CN114236598A - 一种中子测量智能探头系统及功耗控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中子测量智能探头系统功耗控制方法，包括如下步骤：建立数据库，获取系统中的设备信息及对应设备的设备事件；系统启动后，根据环境温度对系统进行调试；使系统中所有的设备全功率运行时的温度变化率均在设定的温度变化率阈值内，完成系统的调试；系统调试完成后，系统进入运行；系统进入运行后，通过设备事件执行效率和设备状态进行设备功耗控制，当设备处于活跃状态，设备事件为活跃状态，则设备保持运行；当设备为非活跃状态，设备事件执行完后，设备立即进入休眠状态，完成设备功耗控制。通过本发明，实现了中子剂量当量测量，大大提高了中子灵敏度，同时也控制系统的整体功耗。
Description
技术领域
本发明涉及中子探测领域，具体是一种中子测量智能探头系统及功耗控制方法。
背景技术
中子测量智能探头系统体积小巧、携带方便，适用于核电站、核反应堆、核动力装置、核废物处理、加速器、中子辐射场等场所以及环保局、核应急等场合的中子剂量当量(率)的检测。
中子探测是中子探测器对不同能量中子探测器效率与该能量的中子剂量当量贡献成正比的探测过程。中子对人体的危害机理及中子射线生物效应的能量响应较为复杂，因此，研制一种在一定能量范围内，较好地反应中子生物效应的中子剂量当量仪是一项较为困难的核物理课题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中子测量智能探头系统功耗控制方法，包括如下步骤：
步骤一，建立数据库，获取系统中的设备信息及对应设备的设备事件；
步骤二，系统启动后，根据环境温度对系统进行调试；散热装置全功率运行，通过温度检测模块获取环境温度和系统各设备全功率运行时的温度，在调试时长内，根据温度检测模块获取的系统各设备全功率运行时的温度，分别得到系统各设备的温度变化率，若系统各设备的温度变化率均在设定的各自的温度变化率阈值内，则环境温度满足系统全功率运行；
若系统中存在设备的温度变化率不在设定的温度变化率阈值内，则环境温度不满足系统全功率运行，对该设备全功率运行时的功率进行限制，使该设备全功率运行时的温度变化率在设定的温度变化率阈值内，直到系统中所有的设备全功率运行时的温度变化率均在设定的温度变化率阈值内，完成系统的调试；系统调试完成后，系统进入运行；
步骤三，系统进入运行后，获取系统中各设备的设备事件信息和设备状态；根据设备事件信息得到设备事件执行效率，通过设备事件执行效率和设备状态进行设备功耗控制，先判断设备是否处于活跃状态，再判断设备事件是否处于活跃状态，当设备为活跃状态，设备事件为非活跃状态，则对设备进行运行限制，缩短设备事件执行间隔时长；当设备处于活跃状态，设备事件为活跃状态，则设备保持运行；当设备为非活跃状态，设备事件执行完后，设备立即进入休眠状态，完成设备功耗控制。
进一步的，所述的温度变化率为：在调试时长内，设备全功率运行时的温度变化量与测试时长的比值。
进一步的，所述的先判断设备是否处于活跃状态，再判断设备事件是否处于活跃状态，包括如下过程：
当设备运行效率大于历史设备运行效率，则设备处于活跃状态，否者设备为非活跃状态；当设备事件执行效率大于等于历史设备事件执行效率，设备事件为活跃状态；当设备事件执行效率小于历史设备事件执行效率，则设备事件为非活跃状态。
进一步的，所述的设备运行效率：
设备事件执行效率：
历史设备运行效率：
历史设备事件执行效率：
其中t1为时间段T内设备运行时长，为t1＝γ(t2+t3)，γ为对应设备的设备事件执行次数、t2为对应设备的设备事件执行时长、t3对应设备的设备事件执行间隔时长，Δi为第i个时间段T内的设备运行效率，τi为第i个时间段T内的设备事件执行效率，n为时间段T个数。
应用中子测量智能探头系统功耗控制方法的中子测量智能探头系统，包括散热装置、CLYC探头、硅光电倍增管、偏置电路、电源管理电路、微处理器、前置放大电路、双路比较阈值电路、数据存储模块；所述的CLYC探头与硅光电倍增管连接，前置放大电路、偏置电路分别与硅光电倍增管连接，所述的数据存储模块、偏置电路、电源管理、双路比较阈值电路分别与微处理器连接，所述的偏置电路、双路比较阈值电路与电源管理电路连接；所述的前置放大电路与双路比较阈值电路连接。
优选的，所述的双路比较阈值电路设置两路比较阈值，采用两路信号同时计数，将低阈值通道计数扣除高阈值通道计数，得到γ射线计数，高阈值通道的计数为中子计数。
优选的，所述的硅光电倍增管还包括信号输出电路，所述信号输出电路的输入端与硅光电倍增管的输出连接，信号输出电路的输出端分别与前置放大电路、偏置电路的输入端连接。
优选的，还包括报警模块，所述的报警模块与微处理器连接，所述的报警模块包括LED灯、蜂鸣器；所述的LED灯、蜂鸣器分别与微处理器连接。
优选的，还包括偏置高压电源，所述的偏置高压电源用于为硅光电倍增管供电。
本发明的有益效果是：本系统采用CLYC晶体加SiPM硅光电倍增管，同时模拟电路选用低功耗、低噪声、高速率的集成运放，提高系统信噪比，并对CLYC晶体专门进行慢化体设计，保证能量响应在要求的误差范围内，CLYC对中子和γ都有响应，本方案采用功耗控制方法，能够减少功耗对探测效率的影响。
附图说明
图1为一种中子测量智能探头系统功耗控制方法的原理示意图
图2为一种中子测量智能探头系统的原理示意图；
图3为电源管理示意图；
图4为硅光电倍增管的输出电路示意图；
图5为双路比较阈值电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，本发明所提供的一种中子测量智能探头系统功耗控制方法，包括如下步骤：
步骤一，建立数据库，获取系统中的设备信息及对应设备的设备事件；
步骤二，系统启动后，根据环境温度对系统进行调试；散热装置全功率运行，通过温度检测模块获取环境温度和系统各设备全功率运行时的温度，在调试时长内，根据温度检测模块获取的系统各设备全功率运行时的温度，分别得到系统各设备的温度变化率，若系统各设备的温度变化率均在设定的各自的温度变化率阈值内，则环境温度满足系统全功率运行；
若系统中存在设备的温度变化率不在设定的温度变化率阈值内，则环境温度不满足系统全功率运行，对该设备全功率运行时的功率进行限制，使该设备全功率运行时的温度变化率在设定的温度变化率阈值内，直到系统中所有的设备全功率运行时的温度变化率均在设定的温度变化率阈值内，完成系统的调试；系统调试完成后，系统进入运行；
步骤三，系统进入运行后，获取系统中各设备的设备事件信息和设备状态；根据设备事件信息得到设备事件执行效率，通过设备事件执行效率和设备状态进行设备功耗控制，先判断设备是否处于活跃状态，再判断设备事件是否处于活跃状态，当设备为活跃状态，设备事件为非活跃状态，则对设备进行运行限制，缩短设备事件执行间隔时长；当设备处于活跃状态，设备事件为活跃状态，则设备保持运行；当设备为非活跃状态，设备事件执行完后，设备立即进入休眠状态，完成设备功耗控制。
所述的温度变化率为：在调试时长内，设备全功率运行时的温度变化量与测试时长的比值。
所述的先判断设备是否处于活跃状态，再判断设备事件是否处于活跃状态，包括如下过程：
当设备运行效率大于历史设备运行效率，则设备处于活跃状态，否者设备为非活跃状态；当设备事件执行效率大于等于历史设备事件执行效率，设备事件为活跃状态；当设备事件执行效率小于历史设备事件执行效率，则设备事件为非活跃状态。
所述的设备运行效率：
设备事件执行效率：
历史设备运行效率：
历史设备事件执行效率：
其中t1为时间段T内设备运行时长，为t1＝γ(t2+t3)，γ为对应设备的设备事件执行次数、t2为对应设备的设备事件执行时长、t3对应设备的设备事件执行间隔时长，Δi为第i个时间段T内的设备运行效率，τi为第i个时间段T内的设备事件执行效率，n为时间段T个数。
中子测量智能探头系统，包括散热装置、CLYC探头、硅光电倍增管、偏置电路、电源管理电路、微处理器、前置放大电路、双路比较阈值电路、数据存储模块；所述的CLYC探头与硅光电倍增管连接，前置放大电路、偏置电路分别与硅光电倍增管连接，所述的数据存储模块、偏置电路、电源管理、双路比较阈值电路分别与微处理器连接，所述的偏置电路、双路比较阈值电路与电源管理电路连接；所述的前置放大电路与双路比较阈值电路连接。
所述的双路比较阈值电路设置两路比较阈值，采用两路信号同时计数，将低阈值通道计数扣除高阈值通道计数，得到γ射线计数，高阈值通道的计数为中子计数。
所述的硅光电倍增管还包括信号输出电路，所述信号输出电路的输入端与硅光电倍增管的输出连接，信号输出电路的输出端分别与前置放大电路、偏置电路的输入端连接。
还包括报警模块，所述的报警模块与微处理器连接，所述的报警模块包括LED灯、蜂鸣器；所述的LED灯、蜂鸣器分别与微处理器连接。
还包括偏置高压电源，所述的偏置高压电源用于为硅光电倍增管供电。
具体的本发明系统中采用CLYC+硅光电倍增管的探头，硅光电倍增管可使用MicroFC-60035-SMT，其偏置电压为30V左右，为了保证高压稳定性，设计中采用低噪声升压模块。高压采用变压器升压方式，然后通过LDO稳压至所需电压。电压调整的方式：通过单片机控制DA芯片产生基准电压，来实现高压调整。该电源模块为3V供电设计，体积小巧紧凑，性能稳定，功耗低。高压采用震荡升压、整流和稳压滤波方式,变压器采用直径11mm的锌锰铁氧体罐型磁芯。LDO可采用TPS7A49系列芯片,通过控制基准电压，调节高压输出值，使高压在硅光电倍增管的正常工作电压范围内可连续微调。高压电路空载功耗小于5mA，最大电流20mA左右；响应快，加电5S内电压达到稳定值；当输入电压反向、过载或输出短路时可产生保护。
其中，前置放大电路根据电压灵敏放大器的输出幅度与硅光电倍增管的输出成正比例关系，一般采用负反馈的方式，当运放的输出阻抗足够大时，无论硅光电倍增管的输出波形是否标准，只要信号脉冲所携带的电荷量相等，运放的输出幅度就相等。
双路比较阈值电路采用脉冲幅度甄别方式，采用6*6*6(mm)晶体探测器，中子在晶体内产生的脉冲幅度比60Coγ射线要高1倍以上，而且随γ能量增加，输出的信号幅度不是线性增加，按照137Cs和60Co幅度增加趋势线参考，3MeV以下的γ射线幅度都远低于中子产生的脉冲信号幅度，所以通过幅度甄别，即可将中子和γ分开，通过设置两路比较阈值，采用两路信号同时计数，将低阈值通道计数扣除高阈值通道计数，得到γ射线实际计数，高阈值通道的计数即为中子计数，然后通过不同剂量率下的计数拟合曲线，确定刻度因子。
微处理主要用来获取探头脉冲计数，通过算法拟合剂量率和累积剂量等数值；数据存储器存储中子和γ的最高剂量率及其发生时刻、工作时间、累积剂量等数值；在出现超阈值情况时给出LED报警提示；通过内部AD检测电池电压，并在电池欠压时给出LED指示；通过USB接口连接主机进行数据实时通讯；系统还可以通过温度探测器检测探测器温度，根据探测器增益的温度曲线，控制DA变换来调整基准电压，从而改变高压输出，使SIPM增益控制在误差允许的范围内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种中子测量智能探头系统功耗控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，建立数据库，获取系统中的设备信息及对应设备的设备事件；
步骤二，系统启动后，根据环境温度对系统进行调试；散热装置全功率运行，通过温度检测模块获取环境温度和系统各设备全功率运行时的温度，在调试时长内，根据温度检测模块获取的系统各设备全功率运行时的温度，分别得到系统各设备的温度变化率，若系统各设备的温度变化率均在设定的各自的温度变化率阈值内，则环境温度满足系统全功率运行；
若系统中存在设备的温度变化率不在设定的温度变化率阈值内，则环境温度不满足系统全功率运行，对该设备全功率运行时的功率进行限制，使该设备全功率运行时的温度变化率在设定的温度变化率阈值内，直到系统中所有的设备全功率运行时的温度变化率均在设定的温度变化率阈值内，完成系统的调试；系统调试完成后，系统进入运行；
步骤三，系统进入运行后，获取系统中各设备的设备事件信息和设备状态；根据设备事件信息得到设备事件执行效率，通过设备事件执行效率和设备状态进行设备功耗控制，先判断设备是否处于活跃状态，再判断设备事件是否处于活跃状态，当设备为活跃状态，设备事件为非活跃状态，则对设备进行运行限制，缩短设备事件执行间隔时长；当设备处于活跃状态，设备事件为活跃状态，则设备保持运行；当设备为非活跃状态，设备事件执行完后，设备立即进入休眠状态，完成设备功耗控制。
2.根据权利要求1所述的一种中子测量智能探头系统功耗控制方法，其特征在于，所述的温度变化率为：在调试时长内，设备全功率运行时的温度变化量与测试时长的比值。
3.根据权利要求1所述的一种中子测量智能探头系统功耗控制方法，其特征在于，所述的先判断设备是否处于活跃状态，再判断设备事件是否处于活跃状态，包括如下过程：
当设备运行效率大于历史设备运行效率，则设备处于活跃状态，否者设备为非活跃状态；当设备事件执行效率大于等于历史设备事件执行效率，设备事件为活跃状态；当设备事件执行效率小于历史设备事件执行效率，则设备事件为非活跃状态。
4.根据权利要求2所述的一种中子测量智能探头系统功耗控制方法，其特征在于，所述的设备运行效率：
设备事件执行效率：
历史设备运行效率：
历史设备事件执行效率：
其中t1为时间段T内设备运行时长，为t1＝γ(t2+t3)，γ为对应设备的设备事件执行次数、t2为对应设备的设备事件执行时长、t3对应设备的设备事件执行间隔时长，Δi为第i个时间段T内的设备运行效率，τi为第i个时间段T内的设备事件执行效率，n为时间段T个数。
5.应用权利要求1-4所述的一种中子测量智能探头系统功耗控制方法的中子测量智能探头系统，其特征在于，包括散热装置、CLYC探头、硅光电倍增管、偏置电路、电源管理电路、微处理器、前置放大电路、双路比较阈值电路、数据存储模块；所述的CLYC探头与硅光电倍增管连接，前置放大电路、偏置电路分别与硅光电倍增管连接，所述的数据存储模块、偏置电路、电源管理、双路比较阈值电路分别与微处理器连接，所述的偏置电路、双路比较阈值电路与电源管理电路连接；所述的前置放大电路与双路比较阈值电路连接。
6.根据权利要求1所述的一种中子测量智能探头系统，其特征在于，所述的双路比较阈值电路设置两路比较阈值，采用两路信号同时计数，将低阈值通道计数扣除高阈值通道计数，得到γ射线计数，高阈值通道的计数为中子计数。
7.根据权利要求1所述的一种中子测量智能探头系统，其特征在于，所述的硅光电倍增管还包括信号输出电路，所述信号输出电路的输入端与硅光电倍增管的输出连接，信号输出电路的输出端分别与前置放大电路、偏置电路的输入端连接。
8.根据权利要求1所述的一种中子测量智能探头系统，其特征在于，还包括报警模块，所述的报警模块与微处理器连接，所述的报警模块包括LED灯、蜂鸣器；所述的LED灯、蜂鸣器分别与微处理器连接。
9.根据权利要求1所述的一种中子测量智能探头系统，其特征在于，还包括偏置高压电源，所述的偏置高压电源用于为硅光电倍增管供电。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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