CN114994733B - 基于辐射监测仪的辐射监测方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于放射性检测技术领域,具体涉及一种基于辐射监测仪的辐射监测方法、装置及系统,方法包括以下步骤:S1、设备启动后,初始化平滑常数,快速重建本底;S2、判断当前本底是否满足探测下限要求;S3、获取辐射探测器的实时计数率Tm,n,放入本底队列;判断实时计数率是否处于本底阈值范围内;S4、进行快速响应判断,更新平滑常数;S5、根据步骤S4得到的平滑常数,对辐射探测器进行本底更新;S6、返回步骤S2,循环重复步骤S2~S5,不断更新各个辐射探测器的本底值,直至接收到测量触发信号,开始测量。本发明可以提高本底对环境的适应性,可以避免误报和漏报,提高了测量的准确性和精度。
Description
技术领域
本发明属于放射性检测技术领域,具体涉及一种基于辐射监测仪的辐射监测方法、装置及系统。
背景技术
人员车辆通道监测仪是KZC(核电站控制区出入口监测)系统的重要组成部分,主要用于核电站、核废物后处理厂、机场、海关、港口、车站等场所的出入口,用于监测人员、车辆携带的微量放射性物质,输出报警信息,防止放射性物质的非法携带和扩散。
目前人员车辆通道监测仪的数据处理算法较为简单,在实验室环境下能够满足标准要求,但在实际使用中,发现漏报警率和误报警率并不理想,特别是在模拟多种特殊使用环境时,发现仍有较大概率产生误报和漏报。主要有以下几种情况:
1)突降暴雨、暴雪引起所有辐射探测器本底急速升高,设备因平滑本底时间较长没有及时响应,此时有移动物体通过,可能导致误报;
2)设备突然暴露在较大的放射源影响下,因平滑本底时间较长没有及时响应,此时有被测物体通过,可能导致误报;
3)设备暴露在较大的放射源影响下,引起本底异常升高,而未触发本底报警时,导致探测下限升高,可能导致漏报;
4)带源移动物体缓慢靠近设备,在触发测量开关之前停止前进,引起设备本底升高,可能导致漏报。
归纳总结以上情况,发现针对本底的不同变化,主要存在以下两种问题:
一、设备本底缓慢升高引起的漏报,按照每个辐射探测器本底变化情况,又可分为均匀升高和不均匀升高;
二、设备本底快速升高引起的误报,同样的,按照每个辐射探测器本底变化情况,又可分为均匀升高和不均匀升高。
因此,为提高设备性能,扩展使用范围,需要研究一种系统性的数据处理算法模型,使仪器对本底正常变化、本底异常变化、探测对象异常行为等情况采取正确的应对措施,以降低误报率和漏报率,提高辐射监测的准确性。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足,所要解决的技术问题为:提供一种基于辐射监测仪的辐射监测方法、装置及系统,以实现对放射性物质的准确检测,提高检测的精度和可靠性。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,包括以下步骤:
S1、设备启动后,初始化平滑常数,快速重建本底;
S2、判断当前本底是否满足探测下限要求,若满足则进入下一步,若不满足,则本底报警;判断当前本底是否满足探测下限要求的方法为:根据当前本底,计算辐射探测器的探测下限,判断探测下限是否小于设备指标阈值,若小于,则当前本底满足探测下限要求;
S3、获取辐射探测器的实时计数率Tm,n,放入本底队列;判断实时计数率是否处于本底阈值范围内,若不处于,则输出本底报警;若处于,则进入下一步;Tm,n表示第m个辐射探测器的第n个测量数据;
S4、进行快速响应判断:判断实时计数率是否满足:Tm,n-Tm,0>L1,且Tm,n-1-Tm,0>L1;Tm,0表示第m个辐射探测器的当前本底值,L1表示快速响应阈值;
若不满足,则判断当前平滑常数是否等于初始平滑常数,若等于,则保持平滑常数不变,若不等于,则增大平滑常数;
若满足,则减小平滑常数;
S5、根据步骤S4得到的平滑常数,对辐射探测器进行本底更新,本底更新公式为:
其中,q表示平滑常数,T m,0’表示第m个辐射探测器更新后的本底值,T m,i表示第m个辐射探测器的本底队列中的第i个实时计数率;
S6、返回步骤S2,循环重复步骤S2~S5,不断更新各个辐射探测器的本底值,直至接收到测量触发信号,开始测量。
所述辐射监测仪包括多个辐射探测器,所述步骤S4还包括一致性判断的步骤,其具体方法为:
计算各个辐射探测器当前实时计数率的平均值,判断实时计数率与所有辐射探测器实时计数率平均值的差值是否超出设定一致性阈值L0,若超出,则输出本底报警;若不超出,则进行快速响应阈值判断。
所述步骤S3中,获取辐射探测器的实时计数率Tm,n之后,还包括以下步骤:
判断实时计数率是否满足:Tm,n>L2,若满足,则停止测量,重建本底;若不满足,则进入下一步;L2表示本底重建阈值。
L2/L1的取值范围为10~100。
所述步骤S5中,平滑常数的增加时为等差递增,平滑常数的减小时为等比递减。
所述步骤S5中,增加平滑常数时,每次增加1,减小平滑常数时,每次减小一半。
所述步骤S2中,探测下限的计算公式为:
其中,MDA表示探测下限,Tm,0表示第m个辐射探测器的当前本底值,t表示本底收集时间,T表示实时测量的监测时间,ε表示探测效率,P表示置信度95%对应的标准偏差数,取值1.96。
所述步骤S3中,所述本底阈值范围包括本底最大阈值和本底最小阈值。
此外,本发明还提供了一种辐射监测装置,包括辐射探测器和数据处理单元,所述辐射探测器的输出数据发送至所述数据处理单元,所述数据处理单元用于所述的辐射监测方法。
此外,本发明还提供了一种辐射监测系统,包括一致性判断单元和多个所述的辐射监测装置,所述一致性判断单元用于计算各个辐射监测装置中的辐射探测器的实时计数率的平均值,还用于判断各个辐射探测器的实时计数率与平均值的差是否大于一致性阈值,若大于,则向对应的辐射监测装置输出本底报警信号。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明提供了一种基于人员车辆通道监测仪的辐射监测方法、装置及系统,综合考虑实时计数率波动情况与平滑本底稳定性之间的关系,采用浮动的平滑常数对本底进行更新,可以有效解决环境本底缓慢升高引起的设备漏报,以及环境本底快速升高引起的误报,其大大提高了设备本底的准确性,进一步提高了放射性监测的准确性。
2、本发明通过对多个辐射探测器的实时测量数据进行本底一致性判断,比较单个辐射探测器实时计数率与所有辐射探测器实时计数率平均值的差是否超出一致性阈值,若超出,则输出本底报警,可以防止人为携带放射源靠近设备,引起各探测单元本底不均匀升高,干扰测量准确性,从而降低漏报率。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种基于辐射监测仪的辐射监测方法的流程示意图;
图2为本发明实施例二提供的一种基于辐射监测仪的辐射监测方法的流程示意图;
图3为暴雨环境下的本底曲线示意图;其中,横轴表示时间,纵轴表示计数率;
图4为大雪环境下的本底曲线图;
图5为对图3中的部分数据的进行处理后的示意图;其中,1表示原始计数率数据,2表示100s滑动平均后本底数据,3为本发明的算法处理后的本底数据;
图6为本发明实验例3中采用的模拟数据示意图;
图7为对图6中的数据进行处理后的数据示意图;其中,其中,1表示原始计数率数据,2表示100s滑动平均后本底数据,3为本发明的算法处理后的本底数据;
图8为本发明实施例三提供的一种辐射监测装置的结构示意图;
图9为本发明实施例四提供的一种辐射监测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示,本发明实施例提供了一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,包括以下步骤:
S1、设备启动后,初始化平滑常数,快速重建本底。
本实施例中,重建本底的方法为:持续测量设定次数,将测量得到的数据进行平均后,作为当前本底。具体地,重建本底时,设定次数可以为100次,假设每1s输出一次测量值,即连续测量100s,将这100组测量值求平均以后,作为当前本底值。
S2、判断当前本底是否满足探测下限要求,若满足则进入下一步,若不满足,则本底报警。
所述步骤S2中,判断当前本底是否满足探测下限要求的方法为:根据当前本底,计算辐射探测器的探测下限,判断探测下限是否小于设备指标阈值,若小于,则当前本底满足探测下限要求。探测下限的计算公式为:
其中,MDA表示探测下限,Tm,0表示第m个辐射探测器的当前本底值,t表示本底收集时间,T表示实时测量的监测时间,ε表示探测效率,P表示置信度95%对应的标准偏差数,取值1.96;若探测下限小于设备指标阈值,则判定当前本地满足探测下限要求。
S3、获取辐射探测器的实时计数率Tm,n,放入本底队列;判断实时计数率是否处于本底阈值范围内,若不处于,则输出本底报警;若处于,则进入下一步;Tm,n表示第m个辐射探测器的第n个测量数据。
所述步骤S3中,所述本底阈值范围包括本底最大阈值和本底最小阈值。只有满足阈值范围,即大于本底最小阈值,小于本底最大阈值的计数率才计入本底队列,可以增加本底测量的准确性,避免偶然误差带来的测量误差。
进一步地,所述步骤S3中,获取辐射探测器的实时计数率Tm,n之后,还包括以下步骤:
判断实时计数率是否满足:Tm,n>L2,若满足,则停止测量,重建本底;若不满足,则进入下一步;L2表示本底重建阈值。其中,本底重建阈值的取值满足L2远大于L1。例如,L2的取值范围为L1的10~100倍。通过设置本底重建阈值,判断当前实时计数率是否超过本底重建阈值,可以避免环境本底均匀或不均匀快速升高引起的误报或漏报。
S4、判断实时计数率是否满足:Tm,n-Tm,0>L1,且Tm,n-1-Tm,0>L1;Tm,0表示第m个辐射探测器的当前本底值,L1表示快速响应阈值;若不满足,则判断当前平滑常数是否等于初始平滑常数q0,若等于,则保持平滑常数不变,若不等于,则增大平滑常数;若满足,则减小平滑常数。
S5、根据步骤S4得到的平滑常数,对辐射探测器进行本底更新,本底更新公式为:
其中,q表示平滑常数,Tm,0’表示第m个辐射探测器更新后的本底,Tm,i表示第m个辐射探测器的本底队列中的第i个实时计数率。
具体地,本实施例的步骤S4中,平滑常数的增加时为等差递增,平滑常数的减小时为等比递减。
进一步地,本实施例的步骤S4中,增加平滑常数时,每次增加1,减小平滑常数时,每次减小一半。假设初始平滑常数为100,则当实时计数率与当前本底值的差大于快速响应阈值时,且连续两次实时计数率均存在这种情况时,说明当前环境本底有波动,此时,需要减小平滑常数为50,进行本底的更新。当本底更新后,下一个循环中,实时计数率与当前本底值的差不再大于快速响应阈值时,可以实时增加增加平滑常数,例如增加其为51,若仍然不满足快速响应阈值条件,则继续减小常数,例如,减小为25。通过这种平滑常数的实时调节,可以根据实时测量本底,及时调整设备本底值,增加设备本底与环境的适配性,提高测量准确性。
进一步地,本实施例中,当平滑常数减小到小于10时,则输出本底报警。此时本底报警,可以避免环境辐射增加导致的本底持续异常变化,增加测量的准确性。
S6、返回步骤S2,循环重复步骤S2~S5,不断更新辐射探测器的本底值,直至接收到测量触发信号,开始测量。
实施例二
如图2所示,本发明实施例提供了一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,与实施例一不同的,其对应的辐射监测仪包括多个辐射探测器,其包括以下步骤:
S1、设备启动后,初始化平滑常数,快速重建本底。
本实施例中,重建本底的方法为:各个辐射探测器持续测量设定次数,将各个辐射探测器测量得到的数据分别进行平均后,作为各个辐射探测器的当前本底。具体地,重建本底时,设定次数等于初始平滑常数,可以为100次,假设每1s输出一次测量值,即连续测量100s,将这100组测量值求平均以后,作为当前本底值。即:
其中,Tm,0表示第m个辐射探测器的当前本底值,Tm,i表示第m个辐射探测器的本底队列中第i个实时计数率,q0表示初始平滑常数。
S2、判断当前本底是否满足探测下限要求,若满足则进入下一步,若不满足,则本底报警。
所述步骤S2中,判断当前本底是否满足探测下限要求的方法为:根据当前本底,计算辐射探测器的探测下限,判断探测下限是否小于设备指标阈值,若小于,则当前本底满足探测下限要求。探测下限的计算公式为实施例一中的公式(1)。
S3、获取辐射探测器的实时计数率Tm,n,放入本底队列;判断实时计数率是否处于本底阈值范围内,若不处于,则输出本底报警;若处于,则进入下一步;Tm,n表示第m个辐射探测器的第n个测量数据。
所述步骤S3中,所述本底阈值范围包括本底最大阈值和本底最小阈值。只有满足阈值范围,即大于本底最小阈值,小于本底最大阈值的计数率才计入本底队列,可以增加本底测量的准确性,避免偶然误差带来的测量误差。
进一步地,所述步骤S3中,获取辐射探测器的实时计数率Tm,n之后,还包括以下步骤:
判断实时计数率是否满足:Tm,n>L2,若满足,则停止测量,重建本底;若不满足,则进入下一步;L2表示本底重建阈值。其中,本底重建阈值的取值满足L2远大于L1。例如,L2的取值范围为L1的10~100倍。通过设置本底重建阈值,判断当前实时计数率是否超过本底重建阈值,可以避免环境本底均匀或不均匀快速升高引起的误报或漏报。
S4、先进行本底一致性判断,再进行快速响应阈值判断。
首先,计算各个辐射探测器当前实时计数率的平均值,判断实时计数率与所有辐射探测器实时计数率平均值的差值是否超出设定阈值L0,若超出,则输出本底报警;若不超出,判断实时计数率是否满足:Tm,n-Tm,0>L1,且Tm,n-1-Tm,0>L1;Tm,0表示第m个辐射探测器的当前本底值,L1表示快速响应阈值;若不满足,则判断当前平滑常数是否等于初始平滑常数,若等于,则保持平滑常数不变,若不等于,则增大平滑常数;若满足,则减小平滑常数。
与实施例一不同的是,本实施例中,在进行快速响应阈值判断之前,还需要进行本底一致性判断,通过对多个辐射探测器的实时计数率取平均值,判断当前获得的实时计数率与平均之间的偏差,并设置一致性阈值L0,可以防止人为携带放射源靠近设备,引起各探测单元本底不均匀升高,干扰测量准确性,从而降低漏报率。
此外,与实施例一相同的是,本实施例中,增加平滑常数时,每次增加1,减小平滑常数时,每次减小一半。假设初始平滑常数为100,则当实时计数率与当前本底值的差大于快速响应阈值时,且连续两次实时计数率均存在这种情况时,说明当前环境本底有波动,此时,需要减小平滑常数为50,进行本底的更新。当本底更新后,下一个循环中,实时计数率与当前本底值的差不再大于快速响应阈值时,可以实时增加平滑常数,例如增加其为51,若仍然不满足快速响应阈值条件,则继续减小常数,例如,减小为25。通过这种平滑常数的实时调节,可以根据实时测量本底,及时调整设备本底值,增加设备本底与环境的适配性,提高测量准确性。
S5、根据步骤S4得到的平滑常数,对辐射探测器进行本底更新,本底更新公式为:
其中,q表示平滑常数,Tm,0’表示第m个辐射探测器更新后的本底值,Tm,i表示第m个辐射探测器的本底队列中的第i个实时计数率。
S6、返回步骤S2,循环重复步骤S2~S5,不断更新各个辐射探测器的本底值,直至接收到测量触发信号,开始测量。
实验例1:以太原市在2021年10月3日突降暴雨,暴雨环境下的本底曲线图如图3所示,11月7日又降下大雪,大雪环境下的本底曲线图如图4所示。从图中可以看出,暴雨或暴雪环境也会引起辐射监测仪的本底曲线的急剧变化。
选取本底变化最为剧烈的2021年10月3日4时45分到5时10分这一时间段,通过本发明模拟得到的本底曲线如图5所示。从图5可以看出,本发明提出的辐射监测方法中,实时得到的本底输出数据能够兼顾平滑性与实时性,效果明显优于采用固定平滑常数,其输出的本底数据更符合实时计数率趋势,而且,相比于固定的100s平滑常数,平均响应时间最快提升到了60s。说明本发明可以有效改善暴雨、暴雪引起所有辐射探测器本底急速升高,降低误报率。
实验例2:首先选定模拟用数据,需包括微小波动用来检验数据跟随效果,以及较大波动能否引起本底报警,模拟数据如图6所示,算法模拟数据输出如图7所示。由图7可以看出应用本发明后,输出数据能够较快响应本底微小波动,而且在本底产生大幅度的急速升高时,输出本底报警。因此,本发明中的快速响应阈值判断和本底重建判断,可解决本底急速升高、异常升高等情况引起的本底误差导致的测量误差,例如:突降暴雨、暴雪引起所有辐射探测器本底急速升高,设备突然暴露在较大的放射源影响下,或带源移动物体缓慢靠近设备,触发测量之前停止前进等等测量情况。
实验例3:将本发明的辐射监测方法应用于传送带式小物品监测仪上(同为移动物体辐射监测设备),进行了放射源干扰模拟。
1)将放射源缓慢靠近传送带式小物品监测仪,设备报出本底报警,经后台数据查验,为辐射探测器一致性报警;
2)将放射源装在铅罐中放于设备附近,撤掉铅罐,设备报出本底报警,经后台数据查验,为辐射探测器一致性报警;
3)通过将脉冲信号处理电路升高高压、降低阈值的方法将所有辐射探测器本底均匀升高到一定程度,设备报出本底报警,经后台数据查验,为探测下限报警。
经过检验,本发明的监测方法能够对被测带源物体缓慢靠近、本底异常波动和探测下限故障进行有效识别。
实施例三
本发明实施例三提供了一种基于辐射监测仪的辐射监测装置,如图8所示,包括辐射探测器和数据处理单元,所述辐射探测器的输出数据发送至所述数据处理单元,所述数据处理单元用于执行实施例一所述的一种辐射监测方法。
实施例四
本发明实施例四提供了一种基于辐射监测仪的辐射监测系统,如图9所示,其包括一致性判断单元和多个实施例三所述的一种辐射监测装置,所述一致性判断单元用于计算各个辐射监测装置中的辐射探测器的实时计数率的平均值,还用于判断各个辐射探测器的实时计数率与平均值的差是否大于一致性阈值,若大于,则向对应的辐射监测装置输出本底报警信号。
综上所述,本发明提供了一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,装置及系统,其根据实时计数率的具体情况,采用浮动的平滑常数对本底进行更新,可以有效解决环境本底缓慢升高引起的设备漏报,以及环境本底快速升高引起的误报,其大大提高了设备本底的更新准确性,进一步提高了放射性监测的准确性。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、设备启动后,初始化平滑常数,快速重建本底;
S2、判断当前本底是否满足探测下限要求,若满足则进入下一步,若不满足,则本底报警;判断当前本底是否满足探测下限要求的方法为:根据当前本底,计算辐射探测器的探测下限,判断探测下限是否小于设备指标阈值,若小于,则当前本底满足探测下限要求;
S3、获取辐射探测器的实时计数率Tm,n,放入本底队列;判断实时计数率是否处于本底阈值范围内,若不处于,则输出本底报警;若处于,则进入下一步;Tm,n表示第m个辐射探测器的第n个测量数据;
S4、进行快速响应判断:判断实时计数率是否满足:Tm,n-Tm,0>L1,且Tm,n-1-Tm,0>L1;Tm,0表示第m个辐射探测器的当前本底值,L1表示快速响应阈值;
若不满足,则判断当前平滑常数是否等于初始平滑常数,若等于,则保持平滑常数不变,若不等于,则增大平滑常数;
若满足,则减小平滑常数;
S5、根据步骤S4得到的平滑常数,对辐射探测器进行本底更新,本底更新公式为:
其中,q表示平滑常数,T m,0’表示第m个辐射探测器更新后的本底值,T m,i表示第m个辐射探测器的本底队列中第i个实时计数率;
S6、返回步骤S2,循环重复步骤S2~S5,不断更新各个辐射探测器的本底值,直至接收到测量触发信号,开始测量。
2.根据权利要求1所述的一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,其特征在于,所述辐射监测仪包括多个辐射探测器,所述步骤S4还包括一致性判断的步骤,其具体方法为:
计算各个辐射探测器当前实时计数率的平均值,判断实时计数率与所有辐射探测器实时计数率平均值的差值是否超出设定一致性阈值L0,若超出,则输出本底报警;若不超出,则进行快速响应阈值判断。
3.根据权利要求1所述的一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,其特征在于,所述步骤S3中,获取辐射探测器的实时计数率Tm,n之后,还包括以下步骤:
判断实时计数率是否满足:Tm,n>L2,若满足,则停止测量,重建本底;若不满足,则进入下一步;L2表示本底重建阈值。
4.根据权利要求3所述的一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,其特征在于,L2/L1的取值范围为10~100。
5.根据权利要求1所述的一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,其特征在于,所述步骤S5中,平滑常数的增加时为等差递增,平滑常数的减小时为等比递减。
6.根据权利要求5所述的一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,其特征在于,所述步骤S5中,增加平滑常数时,每次增加1,减小平滑常数时,每次减小一半。
8.根据权利要求1所述的一种基于辐射监测仪的辐射监测方法,其特征在于,所述步骤S3中,所述本底阈值范围包括本底最大阈值和本底最小阈值。
9.一种辐射监测装置,其特征在于,包括辐射探测器和数据处理单元,所述辐射探测器的输出数据发送至所述数据处理单元,所述数据处理单元用于执行权利要求1所述的一种辐射监测方法。
10.一种辐射监测系统,其特征在于,包括一致性判断单元和多个权利要求9所述的一种辐射监测装置,所述一致性判断单元用于计算各个辐射监测装置中的辐射探测器的实时计数率的平均值,还用于判断各个辐射探测器的实时计数率与平均值的差是否大于一致性阈值,若大于,则向对应的辐射监测装置输出本底报警信号。
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