CN108089219B - 射线辐射场剂量率测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于辐射场均匀性测量技术领域，具体涉及一种射线辐射场剂量率测量装置及测量方法。该测量装置包括图像传感器、辐照板、测试评估板和计算机；所述图像传感器安装于辐照板上，用于在射线辐射场下连续采集图像；所述辐照板与测试评估板相连，所述测试评估板与计算机相连，所述计算机上安装有图像处理系统。本发明可以对测量数据进行自动处理，极大的提高了测量速度，减少了射线对测量装置CMOS图像传感器的损伤时间，提高了测量装置的寿命，解决了现有的测量装置存在的测量成本高、精度差的技术问题。

Description

射线辐射场剂量率测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于辐射场均匀性测量技术领域，具体涉及一种射线辐射场剂量率测量装置及测量方法。
背景技术
随着我国航天事业的飞速发展，“中国载人空间站工程”、“中国探月工程”等相继实施，低成本、高性能的COTS(Commercial off-the-shelf)器件被广泛应用于航天器中。与宇航级器件相比，COTS器件抗辐射能力一般较差。当其被应用于空间领域时，将会受到空间辐照损伤，从而导致性能退化，甚至功能失效，严重影响了航天器在轨性能的发挥。
空间辐照损伤主要包括：电离总剂量效应、位移损伤效应和单粒子效应。当COTS器件应用于航天器时，必须对其抗辐照损伤性能进行考核。电离总剂量效应作为器件主要损伤效应之一，辐照考核时一般采用X射线或γ射线。考核试验过程中，剂量率的精确测量是考核试验顺利开展的保证。目前，X射线或γ射线辐射场剂量率测量一般采用电离辐射剂量二级标准装置UNIDOS进行测量，但其成本较高，测量结果与压强、温度、传输线质量等密切相关。此外在射线能量较低时，部分射线可能无法穿过探测器窗口，从而导致测量精度下降。
发明内容
本发明目的是提供一种射线辐射场剂量率测量装置及测量方法，解决了现有的测量装置存在的测量成本高、精度差的技术问题。
本发明的技术解决方案是：一种射线辐射场剂量率测量装置，其特殊之处在于：包括图像传感器、辐照板、测试评估板和计算机；所述图像传感器安装于辐照板上，用于在射线辐射场下连续采集图像；所述辐照板与测试评估板相连，所述测试评估板与计算机相连，所述计算机上安装有图像处理系统。
进一步地，上述测试评估板安装于一个屏蔽盒中，所述辐照板通过传输线与测试评估板相连。
进一步地，上述图像传感器是无玻璃窗和镜头玻璃片的CMOS图像传感器。
进一步地，上述CMOS图像传感器的镜头上设置有遮光纸。
进一步地，上述CMOS图像传感器是高速、大面阵CMOS图像传感器。
本发明还提供一种射线辐射场剂量率测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)建立暗信号尖峰比例与射线辐射场剂量率之间的关系拟合图谱；
2)将射线辐射场剂量率测量装置放置于射线辐射场中使射线垂直入射图像传感器，利用图像传感器连续采集多帧图像；
3)将采集到的多帧图像输入图像处理系统中，统计暗信号尖峰所占比例；
4)查找步骤1)中建立的关系拟合图谱，得到图像传感器所处位置的射线辐射场剂量率。
进一步地，步骤1)具体包括以下步骤：
1.1)在距离辐射源不同距离的多个位置标定射线辐射场剂量率；
1.2)使用射线辐射场剂量率测量装置在不同标定位置处连续采集图像；
1.3)将采集到的图像输入图像处理系统中，计算暗信号尖峰比例，并建立暗信号尖峰比例与标定的射线辐射场剂量率之间的关系拟合图谱。
进一步地，步骤1.2)中采集的图像帧数大于或者等于50帧。
进一步地，步骤2)中完成图像采集后立即进行降源或关闭辐射源。
本发明的有益效果在于：
1、本发明解决了不同能量X射线或γ射线辐射环境下剂量率的精确测量的难题；
2、本发明通过传输线将传感器与测试评估板分离，并用屏蔽盒屏蔽将测试评估板进行屏蔽，减少了辐照对其他电子元器件(如：FPGA)的影响，极大的提高了测量装置的寿命；
3、本发明通过使用高速、大面阵CMOS图像传感器，极大地提高了剂量率的测量范围和精度；
4、本发明通过使用无玻璃窗的CMOS图像传感器，极大的提高了可探测辐射场射线能量的范围；
5、本发明通过使用剂量率测量系统对测量数据进行自动处理，极大的提高了测量速度，减少了射线对测量装置CMOS图像传感器的损伤时间，提高了测量装置的寿命。
附图说明
图1为本发明射线辐射场剂量率测量装置的较佳实施例结构示意图。
图2为本发明建立的暗信号尖峰比例与标定的射线辐射场剂量率之间的关系拟合图谱示意图。
其中，附图标记为：1-辐射源，2-射线，3-辐照板，4-图像传感器，5-传输线，6-电源，7-计算机，8-测试评估板，9-屏蔽盒，10-镜头，11-遮光纸。
具体实施方式
参见图1，本发明提供一种射线辐射场剂量率测量装置，其较佳实施例的结构包括图像传感器4、辐照板3、测试评估板8和计算机7；图像传感器4安装于辐照板3上，用于在射线辐射场下连续采集图像；辐照板3与测试评估板8相连，测试评估板8与计算机7相连，计算机7上安装有图像处理系统。本发明通过将射线辐射场(例如X射线或γ射线)下采集到的连续多帧图像输入到图像处理系统中，通过对图像进行处理，设定暗信号尖峰阈值，统计出暗信号尖峰的数目。根据暗信号尖峰所占比例与剂量率的关系，测量出射线辐射场剂量率。
本实施例采用高速、大面阵CMOS图像传感器，在测试过程中，若辐射场剂量率过高，可以调整到较短的积分时间；若辐射场剂量率过低，可以调整到较长的积分时间。高速CMOS图像传感器可提高剂量率的探测范围。采用大面阵CMOS图像传感器可减小探测过程中的统计误差，使测量结果更加精确。
本实施例通过传输线5将图像传感器4与测试评估板8分离，并用屏蔽盒9对测试评估板8进行屏蔽，减少了射线辐照对其它电子元器件(如：FPGA)的影响，提高了测量装置的寿命。
当X射线或γ射线能量较低时，CMOS图像传感器玻璃光窗和镜头中的玻璃片会吸收部分射线，对剂量率测量造成一定的影响。因此本实施例中使用的CMOS图像传感器是除去玻璃光窗和镜头玻璃片的CMOS图像传感器。
图像传感器4的镜头10上设置有遮光纸11。为避免镜头盖对测量结果的影响，在使用前需要除去图像传感器4的镜头盖。由于遮光纸11比较容易被损坏，因此在测量结束之后需要将镜头盖盖在镜头上。
使用本发明提供的射线辐射场剂量率测量装置进行剂量率测量的方法主要包括以下步骤：
1)建立暗信号尖峰比例与射线辐射场剂量率之间的关系拟合图谱(如图2所示)；
2)将本发明射线辐射场剂量率测量装置放置于射线辐射场中使射线垂直入射图像传感器，利用图像传感器连续采集多帧图像；
3)将采集到的多帧图像输入图像处理系统中，统计暗信号尖峰所占比例；
4)查找步骤1)中建立的关系拟合图谱，得到图像传感器所处位置的射线辐射场剂量率。
X射线或γ射线会对CMOS图像传感器性能造成一定的影响，长期使用会对CMOS图像传感器造成一定的损伤。因此需要定期对测量装置的性能及测量结果进行标定，该标定过程亦即步骤1)中建立关系拟合图谱的过程，具体包括以下步骤：
1.1)在距离辐射源不同距离的多个位置标定射线辐射场剂量率；具体可以使用电离辐射剂量二级标准装置UNIDOS对离源不同位置的剂量率进行多次测量，确定不同位置处的剂量率。
1.2)使用射线辐射场剂量率测量装置在不同标定位置处连续采集图像，采集的图像帧数大于或者等于50帧。
1.3)将采集到的图像输入图像处理系统中，计算暗信号尖峰比例，并建立暗信号尖峰比例与标定的射线辐射场剂量率之间的关系拟合图谱。
步骤2)中完成图像采集后应当立即进行降源或关闭辐射源，以便减小射线对辐射场剂量率测量装置图像传感器的辐照损伤。
测量结束后应当将镜头盖安装在图像传感器的镜头上，防止遮光纸被损坏。

Claims (3)

1.一种射线辐射场剂量率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立暗信号尖峰比例与射线辐射场剂量率之间的关系拟合图谱；
1.1)在距离辐射源不同距离的多个位置标定射线辐射场剂量率；
1.2)使用射线辐射场剂量率测量装置在不同标定位置处连续采集图像；
1.3)将采集到的图像输入图像处理系统中，计算暗信号尖峰比例，并建立暗信号尖峰比例与标定的射线辐射场剂量率之间的关系拟合图谱；
2)将射线辐射场剂量率测量装置放置于射线辐射场中使射线垂直入射图像传感器，利用图像传感器连续采集多帧图像；
3)将采集到的多帧图像输入图像处理系统中，统计暗信号尖峰所占比例；
4)查找步骤1)中建立的关系拟合图谱，得到图像传感器所处位置的射线辐射场剂量率。
2.根据权利要求1所述的射线辐射场剂量率测量方法，其特征在于：步骤1.2)中采集的图像帧数大于或者等于50帧。
3.根据权利要求1-2中任一所述的射线辐射场剂量率测量方法，其特征在于：步骤2)中完成图像采集后立即进行降源或关闭辐射源。
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