CN1174243C - γ射线测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明用于炼油塔设备故障诊断、混相密度测量以及射线频谱测量，线性放大器的输入端连接探头，输出端连接幅度选择器，幅度选择器输出端连接A/D转换器、频率计、计数器，计数器输出端经微机接口连接微机，A/D转换器输出端也经计算机接口连接微机，蓄电池连接DC/DC变换器输出多路直流电源，DC/DC变换器输出的其中一路直流电源连接高压模块，高压模块把低电压转换为高电压，接通探头，本发明功能多、体积小、便携性好、显示直观。
Description
本发明是一种用于炼油塔设备故障诊断、混相密度测量以及射线频谱测量的γ射线测试仪。
目前，在工业生产中使用γ射线测试和检测已有报道，所使用的仪器有固定式和移动式，功能有单独测量射线强度或单独测量射线频谱的仪器。这些仪器功能上单一，体积大，使用不便。例如，在测量射线强度之前，需要进行预先设定，如选好射线的单能峰值，上下阈值或阈值和道宽，这给作业带来难度，一般未经专业训练的用户很难调好测量仪器；在检测炼油塔设备故障时现场使用220伏的交流电，要经过繁杂的审批程序；在炼油塔设备使用这些仪器时往往要求其在设备上处于不同位置、角度，仪器的体积和便携性决定其能否在工业上应用。目前，这些仪器为与计算机联机，都使用了扩展机箱，使用了扩展机箱，给携带和移动带来不便。
本发明目的是提供一种多功能、体积小、便携性好、显示直观的用于炼油塔设备故障诊断、混相密度测量以及射线频谱测量的γ射线测试仪。
本发明通过如下技术方案实现：
γ射线测试仪由线性放大器(1)、幅度选择器(2)、A/D转换器(3)、计数器(4)、微机接口(5)、DC/DC变换器(6)、高压模块(7)充电器(8)、蓄电池(9)、频率计(10)、电压表(11)和琴键开关(12，13)组成，线性放大器(1)的输入端连接探头，输出端连接幅度选择器(2)，幅度选择器(2)输出端连接A/D转换器(3)、频率计(10)、计数器(4)，计数器(4)输出端经微机接口(5)连接微机，A/D转换器(3)输出端也经计算机接口(5)连接微机，蓄电池(9)连接DC/DC变换器(6)输出多路直流电源，DC/DC变换器(6)输出的其中一路直流电源连接高压模块(7)，高压模块(7)把低电压转换为高电压，接通探头，蓄电池(9)连接充电器(8)。
本发明还通过如下技术方案实现：
线性放大器(1)、幅度选择器(2)、A/D转换器(3)、计数器(4)、微机接口(5)、DC/DC变换器(6)、高压模块(7)和充电器(8)安装在同一块线路板上。
蓄电池(9)固定在线路板旁边，频率计(10)和电压表(11)琴键开关(12，13)安装在面板上。
电压表(11)连接琴键开关(12)，琴键开关(12)连接切换高压电压或下阈值或蓄电池电压。
频率计(10)连接琴键开关(13)，琴键开关(13)连接计数器，切换显示不同时间段内时平均信号频率。
本发明幅度选择器(2)由两片高速比较器(710)、两个D型触发器、异或门组成，信号输入端(A)连接比较器(710)+输入端，比较器(710)-输入端连接上阈或下阈，上阈和下阈值可分别通过电位器来调节，比较器(710)输出端与D型触发器CP触发端连接，D型触发器D端和
Q端与异或门输入端连接，异或门输出端与频率计(10)连接。
异或门输出的脉冲数是A点输入信号脉冲幅值介于上下阈值之间脉冲数的一半。
本发明A/D转换器(3)由由缓冲器、开关(CD4051)、D型触发器、A/D芯片(CA3318)组成，信号从输入端(A)连接缓冲器+输入端，缓冲器输出端经过一个快速二极管连接开关(CD4051)的输入端，开关(CD4051)输出端连接另一缓冲器+输入端，缓冲器+输入端和地之间还连接一电容，此缓冲器输出端连接A/D芯片(CA3318)，A/D芯片(CA3318)和开关(CD4051)的控制输入端连接D型触发器Q输出端，D型触发器CP触发端连接下阈比较器输出端，D端和
端连接计算机的控制输出端。
A/D转换器(3)对脉冲幅值大于下阈的数值进行采集，幅值的大小反映γ粒子的能量。
本发明微机接口(5)由地址译码器、数据锁存器、数据缓冲器组成，采用与计算机打印口联机方式，从计算机的打印口地址378H输出8路数字信号OD0～OD7，其中OD4～0D7四路数字信号输入到地址译码器，地址379H输入5路数字信号ID3～ID7，锁存器允许4路数字信号OD0～OD3输出，一个缓冲器允许4路数字信号ID4～ID7输入。
本发明使用了4个数据锁存器，12个数据缓冲器，用3片74393组成24位做计数器。
本发明频率计(10)采用液晶显示屏(17)、分频器(14)、晶体振荡器、琴键开关(13)、计数器(16)、二进制计数器(15)组成，射线脉冲信号进入二进制计数器(15)进行分频，晶体振荡器产生的时间脉冲信号进入分频器(14)分频，信号分频和时间分频连接到琴键开关(13)，可选择4、8、16信号和时间分频或者其它分频，选择后信号输入到计数器(16)，在设定时间内计数完毕后，更新显示屏(17)平均频率并立即重复进行下一次的计数测量。
本发明附图说明如下：
图1为γ射线测试仪仪表结构示意图；
图2为γ射线测试仪幅度选择器电路示意图；
图3为γ射线测试仪A/D转换器电路示意图；
图4为γ射线测试仪微机接口电路示意图；
图5为γ射线测试仪频率计电路示意图。
以下结合附图详述实施例。
本发明来自探头的信号经过线性放大器(1)后进入幅度选择器(2)或者A/D转换器(3)，经过幅度选择器(2)后的信号可由频率计(10)进行频率测量并显示测量结果，也可以通过计数器(4)进行计数、计数结果经微机接口(5)输入到计算机。A/D转换器(3)转换结果也经过微机接口(5)输入到计算机。单一电压的蓄电池(9)通过DC/DC变换器(6)获得多路直流电源，高压模块(7)把低电压转换为高电压，其输出的电压值可控，此高压提供给探头。当蓄电池(9)电量不足时，可通过充电器(8)进行充电。电压表(11)通过琴键开关(12)切换可显示高压电压、下阈值或蓄电池电压。频率计(10)通过琴键开关(13)切换可显示不同时间段内时平均信号频率。
本发明幅度选择器电路中，经过线性放大后的信号输入到A，上、下阈值可通过电位器进行调节。在本电路中采用了两片高速比较器(型号710)。
当脉冲信号的幅值小于下阈时，两比较器的输出电平不变(处于低电平)，D型触发器的输出电平(即B、C两点处的电平)也不变，使得异或门的输出电平不变。当脉冲信号的幅值大于上阈时，A点信号就能大于阈值(即上或下阈值)，相应的比较器将输出高电平，因此A点的一个脉冲信号变化，在两比较器也将产生一个相应的脉冲信号。这两个脉冲信号分别触发两个D型触发器，使得两D型触发器的输出电平(即B、C两点处的电平)都发生变化，即脉冲之前与脉冲之后的电平刚好相反，原来是高电平的变为低电平，原来是低电平的变为高电平。由于B、C两点的电平是同时变化的，因此异或门的输出电平还是保持不变。当脉冲信号的幅值大于下阈，但是小于上阈时，原理同上，A点的一个脉冲变化，将使B点的电平发生变化，但是C点电平维持不变，使得异或门的输出电平发生变化。
从上可知，当脉冲信号的幅值小于下阈或大于上阈时，A点的一个脉冲变化不能够使异或门的输出电平发生变化。当脉冲信号的幅值大于下阈且小于上阈时，A点的一个脉冲变化使异或门的输出电平发生变化。因此在异或门输出的脉冲数正好是A点信号脉冲幅值介于上下阈值之间脉冲数的一半。
本发明A/D转换器是使模拟脉冲信号的幅值转换为数字信号，它只能对脉冲幅值大于下阈的数值进行采集。幅值的大小反映了γ粒子的能量。
本发明脉冲幅值A/D转换电路，当计算机发出开始采样命令(高电平)时，此时D型触发器的输出Q电平为低电平，使开关(CD4051)打开，来自线性放大后的信号将对电容快速充电，当一个幅值大于下阈的脉冲来到时，使下阈比较器的输出端也相应产生一个脉冲，此脉冲触发D型触发器，使得触发器的输出Q电平变为高电平，使开关CD4051关闭，并启动A/D转换，此时电容两端的电压值就是相应脉冲的幅值。A/D转换结果即为幅值。
本发明为了便于与任何计算机联机，采用了与计算机打印口(打印口是标准接口)联机的微机接口，使得在现场可使用便携式计算机，不需要扩展机箱。从计算机的打印口可在地址378H输出8路数字信号(OD0～OD7)，在地址379H输入5路数字信号(ID3～ID7)。
OD4～OD7四路数字信号输入到地址译码器，地址译码器由两片74138芯片构成，可得到16个地址代码，此地址代码再控制数据锁存器(74373)或数据缓冲器(74244)的动作。每个地址代码只控制一个数据锁存器和缓冲器，一个锁存器允许4路数字信号OD0～OD3输出，一个缓冲器允许4路数字信号ID4～ID7输入。本发明使用了4个地址代码用于控制4个数据锁存器，其余12个用于控制12个数据缓冲器。
一个数据锁存器输出的3路数字信号分别用于控制计数器(4)的清零、计数脉冲频率信号的有效性、A/D转换的动作，另1路数字信号空余。一个数据锁存器的信号用于控制移动装置中的步进电机。还有两个数据锁存器空余。
本发明采用8位高速A/D转换器(用CA3318)，占用了2个数据缓冲器。计数器(由3片74393组成)是24位，因此计数器占用了6个数据缓冲器。其余4个数据缓冲器空余。
本发明频率计采用液晶显示，以延长电池的使用时间。
晶体振荡器产生一个均匀脉冲信号，经分频器(14)可得到4秒、8秒、16秒等的时间分频，待测脉冲信号经二进制计数器(15)得到4、8、16等信号分频。时间分频和信号分频连接到琴键开关(13)，可选择4、8、16等时间和信号分频中任一种。选择后信号输入到计数器(16)进行计数，时间长度为选择后的时间。在设定时间内计数完毕后，立即更新显示屏(17)，并且计数器重复进行下一个频率计数。因此显示屏显示的数就是设定时间段内的时平均频率。
本发明效果和优点如下：
1.将测量射线强度的功能和多道脉冲幅度仪结合起来。由于本发明有测量射线信号脉冲幅度的功能，即可以测量射线频谱，使得在测量射线强度时，即使未经专业训练的用户都能很容易调好测量仪器。
2.针对检测炼厂塔设备故障，本发明加强了仪器的便携性，仪器的体积缩小为290×190×100mm，把线性放大器、幅度选择器、A/D转换器、响应频率较高的计数器、高低压电源和微机接口安装在同一块线路板上。
3.将微机接口与计算机的打印口相连，不但使仪器与计算机容易联机，而且避免了在使用便携计算机时还要用扩展机箱。
4.仪器采用了蓄电池供电，避免了在现场使用220伏的交流电，表头全部采用液晶显示，所有元件选用都按省电方式处理，整机耗电极小。
5.仪器可测量某一时间段内的脉冲信号平均频率，测量时间段可调。
6.仪器安装了频率计，因此它可不与计算机连接，单独进行射线强度的测量。
Claims (12)
1.γ射线测试仪由探头、线性放大器(1)、幅度选择器(2)、A/D转换器(3)、计数器(4)、微机接口(5)、DC/DC变换器(6)、高压模块(7)充电器(8)、蓄电池(9)、频率计(10)、电压表(11)和琴键开关(12，13)组成，其特征在于：线性放大器(1)的输入端连接探头，输出端连接幅度选择器(2)，幅度选择器(2)输出端连接A/D转换器(3)、频率计(10)、计数器(4)，计数器(4)输出端经微机接口(5)连接微机，A/D转换器(3)输出端也经微机接口(5)连接微机，蓄电池(9)连接DC/DC变换器(6)输出多路直流电源，DC/DC变换器(6)输出的其中一路直流电源连接高压模块(7)，高压模块(7)把低电压转换为高电压提供给探头，蓄电池(9)连接充电器(8)。
2.根据权利要求1所述的γ射线测试仪，其特征在于：线性放大器(1)、幅度选择器(2)、A/D转换器(3)、计数器(4)、微机接口(5)、DC/DC变换器(6)、高压模块(7)和充电器(8)安装在同一块线路板上。
3.根据权利要求1所述的γ射线测试仪，其特征在于：蓄电池(9)固定在线路板旁边，频率计(10)和电压表(11)、琴键开关(12，13)安装在面板上。
4.根据权利要求1、2所述的γ射线测试仪，其特征在于：电压表(11)连接琴键开关(12)，琴键开关(12)连接高压电压或下阈值或蓄电池电压。
5.根据权利要求1、2所述的γ射线测试仪，其特征在于：频率计(10)通过琴键开关(13)的切换显示不同时间段内时平均信号频率。
6.根据权利要求1所述的γ射线测试仪，其特征在于：幅度选择器(2)由两片高速比较器710、两个D型触发器、异或门组成，信号输入端(A)连接比较器710+输入端，比较器710-输入端连接上阈或下阈，上阈和下阈值可分别通过电位器来调节，比较器710输出端与D型触发器CP触发端连接，D型触发器D端和Q端与异或门输入端连接，异或门输出端与频率计(10)连接。
7.根据权利要求1、6所述的γ射线测试仪，其特征在于：异或门输出的脉冲数是A点输入信号脉冲幅值介于上下阈值之间脉冲数的一半。
8.根据权利要求1所述的γ射线测试仪，其特征在于：A/D转换器(3)由缓冲器、开关CD4051、D型触发器、A/D芯片CA3318组成，信号从输入端(A)连接缓冲器+输入端，缓冲器输出端经过一个快速二极管连接开关CD4051的输入端，开关CD4051输出端连接另一缓冲器+输入端，缓冲器+输入端和地之间还连接一电容，此缓冲器输出端连接A/D芯片CA3318，A/D芯片CA3318和开关CD4051的控制输入端连接D型触发器Q输出端，D型触发器CP触发端连接下阈比较器输出端，D端和
端连接计算机的控制输出端。
9.根据权利要求1、8所述的γ射线测试仪，其特征在于：A/D转换器(3)对脉冲幅值大于下阈的数值进行采集，幅值的大小反映γ粒子的能量。
10.根据权利要求1所述的γ射线测试仪，其特征在于：微机接口(5)由地址译码器、数据锁存器、数据缓冲器组成，采用与计算机打印口联机方式，从计算机的打印口地址378H输出8路数字信号OD0～OD7，其中OD4～OD7四路数字信号输入到地址译码器，地址379H输入5路数字信号ID3～ID7，锁存器允许4路数字信号OD0～OD3输出，一个缓冲器允许4路数字信号ID4～ID7输入。
11.根据权利要求1、10所述的γ射线测试仪，其特征在于：微机接口(5)锁存器为4个，数据缓冲器为12个，3片74393芯片组成24位做计数器。
12.根据权利要求1所述的γ射线测试仪，其特征在于：频率计(10)采用液晶显示屏(17)、分频器(14)、晶体振荡器、琴键开关(13)、计数器(16)、二进制计数器(15)组成，射线脉冲信号进入二进制计数器(15)进行分频，晶体振荡器产生的时间脉冲信号进入分频器(14)分频，信号分频和时间分频连接到琴键开关(13)，可选择4、8、16信号和时间分频，选择后信号输入到计数器(16)，在设定时间内计数完毕后，更新显示屏(17)平均频率并立即重复进行下一次的计数测量。
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