CN107290768A - 一种辐射剂量监控系统和检测方法 - Google Patents

Abstract

一种辐射剂量监控系统和检测方法，该系统的技术要点是：包括辐射剂量探测器和智能便携通讯设备，辐射剂量探测器上设MPPC模块与微处理器相连，辐射剂量探测器经Micro USB接口连接智能便携通讯设备；该方法是由MPPC模块检测辐射信号，并将信号以电信号的模式传输给微处理器，由微处理器进行数据处理，判断剂量是否超标，否，仅由LED显示屏对检测数值进行显示；是，由LED显示屏显示检测数据的同时，启动工作指示灯进行警示，并向智能便携通讯设备报警。本发明通过MPPC模块接收放射源的辐射信号，并将所接收的辐射信号通过处理后以电信号的模式传输给微处理器，由微处理器判断辐射剂量是否超标，从而判定放射源是否泄露。

Description

一种辐射剂量监控系统和检测方法

技术领域：

本发明涉及辐射剂量监管领域，具体涉及一种辐射剂量监控系统和检测方法。

背景技术：

随着国民经济的迅速发展，放射源及射线装置的应用也越来越广泛，对促进国民经济 发展、提高了人民生活质量发挥着重要作用。然而，由于放射源无色无味，隐于无形，其 危险性胜于“核杀手”。通过对事故发生原因的调查和总结，可以归结为两个方面的原因： 一是执法人员少、执法工作任务重导致放射源安全监管工作不到位；二是辐射环境监督手 段和执法流程不够完善。在放射源安全监管方面，由于执法人员少、执法工作任务重，不 能随时对放射源应用企业进行检查，因此企业常存在侥幸投机心理违规建设施工，辐射防 护措施不达标，未办理放射源登记备案直接使用，同时还存在私自引进、转让放射源，放射源使用、监管不当等诸多问题；在执法时存在着明显的“信息不对称”，辐射环境执法成本倒挂，缺乏对执法过程的监督管理等问题。

因此，为了解决放射源安全监督执法方面遇到的问题，本项目提出利用物联网技术、 地理信息系统、无线通信、数据库及移动云计算等技术，以互联网为依托，以智能移动终 端设备为载体，通过智能App软件开发搭建起辐射监督移动执法系统，发挥辐射环境监督 部门对放射源应用企业的监督指导作用，提高辐射环境行政执法的整体能力，实现对放射 源的智能化监管。

近年来，我国各地逐步开展了辐射环境移动监督执法系统的建设工作。中科宇图天下 科技有限公司在提出智慧化环境执法的解决方案，即：通过环保物联网技术的集成应用来 构建空地一体化的环境监督移动执法技术体系。2014年以来，北京、天津、辽宁等地开始 探索建设辐射监督移动执法平台。但这些系统多为手机上简单的查询系统，还未能与中心 后台、GIS地理信息平台充分结合，也未能将真实的执法需求融入系统内。环保执法工作人员无法随时了解执法和后续处罚情况，对现在执法对象的信息无法实时掌握和了解。目前，大部分移动执法系统都存在现场执法的信息交换不及时，现场执法无法及时上报记录、取证信息，导致现场执法人员的工作效率低下；现场执法无法与后台地理信息平台互动，造成执法工作被动；掌上终端功能单一、界面陈旧、操作繁琐，系统大多华而不实等问题。

由于放射性辐射发生的能量较高，可以引起周围物质的原子电离，又称电离辐射，具 有不可视等专属特性，如果不注意会对人员造成伤害，传统的放射性探测主要通过计数管、 气体电离室、闪烁探测体和固体探测器来监测放射性的剂量大小。计数管、气体电离室以 及光电倍增器供电需求高，普通智能设备很难满足其供电要求，而且体积大，固体探测器 通常需要在低温环境中进行探测，因此更不能满足一般工况下的探测要求。

发明内容：

本发明为克服上述技术问题，提供了一种辐射剂量监控系统和检测方法，其中的辐射 剂量探测器通过MPPC模块接收放射源的辐射信号，并将所接收的辐射信号通过处理后以 电信号的模式传输给微处理器，由微处理器判断辐射剂量是否超标，从而判定放射源是否 泄露，同时将数据传送给智能便携通讯设备进行存储备份，并报送监管机构。

本发明的辐射剂量监控系统，为实现上述目的所采用的技术方案在于：包括辐射剂量 探测器和智能便携通讯设备，所述辐射剂量探测器包括壳体和设于壳体内的电路板，所述 壳体上设有MPPC模块、LED显示屏和Micro USB接口，MPPC模块、LED显示屏和MicroUSB 接口均与电路板上的微处理器相连，辐射剂量探测器通过Micro USB接口连接智能便携通 讯设备。

作为本监控系统的进一步改进，所述壳体上还设有工作指示灯，工作指示灯与微处理 器相连。工作指示灯可以用来指示辐射剂量正常与超标情况，指示灯分红绿两种工作状态， 绿色为通电及正常工作状态，红色为辐射计量值超出标准限值。

作为本监控系统的进一步改进，所述壳体为圆柱体，MPPC模块和Micro USB接口分别位于壳体的两端，LED显示屏位于壳体的表面上。

作为本监控系统的进一步改进，所述智能便携通讯设备为智能手机或平板电脑。

本发明的辐射剂量检测方法，采用的技术方案在于包括以下步骤：

一、由MPPC模块5检测辐射信号，并将接收的辐射信号经处理以电信号的模式传输给微处理器；

二、由微处理器进行数据处理，判断剂量是否超标；

三、若不超标，则仅由LED显示屏对检测数值进行显示；若超标，则由LED显示屏显示检测数据的同时，微处理器启动工作指示灯进行警示，同时向智能便携通讯设备发送报警信息。

作为本检测方法的进一步改进，步骤二中，微处理器通过MPPC模块测量单位时间内 的平均计数，即平均计数率来作为测量结果，将本次测量所得平均计数率定为x(i)，上次计算所得平均计数率定为y(i-1)，则有：

E(i)＝x(i)-y(i-1)

D(i)＝E(i)-E(i-1)

其中，E(i)为测量值与实际值之差，D(i)为两次差值的变化，

由此计算本次的平均计数率为：

y(i)＝y(i-1)+K_pE(i)+K_iD(i)

其中，Kp为比例因子，Ki为积分因子，Kt为温度因子。

作为本检测方法的进一步改进，将测量结果引入温度校正因子Kt，即y(i)＝y(i-1) +K_t[K_pE(i)+K_iD(i)]。

本发明的有益效果是：本发明的监控系统通过MPPC模块接收放射源的辐射信号，并 将所接收的辐射信号通过处理后以电信号的模式传输给微处理器，通过微处理器的处理将 数据通过导线传送给LED显示屏对辐射剂量值进行显示，同时可通过Micro USB接口将信 号传送给智能便携通讯设备，由智能便携通讯设备将检测数据进行综合处理存档，同时报 送监管机构；本发明的检测方法通过计算平均计数率来获得检测结果，提高了检测精度。

本发明将放射源安全监管与现场环境监督执法工作有机结合起来，实现了行政执法的 信息化管理以及政企间的信息共享和交互，同时在保证放射源应用安全性的基础上提高工 作效率，降低执法人员操作强度，减少重复劳动，提高行政能力和办事效率。

附图说明：

图1为辐射剂量探测器的机械结构示意图；

图2为辐射剂量探测器的电路原理框图；

图3为电路板的电路图；

图4为LED显示屏的电路图；

图5为MPPC模块的电路图；

图6为稳压变压电路图；

图7为辐射剂量探测器和智能便携通讯设备相连的示意图；

图8为本发明的工作流程图。

具体实施方式：

参照图1和图2，本发明的辐射剂量监控系统，包括如图7所示相互连接的辐射剂量探测器1和智能便携通讯设备2，所述辐射剂量探测器1包括圆柱形的壳体3和设于壳体 3内的电路板4，电路板4的电路图如图3所示，所述壳体3的两端部分别设有Micro USB 接口7和MPPC模块5，MPPC模块5的电路图如图5所示，壳体3的表面于中部设有LED 显示屏6，LED显示屏6的电路图如图4所示，壳体3的表面还设有工作指示灯9，MPPC 模块5、LED显示屏6、MicroUSB接口7和工作指示灯9均与电路板4上的微处理器8 相连，辐射剂量探测器1通过MicroUSB接口7连接智能便携通讯设备2。所述智能便携 通讯设备2为智能手机或平板电脑。

稳压电路与MPPC工作电路和micro usb接口项连接

供电形式由智能便携通讯设备2通过Micro USB接口7传输给如图6所示的稳压变压 电路后给MPPC模块5供电。

MPPC模块5接收的辐射信号通过处理以电信号的模式传输给微处理器8，通过微处理 器8的处理将数据通过导线传送给LED显示屏6，通过Micro USB接口7传送给智能便携通讯设备2，由智能便携通讯设备2对数据进行综合处理存档，同时报送监管机构，LED 显示屏6可直接显示出该设备所处位置的辐射剂量值。

参照图8，本发明的辐射剂量检测方法，包括以下步骤：

一、由MPPC模块5检测辐射信号，并将接收的辐射信号经处理以电信号的模式传输给微处理器8；

二、由微处理器8进行数据处理，判断剂量是否超标；

三、若不超标，则仅由LED显示屏6对检测数值进行显示；若超标，则由LED显示屏 6显示检测数据的同时，微处理器8启动工作指示灯9进行警示，同时向智能便携通讯设 备2发送报警信息。

由于本发明设计的辐射剂量探测器1需要体积小、供电小等要求，因此选用MPPC模块 5进行放射性探测，它具有体积小，供电低等优点。

MPPC是基于光电倍增管原理，把看不到的射线通过闪烁体转换成可见光子被MPPC所 检测产生脉冲信号，单位时间内的脉冲数的多少即可反映出放射性剂量的大小。由于每一 个MPPC都存在个性差异如果需要其精准检测出放射性的大小需要根据国家质量监测局所 规定标准进行标准放射源标定。

由于统计涨落的存在，(放射性探测的特性)要想得到最准确的测量，只能通过无限 多次的重复测量才能获得。在实际的工作中，要进行无限多次的测量是不可能的，也是不 必要的，一般只能用有限次测量的平均值来代替。通常情况下，我们只需测量单位时间内 的平均计数，即平均计数率(单位是计数/分(cpm)或者计数/秒(cps))。

假设在t时间内记录了N个计数，则平均计数率n＝N/t。假设时间t的测量是精确的，其 测量误差忽略不计，则平均计数率n的标准误差σn由下式表示：

平均计数率结果可记为

由式(1)可见，测量时间愈长，平均计数率误差越小。

对于相对误差，则为：

此式表明，总计数越高，相对误差越小，延长测量时间可以使相对误差变小。

由此分析可知，平均计数率的误差和相对误差均与测量时间有很大关系。通过延长测 量时间可适当减小误差。

为实现智能化调节，在应用中需要找出平均计数率与测量时间之间的隶属关系。从式 (2)中，我们可以看出，在某一量程内，当测量精确度给定时(为方便计算，即可以认为相对误差一定时)我们可以根据测得的平均计数率来求得测量时间，即

从式(3)中可知，当精确度给定时，在平均计数率高的情况下可适当缩短测量时间， 在平均计数率低的情况下可适当延长测量时间。

微处理器8的智能PID调节算法：

通过上述的分析，我们知道，统计误差的存在是必然的，无法完全消除。延长测量时 间实际上是利用测量的灵敏度来换取一定的测量精度。为了不牺牲太多的灵敏度又保证一 定的测量精度，因此，我们提出智能PID调节算法，具体如下：

假定本次测量所得平均计数率为x(i)，上次计算所得平均计数率为y(i-1)，则有：

E(i)＝x(i)-y(i-1) (4)

D(i)＝E(i)-E(i-1) (5)

其中，E(i)为测量值与实际值之差，D(i)为两次差值的变化，

由此我们可以计算本次的平均计数率为：

y(i)＝y(i-1)+K_pE(i)+K_iD(i) (6)

其中，Kp为比例因子，Ki为积分因子，Kt为温度因子。

由于探测仪器的本身特性探测，因此环境温度会对其产生一定的影响因子，最终的测 量结果引入温度校正因子Kt，即

y(i)＝y(i-1)+K_t[K_pE(i)+K_iD(i)] (7)。

由于MPPC模块5属于感光器件，因此在MPPC元器件表面要进行遮光处理，此处采用涂胶和金属外壳固化处理，即保证了遮光效果，同时还可以有效的减少电磁干扰。

Claims (7)

1.一种辐射剂量监控系统，其特征在于：包括辐射剂量探测器(1)和智能便携通讯设备(2)，所述辐射剂量探测器(1)包括壳体(3)和设于壳体(3)内的电路板(4)，所述壳体(3)上设有MPPC模块(5)、LED显示屏(6)和Micro USB接口(7)，MPPC模块(5)、LED显示屏(6)和Micro USB接口(7)均与电路板(4)上的微处理器(8)相连，辐射剂量探测器(1)通过MicroUSB接口(7)连接智能便携通讯设备(2)。

2.如权利要求1所述的一种辐射剂量监控系统，其特征在于：所述壳体(3)上还设有工作指示灯(9)，工作指示灯(9)与微处理器(8)相连。

3.如权利要求1所述的一种辐射剂量监控系统，其特征在于：所述壳体(3)为圆柱体，MPPC模块(5)和Micro USB接口(7)分别位于壳体(3)的两端，LED显示屏(6)位于壳体(3)的表面上。

4.如权利要求1或2或3所述的一种辐射剂量监控系统，其特征在于：所述智能便携通讯设备(2)为智能手机或平板电脑。

5.一种辐射剂量检测方法，其特征在于包括以下步骤：

一、由MPPC模块(5)检测辐射信号，并将接收的辐射信号经处理以电信号的模式传输给微处理器(8)；

二、由微处理器(8)进行数据处理，判断剂量是否超标；

三、若不超标，则仅由LED显示屏(6)对检测数值进行显示；若超标，则由LED显示屏(6)显示检测数据的同时，微处理器(8)启动工作指示灯(9)进行警示，同时向智能便携通讯设备(2)发送报警信息。

6.如权利要求5所述的一种辐射剂量检测方法，其特征在于：

步骤二中，微处理器(8)通过MPPC模块(5)测量单位时间内的平均计数，即平均计数率来作为测量结果，将本次测量所得平均计数率定为x(i)，上次计算所得平均计数率定为y(i-1)，则有：

E(i)＝x(i)-y(i-1)

D(i)＝E(i)-E(i-1)

其中，E(i)为测量值与实际值之差，D(i)为两次差值的变化，

由此计算本次的平均计数率为：

y(i)＝y(i-1)+K_pE(i)+K_iD(i)

其中，Kp为比例因子，Ki为积分因子，Kt为温度因子。

7.如权利要求6所述的一种辐射剂量检测方法，其特征在于：将测量结果引入温度校正因子Kt，即y(i)＝y(i-1)+K_t[K_pE(i)+K_iD(i)]。