CN106646072A - 一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法 - Google Patents

Abstract

一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法，其特征在于步骤如下：（1）一次将多个宽量程辐射探测装置放入源室，通过检测控制电路将所有放入源室的宽量程辐射探测装置与源室外的上位机相联；（2）由上位机逐个启动宽量程辐射探测装置并进行检测，从而减少开关强源的次数，提高检测效率；本发明的优点是上位机通过检测控制电路对多个宽量程辐射探测装置进行轮流检测，从上位机显示结果是否稳定在正常值附近可以准确地判断各个宽量程辐射探测装置的高压驱动单元是否存在故障；开启一次强源可以测量多个探测装置，从而节省了大量的时间。

Description

一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法

技术领域

本发明涉及核辐射探测领域，具体为一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法。

背景技术

GM计数管是辐射探测装置中较常使用的探测器，但它会受到固有死时间与恢复时间的影响，使得GM计数管的线性范围与测量上限受到限制。通过改变GM计数管的工作时序，可以大大扩展其探测上限，从而使单支GM计数管能应用到宽量程探测场合。在宽量程辐射探测装置中，高压驱动单元用于控制GM计数管的工作电压，是关键组成部分之一。正常工作时高压驱动单元输出电压变化范围比较大（可达200～300V），探测装置测量的计数率变化范围也非常大（超过6个数量级）。当高压驱动单元出现故障（如元件参数不匹配、开关元件性能不满足或元件焊接不可靠等）时探测装置将会出现计数率不稳的现象，无法用于宽量程探测。高压驱动单元出现这些故障往往在环境水平或低剂量率照射时因计数率较低而表现不出任何异常现象，但在高剂量率照射时有非常明显的异常现象（主要是计数率不稳定甚至出现计数率为0的现象）。因此，要检测出高压驱动单元是否出现故障，必须将宽量程辐射探测装置放入源室用强源照射，通过观察测量结果是否稳定在正常值附近来判断。由于考虑安全性，人员出入源室放置或拆除试验装置必须关闭强源。强源开启与关闭都需要较长时间（通常是几分钟），而要观察测量结果是否正常仅需20～30秒即可，如果将每个宽量程辐射探测装置放入源室进行单独检测，那么大部分时间都消耗在等待强源开启和关闭上，检测效率非常低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:

一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法，其特征在于步骤如下：

（1）一次将多个宽量程辐射探测装置放入源室，通过检测控制电路将所有放入源室的宽量程辐射探测装置与源室外的上位机相联；

（2）由上位机逐个启动宽量程辐射探测装置并进行检测，从而减少开关强源的次数，提高检测效率；该方法也可用于其它类型辐射探测装置的检测。

所述步骤（1）中检测控制电路主要由控制器、通信芯片、开关及接插件组成。

所述步骤（1）中上位机为具有通信功能的计算机。

上位机工作步骤如下：

步骤1 启动并初始化串口，设置最大重发次数为M;

步骤2 如果要退出程序，转步骤13;

步骤3 输入需要测试的探测装置序号i，设置重发次数m=0;

步骤4 将i格式化为两字节字符串XX，并组成指令”insXX\r\n”;

步骤5 如果m≥M，提示检测控制电路无反应，转步骤2；否则通过串口发送指令”insXX\r\n”;

步骤6 等待T毫秒，从串口读入回令，如果回令与发送指令不相同，令m=m+1，转步骤5;

步骤7 如果需要退出程序，转步骤13。否则令重发次数m=0;

步骤8 如果m≥M，提示探测装置无反应，转步骤2；否则向探测装置发送取得测量结果指令;

步骤9 等待T毫秒，从串口读入回令，如果回令与发送指令不相同，令m=m+1，转步骤8;

步骤10 接收探测装置发回的测量结果并显示;

步骤11 如果要退出程序转步骤13;

步骤12 如需检测其它探测装置，转步骤2；否则转步骤10;

步骤13 关闭串口，退出程序。

所述步骤8中，向探测装置发送取得测量结果指令后，探测装置会将指令回复给上位机，并且每秒向上位机发送一次测量结果，直到接收到停止传输指令为止。

所述控制器的工作流程如下：

步骤1 软件启动，初始化串口；

步骤2 断开所有探测装置电源与信号线；

步骤3 等待上位机发送指令；

步骤4 如果上位机发送指令格式为”insXX\r\n”，断开所有探测装置的电源与通信信号线，将控制器的发送信号与通信芯片接通，并回复原指令，转步骤5；否则转步骤3；

步骤5 将字符XX转换为十进制数i，断开控制器的发送信号，接通探测装置i的电源与通信信号线，转步骤3。

有益效果：上位机通过检测控制电路对多个宽量程辐射探测装置进行轮流检测，从上位机显示结果是否稳定在正常值附近可以准确地判断各个宽量程辐射探测装置的高压驱动单元是否存在故障；开启一次强源可以测量多个探测装置，从而节省了大量的时间。

附图说明

图1 本发明硬件组成框图；

图2 检测控制电路原理框图；

图3 FPGA内部逻辑框图。

具体实施方式：

本发明提供一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障的高效检测方法。该方法的基本思想是一次将多个宽量程辐射探测装置放入源室，通过检测控制电路将所有放入源室的宽量程辐射探测装置与源室外的上位机相联，由上位机逐个启动宽量程辐射探测装置并进行检测，从而减少开关强源的次数，提高检测效率。该方法也可用于其它类型辐射探测装置的检测。

本发明分为硬件部分与软件部分。其中硬件部分主要由源室内的检测控制电路、探测装置源与室外的上位机（PC机）组成。其中检测控制电路主要由控制器、通信芯片、开关及接插件组成。检测时联接框图如附图1所示。

图中，P1～Pn为n个接插件，用于联接探测装置与控制器。控制器通过两根信号线（分别是发送Tp与接收Rp）与接插件相联，接插件的电源引脚由控制器的一个引脚控制。通信芯片用于通信信号电平转换，当控制器接收到上位机（PC机）开启第i个探测器指令时，接通接插件Pi的电源，并将Pi的两根信号线与通信芯片联接。上位机便可同探测装置i进行通信，以获测量结果并显示。根据测量结果是否稳定在正常值附近可以判断探测装置i是否发生故障。

为保证控制器能正确接收上位机的指令，控制器的接收（Rxd）信号始终与通信芯片输出的上位机发射信号相联，只有当控制器收到合法指令时才将其发送（Txd）信号与通信芯片输入信号相联。对于各探测装置而言，只有上位机指定探测装置的发送接收信号才能联接到通信芯片，具体联接形式可以是逻辑控制、模拟开头、光电耦合、继电器等。此处的控制器可以是FPGA、CPLD、单片机、DSP及其组合。

使用时将n个探测装置依次沿剂量场轴线排列，并要保证离放射源最远的探测装置处的剂量率在10Gy/h以上。

软件部分主要包括上位机软件与控制器软件两部分。控制器软件负责处理上位机指令，并按指令接通相关探测装置电源与信号线。上位机软件具有两个功能，其一是向控制器发送控制指令，其二是与探测器通信，获得测量结果并显示。上位机与控制器的通信采用字符串方式进行，通信命令为：”insXX\r\n”其中，XX为两个字符，可以是“01”-“99”共99种可能之一，“\r\n”为回车换行符。上位机软件流程如下：

步骤1 启动并初始化串口，设置最大重发次数为M=5。

步骤2 如果要退出程序，转步骤13。

步骤3 输入需要测试的探测装置序号i，设置重发次数m=0。

步骤4 将i格式化为两字节字符串XX，并组成指令”insXX\r\n”。

步骤5 如果m≥M，提示检测控制电路无反应，转步骤2；否则通过串口发送指令”insXX\r\n”。

步骤6 等待500ms，从串口读入回令，如果回令与发送指令不相同，令m=m+1，转步骤5。

步骤7 如果需要退出程序，转步骤13。否则令重发次数m=0。

步骤8 如果m≥M，提示探测装置无反应，转步骤2；否则向探测装置发送取得测量结果指令。

步骤9 等待500ms，从串口读入回令，如果回令与发送指令不相同，令m=m+1，转步骤8。

步骤10 接收探测装置发回的测量结果并显示。

步骤11 如果要退出程序转步骤13。

步骤12 如需检测其它探测装置，转步骤2；否则转步骤10。

步骤13 关闭串口，退出程序。

在步骤8中，向探测装置发送取得测量结果指令后，探测装置会将指令回复给上位机，并且每秒向上位机发送一次测量结果，直到接收到停止传输指令为止。由于更换测装置后，即从步骤12转到步骤2后，原被检探测装置会被检测控制电路切断电源与通信链路，故在上位机程序中不需要发送停止传输指令。检测过程中，可以从步骤10显示结果是否稳定在正常值附近判断探测装置高压驱动单元是否正常。

控制器软件的作用是根据上位机指令适时接通相应探测装置电源与通信信号，它不需要退出，其软件流程如下：

步骤1 软件启动，初始化串口。

步骤2 断开所有探测装置电源与信号线。

步骤3 等待上位机发送指令。

步骤4 如果上位机发送指令格式为”insXX\r\n”，断开所有探测装置的电源与通信信号线，将控制器的发送信号与通信芯片接通，并回复原指令，转步骤5；否则转步骤3。

步骤5 将字符XX转换为十进制数i，断开控制器的发送信号，接通探测装置i的电源与通信信号线，转步骤3。

实施例1

为验证本发明的有效性按硬件联接框图制作一检测控制电路。所选择的控制器是EP3C5 FPGA，通信芯片为MAX3232，开关选用SI2301型PMOS管，一次能接入的探测装置数量为10个。检测控制电路原理框图如附图2所示。

上位机选用普通PC机，上位机软件流程如下所示：

步骤1 启动并初始化串口，设置最大重发次数为M=5。

步骤2 如果要退出程序，转步骤13。

步骤3 输入需要测试的探测装置序号i，设置重发次数m=0。

步骤4 将i格式化为两字节字符串XX，并组成指令”insXX\r\n”。

步骤5 如果m≥M，提示检测控制电路无反应，转步骤2；否则通过串口发送指令”insXX\r\n”。

步骤6 等待500ms，从串口读入回令，如果回令与发送指令不相同，令m=m+1，转步骤5。

步骤7 如果需要退出程序，转步骤13。否则令重发次数m=0。

步骤8 如果m≥M，提示探测装置无反应，转步骤2；否则向探测装置发送取得测量结果指令。

步骤9 等待500ms，从串口读入回令，如果回令与发送指令不相同，令m=m+1，转步骤8。

步骤10 接收探测装置发回的测量结果并显示。

步骤11 如果要退出程序转步骤13。

步骤12 如需检测其它探测装置，转步骤2；否则转步骤10。

步骤13 关闭串口，退出程序。

FPGA内部设置一NIOS II软核处理器与一逻辑控制单元，其联接关系如附图3所示：

图中，clk为系统时钟，T1out引脚接MAX3232芯片T1out，R1in接MAX3232芯片R1in；D[0..3]为NIOS II处理器的输出端口，当D[0..3]表示的二进制数为1～10时接通相应序号的探测装置；Kp[0..9]引脚分别接SI2301的门极，用于控制接插件P1～P10的电源；Tp[0..9]引脚分别接接插件P1～P10的发送引脚；Rp[0..9]引脚分别接接插件P1～P10的接收引脚。

逻辑控制单元工作过程如下：

设D[0..3]表示的二进制数为i。当i>10 时，K[0..10]全为高电平，Tx为高电平，R[0..10]为高阻态。当i<11时，信号K[0..10]中仅K[i]为低电平，其余为高电平；Tx输出等于T[i]，R[i]等于Rx。这样工作的结果是：当i>10时，所有探测装置不加电，上位机发送的信号仅能被NIOS II处理器接收。当i=0时，所有探测装置不加电，上位机与NIOS II处理器能进行双向通信。0<i<11时仅探测装置i加电，并能与上位机进行双向通信，且NIOS II处理器能接收上位机发送信息。

NIOS II软件流程如下：

步骤1 软件启动，初始化串口。

步骤2 令D[0..3]=”1111”，断开所有探测装置电源与信号线。

步骤3 等待上位机发送指令。

步骤4 如果上位机发送指令格式为”insXX\r\n”， D[0..3]=”0000”，断开所有探测装置的电源与通信信号线，将NIOS II处理器的发送信号Txd与通信芯片接通，并回复原指令，转步骤5；否则转步骤3。

步骤5 将字符XX转换为十进制数i，令D[0..3]=i，断开控制器的发送信号，接通过探测装置i的电源与通信信号线，转步骤3。

利用该检测控制电路对10个宽量程辐射探测装置（其中一个开关元件性能不满足要求）进行检测。检测时将10个探测装置沿剂量场轴线顺序摆放，其中离放射源最远的探测装置所处位置的剂量率约为50Gy/h。用电缆将10个探测装置与检测控制电路联接起来，并用穿墙电缆将检测控制电路与上位机（PC机）相联。在上位机上，顺序选择1～10号探测装置进行测检。从上位机显示结果可以准确地看出探测装置7显示数据为0，可以准确地判断出其高压驱动单元存在故障。

采用本发明后，开启一次强源可以测量多个探测装置，从而节省了大量的时间。

Claims (6)

1.一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法，其特征在于步骤如下：

（1）一次将多个宽量程辐射探测装置放入源室，通过检测控制电路将所有放入源室的宽量程辐射探测装置与源室外的上位机相联；

（2）由上位机逐个启动宽量程辐射探测装置并进行检测，从而减少开关强源的次数，提高检测效率；该方法也可用于其它类型辐射探测装置的检测。

2.根据权利要求1所述的一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法，其特征在于：所述步骤（1）中检测控制电路主要由控制器、通信芯片、开关及接插件组成。

3.根据权利要求1所述的一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法，其特征在于：所述步骤（1）中上位机为具有通信功能的计算机。

4.根据权利要求1所述的一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法，其特征在于所述上位机工作步骤如下：

步骤1 启动并初始化串口，设置最大重发次数为M；

步骤2 如果要退出程序，转步骤13；

步骤3 输入需要测试的探测装置序号i，设置重发次数m=0；

步骤4 将i格式化为两字节字符串XX，并组成指令”insXX\r\n”；

步骤5 如果m≥M，提示检测控制电路无反应，转步骤2；否则通过串口发送指令”insXX\r\n”；

步骤6 等待T毫秒，从串口读入回令，如果回令与发送指令不相同，令m=m+1，转步骤5；

步骤7 如果需要退出程序，转步骤13，否则令重发次数m=0；

步骤8 如果m≥M，提示探测装置无反应，转步骤2；否则向探测装置发送取得测量结果指令；

步骤9 等待T毫秒，从串口读入回令，如果回令与发送指令不相同，令m=m+1，转步骤8；

步骤10 接收探测装置发回的测量结果并显示；

步骤11 如果要退出程序转步骤13；

步骤12 如需检测其它探测装置，转步骤2；否则转步骤10；

步骤13 关闭串口，退出程序。

5.根据权利要求4所述的一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法，其特征在于：所述步骤8中，向探测装置发送取得测量结果指令后，探测装置会将指令回复给上位机，并且每秒向上位机发送一次测量结果，直到接收到停止传输指令为止。

6.根据权利要求1所述的一种宽量程辐射探测装置中高压驱动单元故障高效检测方法，其特征在于所述控制器的工作流程如下：

步骤1 软件启动，初始化串口；

步骤2 断开所有探测装置电源与信号线；

步骤3 等待上位机发送指令；

步骤4 如果上位机发送指令格式为”insXX\r\n”，断开所有探测装置的电源与通信信号线，将控制器的发送信号与通信芯片接通，并回复原指令，转步骤5；否则转步骤3；

步骤5 将字符XX转换为十进制数i，断开控制器的发送信号，接通探测装置i的电源与通信信号线，转步骤3。