CN106428434A - 一种船载投弃式放射性监测漂流浮标 - Google Patents

一种船载投弃式放射性监测漂流浮标 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，该浮标针对滨海核电事件的应急监测，能够随洋流漂流，对海洋水体的放射性进行连续监测。浮标主要包括通信模块、电池、控制模块、浮体、放射性探测器、水帆组成，能够通过船载的放射快速投放，对放射性核素在海洋中应急监测和扩散进行长期连续监测。

Description

一种船载投弃式放射性监测漂流浮标
技术领域
本发明属于海洋放射性环境监测与核事件应急技术领域，具体涉及一种海洋放射性现场测量与扩散跟踪监测的测量装置。
背景技术
国际和国内核电运行的经验表明，核电是安全高效的能源，但凡事无绝对，在大力发展核电的同时，不能忽略的是核技术也是把“双刃剑”，一旦核电发生事故，将带来巨大的灾难，2011年3月，日本福岛核泄漏事故的发生震惊全世界，核泄漏事故给日本周边海洋环境造成了巨大的灾难，4月12日，日本政府宣布，根据国际原子能机构《国际核事件和放射事件分级表(INES)》的规定，将福岛第一核电站事故定级为7级，为特大事故，放射性物质大量排放入海，会对海洋环境和公众健康产生大范围影响，应采取长期的应对措施。国际相关研究机构认为，这些放射性物质随海流5年后可到达北美，10年后到达亚洲东部，30年后几乎扩散至整个太平洋。日本核泄漏事件会对西太平洋会造成长期的污染，同时也存在对我国海洋环境造成影响的潜在风险。
我国大量的核设施都位于滨海地区，为长期有效监测核事件后放射性核素进入海洋后的随水体的扩散，必须将放射性监测设备投放于核事件发生海域，进行海洋水体放射性的实时、连续监测。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种船载投放的海洋环境放射性监测与扩散跟踪监测装置，所述装置能够由船载快速布放与核事件发生海域，对现场进行实时应急监测，并通过跟随洋流漂流，实现对放射性核素扩散的跟踪监测。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：船载投弃式放射性监测漂流浮标，包括浮体和水密舱；
所述水密舱内设有放射性探测器；
所述浮体设有电源、控制模块和通讯模块，所述电源、通讯模块连接控制模块；
所述浮体和水密舱之间通过系留钢缆相连，所述系留钢缆设有缆卡，根据不同海水深度中宇宙射线对测量结果影响程度进行长度调节，调节范围为1.5-6米；
所述放射性探测器通过水密接插件和电缆连接控制模块以及电源，所述电缆与所述系留钢缆集成一起；
所述控制模块控制电源为通讯模块、放射性探测器提供分时供电。
进一步的，所述浮体内还设有GPS定位模块，所述GPS定位模块连接控制模块。
进一步的，所述浮体为球形，内部还设有填充物和浸没传感器，用以调节浮力。
进一步的，所述通讯模块为卫星通讯模块，设有通讯天线。
更进一步的，所述通讯模块还包括GPS定位模块。
进一步的，所述电源采用ER34615M锂电池，4节电池串联成组，9-14组并联。
进一步的，所述水密舱下端还设有水帆。
进一步的，所述水密舱内还设有CTD传感器，用于测量CTD数据，对放射性数据和CTD数据进行相关性分析，所述CTD传感器通过水密接插件和电缆连接控制模块以及电源，所述电缆与所述系留钢缆集成一起。
进一步的，所述控制模块包括CPU、数据存储器、晶体振荡器、扩展接口电路、电源控制电路；所述数据存储器、晶体振荡器、扩展接口电路、电源控制电路连接CPU，所述CPU连接电源，通过电源控制电路为各外围设备提供分时供电，所述CPU通过所述扩展接口电路与各外围设备进行通信。
更进一步的，所述扩展接口电路为RS232接口或422接口。
相对于现有技术，本发明所述的球形船载投弃式放射性监测漂流浮标具有以下优势：
(1)本发明能够由船载快速布放与核事件发生海域，对现场进行实时应急监测，并通过跟随洋流漂流，实现对放射性核素扩散的跟踪监测；测量参数包括海洋水体环境放射性、表层海水温度和电导率；
(2)本发明采用分时供电方式工作，卫星通信单元和传感器等外围设备平时处于断电状态，只有工作时才给予供电，以降低系统静态功耗；
(3)本发明电缆和系留钢缆集成一起，使钢缆承载，同时避免电缆在浮标漂移时产生扭转，解决传感器与水面浮球内控制模块之间的电缆传输可靠性问题；
(4)本发明中数据由控制模块的缓冲区转存入数据存储器，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，将数据发送至岸站，增强了数据采集传输的稳定性和可靠性；
(5)本发明中放射性探测器位于海水水下2-6m可调，该设计方式可有效的减少宇宙射线对测量结果的影响，提高测量放射性测量精度。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中控制模块的原理框图。
其中：
1：通讯天线、 2：卫星和GPS通讯模块、 3：控制模块、
4：电池、 5：填充物、 6：钢缆连接头、
7：缆卡、 8：水密接插件、 9：放射性探测器、
10：水帆、 11：浸没传感器、 12：CTD传感器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，包括通讯天线1、卫星和GPS通讯模块2、控制模块3、电池4、填充物5、钢缆连接头6、缆卡7、水密接插件8、放射性探测器9、水帆10、浸没传感器11、CTD传感器12。
本发明的浮体采用浮球形式，内含有电池4和填充物5，为浮标提供通讯、测量能源和浮力。
本发明的最下端为水帆10，然后是放射性探测器9和CTD传感器12通过线缆与控制模块3连接进行信号传输和电源传输。设计时将电缆和系留钢缆集成一起，使钢缆承载，同时避免电缆在浮标漂移时产生扭转，解决传感器与水面浮球内控制模块3之间的电缆传输可靠性。在传感器的控制中，增加一些状态输出，便于故障判断。
本发明采用间歇工作方式，通过船舶投放，每隔固定的时间控制模块3控制传感器电源给CTD传感器12和放射性探测器9供电，各传感器供电后即按预先设定的流程开始工作，控制模块3开始采集传感器的测量数据，测量传送完毕后控制模块3控制传感器电源断电，此时将数据由控制模块3的缓冲区转存入数据存储器，当全部传感器测量数据存储完毕后，控制模块3开启通讯天线1的电源，将数据发送至岸站。
为了使所述放射性探测器9能够适应海洋作业环境，放射性探测器9安装于非金属水密舱内，水密舱具有防水、耐压功能，通过水密接插件8与外部浮球内的控制模块3进行数据和电源连接。
本发明在测量放射性的同时将测量CTD数据，可用于对放射性数据和CTD数据相关性分析。
本发明通过浸没传感器11判断海水平面处于浮球的具体位置。
本发明的核辐射探测位于海水水下2-6m可调，通过在钢缆上设有缆卡7来实现，该设计方式可有效的减少宇宙射线对测量结果的影响，提高测量放射性测量精度
本发明设有通讯模块和通讯天线1，均安装于浮标内部，体积小、重量轻、低电压和低功耗，通讯模块为卫星和GPS通讯模块2，选用北斗卫星通信、ARGOS卫星通信或铱星卫星通信，GPS模块可实时回传漂流浮标所处位置。
本发明选用高容量、具有大电流输出能力、小体积的ER34615M锂电池(单节3.6V，12Ah)作为浮标电源。采用4节电池串联成组，9-14组并联的形式，能够满足浮标工作要求。
本发明采用分时供电方式工作，卫星通信单元和传感器等外围部件平时处于断电状态，只有工作时才给予供电，以降低系统静态功耗。
如图2所示，控制模块3功能主要包括数据采集、存贮、卫星通信单元电源控制及数据传输等。根据电源能量分配，浮标控制电路的静态工作电流应不大于2mA。
电路以微功耗PIC16F877单片机为控制核心，包括电平转换电路、数据存贮器、外围电源控制电路和RS232扩展接口电路等。
控制模块3通过RS232或422扩展接口电路分别与CTD传感器、放射性探测器、卫星通信电路进行数据通信，同时预留两个RS232接口，使浮标可以连接其他合适的传感器，增加测量参数，形成多用途的浮标产品。
本发明通过上述设计，实现在线监测功能，测量参数包括海洋水体环境放射性、表层海水温度和电导率；从船舶投放后自动进入工作状态，持续在位时间六个月。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：包括浮体和水密舱；
所述水密舱内设有放射性探测器；
所述浮体设有电源、控制模块和通讯模块，所述电源、通讯模块连接控制模块；
所述浮体和水密舱之间通过系留钢缆相连，所述系留钢缆设有缆卡，根据不同海水深度中宇宙射线对测量结果影响程度进行长度调节，调节范围为1.5-6米；
所述放射性探测器通过水密接插件和电缆连接控制模块以及电源，所述电缆与所述系留钢缆集成一起；
所述控制模块控制电源为通讯模块、放射性探测器提供分时供电。
2.根据权利要求1所述的一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：所述浮体内还设有GPS定位模块，所述GPS定位模块连接控制模块。
3.根据权利要求1所述的一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：所述浮体为球形，内部还设有填充物和浸没传感器，用以调节浮力。
4.根据权利要求1所述的一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：所述通讯模块为卫星通讯模块，设有通讯天线。
5.根据权利要求4所述的一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：所述通讯模块还包括GPS定位模块。
6.根据权利要求1所述的一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：所述电源采用ER34615M锂电池，4节电池串联成组，9-14组并联。
7.根据权利要求1所述的一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：所述水密舱下端还设有水帆。
8.根据权利要求1所述的一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：所述水密舱内还设有CTD传感器，用于测量CTD数据，对放射性数据和CTD数据进行相关性分析，所述CTD传感器通过水密接插件和电缆连接控制模块以及电源，所述电缆与所述系留钢缆集成一起。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：所述控制模块包括CPU、数据存储器、晶体振荡器、扩展接口电路、电源控制电路；所述数据存储器、晶体振荡器、扩展接口电路、电源控制电路连接CPU，所述CPU连接电源，通过电源控制电路为各外围设备提供分时供电，所述CPU通过所述扩展接口电路与各外围设备进行通信。
10.根据权利要求9所述的一种船载投弃式放射性监测漂流浮标，其特征在于：所述扩展接口电路为RS232接口或422接口。
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