CN110058292B - 一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，包括移动站本体，移动站本体包括圆柱形仪器仓，圆柱形探测器仓和太阳能电池装置；圆柱形探测器仓内安装有用于监测核辐射的核辐射探测器，圆柱形仪器仓底部固设有铝合金底板，铝合金底板底部可拆式连接有可折叠拆卸支杆，可折叠拆卸支杆上套接有可伸缩支脚；本发明的便携式γ谱仪辐射环境监测移动站既可以作为便携式γ谱仪用于车载等移动式监测，又可用于固定式自动监测站进行连续监测，且能通过设置足够数量的探测器，形成局域辐射监测网络，又能跟各个环境监测中心站联网，用于环境常规监测、铀矿勘查和核事故应急监测等。

Description

一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站

技术领域

本发明属于核辐射探测器技术领域，涉及一种便携式长时间无人值守全自动连续或间断监测类γ辐射环境探测器。

背景技术

近些年，辐射环境监测成为公众日益关心的问题。辐射环境监测的历史开始于第二次世界大战期间。为了研究原子弹，美国在汉福特建造产钚的反应堆，其中的反应堆部件是用哥伦比亚河的水来冷却，从而便有流出物进入到环境中，由此引起了人们对于环境影响的关注。后来的核试验、原子弹爆炸、温茨凯尔、三哩岛和切尔诺贝利核事故等又进一步推进了辐射环境监测的重要性。2011年的福岛核事故又进一步把辐射监测技术中的自动监测网络和快速报警等功能的重要性提升到了新的高度。近些年来，公众环境参与意识的不断提高以及核能行业和核技术应用的快速发展都给环境监测提出了新的挑战，环境监测的重要性不再仅仅是纯技术的范畴，而改善公众关系并提高公众信任度则成为环境监测的重要任务之一。

辐射环境监测指的是核与辐射设施周围之外的放射性水平以及辐射所进行的与核设施运行有关的测量。生物和环境介质是辐射环境监测的对象。辐射环境监测按设施的运行状态可分为正常状态环境监测和事故应急监测；辐射环境监测按运行阶段可分为辐射本底调查（即运行前环境调查）、运行环境监测和退役环境监测（即运行后环境调查）。环境辐射连续自动监测的方式分为固定监测和车载移动监测。

固定式γ谱仪，我国固定式γ辐射连续监测系统始于上个世纪九十年代初，为对秦山核电厂外围环境进行监测，建立了第一代环境γ辐射连续监测系统，该系统选择6个监测点，采用高压电离室探测器，采集数据并就地处理后，通过电话线或无线方式发送到秦山前沿站进行存储汇总，最后再通过电话线报送至浙江省辐射环境监测站。后来又建立了第二代γ辐射连续监测系统，与第一代相比，其测量点数增多，专线传输使得数据的可靠性提高，充分利用先进的计算机和网络等技术，使得数据的采集和分析更加方便、直观。但测得数据仍为空气吸收剂量率。近几年，大量固定式γ谱仪开始被投入到环境γ辐射监测，用于全国的辐射环境监测网络和各核电站外围环境监测，能够对核素种类和含量进行分析和计算。固定式γ谱仪一般由固定式探测器和计算机组成，能够测量γ放射性核素的种类和含量，是对特定区域的长期连续的测量，若发生核事故、核恐怖袭击或是大规模放射性核素迁移等，能在第一时间报警。

目前，用于辐射环境监测的固定式γ谱仪系统主要是从结构上对通用NaI（TI）谱仪产品的防护等级加以升级设计，并将其多道分析器采集的数据通过有线或无线的方式传输到计算机用于进一步分析。如上海新漫公司的SIM-MAX-G3310、同方威视公司的FRM001等，能量分辨率＜8%，谱长1024道，自动稳普，实时核素分析，设备自动远程传送数据和本地存储数据，无外接电源下能够连续24小时工作，防护等级IP66。

车载移动式γ谱仪，车载移动式γ辐射监测系统是将仪器放置在汽车上来沿路测量地表中的放射性核素的种类和含量等信息。具有测量时间短、机动能力强和反应迅速等特性。车载移动式γ辐射监测系统能够对大面积区域进行有效的实时监测，并及时将辐射环境状况向上级部门汇报。一般包括定位系统、地理信息系统、无线电通信系统和移动式γ谱仪系统。车载移动式γ谱仪系统被广泛应用于铀矿等矿产勘查、核事故应急监测、放射源搜寻和辐射环境监测等领域。

目前辐射监测领域大多采用加拿大SAIC Exploranium公司的GR-460型系统用于车载移动式监测，其组成为：安装于车顶的4升NaI（TI）探测器、车载512道谱仪、卫星定位仪、笔记本电脑和UPS电源。

综上所述，固定式γ谱仪和车载移动式γ谱仪各有优点，根据使用场合不同，选择不同产品，一般而言，两者相结合使用。但是两者缺点也很明显。固定式γ谱仪只能定点监测、监测区域范围小、部署不便、易受风向影响等；而车载移动式γ谱仪易受地形环境影响、价格昂贵、不能长期部署、有人值守等。

针对以上问题，故，有必要对其进行改进。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种结构简单、轻便携带、造价低廉、受环境影响小、适用面广的移动站式γ谱仪；它既可以作为便携式γ谱仪用于车载等移动式监测，又可用于固定式自动监测站进行连续监测，且能通过设置足够数量的探测器，形成局域辐射监测网络，又能跟各个环境监测中心站联网，用于环境常规监测、铀矿勘查和核事故应急监测等。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，包括移动站本体，移动站本体包括圆柱形仪器仓，圆柱形探测器仓和太阳能电池装置；圆柱形探测器仓内安装有用于监测核辐射的核辐射探测器，圆柱形仪器仓底部固设有铝合金底板，铝合金底板底部可拆式连接有可折叠拆卸支杆，可折叠拆卸支杆上套接有可伸缩支脚；圆柱形仪器仓内安装有用于控制移动站本体运行和对外信息交流的移动站电控装置。

作为本发明的一种优选方案，所述圆柱形仪器仓上转动连接有ABS保温仓门，ABS保温仓门与圆柱形仪器仓之间通过仓门铰链连接；ABS保温仓门上安装有机玻璃窗, 有机玻璃窗上布设有LED显示屏。

作为本发明的一种优选方案，所述圆柱形仪器仓侧部安装有报警喇叭，报警喇叭上连接有手柄。

作为本发明的一种优选方案，所述移动站电控装置包括控制主板、锂电池、智能管理系统、微型温控装置、定位系统和控制面板。

作为本发明的一种优选方案，所述锂电池外部连接有外接电源接口。

作为本发明的一种优选方案，所述定位系统包括GPS定位仪和北斗定位仪。

作为本发明的一种优选方案，所述太阳能电池装置包括太阳能电池板和太阳能控制器；太阳能控制器用于控制太阳能电池板，给移动站本体提供外部能源。

作为本发明的一种优选方案，所述控制主板上连接有I /O输入输出接口、模拟量采集接口、电源输出接口和LED屏接口。

作为本发明的一种优选方案，所述控制主板上还连接有壳内湿度计、壳内温度计、壳外温度计、倾角传感器、GPS/北斗天线、核辐射探测器、卫星天线、WIFI天线、2G/3G/4G/5G/GPRS天线、LED显示屏、报警灯、报警喇叭、微型温控系装置和控制面板。

作为本发明的一种优选方案，所述控制面板上安装有视频接口、第一通讯接口、第二通讯接口、第三通讯接口，指示灯和按钮。

本发明的有益效果是：

1.本发明的便携式γ谱仪辐射环境监测移动站既可以作为便携式γ谱仪用于车载等移动式监测，又可用于固定式自动监测站进行连续监测，且能通过设置足够数量的探测器，形成局域辐射监测网络，又能跟各个环境监测中心站联网，用于环境常规监测、铀矿勘查和核事故应急监测等；

2.将电源管理系统、微型温控系统、定位系统、通讯系统、核辐射探测器、报警系统和人机界面集合在一起，并采用电池供电，高度集成化、数字化及智能化的设计，使其实现了体积小、重量轻、精度高的功能， 便于其便携化使用。

附图说明

图1是本发明的移动站示意图；

图2是本发明的移动站示意图的侧视图；

图3是本发明的移动站仰视图；

图4是本发明的移动站电控示意图；

图5是本发明的移动站联网示意图；

图6是本发明的移动站终端通讯示意图（一）；

图7是本发明的移动站终端通讯示意图（二）；

附图标记：可伸缩支脚1，可折叠拆卸支杆2，铝合金底板3，圆柱形仪器仓4，ABS保温仓门5，仓门铰链5-1，外接电源接口6，天线支架7，太阳能电池板8，核辐射探测器9，圆柱形探测器仓10，报警喇叭11，控制面板12，壳外温度计13，报警灯14，手柄15，有机玻璃窗16，LED显示屏17，卫星天线接口18，控制主板19，锂电池20，智能管理系统21，微型温控装置22，定位系统23，太阳能控制器24，壳内湿度计30，壳内温度计31，卫星天线32，倾角传感器33，GPS/北斗天线34，WIFI天线35，2G/3G/4G/5G/GPRS天线36，输入输出接口40，模拟量采集接口41，电源输入输出接口42，LED屏接口43，视频接口50，第一通讯接口51，第二通讯接口52，第三通讯接口53，指示灯54，按钮55，移动站本体100，环境监测中心站200。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

实施例：图1、图2和图3是从3个不同视角绘出的本移动站整体外观和部分剖视图，其详细部件注释如附图标记；本移动站使用的主要材料为铝合金和ABS，整体质量不超过13kg。

一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，包括移动站本体100，移动站本体100包括圆柱形仪器仓4，圆柱形探测器仓10和太阳能电池装置；圆柱形探测器仓10内安装有用于监测核辐射的核辐射探测器9，圆柱形仪器仓4底部固设有铝合金底板3，铝合金底板3底部可拆式连接有可折叠拆卸支杆2，可折叠拆卸支杆2上套接有可伸缩支脚1；圆柱形仪器仓4内安装有用于控制移动站本体100运行和对外信息交流的移动站电控装置；采用可折叠拆卸支杆2和可伸缩支脚1，可根据辐射探测器垂直安装高度而调节上下高度；使用范围广。

太阳能电池装置包括太阳能电池板8和太阳能控制器24；太阳能控制器24用于控制太阳能电池板8，给移动站本体100提供外部能源。太阳能电池板8和太阳能控制器24可以把光能转化为稳压电源给锂电池20充电。

本发明的便携式γ谱仪辐射环境监测移动站既可以作为便携式γ谱仪用于车载等移动式监测，又可用于固定式自动监测站进行连续监测，且能通过设置足够数量的探测器，形成局域辐射监测网络，又能跟各个环境监测中心站联网，用于环境常规监测、铀矿勘查和核事故应急监测等。

圆柱形仪器仓4上转动连接有ABS保温仓门5，ABS保温仓门5与圆柱形仪器仓4之间通过仓门铰链5-1连接；ABS保温仓门5上安装有机玻璃窗16, 有机玻璃窗16上布设有LED显示屏17；圆柱形仪器仓4侧部安装有报警喇叭11，报警喇叭11上连接有手柄15。

移动站电控装置包括控制主板19、锂电池20、智能管理系统21、微型温控装置22、定位系统23和控制面板12；控制本站运行和对外信息交流；上部辐射探测器仓内安装有辐射探测器，负责核辐射监测任务；侧部太阳能电池板由太阳能电池板和太阳能控制器构成，给本站提供外部能源。

锂电池20外部连接有外接电源接口6；外部电源接口可以把外部稳压电源通过接口给锂电池充电；内置锂电池和智能管理系统也可在没有外部电源的情况下给本移动站提供单独电源。

定位系统23包括GPS定位仪和北斗定位仪。

控制主板19上连接有I /O输入输出接口40、模拟量采集接口41、电源输入输出接口42和LED屏接口43，控制主板19，具有编程、信息采集和处理的功能，是一块高集成度、接口丰富和功能强大的控制主板。

控制主板19上还连接有壳内湿度计30、壳内温度计31、壳外温度计13、倾角传感器33、GPS/北斗天线34、核辐射探测器9、卫星天线32、WIFI天线35、2G/3G/4G/5G/GPRS天线36、LED显示屏17、报警灯14、报警喇叭11、微型温控系装置22和控制面板12。

控制面板12上安装有视频接口50、第一通讯接口51、第二通讯接口52、第三通讯接口53，指示灯54和按钮55。

本移动站工作原理由7个方面说明，分别是电源管理系统、微型温控系统、定位系统、通讯系统、核辐射探测器、报警系统和人机界面。

1.电源管理系统。首先开机前外部电源接口（含外接电源接口和太阳能控制器充电接口）是断路状态，开机后，控制主板首先检测外部接口是否有短路现象，若无短路现象，则接通外部接口；若有短路现象则断开其接口并发出声光报警，且把报警信号上传，告知后台。其次控制主板若检测到外接电源接口和太阳能控制器均有供电现象，则以外接电源接口供电为主，切除太阳能控制器供电；若没有检测到外接电源接口供电，则两接口均接通；若单独检测到太阳能控制器均供电，则两接口均接通。最后控制主板通过通讯电缆读取锂电池和智能管理系统的电池信息如剩余电量、当前电压、当前电流和当前温度等信息，并把这些信息上传至后台和本站LED屏显示。

2.微型温控系统。首先，开机前温控装置处于切除状态，控制主板通过壳内湿度计、壳内温度计和壳外温度计读取壳内湿度、温度数据，壳外温度数据，进行分析和对比。若壳外温度达到设置温度下限，则允许温控装置投入使用；若壳外温度达到设置温度上限，则不允许温控装置投入使用。其次，若壳内温度达到设置温度下限，则控制主板投入温控装置；若壳内温度达到设置温度上限，则控制主板切除温控装置。最后，壳内温度采集频率为1/60Hz，超出温升系数则切除温控装置，低于温升系数则投入温控装置，采用PID控制，使温升系数控制在设置系数。控制主板通过接口可读取壳内湿度、温度和温升系数，壳外温度等信息，并把这些信息上传至后台和本站LED屏显示。

3.定位系统。定位系统由GPS定位仪和北斗定位仪组成，可提供≤3米的定位精度。控制主板通过通讯电缆可读取经纬度和海拔高度等信息，并把信息上传至后台和本站LED屏显示。

4. 通讯系统。通讯系统包含对内通讯和对外通讯。对内通讯是控制主板通过电缆与各个传感器和设备连接，以实现控制主板对外部的信息采集和交流；对外通讯是控制主板通过通讯电缆、WIFI、2G/3G/4G/5G/GPRS网络或者卫星通讯网络，以实现本移动站和其他移动站构成局域监测网络或者是各个移动站与辐射环境监测中心联网构成大型辐射监测网络，可实现辐射监测中心与各个移动站间的信息交流。

5. 核辐射探测器。它是本移动站实现对辐射环境监测的唯一手段，其探测器类型有多种，如NaI（TI）探测器、LaBr3（Ce）探测器、HPGe探测器、CdZnTe探测器等。本站通过它可以迅速的识别和测量出核素类型、能量强度、照射量率、剂量率、累积剂量和活度等信息。

6. 报警系统。本移动站报警系统是由倾角传感器、定位仪、喇叭和报警灯构成。倾角传感器可以感知本移动站安装后的水平状态，若工作中检测到状态与之前不符，则发出报警信号；定位仪可以检测出本移动站的安装海拔和经纬度，若检测到本站有移动现象，则发出报警信号；喇叭可以发出高音报警，报警灯可以发出红色警示灯光。本站可根据报警类别发出声音报警、灯光报警和声光报警三种类别。

7. 人机界面。本移动站人机界面由LED屏和控制面板够成。LED屏负责本站运行状态和监测信息显示，外界人员可以通过有机玻璃窗观察到整块LED屏；控制面板上有各类接口（如HDMI接口、VGA接口、USB接口、RJ45接口、RS485/232接口等）、指示灯和按钮，主要功能是方便调试人员对本站调试和维修。

图5为本移动站联网示意图。通过2G/3G/4G/5G/GPRS网络或者卫星通讯网络，一个或者多个移动站可以与辐射环境监测中心联网构成大型辐射监测网络，可实现辐射监测中心与各个移动站间的信息交流，本移动站作为整个监测网络的子站。通过覆盖的网络，后台人员可以方便的调取各个子站的数据信息和参数设置。

图6和图7为本移动站终端通讯示意图。外界人员可以用手持终端或者移动工作站通过通讯电缆和WIFIF信号连接1个或多个子站系统，组建小型局域网络，可读取各子站数据信息、运行状态、报警日志、存储报表等，也可对各子站进行维修、参数设置和系统升级等服务。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：可伸缩支脚1，可折叠拆卸支杆2，铝合金底板3，圆柱形仪器仓4，ABS保温仓门5，仓门铰链5-1，外接电源接口6，天线支架7，太阳能电池板8，核辐射探测器9，圆柱形探测器仓10，报警喇叭11，控制面板12，壳外温度计13，报警灯14，手柄15，有机玻璃窗16，LED显示屏17，卫星天线接口18，控制主板19，锂电池20，智能管理系统21，微型温控装置22，定位系统23，太阳能控制器24，壳内湿度计30，壳内温度计31，卫星天线32，倾角传感器33，GPS/北斗天线34，WIFI天线35，2G/3G/4G/5G/GPRS天线36，输入输出接口40，模拟量采集接口41，电源输入输出接口42，LED屏接口43，视频接口50，第一通讯接口51，第二通讯接口52，第三通讯接口53，指示灯54，按钮55，移动站本体100，环境监测中心站200等术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，其特征在于：包括移动站本体（100），移动站本体（100）包括圆柱形仪器仓（4），圆柱形探测器仓（10）和太阳能电池装置；圆柱形探测器仓（10）内安装有用于监测核辐射的核辐射探测器（9），圆柱形仪器仓（4）底部固设有铝合金底板（3），铝合金底板（3）底部可拆式连接有可折叠拆卸支杆（2），可折叠拆卸支杆（2）上套接有可伸缩支脚（1）；圆柱形仪器仓（4）内安装有用于控制移动站本体（100）运行和对外信息交流的移动站电控装置；所述圆柱形仪器仓（4）侧部安装有报警喇叭（11），报警喇叭（11）上连接有手柄（15）；所述圆柱形仪器仓（4）上转动连接有ABS保温仓门（5），ABS保温仓门（5）与圆柱形仪器仓（4）之间通过仓门铰链（5-1）连接；ABS保温仓门（5）上安装有机玻璃窗（16）, 有机玻璃窗（16）上布设有LED显示屏（17）；控制主板（19）上连接有壳内湿度计（30）、壳内温度计（31）、壳外温度计（13）、倾角传感器（33）、GPS/北斗天线（34）、核辐射探测器（9）、卫星天线（32）、WIFI天线（35）、2G/3G/4G/5G/GPRS天线（36）、LED显示屏（17）、报警灯（14）、报警喇叭（11）、微型温控装置（22）和控制面板（12）。

2.根据权利要求1所述的一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，其特征在于：所述移动站电控装置包括控制主板（19）、锂电池（20）、智能管理系统（21）、微型温控装置（22）、定位系统（23）和控制面板（12）。

3.根据权利要求2所述的一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，其特征在于：所述锂电池（20）外部连接有外接电源接口（25）。

4.根据权利要求2所述的一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，其特征在于：所述定位系统（23）包括GPS定位仪和北斗定位仪。

5.根据权利要求1所述的一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，其特征在于：所述太阳能电池装置包括太阳能电池板（8）和太阳能控制器（24）；太阳能控制器（24）用于控制太阳能电池板（8），给移动站本体（100）提供外部能源。

6.根据权利要求2所述的一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，其特征在于：所述控制主板（19）上连接有I /O输入输出接口（40）、模拟量采集接口（41）、电源输入输出接口（42）和LED屏接口（43）。

7.根据权利要求2所述的一种便携式γ谱仪辐射环境监测移动站，其特征在于：所述控制面板（12）上安装有视频接口（50）、第一通讯接口（51）、第二通讯接口（52）、第三通讯接口（53），指示灯（54）和按钮（55）。

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