KR20130111463A - 온도보상 검증을 위한 고압 전리함의 자기-가열 전위계 - Google Patents

온도보상 검증을 위한 고압 전리함의 자기-가열 전위계 Download PDF

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KR20130111463A
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댄 제이 맥코믹
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

전위계의 온도 보상 보정 인자의 정확성을 검증하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 상기 전위계는 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 전기 증폭기를 포함한다. 또한, 상기 전위계는 온도 보상을 위해 전압 신호를 수정하는 보상 회로를 포함한다. 상기 전위계는 전기 증폭기 및 보상 회로의 온도 변화를 유발하는 열 발생 장치를 더 포함한다. 환경 방사선 감시기 또한 제공된다. 상기 환경 방사선 감시기는 전원 공급기, 고압 전리함, 및 전위계를 포함한다. 본 방법은 환경 방사선 감시기를 제공하는 단계, 제 1 시간에서 전압 신호를 측정하는 단계, 열 발생 장치를 활성화하는 단계, 제 2 시간에서 전압 신호를 측정하는 단계, 및 두 개의 전압 신호 값을 비교하는 단계를 포함한다.

Description

온도보상 검증을 위한 고압 전리함의 자기-가열 전위계{SELF-HEATING ELECTROMETER FOR HIGH PRESSURE ION CHAMBER FOR VERIFICATION OF TEMPERATURE COMPENSATION}
본 발명은 전위계에서의 온도보상 검증과 관련되며, 특히, 열 애플리케이션을 사용하는 전위계에서의 온도보상 검증과 관련된 것이다.
전위계(electrometers)는 공정과정에서 비교적 낮은 암페어의(low amperage)의 전류신호를 전압신호로 변환하는데 사용된다. 한 가지 예로, 전위계는 환경 방사선 감시기의 고압 전리함(high pressure ionization chamber)의 출력으로부터 낮은 암페어의 전류신호를 변환하는데 사용될 수 있다. 한 가지 예로, 하나 이상의 환경 방사선 감시기는 방사선 레벨을 감시하기 위해, 원자력 발전소와 같이 잘 알려진 방사선원과 가장 근접한 분야에서 효율적으로 사용될 수 있다. 물론, 환경 방사선 감시기는 방사선 레벨을 감시하기에 바람직한 곳이라면 어디에서든 효율적으로 사용될 수 있다. 따라서, 환경 방사선 감시기는 다양한 환경 상태에 영향을 받기 쉽다. 환경 상태는 온도변화를 포함할 수도 있다.
온도 변화는 전위계 동작 부품의 가동상의 드리프트(operational drift)를 유발할 수 있고, 상기 감시기의 신뢰할 수 없는 성능을 유발할 수 있다. 이러한 가동 중의 변화는 온도 드리프트(temperature drift)라고 일컫는다. 보정 인자(correction factors)는 온도 드리프트를 보상하기 위해 전위계의 작업 요소로 사용된다. 다른 요소들은 전위계의 보정 인자에 부정적으로 영향을 미칠 수도 있다. 예를 들어, 전위계의 예민한 부분(critical parts)과 접촉 상태가 되는 증가된 습도 또는 응결과 같은 물의 형태가 보정 인자에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 또 다른 예로, 서비스 기술자가 전위계에 부정확한 보정 인자를 실행할 수도 있다. 또 다른 예로, 보정 인자는 전자식 컨트롤러(electronic controller)에 의해 단순히 없어질 수도 있다. 이러한 각각의 상황들이 때때로 불안정한 방사선 판독 결과를 초래하거나, 항상 잘못된 방사선 판독 결과를 초래할 수 있다. 그 결과, 환경 방사선 감시기의 최종 사용자가 시간이 흐른 후에도 보정 인자가 여전히 정확한지 아닌지를 결정하는 것이 어렵다. 따라서, 전위계에서의 온도 보상 보정 인자 정확도를 검증하기 위한 개선된 장치 및 방법이 필요하다.
다음의 요약은 본 명세서에서 논의되는 시스템 및/또는 방법에 대한 몇 가지 양태에 관한 기본적인 이해를 제공하기 위해 간소화된 요약을 제시한다. 이 요약은 본 명세서에서 논의되는 시스템 및/또는 방법에 관한 광범위한 개요는 아니다. 핵심적인 요소를 검증하거나 시스템 및/또는 방법의 범위를 기술하고자 하는 의도가 아니다. 본 요약의 유일한 목적은 추후 제시되는 상세한 설명에 대한 시초로서 간소화된 형식으로 몇 가지 개념을 나타내고자 하는 것이다.
본 발명의 일 양태는 전류 신호를 수신하는 전기 증폭기(electrical amplifier)를 포함하는 전위계를 제공하는 것이다. 전기 증폭기는 전류 신호를 전압 신호로 변환하도록 구성된다. 또한, 전위계는 상기 전기 증폭기에 전기적으로 연결된 보상 회로를 포함한다. 보상 회로는 전압 신호를 수정하도록 구성된다. 전위계는 열 발생 장치를 더 포함한다. 열 발생 장치는 전기 증폭기 및 보상 회로의 온도 변화를 유도하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태는 전력 공급기와 상기 전력 공급기에 전기적으로 연결된 고압 전리함을 포함하는 환경 방사선 감시기(environmental radiation monitor)를 제공하는 것이다. 고압 전리함은 전류 신호를 생성하도록 구성된다. 또한, 환경 방사선 감시기는 고압 전리함에 전기적으로 연결된 전위계를 포함한다. 전위계는 전류 신호를 수신하는 전기 증폭기를 포함한다. 전기 증폭기는 전류 신호를 전압 신호로 변환하도록 구성된다. 또한, 전위계는 전기 증폭기에 전기적으로 연결된 보상 회로(compensation circuit)를 포함한다. 보상 회로는 전압 신호를 수정하도록 구성된다. 또한 전위계는 열 발생 장치를 포함한다. 열 발생 장치는 전기 증폭기 및 보상 회로의 온도 변화를 유도하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태는 환경 방사선 감시기를 위한 온도 보상 테스트 주기(temperature compensation test cycle)를 수행하는 방법을 제공하는 것이다. 본 방법은 환경 방사선 감시기를 제공하는 것을 포함한다. 환경 방사선 감시기는 전력 공급기 및 상기 전력 공급기에 전기적으로 연결된 고압 전리함을 포함한다. 고압 전리함은 전류 신호를 생성하도록 구성된다. 또한 환경 방사선 감시기는 고압 전리함에 전기적으로 연결된 전위계를 포함한다. 전위계는 전류 신호를 수신하는 전기 증폭기를 포함한다. 전기 증폭기는 전류 신호를 전압 신호로 변환하도록 구성된다. 또한 전위계는 전기 증폭기에 전기적으로 연결된 보상 회로를 포함한다. 보상 회로는 전압 신호를 수정하도록 구성된다. 또한 전위계는 열 발생 장치를 포함한다. 열 발생 장치는 전기 증폭기 및 보상 회로의 온도 변화를 유도하도록 구성된다. 본 방법은 제 1 시간에서 전압 신호를 측정하는 것을 포함한다. 뿐만 아니라 본 방법은 열 발생 장치의 활성화를 포함한다. 열 발생 장치는 전기 증폭기 및 보상 회로의 온도 변화를 유발한다. 본 방법은 제 2 시간에서 전압 신호를 측정하는 것을 더 포함한다. 또한 본 방법은 제 1 시간에서 측정된 전압 값과 제 2 시간에서 측정된 전압 신호 값을 비교하는 것을 포함한다. 비교는 전위계 온도 보상의 정확도를 나타낸다.
본 발명의 앞서 언급한 양태 및 기타 양태들은 첨부도면에 관한 다음의 설명을 읽음으로써 당업자에게 명백해 질 것이다.
도 1은 현장에서 사용되는 관련 장비를 가진 예시적 배치 내의 환경 방사선 감시기에 관한 개략적인 입체도이다.
도 2는 개방된 뚜껑을 가진 도 1의 환경 방사선 감시기의 개략적인 입체도이다.
도 3은 도 1의 환경 방사선 감시기에서 사용되는 고압 전리함 및 컨트롤러와 함께 나타낸 자기가열 전위계(self-heating electrometer)의 개략적인 전기 배선도이다.
도 4는 환경 방사선 감시기를 위한 온도 보상 테스트 주기를 수행하는 방법에 관한 최상위 레벨의 흐름도이다.
본 발명의 하나 이상의 양태를 포함하는 실시예는 도면에 묘사 및 도시되어 있다. 도시된 예시들은 본 발명에 대한 제한을 두고자 함이 아니다. 예를 들어, 본 발명의 하나 이상의 양태는 다른 실시예 및 다른 종류의 장치에 이용될 수 있다. 더욱이, 여기서 특정 용어는 단지 편의를 위해 사용된 것으로 본 발명에 한정하고자 사용된 것이 아니다. 도면상에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 지칭하기 위해 사용된 것이다.
환경 방사선 감시기(10)의 실시예는 도 1에 도식적으로 나타내었다. 환경 방사선 감시기(10)는 현장에서 사용되는 관련 장비를 가진 예시적인 장치(12) 내에서 보여진다. 도 1은 단지 가능한 구조/배치 등에 관한 하나의 예시이며 다른 예시들이 본 발명의 범주 내에서 예측된다는 것은 이해될 것이다. 일반적으로, 이러한 장치(12)는 환경 방사선 감시기(10)가 지역 대기 내 낮은 레벨의 감마 방사선을 감시하는 기능을 수행할 수 있도록 실외에 놓여 진다. 감마 방사선은 알려진 것 또는, 때로는 알려지지 않은 소스로부터 발생할 수 있다.
장치(12)는 보호 격납 장치(protective enclosure) 내에 위치한 컨트롤 패키지(14)와 같은 관련 장비를 포함할 수 있다. 다른 관련 장비는 환경 방사선 감시기(10)와 함께 작동한다. 보호 격납 장치(14) 내에 위치한 배터리와 같은 외부 전원 공급기가 장치(12) 내에 제공될 수도 있다. 전원 공급기는 장치(12) 내에 전원을 공급하는데 사용될 수도 있는데, 이는 환경 방사선 감시기(10)에 의한 가능한 사용을 포함한다. 환경 방사선 감시기(10), 보호 격납 장치 내에 위치한 컨트롤 패키지(14), 및 보호 격납 장치 내에 위치한 외부 전원 공급기(18)는 어떤 구조적인 배치 상에도 위치해 있을 수 있다. 도시된 예시에서 장치(12)의 이러한 부분들은 중앙 기둥(26)으로부터 뻗어있는 제 1 암(arm)(20) 및 제 2 암(24) 위에 위치해 있다. 중앙 기둥(26)은 원하는 위치에서 장치를 앵커링(anchoring)하면서 작동 장비를 위한 견고한 지지대로서도 역할을 한다.
장치(12)의 추가적인 관련 장비는 태양 전지판 어레이(solar panel array)(30)를 포함할 수도 있다. 태양 전지판 어레이(30)는 배터리와 같은 외부 전원 공급기로 전하(elctrical charge)를 공급하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나(36)를 포함하는 통신 장비는 컨트롤 패키지와 원격에 위치한 장치/네트워크(도시되지 않음) 사이의 통신을 허가하기 위해 장치(12) 내에 제공될 수 있다. 예를 들어, 안테나(36)는 환경 방사선 검사기(10)로부터 취득된 데이터를 전달하는 신호를 송신하고, 원격에 위치한 장치/네트워크 등으로부터 소프트웨어 업데이트를 수신할 수 있다.
도 1에 도시된 장치(12)는 한정하지 않으며 다른 배열 또한 예상될 수 있다. 예를 들어, 환경 방사선 감시기(10) 및 관련 장비는 기상 측정 장비를 수용하는 전형적인 구조인 에워싸는 구조(an enclosed structure) 내에 보관될 수 있다. 에워싸는 구조에서의 적어도 하나의 벽 또는 문은 에워싸는 구조의 내부 및 외부 사이에 공기의 자유로운 교환이 가능하도록 루버(louvers)를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 환경 방사선 감시기(10) 및 관련 장비는 모바일 장치에 위치할 수도 있다. 환경 방사선 감시기(10)는 다수의 서로 다른 장치(12)에서 사용될 수 있고, 환경 방사선 감시기(10)는 유로(flow path), 농도 등의 환경 방사선 레벨의 다양한 특징을 측정하기 위해 단독으로 또는 복수로 사용될 수 있다.
도 2를 살펴보면, 환경 방사선 감시기(10)의 예시의 개략적 표현이 보여진다. 환경 방사선 감시기(10)는 뚜껑(lid)(42)을 포함하는 보호 격납 장치(protective enclosure)(40)를 포함할 수 있다. 도면상에는 나타나지 않으나, 뚜껑(42)은 힌지(hinges), 랫치(latches), 프레스 피트(press fit) 등을 포함하는 제한되지 않은 많은 방법으로 격납 장치(40)에 부착될 수 있다. 격납 장치(40)는 환경 방사선 검사기(10)의 개개의 구성요소를 위한 공간을 제공하는 실내 부피(44)를 포함한다. 격납 장치(40)의 하나 이상의 대응 접합면(mating surfaces) 및 뚜껑(42)은 밀폐 처리될 수 있다. 환경 방사선 검사기(10)의 현장 배치 동안 주변 공기가 보호 격납 장치(40)에 들어가지 못하도록 격납 장치(40)의 실내 부피(44)는 밀폐될 수도 있다. 습도와 같은 기후 상태로부터의 보호에 더하여, 격납 장치(40) 및 뚜껑(42)은 물리적 손상으로부터 환경 방사선 검사기(10)를 보호하는 역할을 한다. 취급과정 및 배치과정 동안의 물리적 손상으로부터의 보호는 실내 부피(44) 내 상당한 양의 충격흡수 물질에 의해 제공된다(명확성 목적을 위해 도시하지 않음). 충격 흡수 물질은 충격, 급감속 등의 영향을 감소시키는 경향이 있는 발포 폴리스티렌(expanded polystyrene), 폼 러버(foam rubber), 또는 많은 다른 재료를 포함할 수 있다.
도 2의 환경 방사선 검사기(10)의 도식적인 표현은 환경 방사선 감시기(10)의 몇 가지 개개 요소에 관한 하나의 가능한 배치를 포함한다. 고압 전리함(46)은 실내부피(44) 내에 위치한다. 고압 전리함(46)은 고압 전리함을 통과하는 감마 방사선의 양에 비례하는 전류 신호의 출력을 생성하도록 구성된다. 고압 전리함(46)의 외부벽은 아래에 설명될 전기 회로망이 들어가도록 구성된 부착 전위계 격납 장치(attached electrometer enclosure)(48)를 포함할 수 있다. 전위계 격납 장치(48)는 비교적 쉽게 열을 전달할 수 있는 금속 또는 다른 재료로 구성될 수 있다. 또한 전위계 격납 장치(48)는 환경 방사선 검사기(10)의 현장 배치 동안 주변 공기가 전위계 격납 장치(48)로 들어가지 못하도록 밀폐될 수 있다. 전위계 격납 장치(48) 내에 있는 고압 전리함(46) 및 전기 회로망 중 하나 또는 둘 모두가 전선(52)을 통해 컨트롤러(50)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3을 살펴보면, 예시의 환경 방사선 검사기(10)에 사용될 수 있는 예시의 전위계(56)의 전기배선도를 보여준다. 환경 방사선 검사기(10)는 전원 공급기(60)를 포함한다. 전원 공급기는 상기 격납 장치(48) 내의 전원 공급기일 수도 있고, 또는 전력을 구비한 별도의 전력 구성품 일 수 있다. 예를 들어, 전원 공급기(60)는 비록 다른 적절한 전원 공급 신호가 예상되는 경우라도 고압 전리함(46)으로 400볼트 신호를 제공한다. 전원 공급기(60)는 격납 장치(40) 외부(도 2에서 가장 잘 나타남)에 위치할 수도, 또는 격납 장치(40)의 실내 부피(44) 내에 위치할 수도 있다.
고압 전리함(46)은 고압 전리함(46)을 통과하는 감마 방사선의 양에 비례하는 전류 신호(66)를 생성한다. 전류 신호(66)는 비교적 작은 규모의 것일 수 있다. 한 예로, 전류 신호(66)가 약 1×10-11 암페어(amps)이다. 또 다른 예로, 전류 신호(66)가 약 1×10-13암페어(amps)이다. 전류 신호(66)는 고압 전리함(46)으로부터 전위계(56)로 전선(68)을 따라 지나간다.
전위계(56)는 전위계 격납 장치(48) 내에 들어가 있을 수 있다. 전위계(56)는 전기 증폭기의 일 실시예인 연산 증폭기(operational amplifier)(72)를 포함한다. 연산 증폭기(op amp)(72)는 전류 신호(66)를 수신하고, 전류 신호(66)를 컨트롤러(50)가 해독할 수 있는 전압 신호(74)로 변환한다. 전위계(56)는 연산증폭기(72)에 전기적으로 연결된 보상 회로(76)를 포함한다. 한 가지 예로, 보상 회로(76)는 전기적으로 병렬로 연결된 저항(78), 커패시터(80), 및 스위치(82)를 포함할 수 있다.
전류 신호(66) 입력을 해독 가능한 전압 신호(74) 출력으로 변환하는 과정을 복잡하게 만들 수 있는 하나의 요인은 온도 드리프트(temperature drift)이다. 결과적인 전압 신호(74)는 V=I×R의 관계에 의해 지배를 받는데, 여기서 V는 전압 신호(74)를, I는 전류 신호(66)를, R은 전위계(56)의 저항을 나타낸다. 저항값 R은 운전 온도(operating temperature)의 변화의 함수로써 달라진다. 따라서, 감마 방사선에의 일정한 노출을 나타내는 일정 전류 신호(66)에도 불구하고, 연속적으로 바뀌는 온도에서 전위계(56)의 변동 저항값 R로 인해 전압 신호(74)가 바뀔 수 있다. 일정 전류 신호(66)를 가진 전압 신호(74) 값의 변화는 감마 방사선 검출의 잘못된 보고, 또는 기록을 야기할 수 있다.
전위계(56)에서의 온도 드리프트 영향으로 인한 잘못된 감마 방사선 검출을 바로잡기 위해서, 전위계(56)는 온도 드리프트 영향을 보상하기 위해 전압 신호(74)를 조정할 수 있다. 온도 드리프트 영향을 보상하는 한 가지 방법은 제어 설정(controlled setting) 내에서 온도 드리프트를 확인하고, 그런 다음 온도 차이를 보상하기 위해 전위계(56)의 전자 부품에 보정 인자(correction factor)를 실행하는 것이다. 하나의 예로, 원하는 애플리케이션으로의 설치 전에 전위계는 온도 제어 용기(temperature-controlled vessel)에 배치될 수 있다. 일정 전류 신호(66) 입력이 전위계(56)에 적용되는 동안에 용기(vessel)의 내부 온도가 변하고, 그 결과로 초래된 전압 신호(74) 출력이 기록된다. 온도 변화의 결과는 전위계(56)의 전자 부품에 실행되는 보정 인자를 생성하는데 사용될 수 있다. 보정 인자가 전위계(56)의 전자 부품에 실행된 후에 일정 전류 신호(66) 입력은 비교적 넓은 온도 범위를 거치면서 일정한 또는 거의 일정한 전압 신호(74) 출력이 된다. 각각의 전위계(56)는 각각의 온도 드리프트 프로필을 가지기 때문에, 설명된 방법은 개별적으로 모든 전위계(56) 각각에 대해 실행된다.
또 다른 예로, 보정 인자는 A×온도+B 의 형식을 취할 수 있는데, 여기서 A, B는 상수이다. 또 다른 예로, A 및 B는 선형함수 또는 비선형함수로도 나타낼 수 있다. 게다가, 보정 인자는 적어도 두 개의 다른 유형의 드리프트를 보상하는 역할을 할 수 있다. 첫째, 보정 인자는 저항의 저항값이 온도에 따라 변하는 경우에 I*R=V에 의해 결정되는 연산 증폭기(72)의 이득을 보상할 수 있다. 둘째, 보정 인자는 연산 증폭기(72)의 영점 드리프트(또는 오프셋)를 보상할 수 있다.
도 3의 보상 회로(76)는 전기적으로 병렬로 연결된 저항(78), 커패시터(80), 및 스위치(82)를 포함하는 서브 회로를 나타내지만, 다른 배치 또한 고려된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 저항, 커패시터, 및 스위치를 각각 포함하는 다수의 서브 회로는 각각의 서브 회로가 모든 다른 서브 회로에 병렬 연결되도록 하기 위해 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 서브 회로는 각 서브 회로와 관련된 서로 다른 보정 인자를 가질 수 있다. 특정 보정 인자에 의한 제한으로 인해 특정 서브 회로 또는 서브 회로들의 결합은 전류 신호(66) 값의 특정 범위를 위해 전환되어 사용될 수 있다. 특정 서브 회로 또는 각각의 보정 인자를 포함하는 서브 회로의 사용은 전위계(56)가 광범위한 전류 신호(66) 값의 범위에서 더 정확히 전류 신호(66)를 반영하는 전압 신호(74)를 생성할 수 있도록 한다. 예시에 따르면, 고압 전리함(46)을 침투한 감마 방사선은 시간당 약 1 마이크로 뢴트겐에서 시간당 약 100 뢴트겐이 될 수 있어, 1×108 동적 범위(dynamic range)를 야기한다. 보상 회로(76) 내 제 1 서브 회로는 동적 범위의 제 1 부분을 위한 보상 회로(76)로 전환될 수 있고, 제 2 서브회로는 동적 범위의 제 2 부분을 위한 보상 회로(76)로 전환될 수 있다. 각각의 보상 회로는 동적 범위의 특정 부분을 위해 맞춰진 각각의 보정 인자를 가질 수 있다.
환경 방사선 검사기(10)와 함께 사용되는 경우, 전위계(56)는 전선(82)에 의해 컨트롤러(50)에 전기적으로 연결될 수 있다. 컨트롤러(50)는 전압 신호(74)를 수신하고, 다양한 방식으로 전압 신호(74)를 처리할 수 있다. 하나의 예로, 컨트롤러(50) 내의 아날로그-디지털 변환기는 아날로그 전압 신호(74)를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 그리고 나서 마이크로프로세서(90)는 디지털 전압 신호를 수신하고 상기 디지털 전압 신호에 모든 필요한 보정을 수행한다. 보정된 디지털 전압 신호는 추후 적절한 출력(94)을 통한 회수를 위해 전자 메모리(92)에 배치된다. 하나의 예시적 출력은 보호 격납 장치(40)에 위치된 비바람에 견디는 표준 포트(a standard weather-tight port)일 수 있다(도 2에 가장 잘 나타남). 그렇지 않으면, 보정된 디지털 전압 신호는 양방향 통신 시스템(예를 들어, 안테나, 위성 방송 수신 안테나 등)과 같은 다른 예시적 출력(94)을 경유하여 다른 위치로 송신될 수 있다.
최종사용자가 보정 인자가 여전히 정확하게 유지되는지 아닌지를 결정하는 것을 돕기 위해 컨트롤러(50)는 테스트 기능(96)을 포함할 수 있다. 테스트 기능은 전위계(56) 주위의 온도를 상승시키도록 열 발생 장치(98)를 활성화시킨다. 열 발생 장치(98)는 다양한 구조, 배열, 및 작동 방법을 가질 수 있다. 또한, 열 발생 장치(98)는 단수 또는 복수의 요소/특징을 가질 수 있다. 열은 주위(ambient), 복사, 직접적, 간접적, 대류 등과 같이 어떤 방식으로도 제공될 수 있다. 하나의 예로, 열 발생 장치(98)는 전위계(56) 또는 전위계 격납 장치(48)로 데워진 공기를 운반하는(예를 들어, 블로우) 메커니즘이 될 수 있다. 하지만, 도시된 예시에서는 열 발생 장치(98)가 저항(98)이다. 전류는 저항이 열을 방출하도록 만들기 위해 저항을 거쳐 전달된다.
테스트 기능(96)은 저항(98)(예를 들어, 열 발생 장치)을 거쳐 전류를 흘려보내기 위해 전선(88)을 통해 전기 신호를 송신할 수 있다. 결국 저항(98)은 전위계(56) 주위의 온도를 상승시키는 열을 생성하고, 그로 인해 연산 증폭기(72)와 보상 회로(76)의 온도 변화를 유발한다. 저항(98)과 같은 열 발생 장치와 결합된 전위계(56)를 자기 발열 전위계(self-heating electometer)라 할 수 있다.
저항(98)은 전위계 격납 장치(48)의 내부 또는 외부에 위치될 수 있다. 하지만, 저항(98)의 배치는 연산 증폭기(72) 및 보상 회로(76)의 온도를 균등하게 상승시키는 것의 이득과 연산 증폭기(72)와 보상회로(76)에 매우 인접해 있는 것의 이득의 균형을 필요로 할 수도 있음을 유념해야 한다. 저항(98)의 몇 가지 위치가 인접성으로 인해 연산증폭기(92) 및/또는 보상 회로(76)의 상대적으로 빠른 히팅을 촉진할 수 있는 반면, 다른 위치들은 이득이 될 수도 있는 연산증폭기(72) 및 보상회로(76)의 균등한 히팅을 더 촉진할 수 있다. 예를 들어, 저항(98)이 전위계 격납 장치(48) 내에 위치되고, 밀폐된 전위계 격납 장치(48) 내부의 공기로 열 에너지를 소멸(dissipate)시킨다. 또 다른 예로, 저항(98)이 전위계 격납장치(48)의 외부 표면에 부착된다. 전류가 저항(98)을 통하여 흐름에 따라, 저항(98)은 발열하기 시작한다. 저항(98)에 의해 발생한 열은 전위계 격납 장치(48)를 직접적으로 가열하는 금속 전위계 격납 장치(48)로 전달될 것이다. 그러고 나서 가열된 전위계 격납 장치(48)는 열을 내부로 이동시키고, 연산증폭기(72) 및 보상 회로(76)의 온도를 올릴 것이다.
컨트롤러(50)는 연산증폭기(72) 및 보상회로 온도의 정확한 측정을 제공하기 위해 전위계(56)와 관련된 위치에 있는 써모커플(thermocouple)(102)을 포함할 수 있다. 테스트 기능(96)은 연산 증폭기(72) 및 보상 회로(76)가 써모커플(102)에 의해 읽혀지는 미리 설정된 온도에 이를 때까지 저항(98)으로의 전류 신호를 유지하는 프로그램을 포함할 수 있다. 한 가지 예를 들면, 테스트 기능은 연산 증폭기(72) 및 보상 회로(76)를 순서에 따라 다수의 설정 온도로 가열하는 단계에 관한 프로그램을 가질 수 있다.
각각의 설정 온도에 도달하면, 컨트롤러(50)는 전위계(56)로부터 전압 신호를 수신하고, 그 때 측정된 전압신호(74) 값을 애플리케이션을 가열하는 테스트 기능(96) 이전의 전압 신호(74) 초기 측정값과 비교할 수 있다. 만약 각각의 설정 온도에서 측정된 전압 신호(74) 값이 초기값과 동일하거나 거의 동일하다면, 그것은 보상 회로(76) 내 보정 인자가 여전히 정확하다는 것을 나타낸다. 보상 회로(76) 내 복수의 서브 회로가 있는 경우, 위에서 설명된 단계들은 각각의 서브 회로에 대한 보정 인자가 여전히 정확한지를 검증하기 위해 개개의 서브회로를 대상으로 실행될 수 있다.
테스트 기능(96)의 결과가 전위계(56)에 대한 보정 인자가 더 이상 정확하지 않음을 나타내는 경우, 보정 인자는 바뀌어야 할 것이다. 한 가지 예를 들면, 보정 인자를 개선하기 위해 외부 위치로부터 컨트롤러(50)로 소프트웨어 변화가 전달될 수 있다. 또 다른 예로, 서비스 기술자가 수동으로 보정 인자를 수정하기 위해 환경 방사선 감시기(10)에 직접 가도록 파견될 수 있다. 또 다른 예로, 환경 방사선 감시기(10)는 보정 인자의 수정을 위해 서비스 시설로 운반되거나 운송될 수 있다.
환경 방사선 감시기(10)에 대한 온도 보상 테스트 주기(temperature compensation test cycle)를 실행하는 예시적인 방법이 도 4에 일반적으로 도시되어 있다. 본 방법은 도 2에 도시된 예시적인 환경 방사선 감시기(10) 및 도 3에 도시된 예시적인 자기 발열 전위계(56)와 관련되어 수행될 수 있다. 본 방법은 환경 방사선 감시기(10)를 제공하는 단계(110)를 포함한다. 위에서 설명된 대로, 환경 방사선 감시기(10)는 전원 공급기(60) 및 상기 전원 공급기(60)에 전기적으로 연결된 고압 전리함(46)을 포함할 수 있다. 고압 전리함(46)은 전위계(56)에 의해 수신된 전류 신호(66)를 발생시키도록 구성된다. 전위계(56)는 전기 증폭기의 일 예인 연산 증폭기(72)를 포함한다. 연산 증폭기(72)는 전류 신호(66)를 전압 신호(72)로 변환한다. 보상 회로(76)는 연산 증폭기(72)에 전기적으로 연결되며, 여기서 보상 회로(76)는 전압 신호(74)를 수정하도록 구성된다. 또한, 전위계(56)는 열 발생 장치 중 하나인 저항(98)을 포함한다. 저항(98)은 연산 증폭기(72) 및 보상 회로(76)의 온도 변화를 유발하도록 구성된다.
본 방법은 제 1 시간에서 전압 신호(74)를 측정하는 단계(120)를 더 포함한다. 마이크로프로세서(90)는 아날로그-디지털 변환 후의 전압 신호(74)의 측정값을 판독할 수 있고, 마이크로프로세서(90)에 연결된 전자 메모리(92) 내에 측정값을 저장할 수 있다. 또한, 본 방법은 저항(98)과 같은 열 발생 장치를 활성화하는 단계(130)를 더 포함한다. 저항(98)은 연산 증폭기(72)와 같은 전기 증폭기 및 보상 회로(76)의 온도 변화를 유발한다.
또한, 본 방법은 제 2 시간에서 전압 신호(74)를 측정하는 단계(140)를 포함한다. 제 2 시간은 테스트 기능(96)에 프로그램된 대로 연산 증폭기(72) 및 보상 회로(76)가 설정 온도에 도달하는 시간이다. 본 방법은 제 1 시간에서 측정된 전압 신호 값을 제 2 시간에서 측정된 전압 신호 값과 비교하는 단계(150)를 포함하는데, 여기서 비교는 전위계(56) 온도 보상에 관한 정확도를 나타낸다.
또한, 본 방법은 전위계(56)가 들어가도록 구성된 전위계 격납 장치(48)를 포함하는 환경 방사선 검사기(10)와 함께 사용될 수 있다. 더욱이, 저항(98)은 전위계 격납 장치(48)에 부착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 예를 들면, 저항(98)을 활성화하는 단계는 전위계(56), 연산 증폭기(72), 보상 회로(76)에 대하여 적어도 20℃의 온도 변화를 유발하는 것을 포함한다. 또 다른 예로, 저항(98)은 전위계(56), 연산 증폭기(72), 보상 회로(76)에 대하여 적어도 30℃의 온도 변화를 유발한다. 원하는 설정 온도에 도달했을 때, 컨트롤러(50)는 전위계(56)로부터 전압 신호(74)를 수신할 수 있고, 전압 신호를 수신한 시간에 측정된 전압 신호(74)를 애플리케이션을 가열하는 테스트 기능(96) 이전에 측정된 전압 신호(74) 값과 비교한다. 만약 각 시간에서 측정된 전압 신호(74) 값들이 동일하거나 거의 동일하다면, 이것은 보상 회로(76) 내의 보정 인자가 여전히 정확하다는 하나의 표시이다.
설명된 예시들에서, 본 방법과 장치는 환경 방사선 검사기(10)로부터 얻어진 데이터가 현장에 배치되는 동안 온도 드리프트를 적절히 보상했다는 것을 보장하는 비교적 비싸지 않은 수단을 제공한다. 본 방법과 장치는 환경 방사선 검사기(10)의 최종사용자가 원격으로 문제를 처리할 수 있도록 하고, 온도 보상 문제를 진단할 수 있도록 돕는다.
본 발명은 상기 전술된 실시예와 관련하여 설명되었다. 수정 및 대안은 본 명세서를 읽고 이해하는 다른 사람들에게 발생할 것이다. 본 발명에 관한 하나 이상의 양태를 포함하는 실시예들은 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 한 그러한 모든 수정 및 대안을 포함하고자 한다.
10: 환경 방사선 감시기
12: 장치
14: 컨트롤 패키지
18: 격납 장치
20: 제 1 암(arm)
24: 제 2 암(arm)
26: 중앙 기둥
36: 안테나
40: 보호 격납 장치
42: 뚜껑
44: 실내 부피
46: 고압 전리함
48: 전위계 격납 장치
50: 컨트롤러
52, 62, 68, 88: 전선
56: 전위계
60: 전원 공급기
66: 전류 신호
72: 연산 증폭기
74: 전압 신호
76: 보상회로
78, 98: 저항
80: 커패시터
82: 스위치
90: 마이크로프로세서
92: 전자 메모리
94: 적절한 출력
100: 격납 장치
102: 써모커플

Claims (20)

  1. 전류 신호를 수신하는 전기 증폭기 - 상기 전기 증폭기는 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하도록 구성됨 - 와.
    상기 전기 증폭기에 전기적으로 연결된 보상 회로 - 상기 보상 회로는 상기 전압 신호를 수정하도록 구성됨 - 와,
    열 발생 장치 - 상기 열 발생 장치는 상기 전기 증폭기 및 상기 보상 회로의 온도 변화를 유발하도록 구성됨 - 를 포함하는
    전위계(electometer).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 발생 장치는 저항인
    전위계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전위계의 적어도 일 부분을 에워싸도록 구성된 전위계 격납 장치(electrometer enclosure)를 더 포함하는
    전위계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 발생 장치가 상기 전위계 격납 장치에 부착되도록 한
    전위계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 회로는, 상기 전기 증폭기 및 상기 보상 회로의 온도 변화를 보상하는 보정 인자(a correction factor)에 의해 상기 전압 신호를 수정하도록 구성된
    전위계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 신호를 수신하는 컨트롤러를 더 포함하는
    전위계.
  7. 전원 공급기와,
    상기 전원 공급기에 전기적으로 연결된 고압 전리함(a high pressure ionization chamber) - 상기 고압 전리함은 전류 신호를 생성하도록 구성됨 - 과,
    상기 고압 전리함에 전기적으로 연결된 전위계를 포함하되, 상기 전위계는:
    상기 전류 신호를 수신하여 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 전기 증폭기와,
    상기 전기 증폭기에 전기적으로 연결되어 상기 전압 신호를 수정하도록 구성된 보상 회로와,
    상기 전기 증폭기 및 상기 보상 회로의 온도 변화를 유발하도록 구성된 열 발생 장치를 포함하는
    환경 방사선 감시기(an environmental radiation monitor).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열 발생 장치는 저항인
    환경 방사선 감시기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전위계의 적어도 일 부분을 에워싸도록 구성된 전위계 격납 장치를 더 포함하는
    환경 방사선 감시기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 발생 장치는 상기 전위계 격납 장치에 부착된
    환경 방사선 감시기.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 보상 회로는, 보정 인자에 의해 상기 전압 신호를 수정하도록 구성되어 상기 전기 증폭기 및 상기 보상 회로의 온도 변화를 보상하는
    환경 방사선 감시기.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 전압 신호를 수신하는 컨트롤러를 더 포함하는
    환경 방사선 감시기.
  13. 환경 방사선 감시기를 위한 온도 보상 테스트 주기(a temperature compensation test cycle)를 실행하는 방법에 있어서,
    환경 방사선 감시기 - 상기 환경 방사선 감시기는, 전원 공급기와, 상기 전원 공급기에 전기적으로 연결된 고압 전리함(a high pressure ionization chamber) - 상기 고압 전리함은 전류 신호를 생성하도록 구성됨 - 과, 상기 고압 전리함에 전기적으로 연결된 전위계를 포함하되, 상기 전위계는, 상기 전류 신호를 수신하여 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 전기 증폭기와, 상기 전기 증폭기에 전기적으로 연결되어 상기 전압 신호를 수정하도록 구성된 보상 회로와, 상기 전기 증폭기 및 상기 보상 회로의 온도 변화를 유발하도록 구성된 열 발생 장치를 포함함 - 를 제공하는 단계;
    제 1 시간에서 상기 전압 신호를 측정하는 단계;
    상기 전기 증폭기 및 상기 보상 회로의 온도 변화를 유발하는 열 발생 장치를 활성화하는 단계;
    제 2 시간에서 상기 전압 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 제 1 시간에서 측정된 상기 전압 신호 값을 상기 제 2 시간에서의 상기 전압 신호 값과 비교하되, 상기 비교는 전위계 온도 보상의 정확도를 나타내는 단계; 를 포함하는
    방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 열 발생 장치는 저항인
    방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 환경 방사선 감시기는 상기 전위계의 적어도 일 부분을 에워싸도록 구성된 전위계 격납 장치를 더 포함하는
    방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 저항은 상기 전위계 격납 장치에 부착된
    방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 열 발생 장치를 활성화하는 단계는 적어도 20℃의 전위계 온도 변화를 유발하는 것을 포함하는
    방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 열 발생 장치를 활성화하는 단계는 적어도 30℃의 전위계 온도 변화를 유발하는 것을 포함하는
    방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 환경 방사선 감시기를 제공하는 단계는 상기 전기 증폭기 및 상기 보상 회로의 온도 변화로 인한 변화들을 보정하기 위해 상기 보상 회로로 상기 전압 신호를 보상하는 것을 더 포함하는
    방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 환경 방사선 검사기는 컨트롤러를 더 포함하는
    방법.
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