CN110082369A - 一种探伤机及由其构成的移动探伤源监控管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种探伤机及由其构成的移动探伤源监控管理系统，该探伤机包括辐射探测模块、用于定位和数据信息传输的通信模块、主控制模块以及电源管理模块，所述辐射探测模块的输出信号输入所述主控模块，所述主控模块与所述通信模块之间通信连接；所述电源管理模块与所述主控模块通信连接，并为所述辐射探测模块、所述通信模块以及所述主控模块提供工作电压。本发明提供的探伤机集成了具有定位和数据信息传输的通信模块，能够将定位信息上传至监控中心内的监测终端上，以供监测人员监测探伤机的位置状态，解决了探伤机作业时易被盗窃、丢失的问题。

Description

一种探伤机及由其构成的移动探伤源监控管理系统
技术领域
本发明涉及一种探伤机及由其构成的移动探伤源监控管理系统。
背景技术
射线探伤机(简称探伤机)是利用射线无损检测方法，探测材料、构件或设备内部缺陷的一种装置。射线探伤机的原理是放射源发出的射线透照被检物时发生减弱，在被检物的缺陷部位和其它部位射线减弱的程度不同，根据这一原理可采用射线照相法将焊接、铸件等检物中的缺陷显现出来，以确定缺陷的位置、大小、形状和种类。射线照相法已广泛应用于焊缝和铸件的内部质量检验，例如各种受压容器、锅炉、船体、输油和输气管道等的焊缝，各种铸钢阀门、泵体、石油钻探和化工、炼油设备中的受压铸件，精密铸造的透平叶片，航空和汽车工业用的各种铝镁合金铸件等。
探伤机在作业时易被盗、丢失，然而在探伤机移动作业时，容易引发辐射事故，故提高探伤机定位功能具有重要意义。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，本发明在此的目的在于提供一种能够对探伤机进行的定位，解决探伤机作业时易被盗窃、丢失的问题的探伤机。
为实现本发明的目的，在此所提供的探伤机包括了辐射探测模块、用于定位和数据信息传输的通信模块、主控制模块以及电源管理模块，辐射探测模块的输出信号输入主控模块，主控模块与通信模块之间通信连接，电源管理模块与主控模块通信连接，并为辐射探测模块、通信模块以及主控模块提供工作电压。
为了能够更好地实现定位，本发明提供的探伤机中的通信模块为集成有GPS、LBS和WIFI定位的4G全网通模块。
在一些实施方式中，电源管理模块包括充电管理芯片U5及其外围电路、滤波电路和指示电路，充电管理芯片U5的输出电压经滤波电路输出，指示电路的指示状态受充电管理芯片U5的控制。充电管理芯片输出的电压经滤波电路后保证了电源管理模块输出的电压平稳，减少了因电压波动对主控模块、通信模块及辐射探测模块造成的影响。
为了能够对供电电源情况进行检测，本发明提供的探伤机中的电源管理模块还包括用于检测电源输出电流的电流检测电路，电流检测电路输出电流输入主控模块，配合主控模块实现电源监控。
本发明在此的另一个目的还在于提供一种移动探伤源监控管理系统，该系统包括：
探伤机，用于对探伤源的定位与辐射信息的采集和传输；
探伤源监测中心站，与探伤机之间通信连接，用于远程监视放射源工作状态及位置信息；
探伤机为本发明所提供的探伤机，通过探伤机中的通信模块实现与探伤源监测中心站之间的数据传输。
本发明的有益效果：本发明提供的探伤机集成了具有定位和数据信息传输的通信模块，能够将定位信息上传至监控中心内的监测终端上，以供监测人员监测探伤机的位置状态，解决了探伤机作业时易被盗窃、丢失的问题。此外，主控模块接收到的由辐射探测模块探测到的辐射剂量信息也能通过通信模块上传至监控中心内的监测终端上，与定位信息相结合能够准确判断探伤机位置状态及工作状态。
采用集成有GPS、LBS和WIFI定位的4G全网通模块，在不同环境下均能实现有效地定位，如在空旷地带可以利用GPS卫星和AGPS辅助实现定位；在信号不好的地方可以利用LBS基站实现粗略定位；而在没有信号的地下室源库则可以采用WIFI方式进行IP定位。保证了探伤机的运输、存储和作业状态下的定位，更好地解决了探伤机作业时易被盗窃、丢失的问题。
附图说明
图1为本发明提供的探伤机的主视图；
图2为本发明提供的探伤机的右视图；
图3为本发明提供的探伤机的俯视图；
图4为本发明提供的探伤机壳体内部结构图；
图5为本发明提供的探伤机的原理框图；
图6为本发明记载的探测管的结构示意图；
图7为本发明所记载的脉冲处理电路的电路原理图；
图8为本发明所记载的探测管电源模块的电路原理图；
图9为本发明所记载的主控模块的电路原理图；
图10为本发明所记载的电管理芯片U5及其外围电路的电路原理图；
图11为本发明所记载的滤波电路的电路结构图；
图12为本发明所记载的指示电路的电路结构图；
图中：1-壳体，2-底座，3-提手，11-射源出口，12-安全锁，13-自动安全开关，14-铀，15-放射源；
附图中标号相同的引脚端表示连接关系，如充电管理芯片U5上的SCL2与主控模块上的SCL2连接；附图中H4、H5为锂电池的正负端，H5为正极，H4为负极。
具体实施方式
在此结合附图和实施例对本发明所提供的技术方案作进一步详细的说明。
本发明为了解决现有的探伤机在运输、储存及作业时易被盗、丢失的问题，在此提供了一种具有定位功能的探伤机，如图1-4所示，本发明提供的探伤机包括了壳体1和安装于壳体1底部的底座2，壳体1上设置有射源出口11、安全锁 12和自动安全开关13，壳体1的内部安装有铀14和放射源15。如图5所示，该探伤机的底座2内包括了用于判断探伤源是否在探伤机内的辐射探测模块、用于定位和数据信息传输的通信模块、用于接收辐射探测器传输过来的辐射信号，并进行相关处理，然后打包发送至通信模块，以及接收通信模块传输的数据信号的主控制模块以及电源管理模块，辐射探测模块的输出信号输入主控模块，主控模块对接收到的数据进行处理后打包发送至通信模块进行存储和转发，通信模块将接收到的由主控模块输入的数据以及自身的定位信息上传至监控中心内的监控终端上，以供监控人员查看、分析；电源管理模块与主控模块通信连接，由主控模块控制电源管理模块工作，且电源管理模块还为辐射探测模块、通信模块以及所述主控模块提供工作电压。
其中，辐射探测模块包括了探测器、对其输出的辐射量进行脉冲处理的脉冲电路和为探测器提供的工作电压的探测管电源模块，其中探测器可以采用现有的任何一种能够探测到探伤源辐射量的探测器，在此采用现有的任何一种气体探测器，在此采用能量响应范围50keV～1.25MeV，剂量测量范围1～4x104uSv/h，工作电压450～550V，测量响应时间≤5s，计数寿命1010C的GM管探测器，GM管探测器具有信号输出强、成本低、稳定性好、能够在强辐射场中进行测量等优点，其结构如图6所示。GM管的工作电压在450V～550V左右，阳极端通过一个2M电阻接入500V高压，阴极端120K电阻接地。
辐射探测模块中的脉冲电路可以采用现有的任何一种能够对辐射量进行脉冲处理的电路，在此采用的脉冲处理电路的电路原理图如图7所示，包括了电容 C48、电容C54、电阻R44、电阻R47、与非门U7A、与非门U7B、与非门U7C和与非门U7D，电容C48和电阻R44，以及电容C54和电阻R47构成RC滤波耦合隔离电路；当射线进入GM管转化为脉冲信号后，分别通过经电容C48和电阻R44 以及电容C54和电阻R47构成的RC滤波耦合隔离电路进行滤波后将有效的脉冲信号输出并通过由与非门U7A和与非门U7C，以及与非门U7B和与非门U7D构成逻辑电路将数字脉冲信号进行展宽为等宽方波脉冲信号输出给主控模块。
其中，与非门可以采用现有的任何一种，本发明在此采用的是CD4011BCM。为了能够实现对脉冲信号进行限压保护，防止击穿与非门，在此在RC滤波耦合隔离电路的输出端增加瞬态抑制二极管D6、D10。探测管输出的脉冲信号还分别经电阻R45和电阻R49接地。
为探测器提供的工作电压的探测管电源模块可以采用现有的任何一种电源模块，本发明在此采用一种结构简单的电源电路，其电路原理图如图8所示。由图8所示，其包括了用于将电源管理模块输出的3.5V～4.2V升压到5V的第一电压升压电路和用于将第一电压升压电路输出的5V升到500V的第二电压升压电路。第一电压升压电路包括了电阻R41、电容C44、电感L4、电容C46、电容C47、二极管D4和第一升压芯片U6，电源管理模块输出的电压经电阻R41分为两路，一路经电容C44加载于第一升压芯片U6的一个输入端，另一路通过电感L4加载于第一升压芯片U6的另一个输入端和二极管D4的阳极；第一升压芯片U6的参考信号输入端通过电容C46接地，第一升压芯片U6的输出端和参数阈值采集端连接在一起作为输出端，输出5V电压，并通过电容C47接地，且与二极管D4 的阴极连接。
第二电压升压电路包括电容C50、电感L5、开关管U8、电容C49、电容C52、二极管D5～D9、电容C45、电容C51、电阻R43、电阻R42、电阻R46、电阻R48、电容C53和第二升压芯片U9；第一电压升压电路输出的电压经电容C50滤波后输入第二升压芯片U9，第二升压芯片U9的输出端经电容C50接地，且经电感L5 加载于开关管U8的电源端，开关管U8的控制端接第二升压芯片U9的信号输出端，第二升压芯片U9输出的信号控制开关管U8的导通、截止。开关管U8的电源端还分别经电容C49和电容C52与二极管D5的阳极以及二极管D9的阴极连接，二极管D7和二极管D8正向连接于二极管D5的阳极和二极管D9的阴极之间，如图7所示。二极管D5的阴极和二极管D8的阴极分别经电容C45和电容C51接地；二极管D5的阴极经电阻R43输出电压作为探测管的工作电压。第二升压芯片U9 的电压反馈端经电阻R48和电容C53接地，并经电阻R46和电阻R42采集输出电压。
在此，第一升压芯片U6和第二升压芯片U9可以采用现有的任何一种升压芯片，在此分别采用MAX756和MAX641系列。开关管U8可以采用现有的任何一种三极管构成，如晶体三极管、场效应三极管。
本发明提供的探伤机中的电源管理模块可以采用现有的任何一种电源管理电路，在此利用充电管理芯片U5及其外围电路实现对供电电压的管理，其电路原理图如图10所示，充电管理芯片U5在此采用BQ24298系列充电管理芯片，该充电管理芯片可以通过I2C管理，最大可达3A充电电流，高达90％的充电效率。该充电管理芯片U5的外围电路包括了电阻R21、电阻R22、电容C29、电容C33、电阻R23、电阻R33、电阻R32、电容C30、电感L3、电容C31、电解电容C32、电容C34、电阻R30、电阻R31和电阻R34，具体电路连接关系如图10所示。图 10中：VBUS为USB插座+5V电源接口，VT018_PMU为3.3V的电源电压，SCL2、 SDA2为电源管理模块的通信口，与主控模块连接进行数据通信，CHG_DRVVBUS 为USB电流限制选择引脚，与主控模块连接，主控模块输出信号控制该引脚上的电压高低，该引脚电压被拉高为限流模式，平时为低电平；CHG_EN为充电管理芯片U5的使能引脚，拉高为使能对锂电池充电功能，平时保持为低电平。
该充电管理芯片U5可以通过锂电池作为供电电源，也可以通过USB插座+5V 电源接口接+5V电源作为供电电源；当利用锂电池作为供电电源时，锂电池输出的电压经并联的电解电容C42和电容C43滤波输入充电管理芯片U5。当通过VBUS 接+5V电源作为供电电源时，充电管理芯片U5将锂电池短接，避免锂电池此时供电。
充电管理芯片U5输出端输出的电压VSYS_C提供通信模块、辐射探测模块。为了减低充电管理芯片U5输出的电压VSYS_C波动性，使其平稳，该电源管理模块还包括对充电管理芯片U5输出电压进行滤波的滤波电路，该滤波电路可以采用现有的任何一种滤波电路，在此采用的滤波电路原理图如图11所示，其包括了电容C35、电容C37、电阻R37、电容C38、电容C39、电容C40和电容C41，充电管理芯片U5输出的电压VSYS_C加载于电容C35的第一极板和电容C37第一极板上，电容C35的第二极板和电容C37的第二极板接地，电容C37的第一极板还通过电阻R37接电容C38的第一极板、电容C39的第一极板、电容C40的第一极板和电容C41的第一极板，电容C38的第二极板、电容C39的第二极板、电容C40的第二极板和电容C41的第二极板分别独立接地；经滤波后的电压为VBAT。
此处所提供的滤波电路中，可以全部采用非电解电容，也可采用电解电容和非电解电容相结合方式，如电容C38和电容C40为电解电容。
为了能够实现工作状态指示，在一些实施方式中，电源管理模块还包括主要由电阻R24、电阻R25、发光二极管D2和发光二极管D3构成的指示电路。如图 12所示，发光二极管D2的阳极和发光二极管D3的阳极分别经电阻R24和电阻 R25接充电管理芯片U5，发光二极管D2的阴极和发光二极管D3阴极接充电管理芯片U5，充电管理芯片U5输出信号控制发光二极管D2和发光二极管D3的导通、截止，以指示工作状态。
为了能够更好地进行指示，在此将发光二极管D2和发光二极管D3设计为不同颜色，如发光二极管D2为绿色，发光二极管D3为红色。
为了能够在锂电池作为供电电源时实现对锂电池电量的检测，在一些实施方式中，电源管理模块还包括用于检测电源输出电流的电流检测电路，该电流检测电路包括电阻R38、电阻R39和电阻40，电流检测电路输出电流输入主控模块，由主控模块完成锂电池的电量计算，并根据计算结果控制充电管理芯片U5的工作模式；如锂电池低电量时，切断锂电池供电，改由USB插座+5V电源接口接+5V 电源供电，并输入电压向锂电池进行充电。
本发明在此所记载的主控模块可以采用现有的任何一种具有程序存储功能的单片机及其外围电路构成，在此采用的是STM32F107VC系列单片机及其外围电路，STM32F107VC系列单片机是以ARM Cortex-M3 32位的RISC内核的32位微控制器，专门为低成本、高性能、低功耗的嵌入式应用设计，工作频率为72MHz，具有丰富的I/O端口，内置高速存储器(64K的SRAM和256K字节的FLASH)。
此处记载的主控模块的电路结构如图9所示，其中电阻R58、电容C65、电容C60、电容C66、晶振Y1、电阻R60、电阻R61、电容C56、电容C57、电容C58、电容C59、电容C61、电容C62、电容C63、电容C64、保险丝F1和保险丝F2为单片机的外围电路，其中电阻R58和电容C65串联于+3.3V电源和地之间，两者相连接的一端与单片机U10的复位引脚连接，电容C60、电容C66和晶振Y1构成单片机U10的外部时钟电路，与单片机U10的时钟引脚连接。电容C56、电容C57、电容C58和电容C59构成滤波电路，电容C56和电容C57并联于电源+VDDA 和地之间，电源+VDDA还通过保险丝F2加载于电容C58的第一极板和电容C59 的第一极板上，电容C58的第二极板和电容C59的第二极板接地；电源+VDDA还通过保险丝F1输出+3.3V电压。电容C61、电容C62、电容C63和电容C64并联于+3.3V电源和地之间，实现进一步的滤波，减少因电源波动而产生的干扰。
图9中H2为连接端，用于程序烧写；单片机U10中的TTL_UART_RXD0引脚与TTL_UART_TXD0引脚与通信模块。
本发明提供的通信模块可以采用现有的任何一种，在此采用的为集成有 GPS、LBS和WIFI定位的4G全网通模块，如M100物联模块，其包含CPU、内存、操作系统、2/3/4G通信、WIFI/BT/GPS等最基础的硬件功能，解决了运输、存储和工作状态下的定位问题。
本发明提供的探伤机能够将探测到由探伤机中探伤源辐射出的辐射量，并能够经主控模块和通信模块实现数据上传，利用通信模块能够将数据上传至监测探伤源监测中心站，利用监测探伤源监测中心站内的终端远程监视探伤源的工作状态；此外，通信模块还具有定位功能，实现了远程监控探伤机位置信息，由于探伤源安装于探伤机中，即可获得探伤源的位置信息。
监测探伤源监测中心站内的终端可以是电脑，也可以是任何一种移动设备，如手机，IPAD等。
利用本发明提供的探伤机和监测探伤源检测中心站即可构成用于远程监控探伤机工作状态及位置信息的移动探伤源监控管理系统。
为了便于提拿，本发明提供的探伤机的壳体1上还设置有提手3。本发明提供的探伤机底座2上设置有GPS与WIFI二合一天线和4G信号FPC天线，分别与底座2内的通信模块连接，GPS与WIFI二合一天线还是采用铸铝包胶进行屏蔽射线，但是FPC天线通过洞穿到表面来对外通信，解决了底座2的挡板屏蔽信号的问题。在户外采用GPRS-4G通信，在无信号的室内采用WIFI通信，无缝自动切换。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种探伤机，其特征在于：包括辐射探测模块、用于定位和数据信息传输的通信模块、主控制模块以及电源管理模块，所述辐射探测模块的输出信号输入所述主控模块，所述主控模块与所述通信模块之间通信连接；所述电源管理模块与所述主控模块通信连接，并为所述辐射探测模块、所述通信模块以及所述主控模块提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的探伤机，其特征在于：所述辐射探测模块包括探测管、对所述探测管输出的信号进行脉冲处理的脉冲处理电路和为所述探测管提供电压的探测管电源模块。
3.根据权利要求2所述的探伤机，其特征在于：所述脉冲处理电路包括耦合隔离电路和将数字脉冲信号进行展宽为等宽方波脉冲信号的逻辑电路，所述耦合隔离电路的输出信号输入所述逻辑电路，所述逻辑电路的信号输出端为脉冲处理电路的输出端，与所述主控模块连接。
4.根据权利要求3所述的探伤机，其特征在于：所述脉冲处理电路还包括连接于所述耦合隔离电路输出端和地之间的瞬态抑制二极管。
5.根据权利要求2所述的探伤机，其特征在于：所述探测管电源模块包括用于将所述电源管理模块输出的3.5V～4.2V升压到5V的第一电压升压电路和用于将所述第一电压升压电路输出的5V升到500V的第二电压升压电路。
6.根据权利要求5所述的探伤机，其特征在于：所述第一电压升压电路包括电阻R41、电容C44、电感L4、电容C46、电容C47、二极管D4和第一升压芯片U6，电源管理模块输出的电压经所述电阻R41分为两路，一路经所述电容C44加载于所述第一升压芯片U6的一个输入端，另一路通过所述电感L4加载于所述第一升压芯片U6的另一个输入端和所述二极管D4的阳极；所述第一升压芯片U6的参考信号输入端通过所述电容C46接地，所述第一升压芯片U6的输出端和参数阈值采集端连接在一起作为输出端，并通过所述电容C47接地，且与所述二极管D4的阴极连接。
7.根据权利要求5所述的探伤机，其特征在于：所述第二电压升压电路包括电容C50、电感L5、开关管U8、电容C49、电容C52、二极管D5～D9、电容C45、电容C51、电阻R43、电阻R42、电阻R46、电阻R48、电容C53和第二升压芯片U9；所述第一电压升压电路输出的电压经所述电容C50滤波后输入所述第二升压芯片U9，所述第二升压芯片U9的输出端经所述电容C50接地，且经所述电感L5加载于所述开关管U8的电源端，所述开关管U8的控制端接所述第二升压芯片U9的信号输出端，所述第二升压芯片U9输出的信号控制所述开关管U8的导通、截止；所述开关管U8的电源端还分别经所述电容C49和所述电容C52与所述二极管D5的阳极以及所述二极管D9的阴极连接，所述二极管D7和所述二极管D8正向连接于所述二极管D5的阳极和所述二极管D9的阴极之间，所述二极管D5的阴极和所述二极管D8的阴极分别经所述电容C45和所述电容C51接地；所述二极管D5的阴极经所述电阻R43输出电压作为探测管的工作电压；所述第二升压芯片U9的电压反馈端经所述电阻R48和所述电容C53接地，并经所述电阻R46和所述电阻R42采集输出电压。
8.根据权利要求1所述的探伤机，其特征在于：所述通信模块为集成有GPS、LBS和WIFI定位的4G全网通模块。
9.根据权利要求1所述的探伤机，其特征在于：所述主控模块为STM32系列微控制器。
10.根据权利要求1所述的探伤机，其特征在于：所述电源管理模块包括充电管理芯片U5及其外围电路、滤波电路和指示电路，所述充电管理芯片U5的输出电压经所述滤波电路输出，所述指示电路的指示状态受所述充电管理芯片U5的控制。
11.根据权利要求10所述的探伤机，其特征在于：所述滤波电路包括电容C35、电容C37、电阻R37、电容C38、电容C39、电容C40和电容C41，充电管理芯片U5输出的电压加载于所述电容C35的第一极板和所述电容C37第一极板上，所述电容C35的第二极板和所述电容C37的第二极板接地；所述电容C37的第一极板还通过所述电阻R37接所述电容C38的第一极板、所述电容C39的第一极板、所述电容C40的第一极板和所述电容C41的第一极板，所述电容C38的第二极板、所述电容C39的第二极板、所述电容C40的第二极板和所述电容C41的第二极板分别独立接地。
12.根据权利要求10所述的的探伤机，其特征在于：所述电源管理模块还包括用于检测电源输出电流的电流检测电路，所述电流检测电路输出电流输入所述主控模块。
13.一种移动探伤源监控管理系统，其特征在于，该系统包括：
探伤机，用于对探伤源的定位与辐射信息的采集和传输；
探伤源监测中心站，与所述探伤机之间通信连接，用于远程监视放射源工作状态及位置信息；
所述探伤机为权利要求1-12任意一项所述的探伤机。
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