CN110941006B - 一种多层密封结构集成式户外辐射探测器 - Google Patents

Abstract

本发明属于辐射防护技术领域，提供一种多层密封结构集成式户外辐射探测器，该探测器进行了三层密封设计，绝缘子和前放电路板位于最内层，信号处理及存储电路板位于中间层，电源板位于最外层。即使首道密封有少许泄露时，探测器二道密封面两侧的压力基本一致，潮气也无法进入二层密封内。本发明探测器可用于户外气候环境，该装置可在不连接任何外部装置的情况下，连续监测周围γ辐射剂量率水平一周以上时间。

Description

一种多层密封结构集成式户外辐射探测器

技术领域

本发明属于辐射防护技术领域，涉及一种多层密封结构集成式户外辐射探测器。

背景技术

核科学与技术是一把双刃剑，既能带来巨大的生产力，应用于能源、医疗、工业检测等领域，推动社会的发展；同时核能在使用的过程中，存在着放射性物质泄露的风险，放射性废物甚至被应用于军事武器，造成大量人为的核泄漏事故。

随着人们对核辐射的危害越来越重视，核辐射监测探测器的应用越来越广泛，从核电站核岛等重要场所的厂房辐射监测，到周围区域的环境辐射监测，从室内辐射监测到室外辐射监测。应用于辐射监测领域的各种已有探测器中，电离室探测器具有结构简单、工作性能稳定、使用寿命长等优势，常用于监测核辐射中释放的γ剂量率。但电离室探测器有其自身的缺陷，难以应用于室外的恶劣环境条件。

由辐射产生的电流信号是需要测量的信号，属于有利的信号，但是这部分信号极其微弱，只有几百飞安培，极小的电流波动都会对测量结果产生很大的影响。另一方面，高压极与收集极之间加高压，会在收集极上形成漏电流，这部分电流并非由于辐射产生，属于有害的噪声信号。另外，收集极上的电流信号传输到前置放大电路进行进一步的处理，前置放大电路第一级运放的偏置电流也会叠加在信号上，属于噪声信号。对于噪声信号，既然不可避免，就期望它稳定在一个固定值，从测量信号中扣除。噪声电流的波动主要体现在两方面，一是探测器的极间电容，二是前置放大电路的偏置电流，这两个特性都极易受潮湿气候环境的影响而发生改变。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种多层密封结构集成式户外辐射探测器，可用于户外气候环境，该装置可在不连接任何外部装置的情况下，连续监测周围γ辐射剂量率水平一周以上时间。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种多层密封结构集成式户外辐射探测器，包括电离室探测器芯体，前放电路板，信号处理及存储电路板、电源板和电池组，所述电离室探测器芯体由充气咀、高压极、收集极、绝缘子组成，高压极内充工作气体，将辐射转化为收集极上的电流信号，收集极穿过绝缘子引出电流信号，传输给前放电路板，所述探测器内部包括三层密封结构，由外壳底座、第一O型密封圈、外壳盖构成最外层密封结构，隔绝整个探测器与外界环境；由屏蔽盖板、第二O型圈、信号处理及存储电路板屏蔽盒、第五O型圈、前放电路板屏蔽盒构成中间层密封结构，用于保护信号处理及存储电路板；由前放电路板屏蔽盒、第五O型圈、信号处理及存储电路板屏蔽盒、第三O型圈、内胆下绝缘、第四O型圈、高压极构成最内层密封结构，用于保护绝缘子和前放电路板。

电离室探测器芯体接受来自外部的γ辐射产生电离，电荷在高压极与收集极之间的电场中漂移形成电流，传输到前置放大电路，经过前置放大电路转换为脉冲信号，数字处理电路对信号进一步处理和分析，计算得到剂量率值，存储在内部存储器中或传输到外部显示装置。

在上述技术方案中，为解决探测器易受外部潮湿气候环境影响的特性，进行了三层密封设计，绝缘子和前放电路板位于最内层，信号处理及存储电路板位于中间层，电源板位于最外层。即使首道密封有少许泄露时，探测器二道密封面两侧的压力基本一致，潮气也无法进入二层密封内。对探测器进行多层密封结构的依据是器件对潮气的敏感程度，绝缘子用来隔离高压极和收集极，电阻率要求非常高才能使高压极与收集极之间的漏电流尽可能小，前置放大电路的元器件的偏置电流存在温湿度漂移的特性，对它们通过三层密封结构进行保护，保证稳定性。信号处理及存储电路具有多个电子元器件，潮气会影响元器件的寿命，但对测量结果没有直接影响，通过两层密封结构进行保护。探测器的其余部分为金属结构或聚乙烯材料，耐潮湿，但长期腐蚀也会影响性能，采用一层密封结构。

在上述技术方案中，为解决探测器长时间独立户外工作的电源问题，探测器内部安装有电池组。探测器有两种工作模式，一是电池组供电，可在不连接任何外部装置和电源的情况下，在户外连续工作一周以上时间，二是通过连接器由外部交流220V电源供电，同时为电池组充电。电池组置于专门的腔室中，通过连接器与电源板相连，腔室单独密封可通过位于底部的盖板更换电池组，能容纳不少于16节电池。

在上述技术方案中，为适宜探测器安装于崎岖地面，探测器底部设有三脚架转接座，采用1/4英寸接口，并配置1/4英寸转3/8英寸转接装置，可以兼容所有三脚架安装接口。

在上述技术方案中，前置放大电路与数据处理电路采用分开设计，一方面分开后，前置放大电路可以做的很小，前放电路板与收集极信号引出端、绝缘子位于最内层腔室中，密闭腔室越小，泄漏率越低，避免前放电路板的弱输入电流受潮气影响而产生波动；另一方面，减小收集极到前放板之间的信号线长度，可最大限度减小干扰。

在上述技术方案中，探测器的外壳采用金属材料，屏蔽外界的电磁干扰，优选地，用铝材料制成，能量响应下限可以达到60keV，对铝外壳进行特殊的达克罗工艺处理，提高探测器的抗盐雾能力，适用于海上或海边户外潮湿盐雾环境。

本发明多层密封结构集成式户外辐射探测器，其优势在于打破了以往辐射探测器只能用于室内和缓环境的壁垒，扩充了电离室探测器在室外恶劣环境的应用。为使探测器能工作在户外潮湿环境，设计了三层密封的探测器结构，避免了极间电容、前放电路偏置电流等敏感器件受潮气影响，同时外壳采用达克罗工艺进行处理，使表面不易受盐雾腐蚀。为使探测器能在户外环境独立工作，采用了集成化设计，将前放电路、数据处理电路和电源转化电路与电离室集成在一起，可以实现将辐射转化为电流，对电流进行放大、滤波、成形；脉冲采集、分析直到转化为可识别的剂量率值的全部过程，并由内部的存储器对数据进行存储，待到监测结束对数据进行读取。为解决探测器工作在无人看管且无外部电源供电的环境中的问题，设置了不少于16节电池组进行供电，可连续工作至少1周时间。为便于探测器安装在深山、荒漠等极端环境，探测器底部有三角架转接座，便于安装标准型号的三角架。综上所述，随着人类对核能的利用不断推广，局部环境的辐射水平日益提高，而人们对核安全的意识逐步提高，对辐射监测已经不只是停留在厂房内，已逐步向全球监测扩展，本发明探测器有利于顺应这种辐射监测趋势。

附图说明

图1是本发明实施例一种多层密封结构集成式户外辐射探测器的结构示意图。

其中：1．三脚架转接座，2．接地柱，3．外壳底座，4．电源板，5．水密连接器，6．第一O型圈，7．第二O型圈，8．信号处理及存储电路板，9．第三O型圈，10．第四O型圈，11．充气咀，12．外壳盖，13．内胆上绝缘，14．高压极，15．收集极，16．绝缘子，17．内胆下绝缘，18．前放电路板，19．第五O型圈，20．信号处理及存储电路板屏蔽盒，21．前放电路板屏蔽盒，22．屏蔽盖板，23．电池盒连接器，24．电池盒盖板，25．电池组，26．电池盒，27．第六O型圈。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本实施例提供一种多层密封结构集成式户外辐射探测器，包括电离室探测器芯体、前放电路板，信号处理及存储电路板、电源板、电池组和屏蔽外壳等。

所述电离室探测器芯体部分，由充气咀11、高压极14、收集极15、绝缘子16组成，高压极内充工作气体，将辐射转化为收集极上的电流信号，收集极穿过绝缘子引出电流信号，传输给前放电路板。

如图1所示，所述探测器内部包括三层密封结构，由外壳底座3、第一O型圈6、外壳盖12构成最外层密封结构，隔绝整个探测器与外界环境；由屏蔽盖板22、第二O型圈7、信号处理及存储电路板屏蔽盒20、第五O型圈19、前放电路板屏蔽盒21构成中间层密封结构，用于保护信号处理及存储电路板；由前放电路板屏蔽盒21、第五O型圈19、信号处理及存储电路板屏蔽盒20、第三O型圈9、内胆下绝缘17、第四O型圈10、高压极14构成最内层密封结构，用于保护绝缘子和前放电路板。

所述前放电路板18紧靠收集极15的信号引出端，可以最大限度的减小信号线长度减小干扰，同时使绝缘子和前放电路板所处的腔室体积小，减小泄漏率。

所述信号处理及存储电路板8接受来自前放板的脉冲信号，并通过内部的处理器对其进行运算，转化为测量的辐射剂量率结果，通过屏蔽盖板22上的水密连接器5传输到外层，再经外壳底座3上的通讯接口传输给外部显示装置进行实时显示；或者在户外独立工作时，将数据先存储在存储器上，后期可以通过通讯接口读取数据。

所述电池组25为探测器运行提供动力，通过电源板4转化为高压极和收集极之间的高压，和电路板芯片工作的低压电源。探测器在有外部电源的情况下，可以通过外壳底座3上的外部连接器给探测器供电，并同时给电池组充电。电池组位于电池盒26内，由电池盒盖板24密封，可拆卸电池盒盖板更换电池组。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多层密封结构集成式户外辐射探测器，包括电离室探测器芯体，前放电路板，信号处理及存储电路板、电源板和电池组，所述电离室探测器芯体由充气咀、高压极、收集极、绝缘子组成，高压极内充工作气体，将辐射转化为收集极上的电流信号，收集极穿过绝缘子引出电流信号，传输给前放电路板，其特征是：所述探测器内部包括三层密封结构，由外壳底座、第一O型密封圈、外壳盖构成最外层密封结构，隔绝整个探测器与外界环境；由屏蔽盖板、第二O型圈、信号处理及存储电路板屏蔽盒、第五O型圈、前放电路板屏蔽盒构成中间层密封结构，用于保护信号处理及存储电路板；由前放电路板屏蔽盒、第五O型圈、信号处理及存储电路板屏蔽盒、第三O型圈、内胆下绝缘、第四O型圈、高压极构成最内层密封结构，用于保护绝缘子和前放电路板；所述电池组为探测器运行提供动力，通过连接器与电源板相连，通过电源板转化为高压极和收集极之间的高压，和电路板芯片工作的低压电源，探测器在有外部电源的情况下，通过外壳底座上的外部连接器给探测器供电，并同时给电池组充电，电池组位于电池盒内，能容纳不少于16节电池，由电池盒盖板密封，可拆卸电池盒盖板更换电池组；所述前放电路板紧靠收集极的信号引出端，前放电路板与收集极信号引出端、绝缘子位于同一个腔室中且距离近，从收集极到前放电路板之间的信号线长度不超过8厘米，最大限度减小干扰；所述探测器的外壳采用铝合金材料，同时对外壳表面进行达克罗处理，对设备进行抗盐雾保护；所述信号处理及存储电路板接受来自前放电路板的脉冲信号，并通过内部的处理器对其进行运算，转化为测量的辐射剂量率结果，通过屏蔽盖板上的水密连接器传输到外层，再经外壳底座上的通讯接口传输给外部显示装置进行实时显示；或者在户外独立工作时，将数据先存储在存储器上，后期可以通过通讯接口读取数据；所述探测器底部设有三脚架转接座，通过安装三角架布置于户外崎岖路面。

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