高压电离室的静电计。该环境辐射监测器还包括电连接至电源和静电计的控制器。控制器被构造成对提供给高压电离室的电源输入电压信号进行控制。该方法还包括启动测试功能。测试功能要求控制器与当测试功能未启动时不同地对一组进入数据进行处理。该方法还包括使被提供给高压电离室的输入电压信号发生变化。该方法还包括测量由高压电离室产生的电流信号。该方法还包括通过静电计来处理电流信号。该方法还包括测量由静电计产生的输出电压信号。该方法还包括比较输出电压信号与期望结果。比较结果指示静电计的正确操作。该方法还包括终止测试功能。
附图说明
当参照附图阅读下文的描述时，本发明的上述和其它方面对于本发明所涉及领域的技术人员而言将变得显而易见，在附图中：
图1是将用于现场应用中的具有相关联设备的示例性装置中的示例性环境辐射监测器的示意性等距视图；
图2是图1的环境辐射监测器的示意性等距视图，其中盖打开；
图3是示例性控制器和电源的示意性电气图，其中高压电离室示为用于图1的环境辐射监测器中；
图4是图，其中示出了由电源产生的输入电压信号的斜变率与示例性静电计的输出之间的关系；以及
图5是执行对用于环境辐射监测器的环境辐射监测器的静电计的测试循环的示例性方法的顶层流程图。
具体实施方式
附图中描述和图示了结合本发明的一个或多个方面的示例性实施例。不期望这些图示的例子对本发明构成限制。例如，本发明的一个或多个方面能够用于其它实施例以及甚至其它类型的装置。此外，本文中所使用的某些术语仅为了方便起见并且不应当被认为对本发明构成限制。此外，在附图中，采用相同的附图标记用于指定相同元件。
环境辐射监测器10的示例性实施例示意性地示于图1内。环境辐射监测器10示为位于一个具有现场应用中的相关联设备的示例性装置12中。应当领会，图1仅仅示出了可能的结构/构造/等的一个例子并且能够在本发明的范围内构想出其它例子。总体而言，这种装置12被放置于外部位置处，使得环境辐射监测器10能够执行监测局部区域大气中的低水平伽玛辐射的功能。应当领会，伽玛辐射可以来自已知的源或者有时来自未知的源。
装置12能够包括相关联设备，例如定位在保护性外壳14内的控制包。这种其它的相关联设备结合环境辐射监测器10进行操作。定位在保护性外壳18内的外部电源(例如电池)也能够设置在装置12内。电源能够用于在装置12内提供电力，其中包括环境辐射监测器10的任何可能的使用。环境辐射监测器10、定位在保护性外壳14内的控制包、以及定位在保护性外壳18内的外部电源都能够定位在任何结构构造上方。在图示例子内，装置12的这些部分定位在从中心柱26延伸的第一臂20和第二臂24上。中心柱26在用作操作设备的牢固支承的同时将装置12锚固在期望位置处。
装置12的其它的相关联设备可以包括太阳能电池板阵列30。太阳能电池板阵列30能够被构造成向外部电源(例如电池)供给电荷。通信设备(其中包括天线36)也能够设置在装置12内，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能够发射转换来自环境辐射监测器10的所需数据的信号并且接收来自远程定位的装置/网络/等的软件更新。
应当领会，图1中所示的装置12不是限制性的并且还能够构想出其它装置。例如，环境辐射监测器10以及相关联设备能够被容纳在封装结构内，该封装结构是容纳气象测量设备的典型结构。封装结构的至少一个壁或门能够包括百叶窗，以允许封闭结构的内部与外部之间的自由的空气交换。在另一个例子中，环境辐射监测器10以及相关联设备能够定位在移动装置上。环境辐射监测器10能够用于多个不同的装置12中并且环境辐射监测器10能够单个或多个一起使用，以测量环境辐射水平的各个方面，例如流动路径、浓度等。
参照图2，示出了环境辐射监测器10的示例性示意图。环境辐射监测器10能够包括保护性外壳40，该保护性外壳40包括盖42。尽管未示出，但是盖42能够以任何数量的方式连接至外壳40，其中包括但不限于铰链、闩锁、压入配合等。外壳40包括内部体积44，该内部体积44为环境辐射监测器10的单个部件提供空间。外壳40和盖42的配合表面中的一个或多个能够设置有密封件。应当领会，外壳40的内部体积44能够被密封，使得很少或者没有环境大气能够在环境辐射监测器10的现场部署期间进入保护性外壳40。除了保护不受大气条件(例如湿度)的影响，外壳40和盖42还能够有助于保护环境辐射监测器10不受到物理损坏。能够通过在内部体积44内提供一定数量的缓冲材料(为了清楚目的未示出)来在处理或部署期间保护不受物理损坏。缓冲材料能够包括膨胀聚苯乙烯、泡沫橡胶、或者任何数量的倾向于降低冲击、快速减速等的影响的其它材料。
图2中所示的环境辐射监测器10的示意图包括环境辐射监测器10的一些单个部件的一种可能的布置。高压电离室46定位在内部体积44内。高压电离室46被构造成产生与通入高压电离室46中的伽玛辐射的量成比例的电流信号输出。高压电离室46的外壁能够包括已连接的静电计外壳48，该已连接的静电计外壳48被构造成容纳将在下文描述的电子电路。静电计外壳48内的高压电离室46和电子电路中的一个或二者能够通过线路52电连接至控制器50。
参照图3，示出了示例性环境辐射监测器10的电气示意图。环境辐射监测器10包括电源60。该电源可以是外壳18(最佳见于图1中)内的电源和/或被设置成从其提供电力的单独电力部件。电源60通过线路62电连接至高压电离室46，从而提供输入电压信号64。电源60能够定位在外壳40(最佳见于图2中)外部或者外壳40的内部体积44内。
静电计66通过线路68电连接至高压电离室46，线路68使信号从高压电离室46传递至静电计66。在典型操作期间，高压电离室46产生与通入高压电离室46中的伽玛辐射的量成比例的信号。该信号能够具有相对较小值。在一个例子中，该信号为大约1x10-11安培(amp)。在另一个例子中，该信号为大约1x10-13安培。
静电计66包括运算放大器(op amp)72，该运算放大器72是电子放大器的一个例子。op amp72从高压电离室46接收信号，并且将该信号转换成可由控制器50读取的模拟电压信号。静电计66包括电连接至op amp72的补偿电路76。在一个例子中，补偿电路76能够包括并联地电连接的电阻器78、电容器80、和开关82。尽管图3中的补偿电路76示出了包括并联地电连接的电阻器78、电容器80、和开关82的一个子电路，但是应当领会，还能够构想出其它的布置。例如，均包括电阻器、电容器、和开关的多个子电路能够电连接，使得每个子电路都并联地电连接至所有其它的子电路。如上所述，静电计66能够被容纳在静电计外壳48内。
静电计66能够通过线路84电连接至控制器50。控制器50以任何数量的方式对来自静电计66的模拟信号输出进行处理。在一个例子中，控制器50内的模数转换器能够将模拟信号转换成数字信号。微处理器90随后能够接收数字信号并且对该数字信号执行任何所需的校正。经过校正的数字信号随后能够被置于电子存储器92中，以用于之后通过合适的输出94来恢复(retrieval)。一个示例性输出能够是定位在保护性外壳40(最佳见于图2中)上的标准防风雨端口。备选地，经过校正的数字电压信号能够通过其它的示例性输出94(例如双路通信系统(例如天线、碟形卫星天线等))被传输至另一个位置。
一旦静电计66被安装在环境辐射监测器10中，就难以测试其操作/响应性。由于用于环境辐射监测器10电路的电流的相对较低值，用于可靠地将这种小电流量注入到静电计66中以用于测试操作的合适选择很少。这些测试困难同时存在于环境辐射监测器10的实验室以及现场部署位置中。例如，被构造成将相对较低值的电流信号注入到静电计66中的装置能够被包括在环境辐射监测器10中。然而，增加电路能够产生电流泄漏的可能性，从而使得该选择不实际。此外，例如温度的环境因素显著影响处于这种低值电流下的测试电流信号。在另一个例子中，用于产生这种低值电流的实验室装置可能相对昂贵。
描述了用于产生注入到静电计66中的可靠的低值电流以用于测试目的的装置和方法。高压电离室46的内部构造使其能够用作电容器。在一个例子中，高压电离室46能够被构造成具有直径为2英寸的中心内阳极的直径为10英寸的球，从而使得组装装置的电容为大约8皮法拉。当向电容器施加电压信号时，其产生受关系I＝Cx(dV/dt)控制的电流，其中I是电流输出，C是装置的电容，并且(dV/dt)是输入电压的变化率。因此，如果被施加于电容器的电压信号以恒定速率斜变，则等式的(dV/dt)部分变为常数。因此，如果电容器的电容保持恒定，则所获得的由电容器产生的电流信号将为恒定值。
使用该关系，最终用户能够通过利用可由环境辐射监测器10内的控制器50操作的测试功能96来确定静电计66是否正确起作用。测试功能96被构造成对提供给高压电离室46的输入电压信号64进行控制。线路98能够提供用于信号从测试功能96到达电源60的路径。根据上述控制高压电离室46的电流输出的等式，测试功能96能够控制来自电源60的输入电压信号64，以产生由高压电离室46提供的预定电流信号100。在一个例子中，测试功能96能够控制电源60以产生线性斜变的输入电压信号64，以便产生具有恒定电流的电流信号100。在更具体的例子中，测试功能96能够控制电源60以使输入电压信号64在测试操作期间以固定速率从0伏线性斜变至100伏。
利用准确斜变的输入电压信号64作为输入，高压电离室46倾向于产生具有相对较小值电流的可靠电流信号100，类似于由高压电离室46在典型操作期间产生的小值电流。这些小值电流在测试静电计66的响应方面是优选的。线路68承载电流信号100到达静电计66，在静电计66处，电流信号100被转换成可读输出电压信号110。所获得的输出电压信号110受到关系V＝IxR的控制，其中V代表输出电压信号110，I代表电流信号100，并且R代表静电计66的电阻。
控制器50能够测量通过线路112的电流信号100，以便确定电流信号100是否具有恒定电流。由于静电计66的电阻值是已知常数并且电流信号100还具有如控制器50测量出的恒定值，因此期望输出电压信号110具有可预测的恒定值。控制器能够求出沿线路84行进的输出电压信号110的电压值，以确定静电计66是否具有正确的期望响应。
参照图4，图114示出了示例性静电计66响应于被供给至高压电离室46的输入电压信号64的多个斜变率所获得的电流信号输出行为。水平X轴线代表以伏每秒测量出的由示例性电源60供给至高压电离室46的输入电压信号64的斜变率。竖直Y轴线代表以毫伏测量出的示例性静电计66的输出。如图所示，输入电压信号64的一个特定斜变率产生了恒定输出电压信号110。图114的钻石形点代表测试期间的实际测量值，而图114的点划部分代表预测值。在一个例子中，示例性静电计的输出能够呈Ax输入电压信号斜变率+B的形式，其中A和B是常数。
参照图3，在测试功能96的结果指示静电计66不再具有正确的期望响应的情况下，可能必须更换静电计。在一个例子中，服务技术人员能够被派遣到现场以更换静电计66。在另一个例子中，环境辐射监测器10能够被移除并且被运送至服务设施以用于更换静电计66。
执行对用于环境辐射监测器10的静电计66的测试循环的示例性方法大体示于图5中。该方法能够结合图2和3中所示的示例性环境辐射监测器10进行。该方法包括提供环境辐射监测器10的步骤120。环境辐射监测器10包括高压电离室46和电连接至高压电离室46的电源60。电源60被构造成向高压电离室46提供输入电压信号64。环境辐射监测器10还包括电连接至高压电离室46的静电计66。环境辐射监测器10还包括电连接至电源60和静电计66的控制器50。控制器50被构造成对提供给高压电离室46的电源60输入电压信号64进行控制。
在该方法的一个例子中，用于静电计的测试循环能够包括启动测试功能96的步骤125。能够通过任何数量的合适方法来启动测试功能96，其中包括但不限于来自控制器50的信号、来自远程位置的信号、以及由出现在环境辐射监测器10现场的操作者手动启动。一旦已启动测试功能96，测试功能96就要求控制器50与测试功能96未启动时有所不同地对一组进入数据进行处理。在一个例子中，由控制器50在测试功能96期间接收到的输出电压信号110被保存在存储位置中、被传输、或者以其它方式与在正常操作期间接收到的输出电压信号110数据分别处理。在启动测试功能96期间保存的数据能够在以后恢复。在测试功能96期间对进入数据不同地进行处理使将静电计66测试数据与指示存在伽玛辐射的定期收集的数据混淆的可能性最小化。
该方法还包括使被提供给高压电离室46的输入电压信号64发生变化的步骤130。在一个例子中，输入电压信号64能够以恒定速率斜变并且被提供给高压电离室46，高压电离室46随后产生具有恒定电流值的电流信号100。在一个特定例子中，使输入电压信号发生变化包括使电源60输入电压信号64以恒定速率从0伏线性斜变至100伏。
该方法还包括测量由电离室46产生的电流信号100的步骤140。如上所述，控制器50能够测量通过线路112的电流信号100，以便确定电流信号100是否具有恒定电流。该方法还包括通过静电计66来处理电流信号100的步骤150。如上所述，线路68承载电流信号100到达静电计66，在静电计66处，电流信号100被转换成可读输出电压信号110。所获得的输出电压信号110受到关系V＝IxR的控制，其中V代表输出电压信号110，I代表电流信号100，并且R代表静电计66的电阻。
该方法还包括测量由静电计66产生的输出电压信号110的步骤160。控制器50内的微处理器90能够测量通过线路112提供给控制器50的输出电压信号110。由于静电计66的电阻值是已知常数并且电流信号100还具有如控制器50测量出的恒定值，因此期望输出电压信号110具有可预测的恒定电压。
该方法还包括比较输出电压信号110与期望结果的步骤170，所述期望结果能够由微处理器90内的软件预先确定。基于斜变输入电压信号64产生电压与期望电压相同或几乎相同的输出电压信号110的比较结果指示静电计66的正确操作。产生输出电压信号110与期望电压之间的相对较大的差异的比较结果能够指示静电计66的不良响应。
在该方法的一个例子中，用于静电计66的测试循环能够包括终止测试功能96的步骤175。测试功能96的停止将允许控制器50把进入数据作为能够被置于电子存储器92中以用于在以后通过合适的输出94恢复的实际伽玛辐射检测数据。一个示例性输出能够是定位在保护性外壳40(最佳见于图2中)上的标准防风雨端口。备选地，经过校正的数字电压信号能够通过其它的示例性输出94(例如双路通信系统(例如天线、碟形卫星天线等))被传输至另一个位置。
根据上文所描述的方法步骤，对被包括在环境辐射监测器10内的静电计66的测试能够在现场发生。然而，还期望偶尔在环境辐射监测器10内的典型安装外侧测试静电计。例如，在被安装到环境辐射监测器10中之前，可以在实验室设置中测试静电计66，以有助于在交付最终客户之前保证正确操作/响应性。在工作台表面上，能够通过与如上文所描述的类似的方法在不具有控制器50和测试功能96的情况下对静电计66进行测试。在方法的该例子中，用于静电计66的测试循环能够直接从步骤120直接进行至步骤130，以消除如图5中所示的步骤125。还能够消除方法的该例子中的步骤175。
在方法的进一步的例子中，控制器50的测试功能96被构造成使电源60输入电压信号64发生变化。在一个特定例子中，控制器50的测试功能96被构造成使电源60输入电压信号64发生变化。控制器50能够通过使电源60输入电压信号64线性斜变来使输入电压信号64发生变化。在更具体的例子中，控制器50能够通过使电源60输入电压信号64以恒定速率从0伏线性斜变至100伏来使输入电压信号64发生变化。
在所描述的例子中，所述方法和装置提供了有助于通过提供对来自静电计66的正确响应的可靠测试来保证从环境辐射监测器10获得的数据的准确性的相对不昂贵的方法。所描述的方法和装置通过注入来自高压电离室46的电流来提供对环境辐射监测器10中的静电计66操作/响应性的简化测试。所述方法和装置能够帮助环境辐射监测器10的最终用户远程测试来自静电计66的正确响应并且在相对较短的时间内接收静电计66测试结果。
上文已参照示例性实施例对本发明进行了描述。在阅读和理解本说明书之后，其他人将想到改型和备选方式。结合了本发明的一个或多个方面的示例性实施例旨在以其落入所附权利要求的范围内的程度来包括所有的这种改型和备选方式。

Claims (14)

1. 一种环境辐射监测器，所述环境辐射监测器包括：
高压电离室；
电源，所述电源电连接至所述高压电离室，其中所述电源被构造成向所述高压电离室提供输入电压信号；
静电计，所述静电计电连接至所述高压电离室；以及
控制器，所述控制器电连接至所述电源和所述静电计，其中所述控制器被构造成对提供给所述高压电离室的电源输入电压信号进行控制。
2. 根据权利要求1所述的环境辐射监测器，其特征在于，所述控制器还包括测试功能。
3. 根据权利要求2所述的环境辐射监测器，其特征在于，所述控制器的测试功能被构造成使所述电源输入电压信号发生变化。
4. 根据权利要求3所述的环境辐射监测器，其特征在于，所述控制器的测试功能被构造成使所述电源输入电压信号线性斜变。
5. 根据权利要求4所述的环境辐射监测器，其特征在于，所述控制器的测试功能被构造成使所述电源输入电压信号以恒定速率从0伏线性斜变至100伏。
6. 一种执行用于环境辐射监测器的静电计的测试循环的方法，所述方法包括：
提供环境辐射监测器，所述环境辐射监测器包括：高压电离室；电连接至所述高压电离室的电源，其中所述电源被构造成向所述高压电离室提供输入电压信号；电连接至所述高压电离室的静电计；以及电连接至所述电源和所述静电计的控制器，其中所述控制器被构造成对提供给所述高压电离室的电源输入电压信号进行控制；
使被提供给所述高压电离室的所述输入电压信号发生变化；
测量由所述高压电离室产生的电流信号；
通过所述静电计来处理所述电流信号；
测量由所述静电计产生的输出电压信号；以及
比较所述输出电压信号与期望结果，其中比较结果指示所述静电计的正确操作。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制器还包括测试功能。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制器的测试功能被构造成使所述电源输入电压信号发生变化。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使所述输入电压信号发生变化包括使所述电源输入电压信号线性斜变。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使所述输入电压信号发生变化包括使所述电源输入电压信号以恒定速率从0伏线性斜变至100伏。
11. 一种执行用于环境辐射监测器的静电计的测试循环的方法，所述方法包括：
提供环境辐射监测器，所述环境辐射监测器包括：高压电离室；电连接至所述高压电离室的电源，其中所述电源被构造成向所述高压电离室提供输入电压信号；电连接至所述高压电离室的静电计；以及电连接至所述电源和所述静电计的控制器，其中所述控制器包括测试功能并且被构造成对提供给所述高压电离室的电源输入电压信号进行控制；
启动所述测试功能，其中所述测试功能要求所述控制器与当所述测试功能未启动时不同地对一组进入数据进行处理；
使被提供给所述高压电离室的输入电压信号发生变化；
测量由所述高压电离室产生的电流信号；
通过所述静电计来处理所述电流信号；
测量由所述静电计产生的输出电压信号；
比较所述输出电压信号与期望结果，其中比较结果指示所述静电计的正确操作；以及
终止所述测试功能。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述测试功能被构造成使所述电源输入电压信号发生变化。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使所述输入电压信号发生变化包括使所述电源输入电压信号线性斜变。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述输入电压信号发生变化包括使所述电源输入电压信号以恒定速率从0伏线性斜变至100伏。
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