CN105277963B - 三维空间γ放射源定位搜寻装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维空间γ放射源定位搜寻装置和方法，包括上位机和平台底座，平台底座上竖直设有一带刻度的支撑杆，所述支撑杆上设有一能上下移动的圆形托盘，所述托盘表面同轴设有一旋转台、旋转台上表面设有探测器组，所述探测器组由数个沿托盘径向均匀分布的探测器构成；所述平台底座能水平移动、控制圆形托盘上下移动和旋转台的水平旋转。本发明采用多探测器扫描空间辐射获取放射源的方位，估计放射源的位置，然后放射源搜索迭代算法控制搜寻装置不断靠近放射源，从而实现三维空间放射源的自动搜索定位，在水平方向上离放射源的位置误差不超过10cm。

Description

三维空间γ放射源定位搜寻装置和方法

技术领域

本发明涉及一种放射源探测装置，尤其涉及一种多组合探测器寻找放射源的装置。

背景技术

放射源是采用放射性物质制成的辐射源的通称。放射源按所释放射线的类型可分为α 放射源、β放射源、γ放射源和中子源等；按照放射源的封装方式可分为密封放射源和非密封放射源。

放射源发射出来的射线具有一定的能量，它可以破坏细胞组织，从而对人体造成伤害。当人受到大量射线照射时，可能会产生诸如头昏乏力，食欲减退，恶心，呕吐等症状，严重时会导致机体损伤，甚至可能导致死亡。

由于其对人体有一定的危害，所以未知区域中放射源的寻找，就无法通过人来实现，现在探寻放射源以及确定放射源位置的方法，主要通过以下几种方法：

1.利用机器人携带摄像头的方法进行寻找，这样设备成本较高，设备体积大、笨重，移动不灵活；

2.采用单一探测器进行探测，探测器旋转次数太多，导致测量时间过长，精确度低，而且只能确定水平位置，无法确定高度位置。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，成本低廉，体积小巧，能对放射源的位置进行精确定位，定位速度快、精度高、操作简单的多组合探测器寻找放射源的装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

一种三维空间γ放射源定位搜寻装置，包括上位机和平台底座，平台底座上竖直设有一带刻度的支撑杆，所述支撑杆上设有一能上下移动的圆形托盘，所述托盘表面同轴设有一旋转台、旋转台上表面设有探测器组，所述探测器组由数个沿托盘径向均匀分布的探测器构成；

所述平台底座能水平移动、控制圆形托盘上下移动和旋转台的水平旋转；

支撑杆内设有一运动控制单元，所述运动控制单元与探测器组相连，采集探测器的探测计数和探测方向角发送至上位机，由上位机处理后收取上位机的运动控制命令，控制平台底座运动。

作为优选：所述托盘上设有方位和刻度，探测器为多个，其中一个探测器为1号探测器，对准正北方向。

一种三维空间γ放射源定位搜寻方法，探测放射源的水平位置，包括以下步骤：

1）将三维空间γ放射源定位搜寻装置放置在探测区域内，移动托盘至支撑杆一预设高度，探测器组中探测器为N个，依次编号为1号探测器到N号探测器，其中1号探测器中心线对准托盘正北方向，各探测器中心线与正北方向在顺时针上的夹角，为各探测器的探测方位角θ；

2）通过旋转探测器组扫描水平空间，探测器组水平扫描旋转测量M次，每次旋转角度为w（w=360°/(N×M），即可获取水平一周不同探测方位角上的探测计数率，以探测方位角θ为横轴，对应角度上的探测计数率为纵轴的方位角-计数统计谱线，计算得到最大探测计数率的探测方向角θ_max，具体包括以步骤：

A.初始位置探测器组探测一次，上位机获取到N个探测方位角的探测计数率并保存；

B.将探测器组顺时针旋转M-1次，每旋转一次获取到N个探测方位角的探测计数率并保存，总共获取到M×N个探测方位角的探测计数率

C.形成方位角-计数统计谱线，计算得到最大探测计数率的探测方向角θ_max；

3）以托盘中心为原点O，正北方向为纵轴，正东方向为横轴，以tan（90-θ_max）为斜率过原点O做直线L_A；

4）把移动平台沿着横轴移动数米到点C，重复步骤2），得到对应最大计数率探测方位角α，以tan（90-α）为斜率，过C点做直线L_B；

5）直线L_A和直线L_B的交点D为预测放射源水平位置α为放射源的方向；若线段CD大于0.5米，则选取线段CD中间点作为新的原点，重复步骤2）、3）；

若线段CD小于0.5米则终止搜寻，视C点位置为探测器的水平位置。

作为优选：探测放射源的高度位置，包括以下步骤：

1）当线段CD小于0.5米后，使1号探测器中心线对应直线L_B，上下移动托盘，每等距离移动一次，记录1号探测器的探测计数率和其对应的高度值；

2）以高度为横坐标，探测计数率为纵坐标，建立高度-探测器计数率的统计谱线，求出探测计数率最大点对应的高度，即对应放射源在空间上的高度位置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：托盘位于平台底座上的支撑杆上，平台底座能水平移动，托盘能在支撑杆上面上下移动，通过上位机控制，托盘能在空间范围内的水平位置和高度位置任意移动，便于更精确的查找放射源，确定放射源的水平位置和高度位置。

托盘上设有方位和刻度，托盘上的方位，始终与地球物理方位保持一致。

本发明放射源的水平位置寻找方法为：

每次利用探测器组来进行探测计数，计数一次旋转一定角度再计数一次，角度有限制，则旋转数次后，得到一周内均匀分布的多个计数，再拟合成函数，并求出对应最大探测计数率的探测方向角θ_max；这种方法可以简单的获得多个计数，相比一个探测器能节省大量的时间，且得到的数据精确。

找到对应最大探测计数率的探测方向角θ_max；以tan（90-θ）为斜率做直线，移动平台沿X轴移动到一点、计数、找到对应最大计数率探测方位角α，以tan（90-α）为斜率做直线，在两直线交点和移动平台所在位置的之间取一点再次为圆心，并移动平台至此；重复计数，逐步逼近放射源位置。

同理，本发明放射源的高度位置寻找方法为，通过探测器在不同高度探测计数率，探测计数率最大点对应的高度，即对应着放射源在空间上的高度位置。

本发明公开的三维空间γ放射源定位搜寻装置及方法，采用多探测器组成的空间辐射扫描探测装置，扫描空间辐射获取放射源的方位，并估计放射源的位置，然后放射源搜索迭代算法控制搜寻装置不断靠近放射源，从而实现三维空间放射源的精确定位，在水平方向上离放射源的位置误差不超过10cm。而且测量时间相比一个探测器来测量的时间短。

附图说明

图1为本发明功能原理图

图2为本发明结构示意图；

图3为图1中托盘结构示意图；

图4为实施例1中得到直线A、直线B的原理图。

图中：1、平台底座；2、支撑杆；3、托盘；4、旋转台；5、探测器组。

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4，一种三维空间γ放射源定位搜寻装置，包括上位机和平台底座1，平台底座1上竖直设有一带刻度的支撑杆2，所述支撑杆2上设有一能上下移动的圆形托盘3，所述托盘3表面同轴设有一旋转台4、旋转台4上表面设有探测器组5，所述探测器组5由数个沿托盘3径向均匀分布的探测器构成；

所述平台底座1能水平移动、控制圆形托盘3上下移动和旋转台4的水平旋转；

支撑杆2内设有一运动控制单元，所述运动控制单元与探测器组5相连，采集探测器的探测计数和探测方向角发送至上位机，由上位机处理后收取上位机的运动控制命令，控制平台底座1运动。

所述托盘3上设有方位和刻度，探测器为8个，其中一个探测器为1号探测器，对准正北方向。

本装置的工作原理是，通过探测器组5采集数据，发送至上位机中，由上位机计算后，发送控制命令给运动控制单元，再由运动控制单元传递给平台底座1，由运动控制单元一步步控制平台底座1的运动，实现探测器组5水平、竖直方向、以及水平旋转的运动。结合对应的软件，本装置是一步步靠近放射源的。

一种三维空间γ放射源定位搜寻方法，探测放射源的水平位置，包括以下步骤：

1）将三维空间γ放射源定位搜寻装置放置在探测区域内，移动托盘3至支撑杆2一预设高度，探测器组5中探测器为N个，依次编号为1号探测器到N号探测器，其中1号探测器中心线对准托盘3正北方向，各探测器中心线与正北方向在顺时针上的夹角，为各探测器的探测方位角θ；

在此，设探测器组5中探测器为8个，依次编号为1号探测器到8号探测器；

2）通过旋转探测器组5扫描水平空间，探测器组5水平扫描旋转测量M次，每次旋转角度为w（w=360°/(N×M），即可获取水平一周不同探测方位角上的探测计数率，以探测方位角θ为横轴，对应角度上的探测计数率为纵轴的方位角-计数统计谱线，计算得到最大探测计数率的探测方向角θ_max，具体包括以步骤：

A.初始位置探测器组5探测一次，上位机获取到N个探测方位角的探测计数率并保存；

B.将探测器组5顺时针旋转M-1次，每旋转一次获取到N个探测方位角的探测计数率并保存，总共获取到M×N个探测方位角的探测计数率；

C.形成方位角-计数统计谱线，计算得到最大探测计数率的探测方向角θ_max；

在这一步中，假设M=5，共测量了5次，那么探测器旋转了4次，旋转角度w=360°/(N*M）=360°/(8*5）=9°，所以旋转1次的角度是9度。初始位置探测器组5探测1次，获取到8个探测方位角的探测计数率，然后旋转探测器组5四次，每旋转一次计数一次，一共获取到40个探测方位角的探测计数率，这时候，刚好把一个圆周360°，以9°的间隔采样了一周。在这40个探测方位角的探测计数率中，拟合函数获得最大探测计数率的探测方向角θ_max；

3）以托盘3中心为原点O，正北方向为纵轴，正东方向为横轴，以tan（90-θ_max）为斜率过原点O做直线L_A；

4）把移动平台沿着横轴移动数米到点C，重复步骤2），得到对应最大计数率探测方位角α，以tan（90-α）为斜率，过C点做直线L_B；

5）直线L_A和直线L_B的交点D为预测放射源水平位置α为放射源的方向；若线段CD大于0.5米，则选取线段CD中间点为新的原点，重复步骤2）、3）；

若线段CD小于0.5米则终止搜寻，视C点位置为探测器的水平位置。

以上为水平位置的测量。

探测放射源的高度位置，包括以下步骤：

1）当线段CD小于0.5米后，使1号探测器中心线对应直线L_B，上下移动托盘3，每等距离移动一次，记录1号探测器的探测计数率和其对应的高度值；

2）以高度为横坐标，探测计数率为纵坐标，建立高度-探测器计数率的统计谱线，求出探测计数率最大点对应的高度，即对应放射源在空间上的高度位置。

探测放射源水平位置和高度位置，可以先确定水平位置，再确定高度位置，或者先确定水平位置在0.5米左右，确定高度位置，再确定水平位置，将0.5米的距离，缩短到0.1米，具体视实际情况而定。

Claims (3)

1.一种三维空间γ放射源定位搜寻装置，其特征在于：包括上位机和平台底座，平台底座上竖直设有一带刻度的支撑杆，所述支撑杆上设有一能上下移动的圆形托盘，所述托盘表面同轴设有一旋转台、旋转台上表面设有探测器组，所述探测器组由数个沿托盘径向均匀分布的探测器构成；

所述平台底座能水平移动、控制圆形托盘上下移动和旋转台的水平旋转；

支撑杆内设有一运动控制单元，所述运动控制单元与探测器组相连，采集探测器的探测计数和探测方向角发送至上位机，由上位机处理后收取上位机的运动控制命令，控制平台底座运动；其搜寻方法为：探测放射源的水平位置，包括以下步骤：

1)将三维空间γ放射源定位搜寻装置放置在探测区域内，移动托盘至支撑杆一预设高度，探测器组中探测器为N个，依次编号为1号探测器到N号探测器，其中1号探测器中心线对准托盘正北方向，各探测器中心线与正北方向在顺时针上的夹角，为各探测器的探测方位角θ；

2)通过旋转探测器组扫描水平空间，探测器组水平扫描旋转测量M次，每次旋转角度为w＝360°/(N×M)，即可获取水平一周不同探测方位角上的探测计数率，以探测方位角θ为横轴，对应角度上的探测计数率为纵轴的方位角-计数统计谱线，计算得到最大探测计数率的探测方向角θ_max，具体包括以下 步骤：

A.初始位置探测器组探测一次，上位机获取到N个探测方位角的探测计数率并保存；

B.将探测器组顺时针旋转M-1次，每旋转一次获取到N个探测方位角的探测计数率并保存，总共获取到M×N个探测方位角的探测计数率；

C.形成方位角-计数统计谱线，计算得到最大探测计数率的探测方向角θ_max；

3)以托盘中心为原点O，正北方向为纵轴，正东方向为横轴，以tan(90-θ_max)为斜率过原点O做直线L_A；

4)把移动平台沿着横轴移动数米到点C，重复步骤2)，得到对应最大计数率探测方位角α，以tan(90-α)为斜率，过C点做直线L_B；

5)直线L_A和直线L_B的交点D为预测放射源水平位置α为放射源的方向；若线段CD大于0.5米，则选取线段CD中间点作为新的原点，重复步骤2)、3)；

若线段CD小于0.5米则终止搜寻，视C点位置为探测器的水平位置。

2.根据权利要求1所述的三维空间γ放射源定位搜寻装置，其特征在于：所述托盘上设有方位和刻度，探测器为多个，其中一个探测器为1号探测器，对准正北方向。

3.根据权利要求1所述的三维空间γ放射源定位搜寻装置，其特征在于：探测放射源的高度位置，包括以下步骤：

1)当线段CD小于0.5米后，使1号探测器中心线对应直线L_B，上下移动托盘，每等距离移动一次，记录1号探测器的探测计数率和其对应的高度值；

2)以高度为横坐标，探测计数率为纵坐标，建立高度-探测器计数率的统计谱线，求出探测计数率最大点对应的高度，即对应放射源在空间上的高度位置。