CN108931804A - 一种个人辐射剂量监测系统与监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于辐射监控技术领域，涉及一种个人辐射剂量监测系统与监测方法。所述的监测系统包括：部署在辐射监测区域的无线定位基站；具有无线定位模块的个人辐射剂量仪，无线定位模块与无线定位基站共同进行被监测人员的定位；与计算机相连的无线信号收发器，用于接收无线定位模块实时上传的被监测人员的定位信息与接受辐射剂量信息。利用本发明的监测系统与监测方法，能够远程实时监测人员所受辐射剂量和在辐射场中所处位置，从而使辐射防护监管人员能够远程实时监控现场作业状况，降低监管人员工作量、提高作业安全性，从而解决现有个人辐射剂量监测方法无法实时远程监测、监管人员无法实时干预、只能监测结果而不能监测过程等问题。

Description

一种个人辐射剂量监测系统与监测方法
技术领域
本发明属于辐射监控技术领域，涉及一种个人辐射剂量监测系统与监测方法。
背景技术
无论是核设施的日常运行、退役还是应急，核辐射现场工作人员都不可避免会受到一定水平的职业照射，因此必须有效地控制他们接受辐射的水平。对受辐射工作人员的个人剂量监测作为保护工作人员的一项重要手段，是对工作人员健康安全的重要保证，对于降低其职业照射风险非常重要。工作人员佩戴个人辐射剂量仪是个人辐射剂量监测的重要途径(以下如无特别说明，本文的剂量/剂量率均指外照射个人Hp(10)剂量当量/剂量当量率)。
个人辐射剂量仪主要分为两大类：一类是被动式的，此类剂量仪通常只能记录累积剂量，探测下限较高，不能从剂量仪直接读数，对于使用和存放都有一定的要求，热释光(TLD)辐射剂量仪是目前广泛使用的被动式剂量仪；另一类是主动式的，电子个人辐射剂量仪(直读式个人辐射剂量仪)是目前广泛使用的主动式剂量仪。区别于被动式剂量仪，主动式剂量仪的主要优点是探测下限较低，能实时给出剂量率和累积剂量的读数，并具有报警功能。
目前国内外的辐射防护体系通常要求作业人员同时佩戴被动式和主动式两个剂量仪，被动式用于记录较长时间(如一次大修工期)内的累积辐射剂量，主动式用于单次作业中的辐射剂量控制。由于被动式剂量仪无法直接读数，而主动式剂量仪通常与控制区出入控制系统和个人剂量管理系统等相关联，因此核辐射现场的辐射防护最优化主要依赖于主动式的电子式个人辐射剂量仪。
目前核电厂等核设施现场个人辐射剂量监测方法如图1所示。工作人员进入控制区更衣后，领取个人辐射剂量仪，输入辐射防护作业许可相关号码激活并初始化剂量仪，作业许可相关的剂量报警阈值等信息自动输入到剂量仪。工作人员在作业现场作业过程中剂量仪测量人员所受辐射累积剂量和剂量率，其中任一数值超过预设阈值即发出报警，工作人员需在归还个人辐射剂量仪后更衣撤离控制区。工作人员离开控制区时，剂量仪读取器自动将本次作业所受剂量、最大剂量、工作时间等信息上传至位于辐射防护值班室的个人剂量管理系统，由辐射防护监管人员查看作业剂量、调查分析人员剂量异常情况和/或进行经验反馈。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种个人辐射剂量监测系统，以能够基于无线定位技术，远程实时监测人员所受辐射剂量和在辐射场中所处位置。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种个人辐射剂量监测系统，所述的监测系统包括：
部署在辐射监测区域的无线定位基站；
具有无线定位模块的个人辐射剂量仪，所述的无线定位模块与所述的无线定位基站共同进行被监测人员的定位；
与计算机相连的无线信号收发器，用于接收所述的无线定位模块实时上传的被监测人员的定位信息与接受辐射剂量信息。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种个人辐射剂量监测系统，其中所述的无线定位技术为ZigBee、WiFi、UWB(Ultra Wide-band，即超宽带)或CSS(Chirp SpreadSpectrum，即线性调频扩频)无线定位技术。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种个人辐射剂量监测系统，其中所述的无线定位基站设置在所述的辐射监测区域的四角。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种个人辐射剂量监测系统，其中所述的无线定位基站的安装高度为1.5-10米。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种个人辐射剂量监测系统，其中所述的无线定位基站的天线位置位于个人辐射剂量仪在整个定位区域内，能够直视基站天线的位置。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种个人辐射剂量监测系统，其中所述的个人辐射剂量仪为电子个人辐射剂量仪。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种个人辐射剂量监测系统，其中所述的无线信号收发器的安装高度为1.5-10米。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种个人辐射剂量监测系统，其中所述的无线信号收发器通过串口或USB连接线与所述的计算机相连。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种个人辐射剂量监测系统，其中所述的计算机通过其上安装的监控软件显示被监测人员的位置与接受辐射剂量信息。
本发明的第二个目的是提供一种个人辐射剂量监测方法，以能够基于无线定位技术，远程实时监测人员所受辐射剂量和在辐射场中所处位置。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种利用如上所述的个人辐射剂量监测系统进行个人辐射剂量监测的方法，包括如下步骤：
(1)所述的个人辐射剂量仪与附近的所述的无线定位基站，以及所述的无线信号收发器相互通信，建立连接，组建成一个无线定位局域网；
(2)所述的被监测人员进入所述的辐射监测区域后，所述的个人辐射剂量仪在测量被监测人员所受辐射剂量的同时，通过无线定位模块不断进行被监测人员的无线定位，并实时将定位与接受辐射剂量测量结果通过无线网络发送至无线信号收发器，并进而传输给所述的计算机。
本发明的有益效果在于，利用本发明的个人辐射剂量监测系统与监测方法，能够基于无线定位技术，远程实时监测人员所受辐射剂量和在辐射场中所处位置，从而使辐射防护监管人员能够远程实时监控现场作业状况，降低监管人员工作量、提高作业安全性，从而解决现有个人辐射剂量监测方法无法实时远程监测、监管人员无法实时干预、只能监测结果而不能监测过程等问题。
附图说明
图1为目前核电厂等核设施现场个人辐射剂量监测方法的流程图。
图2为本发明的基于无线定位技术的个人辐射剂量监测系统的组成图。
图3为示例性的本发明的基于无线定位技术的个人辐射剂量监测系统中无线定位电子个人辐射剂量仪的结构组成图。
图4为本发明的基于无线定位技术的个人辐射剂量监测方法的原理示意图。
图5为具体实施方式中监控软件的界面图。
图6为具体实施方式中定位精度测试结果图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
示例性的本发明的个人辐射剂量监测系统如图2所示，对应的监测方法的原理如图4所示。
如图2所示，本发明的个人辐射剂量监测系统包括：部署在监测区域的无线定位基站，具有无线定位功能的电子个人辐射剂量仪，与计算机相连的无线信号收发器。此外，计算机上安装显示被监测人员位置和辐射剂量信息的监控软件。
如图2所示，本发明的主体是具有无线定位模块的电子个人辐射剂量仪，同时剂量仪的无线定位功能需要如下配套设备：无线定位基站，信号收发器，监控计算机(安装监控软件)。
具有无线定位模块的电子个人辐射剂量仪包含如下组件：X、γ辐射探测器(即G-M计数管)、直流电源、供电电路、信号成型与计数电路、无线定位芯片、天线、单片机与外围部件等。图3是电子个人辐射剂量仪的结构组成图。其中，直流电源用于提供探测器模块(即G-M计数管模块)、单片机模块和无线定位模块工作所需电源；X、γ探测器(即G-M计数管)用于接收X、γ射线并输出电荷信号，CSS无线定位芯片及2.4G天线用于接收和发送无线信号。高压变换电路用于将直流电源提供的若干伏特的直流电压转换成G-M计数管工作所需的几百伏特的电压。信号采集电路用于将G-M计数管输出的电荷脉冲经滤波、整形、放大后输出成单片机模块可捕捉的方波脉冲信号。单片机模块(即单片机及外围电路)通过烧写嵌入式程序来进行剂量率测量以及控制无线定位模块的各项功能，单片机通过SPI高速串行端口读取或写入无线定位芯片数据来接收和发送无线信号，通过定时器/计数器的信号捕捉端口来接收信号采集电路输出的方波脉冲并对其计数。在设计中，直流电源经过稳压电路稳压后分为相互独立的两路输出，一路为单片机模块和无线定位模块供电，一路为高压变换电路供电，有效避免了无线信号与辐射探测器之间的电磁干扰。
无线定位基站的结构框架与剂量仪类似，主要区别在于无线定位基站没有辐射测量模块，增加了对外数据传输的接口，同时定位基站采用外部供电。这是因为无线定位基站需要时刻保持良好的信号覆盖，因此基站采用外置天线设计且发射功率较高，这会导致基站的功耗较高，故基站采用外部供电。
如图4所示，本发明的个人辐射剂量监测方法包括如下详细步骤：
1、根据需要划分好需要监测的工作区域，在区域内部署若干定位基站，基站的数量视所监测区域面积和空旷程度而定，通常满足剂量仪在区域内任一位置均可与至少三个基站相互通信即可；
2、与现有流程类似，工作人员进入控制区前领取并激活具有无线定位功能的电子个人剂量仪，剂量仪的相关设置在激活时自动写入；
3、工作人员进入监测区域，剂量仪与附近的无线定位基站以及信号收发器相互通信，建立连接，组建成一个无线定位局域网；
4、无线定位局域网组建完成后，个人辐射剂量仪即开始工作，剂量仪在测量人员所受剂量的同时，通过无线定位模块不断进行无线定位，并实时将定位与剂量测量结果通过无线网络发送至无线信号收发器；
5、无线信号收发器接收到剂量仪发送的定位和剂量测量结果，将其转发至监控计算机上所安装的监控软件，由监控软件完成对人员实时位置和辐射剂量的显示与存储。监管人员即可远程监测、分析各工作人员所受剂量，若有必要监管人员也可手动控制剂量仪报警以提醒工作人员暂时撤离作业区域，达到远程实时干预的目的。
上述示例性的本发明的个人辐射剂量监测系统与监测方法具体应用举例如下。
本发明为一种较为通用的基于无线定位技术的个人剂量监测方法，不依赖于室内无线定位个人剂量仪及其基站的具体技术实现方式，因此目前常用的如ZigBee、WiFi、UWB、CSS等无线定位技术均可用于本发明。本例中使用的是自主研制的基于CSS无线定位技术的室内无线定位个人剂量仪及配套基站。
本实例选择一间仪表检定实验室作为监测区域，房间为矩形，长870cm，宽570cm，高450cm。该房间内有强度为100毫居里、1居里、10居里的Cs-137放射源三枚，三枚放射源在房间内形成辐射剂量率范围为10μSv/h～13mSv/h的辐射场，可模拟核设施现场的辐射环境，同时房间内各位置处的辐射强度(空气比释动能率)已由国防科技工业电离辐射二级计量站进行校准，可用于无线定位个人剂量仪剂量测量功能的测试与检验。
在房间的四角布置四台CSS无线定位基站，基站用支架固定于墙角连接处，安装高度为2-3米(安装高度范围取决于屋顶高度，过低的安装高度会导致不良的无线信号传输路径，从而影响剂量仪与基站通信)。基站安装时调整基站天线的位置，使得剂量仪在整个定位区域内，能够尽可能直视基站天线，这样能够减少非视距(NLOS)影响，提高定位精度。监控计算机部署在房间外，通过USB连接线与无线信号收发器相连，无线信号收发器的安装高度为1.5-3m，安装位置以能稳定与剂量仪通信同时方便连线到监控计算机为佳。
“工作人员”佩戴剂量仪进入房间，剂量仪与基站即建立起无线局域网。剂量仪在进行剂量测量的同时，其上的CSS无线定位模块不停与基站进行定位，并将定位和剂量测量结果通过接收器，房间外的“监管人员”通过图5所示监控软件界面实时监测其位置和所受辐射剂量。
在房间内选取了25个参考点并准确测定其坐标，与监控软件给出的定位坐标相比较，结果如图6所示，其中横坐标为定位精度(定位给出的坐标和约定真值之间的偏差)的区间最大值。可以看出，定位精度不超过1米的置信度为92％，定位精度不超过1.2米的置信度为96％。
同时测量了8个参考点的辐射剂量率，与参考辐射装置给出的剂量率参考值(约定真值)相比较，结果如表1所示，显示相对偏差在15％以内。
表1辐射剂量率测量测试结果
综上所述，本发明可以实现远程监测实时个人辐射剂量和个人位置，同时定位精度和剂量监测的精度均满足需求。因此，本发明的监测方法是一种具有创新性和独特功能性的核设施现场个人辐射剂量监测方法。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种个人辐射剂量监测系统，基于无线定位技术，其特征在于，所述的监测系统包括：
部署在辐射监测区域的无线定位基站；
具有无线定位模块的个人辐射剂量仪，所述的无线定位模块与所述的无线定位基站共同进行被监测人员的定位；
与计算机相连的无线信号收发器，用于接收所述的无线定位模块实时上传的被监测人员的定位信息与接受辐射剂量信息。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的无线定位技术为ZigBee、WiFi、UWB或CSS无线定位技术。
3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的无线定位基站设置在所述的辐射监测区域的四角。
4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的无线定位基站的安装高度为1.5-10米。
5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的无线定位基站的天线位置位于个人辐射剂量仪在整个定位区域内，能够直视基站天线的位置。
6.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的个人辐射剂量仪为电子个人辐射剂量仪。
7.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的无线信号收发器的安装高度为1.5-10米。
8.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的无线信号收发器通过串口或USB连接线与所述的计算机相连。
9.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述的计算机通过其上安装的监控软件显示被监测人员的位置与接受辐射剂量信息。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的监测系统进行个人辐射剂量监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)所述的个人辐射剂量仪与附近的所述的无线定位基站，以及所述的无线信号收发器相互通信，建立连接，组建成一个无线定位局域网；
(2)所述的被监测人员进入所述的辐射监测区域后，所述的个人辐射剂量仪在测量被监测人员所受辐射剂量的同时，通过无线定位模块不断进行被监测人员的无线定位，并实时将定位与接受辐射剂量测量结果通过无线网络发送至无线信号收发器，并进而传输给所述的计算机。
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