CN104062673A - 核分析仪自诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核分析仪自诊断系统，包括连接在核分析仪上的多路监测单元，与多路监测单元通信的上位机、以及与上位机远程通信的远程智能诊断终端，与核分析仪相连，将核仪器中的核信号、电源、温度作为关键监测对象，通过信号调理，模数转换获得监测对象的数字化信息，然后通过对核信号特征信息进行分析，对电源电压进行分析，以及仪器内部温度进行分析，对仪器可能出现的故障进行诊断，形成诊断报告，判断出现问题的部位和信号，方便技术人员进行售后处理，节省维护成本和人力物力的核分析仪自诊断系统。

Description

核分析仪自诊断系统

技术领域

本发明涉及一种自诊断系统，尤其涉及一种核分析仪自诊断系统。

背景技术

目前的核分析仪广泛应用于核事故辐射检测、环境辐射检测、核医学领域，核分析仪能否正常工作直接影响核辐射的检测结果。当核分析仪出现故障时，往往需要将仪器返还回仪器开发厂，或让仪器开发方的相关技术员直接到仪器使用方做售后维修处理，这不仅加大了仪器维修的人力物力，还可能会延缓核辐射检测时间，造成更大的损失。

当核分析仪在工作时，要确保仪器的正常运行，目前核分析仪自诊断系统还没有，核分析仪自诊断系统就显得尤为重要，可以及时地将仪器使用方的仪器工作信息反馈给仪器开发方，让仪器开发方可以很明确的知道仪器到底是哪一部分、哪个信号出现了问题。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，将核仪器中的核信号、电源、温度作为关键监测对象，通过信号调理，模数转换获得监测对象的数字化信息，然后通过对核信号特征信息进行分析，对电源电压进行分析，以及仪器内部温度进行分析，对仪器可能出现的故障进行诊断，形成诊断报告，判断出现问题的部位和信号，方便技术人员进行售后处理，节省维护成本和人力物力的核分析仪自诊断系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种核分析仪自诊断系统，包括连接在核分析仪上的多路监测单元，与多路监测单元通信的上位机、以及与上位机远程通信的远程智能诊断终端；

其中，核分析仪包括集成了前置放大器的探测器、主放大器和数字多道模块三部分；

所述多路监测单元包括信号调理电路、ADC、FPGA、存储器和通信端口，其中，所述信号调理电路对核分析仪三部分的温度信号、电源的电压幅度信号、核脉冲信号进行信号调理，然后经ADC转换，暂存至存储器内，由FPGA通过通信端口将数据发送至上位机；

所述上位机内置自诊断系统，包括多模式监测控制单元、多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元；上位机控制多模式监测控制单元的监测模式，并将获取的数据对应送到多模式监测控制单元和多级核脉冲诊断单元中诊断，生成诊断报告；

其中，多模式监测控制单元控制多路监测单元的监测活动，包括监测时长、监测频度、监测内容，以得到符合需求的温度信号、电压幅度信号、核脉冲信号；多级核脉冲诊断单元对核分析仪三部分输出的核脉冲信号进行诊断，判断信号出现故障的位置，电源诊断单元对核分析仪各部分电压幅度信号进行诊断，判断信号出现故障的位置；

所述诊断报告为预设的报告格式，包括核脉冲信号诊断时信号出现故障的位置、信号的形状和参数，以及电源信号诊断时出现故障的位置；

所述远程智能诊断终端能通过上位机获取多模式监测控制单元发送给上位机的信号，并内置多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元，且能生成诊断报告。

核分析仪中，经过前置放大器的探测器探测到模拟的核脉冲信号、经主放大器进行放大，再经过数字多道模块进行模数转换，在这里，主放大器和数字多道模块的核脉冲信号的各个数值是一样的，仅仅是模数转换上的区别。所述核分析仪的数字多道模块采用FPGA结合高速ADC采样、滤波、甄别核信号；

所述多路监测单元采用集成化设计，通过高速ADC转换将核分析仪中待监测的温度信号、电源的电压幅度信号、核脉冲信号存储至多路监测单元的存储器内；所述通信接口采用以太网接口，与多路监测单元集成在一起。

所述上位机生成的核分析仪的诊断报告，可设置一定的格式，方便远程智能诊断终端甄别，另外，上位机与远程智能诊断终端采用Internet通信，远程智能诊断终端从上位机处获取新号数据，通过内置的与上位机中完全一样的多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元，对数据进行分析，也就是对核分析仪进行全面诊断，生成诊断报告。

信号调理电路，是一种把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号的电路。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等，但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。

作为优选：所述信号调理电路通过电源总线、信号总线、温度传感器分别获取信号，其中，通过电源总线获取核分析仪三部分待监测电源的电压值、文波噪声，通过温度传感器获取核分析仪三部分的温度值，通过信号总线获取核分析仪三部分输出的核脉冲信号。

在这里，电源总线、信号总线有三个分支，分别与核分析仪的三部分连接，温度传感器为三个或三组，分别设置在核分析仪三部分附近。

作为优选：所述多模式监测控制单元的监测模式为开机快速监测、动态监测、长稳监测三种模式；其中开机快速监测为核分析仪开机时，对其电源系统供电，核脉冲信号进行快检测，以判断核分析仪是否正常开机；动态监测是在核分析仪正常工作期间，动态地对电源的电压幅度信号和核脉冲信号进行监测，当发现电源电压降低，则以数分钟的步进动态调短监测时间间隔，确保仪器正常工作；长稳监测为核分析仪正常工作后，对核分析仪温度信号、电源幅度信号、核脉冲信号进行连续长时间检测，判断多模式监测控制单元自身是否正常工作。

在这里，开机快速监测、动态监测主要是针对核分析仪进行监测，而长稳监测则是在核分析仪正常工作后，对多模式监测控制单元自身工作状态进行检测；开机快速监测不对温度信号进行监测，仅监测电源和核脉冲，若这两种信号正常，则说明核分析仪正常开机；而动态监测是在核分析仪正常工作后，动态的对核分析仪进行数据采样，在工作过程中，电源会随使用时间变长，电量下降，然后输出电源更容易出现不稳定现象，所以，当发现电源电压降低，则以数分钟的步进动态调短监测时间间隔，确保仪器正常工作；

而长稳监测是一种连续性的，长时间的检测，是在核分析仪正常工作后，目的是判断多模式监测控制单元自身是否正常工作。

作为优选：所述多级核脉冲诊断单元对核脉冲信号进行诊断的具体方式为：

（1）预设探测器的参考信号，预设其上升沿时间t _r、下降沿时间t _f、脉冲宽度W和脉冲峰值持续时间t _p ，以及各值误差范围，预设主放大器的放大倍数；

（2）获取探测器输出端的核脉冲信号，判断各值是否在正常误差范围内，若是，则探测器处无故障，信号送入主放大器中，反之则标记此处有故障；

（3）获取主放大器输出端的核脉冲信号，与理论放大倍数得到的核脉冲信号进行对比，判断各值是否在正常误差范围内，若是，则主放大器处无故障，信号送入数字多道模块中，反之则标记此处有故障；

（4）获取数字多道模块输出端的核脉冲信号，与主放大器输出端信号进行对比，一样则数字多道模块无故障，反之则标记此处有故障。

在这里，探测器的核脉冲信号需要根据用户的实际需求进行预设，例如，对于NaI探测器输出核脉冲信号，配置t _r<500ns，1us<t _f<2us、1us<W<3us和P<100ns,当检测信号参数处于该范围内时，判断信号为正常，反之判断信号出现故障。核脉冲信号可能比较微弱，所以需要进行放大，这里就需要根据探测器输出的核脉冲的实际大小，预设主放大器的放大倍数，以便于人们观察信号。主放大器主要起放大作用，它的误差范围还是依赖于探测器的误差范围。而数字多道模块主要是对主放大器输出的模拟信号进行模数转化，所以它的信号和主放大器是相同的，那么它们判断是否出现故障的参数，就是相同的。

本发明中，所有预设的参数，都是预存在上位机的数据库中，方便比对调用。多级核脉冲诊断单元在判断出故障的位置后，生成预设格式的诊断报告，在诊断报告中给出信号故障的位置、形状和参数。

作为优选：所述核分析仪中，正常工作时的电源信号分别为：探测器的高压信号为400V-1000V，低压信号为±12V，前置放大器为±12V、主放大器为±12V和5V，其中高压信号和低压信号分别允许1%和10%的误差。

与现有技术相比，本发明的优点在于：以对核分析仪几个部分的核信号、电源、温度作为关键监测对象，通过信号调理，模数转换获得监测对象的数字化信息，然后通过对核信号特征信息进行分析，对电源电压进行分析，以及仪器内部温度进行分析，对仪器可能出现的故障进行诊断，形成诊断报告，判断出现问题的部位和信号，方便技术人员进行售后处理，节省维护成本和人力物力的核分析仪自诊断系统。

其中，上位机方便现场人员对核分析仪进行诊断，而上位机还连接了远程智能诊断终端，可以获取上位机获取的信号，同时，其内置了与上位机中完全一样的多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元，可以直接对数据进行分析，也就是对核分析仪进行全面诊断，生成诊断报告。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为多路监测单元的结构示意图；

图3为自诊断系统的功能框图；

图4为实施例2中探测器输出的核脉冲信号图；

图5为实施例2中主放大器输出的核脉冲信号图；

图6为实施例2中数字多道模块输出的核脉冲信号图；

图7为实施例2中各级探测器输出信号。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1到图3，一种核分析仪自诊断系统，包括连接在核分析仪上的多路监测单元，与多路监测单元通信的上位机、以及与上位机远程通信的远程智能诊断终端；

其中，核分析仪包括集成了前置放大器的探测器、主放大器和数字多道模块三部分；（其中，探测器采用NaI探测器，主放大器采用运算放大器搭建，数字多道模块采用FPGA和ADC搭建）。

所述多路监测单元包括信号调理电路、ADC、FPGA、存储器和通信端口，其中，所述信号调理电路对核分析仪三部分的温度信号、电源的电压幅度信号、核脉冲信号进行信号调理，然后经ADC转换，暂存至存储器内，由FPGA通过通信端口将数据发送至上位机；所述信号调理电路通过电源总线、信号总线、温度传感器分别获取信号，其中，通过电源总线获取核分析仪三部分待监测电源的电压值、文波噪声，通过温度传感器获取核分析仪三部分的温度值，通过信号总线获取核分析仪三部分输出的核脉冲信号；

所述上位机内置自诊断系统，是一套系统软件，包括多模式监测控制单元、多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元；上位机控制多模式监测控制单元的监测模式，并将获取的数据对应送到多模式监测控制单元和多级核脉冲诊断单元中诊断，生成诊断报告；

其中，多模式监测控制单元控制多路监测单元的监测活动，包括监测时长、监测频度、监测内容，以得到符合需求的温度信号、电压幅度信号、核脉冲信号；包含开机快速监测、动态监测、长稳监测三种监测模式；其中开机快速监测为核分析仪开机时，对其电源系统供电，核脉冲信号进行快检测，以判断核分析仪是否正常开机；动态监测是在核分析仪正常工作期间，动态地对电源的电压幅度信号和核脉冲信号进行监测，当发现电源电压降低，则以步进10分钟动态调短监测时间间隔，确保仪器正常工作；长稳监测为核分析仪正常工作后，对核分析仪温度信号、电源幅度信号、核脉冲信号进行连续长时间检测，判断多模式监测控制单元自身是否正常工作。

多级核脉冲诊断单元对核分析仪三部分输出的核脉冲信号进行诊断，判断信号出现故障的位置，电源诊断单元对核分析仪各部分电压幅度信号进行诊断，判断信号出现故障的位置；所述多级核脉冲诊断单元对核脉冲信号进行诊断的具体方式为：

（1）预设探测器的参考信号，预设其上升沿时间t _r、下降沿时间t _f、脉冲宽度W和脉冲峰值持续时间t _p ，以及各值误差范围，预设主放大器的放大倍数；

（2）获取探测器输出端的核脉冲信号，判断各值是否在正常误差范围内，若是，则探测器处无故障，信号送入主放大器中，反之则标记此处有故障；

（3）获取主放大器输出端的核脉冲信号，与理论放大倍数得到的核脉冲信号进行对比，判断各值是否在正常误差范围内，若是，则主放大器处无故障，信号送入数字多道模块中，反之则标记此处有故障；

（4）获取数字多道模块输出端的核脉冲信号，与主放大器输出端信号进行对比，一样则数字多道模块无故障，反之则标记此处有故障。

所述诊断报告为预设的报告格式，包括核脉冲信号诊断时信号出现故障的位置、信号的形状和参数，以及电源信号诊断时出现故障的位置；

所述远程智能诊断终端能通过上位机获取多模式监测控制单元发送给上位机的信号，并内置多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元，且能生成诊断报告。

所述核分析仪中，正常工作时的电源信号分别为：探测器的高压信号为400V-1000V，低压信号为±12V，前置放大器为±12V、主放大器为±12V和5V，其中高压信号和低压信号分别允许1%和10%的误差。

实施例2：参见图4到图6，假设探测器采用NaI探测器，主放大器的放大倍数为10倍，探测器的高压信号为800V，低压信号为±12V，前置放大器为±12V、主放大器为±12V和5V；

对于NaI探测器而言，核脉冲信号特征参数及其允许的误差范围配置为，t _r<500ns，1us<t _f<2us、1us<W<3us和P<100ns,其误差为±20%。当检测信号参数处于该范围内时，判断信号为正常，反之判断信号出现故障；

那么对于主放大器和数字多道模块而言，其核脉冲的信号特征参数及误差范围为：t _r<500ns，1us<t _f<2us、1us<W<3us和P<100ns,其误差为±20%。另外，其幅度为探测器输出脉冲幅度的10倍。这些预设的值，全部存在上位机的数据库中，方便比对和调用。

将多路监测单元连接在核分析仪上，连接方式为：多路监测单元中的信号调理电路通过电源总线、信号总线、温度传感器分别获取信号，其中，通过电源总线获取核分析仪三部分待监测电源的电压值、文波噪声；通过温度传感器获取核分析仪三部分的温度值；通过信号总线获取核分析仪三部分输出的核脉冲信号，上位机分别与多路监测单元和远程智能诊断终端通信。

由于多模式监测控制单元有三种监测模式，这里，我们采用开机快速监测。

当多模式监测控制单元采用开机快速监测这种监测模式的时候，也就是当核分析仪开机时，对其电源系统供电，核脉冲信号进行快检测，以判断核分析仪是否正常开机；这里，信号的获取通过多路监测单元实现。

若核分析仪正常开机且正常工作后，我们可以采用动态监测的模式对其进行监测，也就是预设一定的监测时长、监测频度、监测内容，通过多路监测单元得到符合需求的温度信号、电压幅度信号、核脉冲信号；这样做的目的不仅可以起到监控作用，还能节省能耗。这里，我们可以假设监测的时长为10分钟，监测频度为每小时2次，监测内容为电源、温度、核脉冲信号。但是，由于在工作过程中，电源会随使用时间变长，电量下降，输出电源更容易出现不稳定现象，所以，当发现电源电压降低，则以步进10分钟动态调短监测时间间隔，确保仪器正常工作；例如，之前的监测时间间隔为30分钟，则下次间隔为20分钟。

以上两种监测模式，主要是针对核分析仪进行监控。但若本发明本身出现了故障，也会导致数据的不准确以及误判，所以，本发明还设计了一种长稳监测模式，长稳监测为核分析仪正常工作后，对核分析仪温度信号、电源幅度信号、核脉冲信号进行连续长时间检测，根据数据的变化，判断多模式监测控制单元自身是否正常工作。

以上提到的是信号的获取，对信号的分析，则需要依靠上位机中内置的软件另外两个诊断单元，其中，核脉冲信号依靠多级核脉冲诊断单元进行诊断，而电源的电压幅度信号需要依赖电源诊断单元。

多级核脉冲诊断单元上文已经提到，而探测器的参考信号以及主放大器的放大倍数我们也已经在上文预设，那么，按照上文提到的判断步骤，我们可以得出核分析仪三部分的核脉冲信号的参数，包括其允许的误差范围，有故障的地方进行标记，这样，在生成诊断报告中，我们就可以给出核脉冲信号诊断时信号出现故障的位置、信号的形状和参数；电源诊断单元更加简单，只需要根据预设的值对电压值进行监测即可，不符合预设值的位置，就是故障位置。

根据多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元的诊断结果，上位机自动生成诊断报告，这里，诊断报告为预设的报告格式，其格式也存储在数据库中，可以被调用和识别。不论诊断报告格式为何种，其中，必然包括核脉冲信号诊断时信号出现故障的位置、信号的形状和参数，以及电源信号诊断时出现故障的位置。

以上为上位机的工作，而上位机获取的所有信号，远程智能诊断终端均能获得，并内置多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元，生成诊断报告，其方法和上位机中方法相同。

参见图3当然，我们还可以在诊断报告中给出故障的等级归类、维修建议等，都预存在数据库中，当监测到出现故障的位置符合时，调用显示相应的等级归类、维修建议。

以下是一种诊断报告格式：

工作电源：

低压电源：±11.92V 4.95V

高压电源：800V

工作温度：

检测温度：28℃

各级核脉冲信号：参见图7。

故障信息：各级信号正常。

Claims (5)

1.一种核分析仪自诊断系统，其特征在于：包括连接在核分析仪上的多路监测单元，与多路监测单元通信的上位机、以及与上位机远程通信的远程智能诊断终端；

其中，核分析仪包括集成了前置放大器的探测器、主放大器和数字多道模块三部分；

所述多路监测单元包括信号调理电路、ADC、FPGA、存储器和通信端口，其中，所述信号调理电路对核分析仪三部分的温度信号、电源的电压幅度信号、核脉冲信号进行信号调理，然后经ADC转换，暂存至存储器内，由FPGA通过通信端口将数据发送至上位机；

所述上位机内置自诊断系统，包括多模式监测控制单元、多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元；上位机控制多模式监测控制单元的监测模式，并将获取的数据对应送到多模式监测控制单元和多级核脉冲诊断单元中诊断，生成诊断报告；

其中，多模式监测控制单元控制多路监测单元的监测活动，包括监测时长、监测频度、监测内容，以得到符合需求的温度信号、电压幅度信号、核脉冲信号；多级核脉冲诊断单元对核分析仪三部分输出的核脉冲信号进行诊断，判断信号出现故障的位置，电源诊断单元对核分析仪各部分电压幅度信号进行诊断，判断信号出现故障的位置；

所述诊断报告为预设的报告格式，包括核脉冲信号诊断时信号出现故障的位置、信号的形状和参数，以及电源信号诊断时出现故障的位置；

所述远程智能诊断终端能通过上位机获取多模式监测控制单元发送给上位机的信号，并内置多级核脉冲诊断单元和电源诊断单元，且能生成诊断报告。

2.根据权利要求1所述的核分析仪自诊断系统，其特征在于：所述信号调理电路通过电源总线、信号总线、温度传感器分别获取信号，其中，通过电源总线获取核分析仪三部分待监测电源的电压值、文波噪声，通过温度传感器获取核分析仪三部分的温度值，通过信号总线获取核分析仪三部分输出的核脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的核分析仪自诊断系统，其特征在于：所述多模式监测控制单元的监测模式为开机快速监测、动态监测、长稳监测三种模式；其中开机快速监测为核分析仪开机时，对其电源系统供电，核脉冲信号进行快检测，以判断核分析仪是否正常开机；动态监测是在核分析仪正常工作期间，动态地对电源的电压幅度信号和核脉冲信号进行监测，当发现电源电压降低，则以数分钟的步进动态调短监测时间间隔，确保仪器正常工作；长稳监测为核分析仪正常工作后，对核分析仪温度信号、电源幅度信号、核脉冲信号进行连续长时间检测，判断多模式监测控制单元自身是否正常工作。

4.根据权利要求1所述的核分析仪自诊断系统，其特征在于：所述多级核脉冲诊断单元对核脉冲信号进行诊断的具体方式为：

（1）预设探测器的参考信号，预设其上升沿时间t _r、下降沿时间t _f、脉冲宽度W和脉冲峰值持续时间t _p ，以及各值误差范围，预设主放大器的放大倍数；

（2）获取探测器输出端的核脉冲信号，判断各值是否在正常误差范围内，若是，则探测器处无故障，信号送入主放大器中，反之则标记此处有故障；

（3）获取主放大器输出端的核脉冲信号，与理论放大倍数得到的核脉冲信号进行对比，判断各值是否在正常误差范围内，若是，则主放大器处无故障，信号送入数字多道模块中，反之则标记此处有故障；

（4）获取数字多道模块输出端的核脉冲信号，与主放大器输出端信号进行对比，一样则数字多道模块无故障，反之则标记此处有故障。

5.根据权利要求1所述的核分析仪自诊断系统，其特征在于：所述核分析仪中，正常工作时的电源信号分别为：探测器的高压信号为400V-1000V，低压信号为±12V，前置放大器为±12V、主放大器为±12V和5V，其中高压信号和低压信号分别允许1%和10%的误差。