CN110988972A - 高精度三维便携式表面污染仪检定装置 - Google Patents

高精度三维便携式表面污染仪检定装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高精度三维便携式表面污染仪检定装置，该装置包括用于放置平面源的支撑平台，在支撑平台一侧的竖直方向及上表面的水平方向安装有刻度尺，平面源能够沿水平方向插入并置于支撑平台上表面；用于固定仪器探头的两个探头固定架与三维移动模块相连接，通过三维调节来确定仪器探头距平面源的相对位置。本发明通过在三个维度上对固定、支撑组件的精确移动、旋转，从而快捷、有效的解决表面污染仪检定、校准中放射源厚度不同对测量结果造成的影响、不同规格尺寸的探头及各类探头到标准源表面的测距问题，简化了操作流程，有效的提高了测量结果的精度及检定效率，在电离辐射监测及辐射防护领域具有广泛的应用前景。

Description

高精度三维便携式表面污染仪检定装置
技术领域
本发明涉及便携式表面污染仪的检定、校准装置，具体涉及一种高精度三维便携式表面污染仪检定装置。
背景技术
目前便携式表面污染监测仪广泛使用于核电站、后处理厂、核燃料车间等相关放射性物质使用单位，用于快速、有效的测量物体表面的α、β和γ污染水平，当放射性污染超过某一设定值，能够进行即时的报警，从而使工作人员能够采取有效措施进行污染物的分离和去污工作，避免人员受不必要的照射及环境的污染。
便携式表面污染仪指示值的准确和阈值及时有效的报警是实现上述目标的关键，这就需要一款能够对便携式表面污染仪进行首次、使用中、维修后、周期性的有效溯源和生产制造过程中的精确刻度。对便携式α、β、γ表面污染仪检定或校准的国内外相关标准及检定规程中规定仪器安装在检定架上，使其保护栅网与标准源表面之间的距离：对α探测器为5mm，对β、γ探测器为10mm。以往的实验数据表明距离的偏差对仪器指示值具有不可忽略的影响。这就为仪器探头部件的固定，探测器端面到标准源表面距离的测定提出了高标准。目前常用的校准、检定装置采用距离测量与机械移动相分离，在放射源规格尺寸已知或系列放射源具有相同的规格参数下可快速测量。若在检定、校准过程中所使用放射源的规格尺寸略有差别，将会引入对不同放射源厚度的精确测量问题。此外当探头安装多探测器或探头面积大于放射源活性区面积时，将对表面污染仪的检定、校准结果引入了几项不可忽略的相对标准不确定度分量且测量过程耗时费力。对放射源到表面污染仪探头距离的准确测量及放射源与探头相对位置的摆放及照射面积的计算是表面污染仪检定、校准的关键。
目前市面上所使用的便携式表面污染仪检定装置的保护栅网和标准源间距的测量可精确到1mm。也就是说对于α探测器，其测量误差为20％；对β探测器，其测量误差为10％。此外，对于不同的便携式表面污染仪检定机构或用户自行刻度，所使用的放射源厚度并不统一，常规方法需要实验中测量放射源厚度，然后由支撑面到探测器保护栅网的总距离减去放射源的厚度作为检定或校准文件所规定的距离，从而增加了人员受照剂量。通常情况下放射源厚度为1mm-3mm，刻度尺的最小分度值1mm，这将会对测量结果带来比保护栅网到标准源间距更大的误差。与此同时，当探头面积大于平面源活性区面积或多探测器集成在一个探头上，就需要对待测探测器照射面积进行单独测量，对其余部分进行遮挡后的修正计算。在测量中可能会产生二次污染且该工作耗时费力。因此需要一款普遍适用于各检定机构及各类用户并且测量精确的便携式α、β、γ表面污染仪检定装置。
发明内容
本发明的目的在于针对现有装置技术的缺陷，提供一种高精度三维便携式表面污染仪检定装置，用于解决放射源距探头距离、源厚度、多探测器集成及探头面积大于标准平面源活性区面积等所带来的精确测量问题。
本发明的技术方案如下：一种高精度三维便携式表面污染仪检定装置，包括用于放置平面源的支撑平台，支撑平台固定于装置外壳上端，在支撑平台一侧的竖直方向及上表面的水平方向安装有刻度尺，平面源能够沿水平方向插入并置于支撑平台上表面，通过安装在平台上的所述刻度尺测量平面源的插入深度；用于固定仪器探头的两个探头固定架与三维移动模块相连接，所述三维移动模块包括左右移动模块、前后移动模块，上下移动模块，通过三维调节来确定仪器探头距平面源的相对位置。
进一步，如上所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其中，所述的左右移动模块、前后移动模块，上下移动模块从上至下依次设置，各模块通过配有螺旋测微器的旋钮进行三维调节。
进一步，如上所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其中，所述的左右移动模块为丝杠传动结构，一个所述探头固定架固定在左右移动模块的底板上，另一个所述探头固定架与设置在左右移动丝杠上的移动部相连接；两个探头固定架的上表面与支撑平台平行；所述左右移动丝杠连接左右移动旋钮，通过旋转左右移动旋钮能够使左右移动丝杠带动所述移动部上的探头固定架左右运动，通过控制两个探头固定架之间的距离，用以固定测量仪器不同尺寸的探头。
进一步，如上所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其中，仪器探头固定后，其探头辐射区端面与平面源的支撑平面平行。
进一步，如上所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其中，所述支撑平台一侧竖直方向设置的刻度尺为游标卡尺，所述游标卡尺主尺固定于左右移动模块底板上，其零刻线与固定在左右移动模块底板上的探头固定架的上边沿在同一水平线上，游标卡尺的游标安装于探头固定架上，随探头固定架同步移动。
进一步，如上所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其中，所述的前后移动模块为丝杠传动结构，左右移动模块的底板与设置在前后移动丝杠上的移动部相连接；所述前后移动丝杠连接前后移动旋钮，通过旋转前后移动旋钮能够使前后移动丝杠带动所述移动部上的左右移动模块的底板前后运动。
进一步，如上所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其中，所述的上下移动模块采用剪叉式升降结构，通过一丝杆横穿剪叉式升降支架下部两平行横杆的中心，所述丝杆与上下移动旋钮连接，通过旋转上下移动旋钮来控制支架的开合，从而带动剪叉式升降支架上部两平行横杆上下运动。
进一步，如上所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其中，所述的前后移动旋钮及上下移动旋钮及其连接丝杆分别等效于一个螺旋测微器，分为粗调及微调，粗调一周为1cm，微调一周为1mm。
进一步，如上所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其中，该装置能够对集于一个探测端面的多探测器表面污染仪进行检定实验，实验中，通过左右移动旋钮将待测仪器探头固定于探头固定架上，将平面源置于支撑平台上表面，配合调节前后移动旋钮，确保多探头中某一探头在平面源活性区的正上方，其余部分移出活性照射区。
进一步，如上所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其中，在所述的左右移动旋钮上设有刻度盘；所述刻度盘有内外两圈刻度值，外圈量程为50cm，其最小分度值为1mm，内圈量程为1cm，最小分度值为0.1mm；当探头探测面积大于平面源活性区面积时会用到左右移动旋钮上的刻度盘进行读数，通过读取刻度盘读数，得到探头直径(圆形探头)或边长(方形探头)尺寸(D/L)，从而计算探测器的探测面积A；实验中平面源的活性区尽可能覆盖探测面，从支撑平台的刻度尺上读取插入放射源照射区的长度l，计算被放射源照射的探头有效面积a，此时记录仪表计数q；在不考虑散射影响的情况下，计算整个探头的探测面计数应为Q＝Aq/a。
本发明的有益效果如下：本发明所提供的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，通过在三个维度上对固定、支撑组件的精确移动，从而快捷、有效的实现不同类型(单探测器，多探测器集于一个探头，探头尺寸大于标准平面源尺寸)表面污染仪的检定、校准，解决放射源厚度未知的测量及探头到标准源栅网的测距问题，简化了操作流程，降低了测量结果的绝对误差，减小了结果的相对标准不确定度，提高了检定效率，因此在电离辐射监测及辐射防护领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明高精度三维便携式表面污染仪检定装置的三维移动模块示意图；
图2为本发明高精度三维便携式表面污染仪检定装置的左右移动模块结构示意图。
图中，1.左右移动模块，2.前后移动模块，3.上下移动模块，4.前后移动旋钮，5.上下移动旋钮，6.左右移动旋钮，7.支撑平台上表面，8.游标卡尺，9.支撑架，10.探头固定架，11.左右移动丝杠。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明所提供了一种高精度三维便携式表面污染仪检定装置，用于α、β、γ表面污染仪的检定或校准。该装置的创新之处在于可从三个方向调节检定装置探头固定架的间距、高度、探头与辐照区的相对位置，用以适应不同尺寸，不同射线，不同数量探测器探头的要求。检定装置的探测器保护栅网到标准源表面距离和标准源厚度无关，这样就省去了标准源厚度的测量，减小了实验误差。竖直方向距离测量的最小分度值为0.1mm，从而将对于α探测器，其测量误差从常规的20％减小到2％；对β探测器，其测量误差从10％减小到1％。
对于多探测器集成探头，采用前后移动旋转配合放射源的摆放，将放射源的活性区覆盖待测的某个探头，从而减少其它探头计数造成的干扰，可进行每个探头的单独标定。
对于探头尺寸大于放射源活性区面积的情况，通过读取左右移动旋钮刻度盘读数，进行探头总面积及活性区覆盖面积的计算，在不考虑散射影响的情况下，通过表面污染仪表读数，计算总探测面积对应的表面污染响应。
装置的三维移动结构如图1所示，用于放置平面源的支撑平台固定于装置外壳上端，在支撑平台一侧的竖直方向及上表面的水平方向安装有刻度尺，平面源能够沿水平方向插入并置于支撑平台上表面，通过安装在平台上的所述刻度尺测量平面源的插入深度。用于固定仪器探头的两个探头固定架与三维移动模块相连接，所述三维移动模块包括从上至下依次设置的左右移动模块1、前后移动模块2，上下移动模块3，各模块通过配有螺旋测微器的旋钮进行三维调节，通过三维调节来确定仪器探头距平面源的相对位置。
左右移动模块的结构如图2所示，采用丝杠传动结构，左侧的一个探头固定架10通过支撑架固定在左右移动模块的底板上，右侧的另一个探头固定架10通过支撑架9与设置在左右移动丝杠11上的移动部相连接；两个探头固定架10的上表面与支撑平台上表面7平行；所述左右移动丝杠11连接左右移动旋钮6，通过旋转左右移动旋钮6能够使左右移动丝杠带动所述移动部上的探头固定架左右运动，通过控制两个探头固定架之间的距离，用以固定测量仪器不同尺寸的探头。
支撑平台一侧竖直方向设置的刻度尺为游标卡尺8，所述游标卡尺8的主尺固定于左右移动模块底板上，其零刻线与固定在左右移动模块底板上的探头固定架的上边沿在同一水平线上，游标卡尺的游标安装于探头固定架上，随探头固定架同步移动。
如图1所示，前后移动模块也采用丝杠传动结构，左右移动模块的底板与设置在前后移动丝杠上的移动部相连接，所述前后移动丝杠连接前后移动旋钮4，通过旋转前后移动旋钮4能够使前后移动丝杠带动所述移动部上的左右移动模块的底板前后运动。上下移动模块采用剪叉式升降结构，通过一丝杆横穿剪叉式升降支架下部两平行横杆的中心，所述丝杆与上下移动旋钮5连接，通过旋转上下移动旋钮5来控制支架的开合，从而带动剪叉式升降支架上部两平行横杆上下运动。前后移动旋钮4及上下移动旋钮5及其连接丝杆分别等效于一个螺旋测微器，分为粗调及微调，粗调一周为1cm，微调一周为1mm。
在进行检定实验时，将探测器探头端面搭在探头固定架左侧组件上(探头固定架的左右两侧在同一水平面)，通过调节左右移动旋钮来精确移动右侧探头固定架组件，使探测器端面刚好被探头固定架的左右两侧固定，移动到位后支架会发出提示音，防止探头被损坏。左右移动旋钮有内外两圈刻度盘，外圈量程为10cm，其最小分度值为1mm；内圈量程为1cm，其最小分度值为0.1mm。探测器探头固定完毕，其端面与标准源支撑平面平行。
通过所检定的表面污染仪项目类型(射线类型)，通过上下移动旋钮来调节探测器栅网到标准源表面的距离。上下移动旋钮采用螺旋测微器结构，旋转一圈整个探头固定支架的连动装置向上移动0.5mm，以确保探测器探头端面左右两侧始终在同一平面。在探头左侧支撑架上装有50分度的游标卡尺，主尺的零刻线与左侧支撑架的下边沿在同一水平线上，探头固定片的厚度为3mm。当进行α表面污染项检定时，只需将上下移动旋钮旋转4圈，游标卡尺读数为2mm(对应探测器距放射源表面距离为5mm)；当进行β表面污染项检定时，只需将上下移动旋钮旋转14圈，游标卡尺读数为7mm(对应探测器距放射源表面距离为10mm)。此过程无需进行放射源的测量，当距离调节好后将放射源置于探头下方的支撑平面，游标卡尺的零刻线位于标准源上表面，这样的设计省去了对放射源厚度的测量，对用于刻度的不同规格型号的放射源具有普遍适用性，减小了测量结果的不确定度。将螺旋测微器与游标卡尺配合使用，对距离进行二次验证，通过距离的反馈调节，使得对于α表面污染项的测量误差从原来的20％降低到2％；对β表面污染项的测量其测量误差从10％减小到1％。
对于多探测器集于一个探测端面的情况，标准源无法覆盖每一个探测器。实验中需要分别测量某一个或某几个探测器，就需要将其余探测器移出照射区。实验中，将探头根据检定项目按如上所述方法调节左右移动旋钮(固定探头)及上下移动旋钮(确定平面源与探测端面距离)，将其固定于探头固定架上。然后选择从前端或左侧某一方向以一定深度插入平面源，通过分别读取平面源在水平及竖直方向的插入深度，配合前后移动旋钮，将待测某一或某几个探测器端面被平面源活性区覆盖，其余探测器不在照射范围内。
对于待测表面污染仪为单探测器，其探测面积大于平面源活性区照射面积的情况。如上所述进行探头的固定及平面放射源的摆放，通过左右移动旋钮右侧刻度盘，得到探头直径(圆形探头)或边长(方形探头)尺寸(D/L)，从而计算探测器的探测面积A(πD2/4或L2)。实验中平面源的活性区尽可能覆盖探测面，将平面源从支撑面上方的前端或左侧的某一方向插入，从支撑面的标尺上读取插入放射源照射区的长度l，计算被放射源照射的探头有效面积a(πD4/4-πD2arccos2(l-D/2)/720D-l2D+lD2/2+l3-l2D/2或l2)，此时记录仪表计数q。在不考虑散射影响的情况下，计算整个探头的探测面计数应为Q＝Aq/a。
对便携式表面污染仪进行检定或校准实验：通过有效固定探测器端面以保证其在同一水平面。根据实验项目的不同(α、β或γ)，精确测量探测器保护栅网到标准平面源上表面间距，排除不同规格平面源对实验结果的影响及多探头或较大面积的单探头情况的检定或校准，设计了具有普遍适用性及精确机械测距的高精度三维便携式表面污染仪检定装置。装置上配有附属配件温湿度感应器，用于实验室周围环境的温湿度测量。
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。

Claims (10)

1.一种高精度三维便携式表面污染仪检定装置，包括用于放置平面源的支撑平台，支撑平台固定于装置外壳上端，其特征在于：在支撑平台一侧的竖直方向及上表面的水平方向安装有刻度尺，平面源能够沿水平方向插入并置于支撑平台上表面，通过安装在平台上的所述刻度尺测量平面源的插入深度；用于固定仪器探头的两个探头固定架与三维移动模块相连接，所述三维移动模块包括左右移动模块、前后移动模块，上下移动模块，通过三维调节来确定仪器探头距平面源的相对位置。
2.如权利要求1所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其特征在于：所述的左右移动模块、前后移动模块，上下移动模块从上至下依次设置，各模块通过配有螺旋测微器的旋钮进行三维调节。
3.如权利要求1所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其特征在于：所述的左右移动模块为丝杠传动结构，一个所述探头固定架固定在左右移动模块的底板上，另一个所述探头固定架与设置在左右移动丝杠上的移动部相连接；两个探头固定架的上表面与支撑平台平行；所述左右移动丝杠连接左右移动旋钮，通过旋转左右移动旋钮能够使左右移动丝杠带动所述移动部上的探头固定架左右运动，通过控制两个探头固定架之间的距离，用以固定测量仪器不同尺寸的探头。
4.如权利要求3所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其特征在于：仪器探头固定后，其探头辐射区端面与平面源的支撑平面平行。
5.如权利要求3所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其特征在于：所述支撑平台一侧竖直方向设置的刻度尺为游标卡尺，所述游标卡尺主尺固定于左右移动模块底板上，其零刻线与固定在左右移动模块底板上的探头固定架的上边沿在同一水平线上，游标卡尺的游标安装于探头固定架上，随探头固定架同步移动。
6.如权利要求3所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其特征在于：所述的前后移动模块为丝杠传动结构，左右移动模块的底板与设置在前后移动丝杠上的移动部相连接；所述前后移动丝杠连接前后移动旋钮，通过旋转前后移动旋钮能够使前后移动丝杠带动所述移动部上的左右移动模块的底板前后运动。
7.如权利要求3所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其特征在于：所述的上下移动模块采用剪叉式升降结构，通过一丝杆横穿剪叉式升降支架下部两平行横杆的中心，所述丝杆与上下移动旋钮连接，通过旋转上下移动旋钮来控制支架的开合，从而带动剪叉式升降支架上部两平行横杆上下运动。
8.如权利要求6或7所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其特征在于：所述的前后移动旋钮及上下移动旋钮及其连接丝杆分别等效于一个螺旋测微器，分为粗调及微调，粗调一周为1cm，微调一周为1mm。
9.如权利要求6所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其特征在于：该装置能够对集于一个探测端面的多探测器表面污染仪进行检定实验，实验中，通过左右移动旋钮将待测仪器探头固定于探头固定架上，将平面源置于支撑平台上表面，配合调节前后移动旋钮，确保多探头中某一探头在平面源活性区的正上方，其余部分移出活性照射区。
10.如权利要求3所述的高精度三维便携式表面污染仪检定装置，其特征在于：在所述的左右移动旋钮上设有刻度盘；所述刻度盘有内外两圈刻度值；当探头探测面积大于平面源活性区面积时会用到左右移动旋钮上的刻度盘进行读数，通过读取刻度盘读数，得到探头直径或边长尺寸，从而计算探测器的探测面积A；实验中平面源的活性区尽可能覆盖探测面，从支撑平台的刻度尺上读取插入放射源照射区的长度l，计算被放射源照射的探头有效面积a，此时记录仪表计数q；在不考虑散射影响的情况下，计算整个探头的探测面计数应为Q＝Aq/a。
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