CN203941294U - 一种基于空中机器人的核辐射监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于空中机器人的核辐射监测系统，包括用以对核辐射环境信息进行实时采集实现对核辐射环境进行实时监测的空中机器人；以及用于接收空中机器人采集的核辐射环境信息且依据所述核辐射环境信息远程控制空中机器人动作的事故现场控制系统。该系统将小型化、多功能的辐射剂量探测器与2.4G无线通信技术及3G网络技术结合应用于监测系统上，通过FPGA数据处理技术，形成小型化、智能化、网络化的现场监测能力，实现了对核辐射环境进行远程、实时地在线监测。

Description

一种基于空中机器人的核辐射监测系统

技术领域

本实用新型涉及监测领域，具体涉及一种基于空中机器人的核辐射监测系统。 

背景技术

随着核电站的大量建设、民用核辐照设施的普遍使用以及科学技术的不断发展，核安全防护和应急处理也越来越重要；核辐射对人体的伤害是致命的，因此远离操作与智能化监测设备是核实施不可缺少的工具。 

传统移动核辐射监测系统都配有辐射探测仪、定位系统、实时信号传输系统，但发明单位在项目使用过程中发现，传统系统以常规生产作业为主，量程、体积、重量、开放性、模块化、可扩展性、灵敏度等方面常常难以满足移动与固定结合的监测需要，并且在核事故、核废物处置情况下，移动监测车、直升飞机等大型设备对事故现场无法进行实时监控处理。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于空中机器人的核辐射监测系统，实现了对核辐射环境进行远程、实时地在线监测。 

本实用新型的一个实施例是提供一种基于空中机器人的核辐射监测系统，包括用以对核辐射环境信息进行实时采集实现对核辐射环境进行实时监测的空中机器人；以及 

用于接收空中机器人采集的核辐射环境信息且依据核辐射环境信息远程控制空中机器人动作的事故现场控制系统。 

本申请的基于空中机器人的核辐射监测系统的技术方案，具有以下有益效果： 

1)利用空中机器人建立核辐射环境实时网络化在线监测系统，以及配合地面监测中心完成对核辐射环境的监测、预警和应急等任务；该系统将小型化、多功能的辐射剂量探测器和3G通信等技术与空中机器人相结合，通过FPGA数据处理技术，形成小型化、智能化、网络化的现场监测能力，为事故的处理提供有力的数据依据。 

2)利用FPGA微处理器进行逻辑控制、数据存储与处理一体的多功能核辐射监测系统，较传统核辐射监测系统的设计方案，缩减甄别电路等电路的数量，缩小印制板的面积，从而更好地达到空中机器人搭载的小型化的要求。 

3)将空中机器人技术、GPS定位技术、2.4G无线通信技术及3G网络技术结合应用于监测系统上，在遇到放射性污染、核反恐与安全事故后可以紧急调整监测点位置，改变局部监测点密度，增强数据可靠性。 

4)将监测点传回的实时数据及监测数据发布于若干个移动终端，让关注放射性污染的公众可以看到最新数据，有利于安抚群众。 

5)采用本系统能够在核辐射环境地点对现场的放射线种类、剂量、面积等进行实地、快速、准确地测量，并利用无线通信系统，提供远程、实时的数据服务，为救援行动提供支持。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中： 

图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的核辐射监测系统的原理框图； 

图2示意性地示出了根据本申请另外一个实施例的核辐射监测系统的原理框图； 

图3示意性地示出了根据本申请另外一个实施例的核辐射监测系统的原理图； 

图4示意性地示出了根据本申请另外一个实施例的辐射剂量探测器与数据采集板卡模块连接的原理框图。 

图5示意性地示出了根据本申请另外一个实施例的事故现场控制系统的原理框图。 

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。 

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。 

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。 

根据本申请的一个实施例，提供一种基于空中机器人的核辐射监测系统，如图1，可以包括空中机器人，用以对核辐射环境信息进行实时采集实现对核辐射环境的实时监测；以及事故现场控制系统，用于接收空中机器人采集的核辐射环境信息且依据该核辐射环境信息远程控制空中机器人动作。 

根据本申请的另外一个实施例，提供一种基于空中机器人的核辐射监测系统，如图2，可以包括空中机器人，用以对核辐射环境信息进行实时采集实现对核辐射环境的实时监测；事故现场控制系统，用于接收空中机器人采集的核辐射环境信息且依据该核辐射环境信息远程控制空中机器人动作；以及至少一个 移动终端，用以接收空中机器人采集的核辐射环境信息且对核辐射环境信息进行实时显示。 

其中，如图3，空中机器人可以包括空中机器人控制模块、分别与空中机器人控制模块相连接的传感器模块、数据采集板卡模块、第一通信模块及飞控模块； 

空中机器人控制模块可以包括FPGA微处理器和与FPGA微处理器相连接的SDRAM电路(同步动态随机存储器电路)； 

传感器模块可以包括辐射剂量探测器、GPS定位模块和图像采集模块；辐射剂量探测器可以包括双G-M计数管、ZnS(Ag)探测器、BrLa探测器或NaI探测器中的至少两种，对α、β、γ、x或中子的一种或多种进行综合测量； 

数据采集板卡模块可以包括依次连接的探测器接口电路、前置放大电路和A/D转换电路； 

第一通信模块可以包括2.4G数据接收模块和3G数据发送模块； 

辐射剂量探测器可以与数据采集板卡模块的探测器接口电路相连接；图像采集模块直接与3G数据发送模块相连接； 

根据本申请的一个实施例，上述FPGA微处理器采用Xilinx公司Virtex系列XQVR1000型FPGA；上述SDRAM采用Hynix公司的H57V2562GTR型的芯片；上述GPS定位模块采用U-BLOX NEO-6M模组；上述3G数据发送模块采用Qualcomm公司的联通、电信、移动三网合一的GOBI2000 HP UN2420模块；上述2.4G数据接收模块采用NiceRF公司的SV652无线模块，传输距离可以达到3公里。 

根据本申请的一个实施例，事故现场控制系统可以包括第二通信模块和与第二通信模块相连接的事故现场控制模块；第二通信模块包括3G数据接收模块 和2.4G数据发送模块； 

根据本申请的一个实施例，事故现场控制模块可以为STM32处理器。 

根据本申请的一个实施例，移动终端为可以手机、笔记本或平板电脑。 

根据本申请的一个实施例，如图4，辐射剂量探测器包括双G-M计数管和ZnS(Ag)探测器，双G-M计数管和ZnS(Ag)探测器分别与探测器接口电路1、2相连接，作为空中机器人内置探测；探测器接口电路3、4作为预留端口，可根据空中机器人载重来配置相应的探测器；探测器接口电路1、2、3、4分别对应一路前置放大电路5，将辐射剂量探测器输出的核脉冲信号进行放大处理；四路A/D转换电路6分别与前置放大电路5相连接，对放大后的核脉冲信号进行取样、量化及编码，并将处理后的信号传输到FPGA微处理器10的FIFO中进行缓冲，并且FPGA微处理器10提供给A/D转换器20M的采样时钟；同时，FPGA微处理器10控制GPS定位模块7获取精确的经纬度及高度数据，此时FPGA微处理器10产生100M时钟提供给SDRAM电路12，把获取的经纬度及高度数据从写FIFO缓冲传输到SDRAM芯片中缓存；FPGA微处理器10再从SDRAM芯片读取数据，进行脉冲信号进行成形、幅度提取等处理，形成能谱数据；FPGA微处理器10再控制3G数据发送模块13把能谱数据、经纬度及高度数据通过3G数据发送模块13的数据端口传到发射器；此时，FPGA微处理器10再控制图像采集模块14进行图像采集，并且图像采集模块14直接把图像信息通过3G数据发送模块13的图像端口传到发射器；此时3G数据发送模块13把图像、能谱数据、位置数据通过天线15发送；同时2.4G数据接收模块8通过天线9接收控制命令，然后传输到FPGA微处理器10，FPGA微处理器10控制飞控模块11，从而让空中机器人完成相应任务。 

FPGA微处理器10再控制3G数据发送模块13将图像、能谱数据及位置数 据发送到事故现场控制系统，如图5，3G数据接收模块17接收天线16收回的数据，STM32处理器18对该数据进行解析然后根据解析后的信息发出对空中机器人的控制指令，该控制指令通过2.4G数据发送模块19传输至天线20，2.4G数据接收模块8通过天线9接收天线20传输过来的控制命令，再传输至FPGA微处理器10，FPGA微处理器10控制飞控模块11，从而让空中机器人完成相应任务。 

同时，FPGA微处理器10再控制3G数据发送模块13将图像、能谱数据及位置数据发送到基站，基站再通过Internet网络该数据发送至若干个移动终端，让关注放射性污染的公众可以实时看到核辐射地点的相关的最新数据，增强监测力度，有利于安抚公众。 

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。 

Claims (10)

1.一种基于空中机器人的核辐射监测系统，其特征是，包括

用以对核辐射环境信息进行实时采集实现对核辐射环境进行实时监测的空中机器人；以及

用于接收空中机器人采集的核辐射环境信息且依据所述核辐射环境信息远程控制空中机器人动作的事故现场控制系统。

2.根据权利要求1所述的核辐射监测系统，其特征是：还包括至少一个用以接收空中机器人采集的核辐射环境信息且实现对所述核辐射环境信息进行实时显示的移动终端。

3.根据权利要求1或2所述的核辐射监测系统，其特征是：所述空中机器人包括空中机器人控制模块、分别与空中机器人控制模块相连接的传感器模块、数据采集板卡模块、第一通信模块及飞控模块。

4.根据权利要求3所述的核辐射监测系统，其特征是：

所述传感器模块包括辐射剂量探测器、GPS定位模块和图像采集模块；所述第一通信模块包括2.4G数据接收模块和3G数据发送模块；所述辐射剂量探测器与数据采集板卡模块相连接；所述图像采集模块与3G数据发送模块相连接。

5.根据权利要求4所述的核辐射监测系统，其特征是：所述辐射剂量探测器包括对α、β、γ、x或中子的一种或多种进行综合测量的双G-M计数管、ZnS(Ag)探测器、BrLa探测器或NaI探测器中的至少两种。

6.根据权利要求3所述的核辐射监测系统，其特征是：所述数据采集板卡模块包括依次连接的探测器接口电路、前置放大电路和A/D转换电路。

7.根据权利要求3所述的核辐射监测系统，其特征是：所述空中机器人控制模块包括FPGA微处理器和与FPGA微处理器相连接的同步动态随机存储器电路。

8.根据权利要求1所述的核辐射监测系统，其特征是：所述事故现场控制系统包括第二通信模块和与第二通信模块相连接的事故现场控制模块；所述第二通信模块包括3G数据接收模块和2.4G数据发送模块。

9.根据权利要求8所述的核辐射监测系统，其特征是：所述事故现场控制模块为STM32处理器。

10.根据权利要求2所述的核辐射监测系统，其特征是：所述移动终端为手机、笔记本或平板电脑。