CN105547372B - 机载下投式核辐射监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载下投式核辐射监测装置，涉及海洋环境监测装置技术领域。所述装置包括外壳，所述外壳的上端外侧设有通信模块天线，所述通信模块天线的外侧包裹有气囊，所述外壳内设有控制模块和通信模块、核辐射传感器、释放机构、CTD传感器、传感器电源和柔性水帆，所述外壳的下端外侧设有降落伞。所述监测装置能够通过飞机空投的方式，投放到监测人员不宜或不能到达的海域进行现场总核辐射量实时应急监测，满足海洋核辐射实时监测的灵活性、多样性、机动性，适应新的任务需求。

Description

机载下投式核辐射监测装置

技术领域

本发明涉及海洋环境监测装置技术领域，尤其涉及一种机载下投式核辐射监测装置。

背景技术

核辐射事故的突发性和扩散性，严重威胁到了国家政治、经济和社会安全。2011年3月11日，发生于日本东北地区宫城县北部的9级地震，引发海啸，地震和海啸造成了福岛核电站的重大核泄漏事故，导致大量放射性物质被释放到了周边环境中，致使日本损失巨大，事故也引起了我国政府和人民的高度关注。

随着卫星通信技术的发展，越来越多的海洋监测仪器使用卫星通信技术来传输测量数据，目前正在运营的卫星通信系统有Argos系统、北斗卫星导航系统和铱星系统等。也出现了一些利用这些通信系统实现远程海洋环境监测的装置，但是现有技术中还没有出现能够通过飞机空投的方式，将核辐射测量设备投放到监测人员不宜或不能到达的海域，进行现场总核辐射量实时应急监测的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机载下投式核辐射监测装置，所述监测装置能够通过飞机空投的方式，投放到监测人员不宜或不能到达的海域进行现场总核辐射量实时应急监测，满足海洋核辐射实时监测的灵活性、多样性、机动性，适应新的任务需求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种机载下投式核辐射监测装置，其特征在于：包括外壳，所述外壳的上端外侧设有通信模块天线，所述通信模块天线的外侧包裹有气囊，所述外壳内设有控制模块和通信模块、核辐射传感器、释放机构、CTD传感器、传感器电源和柔性水帆，所述外壳的下端外侧设有降落伞，所述核辐射传感器和CTD传感器与所述控制模块的信号输入端连接，所述释放机构受控于所述控制模块，当释放机构接收到控制模块的控制命令时，释放机构释放所述柔性水帆，所述降落伞位于所述外壳的最外侧，所述通信模块与所述控制模块双向连接，用于实现数据的接收和远距离发送，所述传感器电源为所述检测装置内需要供电的模块提供工作电源，所述气囊受控于所述控制模块，当气囊接收到控制模块的控制命令后，气囊充气，将所述通信模块天线包裹；

所述检测装置采用间歇工作方式，通过飞机投弃至海上，每隔固定的时间控制模块控制传感器电源给CTD传感器和核辐射传感器加电，各传感器加电后即按预先设定的流程开始工作，控制模块开始采集传感器的测量数据，测量传送完毕后控制模块控制传感器电源断电，此时将数据由控制模块的缓冲区转存入控制模块的FLASH存储器，当全部传感器测量数据存储完毕后，控制模块开启通信模块的电源，将数据发送至用户中心。

进一步的技术方案在于：所述传感器电源采用18节ER26500型锂锰电池。

进一步的技术方案在于：所述锂锰电池采用3节电池串联为一组，再将6组电池进行并联的形式。

进一步的技术方案在于：所述通信模块采用铱星通信模块。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述监测装置能够通过飞机空投的方式，投放到监测人员不宜或不能到达的海域进行现场总核辐射量实时应急监测，满足海洋核辐射实时监测的灵活性、多样性、机动性，适应新的任务需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明展开后的结构示意图；

其中：1外壳、2通信模块天线、3气囊、4控制模块和通信模块、5核辐射传感器、6释放机构、7CTD传感器、8柔性水帆、9降落伞。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-2所示，本发明公开了一种机载下投式核辐射监测装置，包括外壳1，所述外壳1的上端外侧设有通信模块天线2，所述通信模块天线2的外侧包裹有气囊3，所述外壳内设有控制模块和通信模块4、核辐射传感器5、释放机构6、CTD传感器7、传感器电源和柔性水帆8。所述外壳1的下端外侧设有降落伞9，所述核辐射传感器和CTD传感器与所述控制模块的信号输入端连接，所述释放机构受控于所述控制模块，当释放机构接收到控制模块的控制命令时，释放机构释放所述柔性水帆，所述降落伞位于所述外壳的最外侧，所述通信模块与所述控制模块双向连接，用于实现数据的远距离接收和发送，所述传感器电源为所述检测装置内需要供电的模块提供工作电源，所述气囊受控于所述控制模块，当气囊接收到控制模块的控制命令后，气囊充气，将所述通信模块天线包裹，监测装置的浮力增加，使得其能购漂浮在海面上。

所述检测装置采用间歇工作方式，通过飞机投弃至海上，每隔固定的时间控制模块控制传感器电源给CTD传感器和核辐射传感器加电，各传感器加电后即按预先设定的流程开始工作，控制模块开始采集传感器的测量数据，测量数据传送完毕后控制模块控制传感器电源断电，此时将数据由控制模块的缓冲区转存入控制模块的FLASH存储器，当全部传感器测量数据存储完毕后，控制模块开启通信模块的电源，将数据发送至用户中心。

功能要求

在线监测功能，测量参数包括海洋水体环境总辐射剂量、表层海水温度和电导率；从飞机或船舶投放后自动展开进入工作状态，持续在位时间三个月。

测量技术指标

海洋水体环境总辐射剂量：测量范围：0.003uSv/h-10mSv/h；能量响应范围：25keV-3.0MeV；测量准确度：10％；采样时间：5min。采样频度：2-12次/天。

表层海水温度和电导率：测量范围，温度：-2-35℃；电导率：0.2-6.5S/m；测量误差：温度：±0.1℃；电导率：±0.01S/m；测量值输出频率：1s/次；外形尺寸：长度不大于1000mm，直径不大于150mm；重量：总重量不大于10Kg。

传感器电源：

依据总体需求，所述监测装置属于应急监测系统，要求最小在位时间为3个月。传感器电源是系统正常、稳定、持续工作的基础，监测装置从机上投放后，工作在恶劣的海洋环境下，要求必须具有较高的可靠性，尽可能降低电源消耗，以维持较长的在位工作时间。因此，选用容量大，体积小，自放电率低的电池是电源设计的关键因素。

电池选型

由于装置为一次性使用的仪器，从飞机上投下以后，完成要求的在位工作后将自毁，不可回收，拟采用不可充电的锂电池。

锂电池以其独特的性能优势已经在广泛应用在电动工具，电动交通工具、军事装备和航空航天等多个领域。常用的不可充电锂电池有锂锰电池和高容量锂亚硫酰氯电池(简称锂亚电池)。正常情况下，锂亚电池开路电压3.6V，锂锰电池开路电压3.0V。在同等体积下，锂亚电池比锂锰电池容量更高，但是锂亚电池的输出具有滞后性，即如果锂亚电池长时间放置不使用后，需要电池输出一定电流，并且持续一段时间后才能激活，否则如果电路突然需要电池供电的话，电池无法提供出大电流能量，如果电池有持续小电流工作情况下，是可以避免的。锂锰电池的安全性比锂亚要好，不存在电压滞后现象，可开发出各种型号的外形产品，锂锰电池由于其灵活的外观和安全性，目前普通应用于安防和RFID这些功耗低、需要间歇或者不定期供电的设备中。

由于属于机动应急性监测系统，投放前处于非工作状态，而且在工作时也处于间歇工作方式。为了防止电池在处于长期不工作状态时开机出现电压滞后现象，影响系统的正常工作，而且考虑到电池的安全性，系统的供电电池采用具有高容量、大电流输出能力、小体积、安全性高的锂锰电池，需按照系统的整体结构和单节锂锰电池的尺寸和供电电压，各测量传感器的供电方案，设计系统供电电源。系统拟采用18节ER26500型锂锰电池供电。电池连接方案采用3节电池串联为一组，考虑电源冗余，再将6组并联的形式，每组的供电电压为3×3＝9V。

电源消耗计算

控制模块：在单组锂电池输出电压为9V的情况下，控制模块的静态最大工作电流约为30mA，每小时工作一次，每次工作时间5分钟。每小时耗电量：30mA×5/60＝2.5mAh。

通信模块：GPS工作时间为2分，工作电流为10mA，每小时工作一次，每次工作时间5分钟。每小时耗电量：10mA×2/60h＝0.33mAh。

核辐射传感器：核辐射传感器工作电压为12V，工作电流是25mA，工作时间5min；最快每两个小时工作一次，每次工作时间5分钟。每小时耗电量：25mA×5/120h＝1.04mAh。

CTD传感器：CTD传感器工作电压为12V，工作电流是50mA；每个小时工作一次，每次工作时间2分钟。每小时耗电量：50mA×2/60h＝1.67mAh。

为了最大限度地发挥电池的容量，主控制板、传感器和卫星通讯模块均用统一的电源供电。选用的ER26500型锂锰电池的每节电池的供电电压为3.0V，5Ah，为了尽可能地增加电池组的总容量，每组3节串联为成9.0V/5Ah单体电池，然后6组并联为9.0V，实际容量为30Ah的电池组，共选用18节ER26500型锂锰电池。电源采用升压电路，按转换效率80％计算，实际容量为30×80％＝24Ah。电源电池利用率为20.90/24＝87.1％。通过计算，监测装置电池组能够满足监测装置工作需求，维持其正常工作。

通讯方式需求分析：

由于系统布放在西北太平洋海域，卫星通讯是唯一可选择的通信方式。近十几年来，随着卫星通信技术的发展，越来越多的海洋监测仪器使用卫星通信技术来传输测量数据。本发明的通信模块采用铱星公司的9602SBD，其长度、宽度和厚度分别为41mm、45mm和13mm，重量3g，具有体积小、重量轻的特点。9602不需要SIM卡，每次最多可以发送340字节信息，可以接收270字节信息，当有信息收到时能够发出振铃。该模块通过RSS232接口实现SBD(突发短数据)业务，默认的波特率是19200bit/s。铱星SBD的待机平均电流为45mA，信息发送中的平均电流仅为195mA，接收电流为45mA。相对于其它数据卫星通信方式，铱星通信的费用较低，单次传输数据量大，而且功耗较小，能够满足核辐射监测监测装置实时数据传输和低功耗的要求。

所述监测装置能够通过飞机空投的方式，投放到监测人员不宜或不能到达的海域进行现场总核辐射量实时应急监测，满足海洋核辐射实时监测的灵活性、多样性、机动性，适应新的任务需求。

Claims (4)

1.一种机载下投式核辐射监测装置，其特征在于：包括外壳(1)，所述外壳(1)的上端外侧设有通信模块天线(2)，所述通信模块天线(2)的外侧包裹有气囊(3)，所述外壳内设有控制模块和通信模块(4)、核辐射传感器(5)、释放机构(6)、CTD传感器(7)、传感器电源和柔性水帆(8)，所述外壳(1)的下端外侧设有降落伞(9)，所述核辐射传感器和CTD传感器与所述控制模块的信号输入端连接，所述释放机构受控于所述控制模块，当释放机构接收到控制模块的控制命令时，释放机构释放所述柔性水帆，所述降落伞位于所述外壳的最外侧，所述通信模块与所述控制模块双向连接，用于实现数据的接收和远距离发送，所述传感器电源为所述监测装置内需要供电的模块提供工作电源，所述气囊受控于所述控制模块，当气囊接收到控制模块的控制命令后，气囊充气，将所述通信模块天线包裹，为监测装置提供浮力；

所述监测装置采用间歇工作方式，通过飞机投弃至海上，每隔固定的时间控制模块控制传感器电源给CTD传感器和核辐射传感器加电，各传感器加电后即按预先设定的流程开始工作，控制模块开始采集传感器的测量数据，测量传送完毕后控制模块控制传感器电源断电，此时将数据由控制模块的缓冲区转存入控制模块的FLASH存储器，当全部传感器测量数据存储完毕后，控制模块开启通信模块天线的电源，将数据发送至用户中心。

2.如权利要求1所述的机载下投式核辐射监测装置，其特征在于：所述传感器电源采用18节ER26500型锂锰电池。

3.如权利要求2所述的机载下投式核辐射监测装置，其特征在于：所述锂锰电池采用3节电池串联为一组，再将6组电池进行并联的形式。

4.如权利要求1所述的机载下投式核辐射监测装置，其特征在于：所述通信模块采用铱星通信模块。