CN108663704A - 一种人工α放射性核素气溶胶浓度连续监测装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工α放射性核素气溶胶浓度连续监测装置及其测量方法，目的在于解决采用现有设备对人工α放射性核素进行监测时，固定式监测装置的测量周期较长，而在线监测装置受天然α放射性核素能量拖尾影响，测量准确度不高的问题。其包括测量室、进气管道、出气管道、真空泵、电磁阀、滤纸带、纸带传送装置、导流锥、α探测器、信号处理与数据采集卡、嵌入式控制模块、显控系统、压力传感器、提醒装置。本发明既能实现实时测量，又能实现连续准确测量。在实时监测模式下，当监测值超过报警限值时，具有准确测量功能，其通过测量室抽真空的方式进行高精度测量，大幅度降低天然α放射性核素能量拖尾对人工α放射性核素测量的影响，从而降低虚报警带来的不利影响。

Description

一种人工α放射性核素气溶胶浓度连续监测装置及其测量 方法

技术领域

本发明涉及α放射性核素监测领域，具体为一种α放射性核素气溶胶浓度连续监测装置及其测量方法。进一步，本发明提供一种用于人工α放射性核素气溶胶浓度的连续监测装置，及对于α放射性核素的测量方法，其既能实现实时在线监测，又能作为固定式监测装置实现高精度的连续监测。

背景技术

在核工业场所，空气中的人工放射性气溶胶浓度反应了工作环境的辐射安全状况。由于空气中存在天然的氡、钍等α放射性核素衰变子体，对人工α放射性核素浓度的监测造成很大的干扰。

目前，国内外同类监测装置主要分为固定式以及在线监测两种。上述两种装置，普遍采用α能谱法扣除测量过程中天然放射性核素的影响。其中，固定式监测装置需等待天然α核素衰变，普遍存在测量周期长的缺点，通常为3~4天。而在线监测装置普遍采用α能谱法，由于天然α放射性核素能量拖尾的影响，普遍存在测量准确度不高的缺点。

为此，迫切需要一种新的装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对采用现有设备对人工α放射性核素进行监测时，固定式监测装置的测量周期较长，而在线监测装置受天然α放射性核素能量拖尾影响，测量准确度不高的问题，提供一种人工α放射性核素气溶胶浓度连续监测装置及其测量方法。本发明既能够实现实时测量，又能够实现连续准确测量。该装置在实时监测模式下，当监测值超过报警限值时，具有准确测量功能，可进一步通过测量室抽真空的方式进行高精度测量，可以大幅度降低天然α放射性核素能量拖尾对人工α放射性核素测量的影响，从而降低虚报警带来的不利影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种人工α放射性核素气溶胶浓度连续监测装置，包括测量室、进气管道、出气管道、真空泵、电磁阀、滤纸带、纸带传送装置、导流锥、α探测器、信号处理与数据采集卡、嵌入式控制模块、显控系统、压力传感器、提醒装置；

所述测量室上分别设置有进气口、出气口，所述进气管道通过进气口与测量室相连，所述出气口通过出气管道与真空泵相连，所述显控系统通过嵌入式控制模块与真空泵相连且显控系统能向嵌入式控制模块发出指令并控制真空泵的启停；

所述电磁阀设置在进气管道内壁，所述显控系统通过嵌入式控制模块与电磁阀相连且显控系统能向嵌入式控制模块发出指令并控制电磁阀以实现对进气管道的开闭；

所述滤纸带设置在纸带传送装置上且纸带传送装置能带动滤纸带相对移动，所述纸带传送装置设置在测量室内；

所述导流锥设置在进气口且导流锥位于滤纸带上方，所述α探测器位于导流锥下方与滤纸带之间，所述α探测器通过信号处理与数据采集卡与显控系统相连且α探测器能将测定的数据经信号处理与数据采集卡传递给显控系统；

所述压力传感器设置在测量室内，所述压力传感器通过嵌入式控制模块与显控系统相连且压力传感器能将测量室内的压力传递给嵌入式控制模块并通过显控系统进行显示；

所述显控系统通过嵌入式控制模块与提醒装置相连且显控系统在α探测器测定的数据超出设定值时能向嵌入式控制模块发出指令并控制提醒装置发出警报。

所述提醒装置为声光报警器。

所述出气管道上设置有流量计。

所述导流锥呈圆锥形，所述α探测器设置在导流锥的开口端。

所述纸带传送装置包括电机、用于带动滤纸带运动的主动轮、与主动轮相配合的从动轮，所述电机与主动轮相连且电机能带动主动轮转动。

所述显控系统通过嵌入式控制模块与电机相连且显控系统能向嵌入式控制模块发出指令并控制电机的启停。

还包括与电机配合的编码器。

基于前述装置的测量方法，包括如下步骤：

（1）显控系统向嵌入式控制模块发出指令并启动真空泵进行抽气，气体中的气溶胶颗粒物自进气管道、导流锥后落在滤纸带上，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输给显控系统；

（2）当测量的α放射性核素浓度超过设定的警报限值时，显控系统通过嵌入式控制模块向提醒装置发出指令，并触发警报；继续进行精确测量，显控系统通过嵌入式控制模块向电磁阀发出指令，使电磁阀关闭，并通过压力传感器测定测量室内的压力值，当真空泵将测量室内的真空度抽到设定的压力值时，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据进行测量，测量完成后，向显控系统输出测量结果；若测量结果超过设定的警报限值，将继续报警；若测量结果未超过设定的警报限值，则取消报警；

（3）测量完成后，在进行下一次取样前，纸带传送装置带动滤纸带运动，更新取样滤纸，进行下一次取样及测量；

或包括如下步骤：

（a）取样过程

显控系统向嵌入式控制模块发出指令并启动真空泵进行抽气，实现气溶胶样品采集到滤纸带上，在此过程，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输给显控系统，至取样过程结束；

（b）测量操作

取样过程结束后，显控系统通过嵌入式控制模块向电磁阀发出指令，使电磁阀关闭，并通过压力传感器测定测量室内的压力值，当真空泵将测量室内的真空度抽到设定的压力值时，进入测量模式，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输给显控系统；

（c）测量完成后，在进行下一次取样前，纸带传送装置带动滤纸带运动，更新取样滤纸，进行下一次取样及测量。

针对前述问题，本申请提供一种人工α放射性核素气溶胶浓度连续监测装置及其测量方法。本申请中，设计了两种测量模式，包括实时测量模式与固定测量模式。

在进行实时测量时，显控系统向嵌入式控制模块发出指令并启动真空泵开始抽气，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输到显控系统，并显示测量得到的人工α放射性核素浓度值。在实时测量模式下，当α放射性核素浓度超过设定的报警限值时，触发声光报警器。此时，如选择继续进行准确测量，电磁阀闭合，真空泵将测量室内的真空度抽到设定的压力值（通过压力传感器实时反馈），装置进入准确测量模式，完成测量后，显控系统显示准确测量的结果，如果确实超过报警限值，将继续报警。如果测量结果未超过报警限值，则取消报警信号。

采用固定测量模式时，测量过程分为取样周期与测量周期两段。在取样周期内，真空泵抽气，实现气溶胶样品采集到滤纸带上，在该过程中，显控系统也同时通过α探测器获取所采集气溶胶样品的α能量数据，并输出测量结果。取样过程结束后，进入测量模式，电磁阀闭合，真空泵将测量室内的真空度抽到设定的压力值，装置进入准确测量模式，完成测量后，显控系统显示准确测量的结果。固定测量模式可应用于工作场所内的连续监测，即根据设定的周期，短时间内按时上报高精度的监测数据，对于场所内长期的人工α放射性核素气溶胶浓度水平的监测具有较重要的应用价值（比如二十四小时监测，可每小时上报一个数据）。

本申请中，电磁阀用于高精度测量模式下，关闭测量室进气端，辅助测量室内抽真空；导流锥用于取样过程中空气导流，保证样品在滤纸带上均匀分布，同时安装并固定α探测器；电机与编码器用于新的测量周期开始时，实现滤纸带传送，更换滤纸；嵌入式控制模块用于测量过程中，接受显控系统的指令，控制电机、编码器、真空泵；显控系统为带触摸屏的显示与控制系统，用于人机交互，通过触摸屏可选择测量模式，实现控制指令下发到嵌入式控制模块，并通过与信号处理与数据采集卡的通讯，实现测量数据的采集、处理与结果的显示；压力传感器用于高精度测量过程中，测量室内真空度的反馈；真空泵实现气溶胶的取样，并在高精度模式下实现测量室抽真空。

综上所述，本申请中基于结构的改进，能够实现实时测量和连续准确测量。该装置在实时监测模式下，当监测值超过报警限值时，具有准确测量功能，可进一步通过测量室抽真空的方式进行高精度测量，大幅度降低天然α放射性核素由于能量衰减造成拖尾，对人工α放射性核素的测量带来的影响，大幅提升测量的准确度。同时，本申请能够降低虚报警带来的不利影响，具有较高的应用价值。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明高精度测量模式下的测定结果与现有在线监测装置测定结果对比图。

图中标记：1、电磁阀，2、进气管道，3、测量室，4、导流锥，5、α探测器，6、滤纸带，7、电机，8、编码器，9、出气管道，10、嵌入式控制模块，11、显控系统，12、信号处理与数据采集卡，13、真空泵，14、压力传感器，15、流量计，16、声光报警器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

该装置包括测量室、进气管道、出气管道、流量计、真空泵、电磁阀、滤纸带、纸带传送装置、导流锥、α探测器、信号处理与数据采集卡、嵌入式控制模块、显控系统、压力传感器、提醒装置。其中，测量室上分别设置有进气口、出气口，进气管道通过进气口与测量室相连，出气口通过出气管道与真空泵相连，流量计设置在出气管道上。其中，电磁阀用于实现对进气管道的开闭，纸带传送装置用于带动滤纸带相对移动。

本实施例中，电磁阀设置在进气管道内壁，显控系统通过嵌入式控制模块与电磁阀相连。同时，显控系统通过嵌入式控制模块与真空泵相连，显控系统能向嵌入式控制模块发出指令并控制真空泵的启停。

滤纸带设置在纸带传送装置上，纸带传送装置设置在测量室内。本实施例中，纸带传送装置包括电机、用于带动滤纸带运动的主动轮、与主动轮相配合的从动轮、与电机配合的编码器，电机与主动轮相连且电机能带动主动轮转动。其中，显控系统通过嵌入式控制模块与电机相连，显控系统能向嵌入式控制模块发出指令并控制电机的启停。同时，本实施例中，还包括与电机配合的编码器。

导流锥设置在进气口且导流锥位于滤纸带上方，α探测器位于导流锥下方与滤纸带之间，α探测器通过多道数据采集卡与显控系统相连，其用于将测定的数据经多道数据采集卡传递给显控系统。本实施例中，导流锥呈圆锥形，α探测器设置在导流锥的开口端。压力传感器设置在测量室内，压力传感器通过嵌入式控制模块与显控系统相连；压力传感器能将测量室内的压力传递给嵌入式控制模块，并通过显控系统进行显示。同时，显控系统通过嵌入式控制模块与提醒装置相连。其中，嵌入式控制模块基于α探测器测定的数据进行判断，当超出设定值时，通过提醒装置发出警报。本实施例中，提醒装置采用声光报警器。

其中，电磁阀用于高精度测量模式下，关闭测量室进气端，辅助测量室内抽真空。导流锥用于取样过程中空气导流，保证样品在滤纸带上均匀分布，同时安装并固定α探测器。电机与编码器用于新的测量周期开始时，实现滤纸带传送，更换滤纸。嵌入式控制模块用于测量过程中，接受显控系统的指令，控制电机、编码器、真空泵。显控系统为带触摸屏的显示与控制系统，用于人机交互，通过触摸屏可选择测量模式，实现控制指令下发到嵌入式控制模块，并通过与多道数据采集卡的通讯，实现测量数据的采集、处理与结果的显示。压力传感器用于高精度测量过程中，测量室内真空度的反馈。真空泵实现气溶胶的取样，并在高精度模式下实现测量室抽真空。

基于上述装置，其能实现实时测量模式与固定测量模式。

（1）实时测量模式

在显控系统选择实时测量模式，真空泵开始抽气，α探测器通过多道数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输到显控系统，通过显控系统中的数据处理软件进行计算后实时显示计算得到的人工α放射性核素浓度值。即显控系统向嵌入式控制模块发出指令并启动真空泵进行抽气，气体中的气溶胶颗粒物自进气管道、导流锥后落在滤纸带上，纸带传送装置带动滤纸带相对运动，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输给显控系统。

在实时测量模式下，当α放射性核素浓度超过设定的报警限值时，触发声光报警器。此时，如选择继续进行准确测量，电磁阀闭合，真空泵将测量室内的真空度抽到设定的压力值（通过压力传感器实时反馈），装置进入准确测量模式，完成测量后，显控系统显示准确测量的结果，如果确实超过报警限值，将继续报警。如果测量结果未超过报警限值，则取消报警信号。测量完成后，在进行下一次取样前，纸带传送装置带动滤纸带运动，更新取样滤纸，进行下一次取样及测量。

（2）固定测量模式

在显控系统选择固定测量模式，测量过程分为取样周期与测量周期两段。

a、在取样周期内，真空泵抽气，实现气溶胶样品采集到滤纸带上，在该过程中，显控系统也同时通过α探测器获取所采集气溶胶样品的α能量数据，并输出测量结果。

b、取样过程结束后，进入测量模式，电磁阀闭合，真空泵将测量室内的真空度抽到设定的压力值，装置进入准确测量模式（α探测器通过多道数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输给显控系统），显控系统显示准确测量的结果。测量完成后，在进行下一次取样前，纸带传送装置带动滤纸带运动，更新取样滤纸，进行下一次取样及测量。

固定测量模式可应用于工作场所内的连续监测，即根据设定的周期，短时间内按时上报高精度的监测数据，对于场所内长期的人工α放射性核素气溶胶浓度水平的监测具有较重要的应用价值（比如二十四小时监测，可每小时上报一个数据）。

为了验证本申请的技术效果，申请人进行了对比实验，实验结果如图2所示。图2中，直接测量曲线（波峰靠右的曲线）是指采用常规方法测定的实验数据曲线，另一条（波峰靠右的曲线）为采用本方法测定的结果。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种人工α放射性核素气溶胶浓度连续监测装置，其特征在于，包括测量室、进气管道、出气管道、真空泵、电磁阀、滤纸带、纸带传送装置、导流锥、α探测器、信号处理与数据采集卡、嵌入式控制模块、显控系统、压力传感器、提醒装置；

所述测量室上分别设置有进气口、出气口，所述进气管道通过进气口与测量室相连，所述出气口通过出气管道与真空泵相连，所述显控系统通过嵌入式控制模块与真空泵相连且显控系统能向嵌入式控制模块发出指令并控制真空泵的启停；

所述电磁阀设置在进气管道内壁，所述显控系统通过嵌入式控制模块与电磁阀相连且显控系统能向嵌入式控制模块发出指令并控制电磁阀以实现对进气管道的开闭；

所述滤纸带设置在纸带传送装置上且纸带传送装置能带动滤纸带相对移动，所述纸带传送装置设置在测量室内；

所述导流锥设置在进气口且导流锥位于滤纸带上方，所述α探测器位于导流锥下方与滤纸带之间，所述α探测器通过信号处理与数据采集卡与显控系统相连且α探测器能将测定的数据经信号处理与数据采集卡传递给显控系统；

所述压力传感器设置在测量室内，所述压力传感器通过嵌入式控制模块与显控系统相连且压力传感器能将测量室内的压力传递给嵌入式控制模块并通过显控系统进行显示；

所述显控系统通过嵌入式控制模块与提醒装置相连且显控系统在α探测器测定的数据超出设定值时能向嵌入式控制模块发出指令并控制提醒装置发出警报。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述提醒装置为声光报警器。

3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述出气管道上设置有流量计。

4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述导流锥呈圆锥形，所述α探测器设置在导流锥的开口端。

5.根据权利要求1~4任一项相连所述的监测装置，其特征在于，所述纸带传送装置包括电机、用于带动滤纸带运动的主动轮、与主动轮相配合的从动轮，所述电机与主动轮相连且电机能带动主动轮转动。

6.根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于，所述显控系统通过嵌入式控制模块与电机相连且显控系统能向嵌入式控制模块发出指令并控制电机的启停。

7.根据权利要求5~6任一项所述的监测装置，其特征在于，还包括与电机配合的编码器。

8.用于权利要求1~7任一项所述装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）显控系统向嵌入式控制模块发出指令并启动真空泵进行抽气，气体中的气溶胶颗粒物自进气管道、导流锥后落在滤纸带上，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输给显控系统；

（2）当测量的α放射性核素浓度超过设定的警报限值时，显控系统通过嵌入式控制模块向提醒装置发出指令，并触发警报；继续进行精确测量，显控系统通过嵌入式控制模块向电磁阀发出指令，使电磁阀关闭，并通过压力传感器测定测量室内的压力值，当真空泵将测量室内的真空度抽到设定的压力值时，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据进行测量，测量完成后，向显控系统输出测量结果；若测量结果超过设定的警报限值，将继续报警；若测量结果未超过设定的警报限值，则取消报警；

（3）测量完成后，在进行下一次取样前，纸带传送装置带动滤纸带运动，更新取样滤纸，进行下一次取样及测量；

或包括如下步骤：

（a）取样过程

显控系统向嵌入式控制模块发出指令并启动真空泵进行抽气，实现气溶胶样品采集到滤纸带上，在此过程，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输给显控系统，至取样过程结束；

（b）测量操作

取样过程结束后，显控系统通过嵌入式控制模块向电磁阀发出指令，使电磁阀关闭，并通过压力传感器测定测量室内的压力值，当真空泵将测量室内的真空度抽到设定的压力值时，进入测量模式，α探测器通过信号处理与数据采集卡将滤纸带中所采集的气溶胶样品的α能量测量数据传输给显控系统；

（c）测量完成后，在进行下一次取样前，纸带传送装置带动滤纸带运动，更新取样滤纸，进行下一次取样及测量。