一种非放射性的射线模拟装置及射线监测模拟教学仪的制作方法

1.本实用新型涉及核电厂放射源模拟教学的技术领域，更具体地说，涉及一种非放射性的射线模拟装置及射线监测模拟教学仪。


背景技术：

2.核设施运营单位在运营过程中，需要对参与电厂运行与维修的工作人员进行辐射安全授权培训，培训内容包含辐射场、污染源的监测。由于培训教室设置于非放射性的场所，使用真实放射源进行教学会对环境产生危害，增加培训人员、学员的受照剂量。不使用放射源进行教学时，又使学同对辐射源与辐射监测缺乏真实感受，导致培训效果不佳。
3.目前已有设备可使用化学品模拟放射性，然而，监测设备仅模拟是否存在放射性，无法实现不同距离下射线监测结果强弱变化的模拟，且监测设备与真实监测设备外形差别较大，培训效果仍然得不到有效改善。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种非放射性的射线模拟装置及射线监测模拟教学仪。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种非放射性的射线模拟装置，包括：近场发射器和场强接收处理器；
6.所述近场发射器用于进行非放射性的射线模拟并输出电磁信号；
7.所述场强接收处理器用于接收所述电磁信号并对所述电磁信号进行信号身份鉴定、波形处理、数模转换处理、以及量化处理，并将量化处理后的信号输出。
8.其中，所述近场发射器包括：近场输出器；
9.所述近场输出器用于产生所述电磁信号并输出。
10.其中，所述近场发射器还包括：与所述近场输出器连接的电源管理模块；
11.所述电源管理模块用于向所述近场发射器提供电源信号及进行电能管理。
12.其中，所述近场发射器还包括：用于产生波形信号的波形发生器。
13.其中，所述近场发射器还包括：与所述电源管理模块连接的开关指示模块；
14.所述开关指示模块用于进行开关指示。
15.其中，所述近场发射器还包括：与所述近场输出器连接的身份编码模块；
16.所述身份编码模块用于对所述近场输出器产生的电磁信号进行身份编码。
17.其中，所述场强接收处理器包括：磁场感应模块；
18.所述磁场感应模块用于感应所述近场发射器发射的电磁信号并输出感应信号。
19.其中，所述场强接收处理器还包括：与所述磁场感应模块连接的波形处理模块；
20.所述波形处理模块用于对所述感应信号进行整形及放大处理，并输出整形及放大后的波形信号。
21.其中，所述场强接收处理器还包括：与所述波形处理模块连接的信号身份鉴定模
块；
22.所述信号身份鉴定模块用于对所述波形信号身份鉴定并输出经过身份鉴定后的信号。
23.其中，所述场强接收处理器还包括：与所述信号身份鉴定模块连接的数模转换模块；
24.所述数模转换模块用于对所述经过身份鉴定后的信号进行数模转换处理，并输出数字信号。
25.其中，所述场强接收处理器还包括：与所述数模转换模块连接的量化输出模块；
26.所述量化输出模块用于对所述数模转换模块输出的数字信号进行量化处理后，输出量化信号。
27.本实用新型还提供一种非放射性的射线监测模拟教学仪，包括：以上所述的非放射性的射线模拟装置、以及与所述非放射性的射线模块装置连接的原仪表部件。
28.实施本实用新型的非放射性的射线模拟装置及射线监测模拟教学仪，具有以下有益效果：包括：近场发射器和场强接收处理器；近场发射器用于进行非放射性的射线模拟并输出电磁信号；场强接收处理器用于接收非放射性的射线并对非放射性的射线进行身份鉴定、波形处理、数模转换处理、以及量化处理，并将量化处理后的非放射性的射线输出。本实用新型可避免在使用真实放射源造成环境辐射升高的问题，且在教学过程中教员与学员不会受到辐射照射，可在任意场合进行放射性测量教学，且模拟效果逼真，有效提升培训教学效果。
附图说明
29.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
30.图1是本实用新型实施例提供的近场发射器的原理框图；
31.图2是本实用新型实施例提供的场强接收处理器及与原仪表部件连接的原理框图；
32.图3和图4是本实用新型实施例提供的近场发射器的电路图；
33.图5和图6是本实用新型实施例提供的场强接收处理器的电路图。
具体实施方式
34.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
35.为了解决目前的核电辐射安全培训中存在射线辐射，对培训人员产生人体危害，或者不采用放射源导致培训效果不佳的问题，本实用新型提供了一种非放射性的射线模拟装置，该射线模块装置不产生射线，逼真模拟仪表对不同射线在不同方位与不同距离下的强弱变化响应，使用时可对学员产生与真实放射源监测相同的测量感受，避免在非放射性教学场所使用真实放射源的各种危害，提升放射性工作人员的培训效果。
36.具体的，参考图1，图1为本实用新型提供的非放射性的射线模拟装置。
37.如图1所示，该非放射性的射线模拟装置包括：近场发射器10和场强接收处理器20。
38.近场发射器10用于进行非放射性的射线模拟并输出电磁信号。通过该近场发射器10可以实现对射线的模拟，其中，该近场发射器10输出的电磁信号没有辐射，无放射性，对人体没有伤害。
39.场强接收处理器20用于接收电磁信号并对电磁信号进行信号身份鉴定、波形处理、数模转换处理、以及量化处理，并将量化处理后的信号输出。
40.可选的，本实用新型提供的非放射性的射线模拟装置可适用包括但不限于α射线、β射线、以及γ射线。
41.一些实施例中，近场发射器10包括：近场输出器105；该近场输出器105用于产生电磁信号并输出。可选的，本实用新型实施例的近场输出器105使用空气磁导率u0作为场传输媒介，其中，振荡波形为38khz，对应的波长约为8米，按照波的最优发射天线长度为四分之一波长则为约2米的发射天线，且全向天线应为直天线。进一步地，为了规避能量以电磁波形式发散出去，因此，本实用新型实施例的近场输出器105以螺旋式、总长0.5米的旋转发射盘作为磁场传递输出。
42.一些实施例中，该近场发射器10还包括：与近场输出器105连接的电源管理模块101；该电源管理模块101用于向近场发射器10提供电源信号及进行电能管理。
43.可选的，该电源管理模块101可由多节电池并联使用。
44.一些实施例中，近场发射器10还包括：用于产生波形信号的波形发生器102。可选的，该波形发生器102所产生的波形信号为正弦振荡波。
45.一些实施例中，近场发射器10还包括：与电源管理模块101连接的开关指示模块103；该开关指示模块103用于进行开关指示。可选的，该开关指示模块103可对电源的开关进行指示。
46.一些实施例中，近场发射器10还包括：与近场输出器105连接的身份编码模块104；该身份编码模块104用于对近场输出器105产生的电磁信号进行身份编码。可选的，该身份编码模块104可对近场输出器105产生的电磁信号进行编码，避免其他信号干扰。
47.一些实施例中，该场强接收处理器20包括：磁场感应模块201；该磁场感应模块201用于感应近场发射器10发射的电磁信号并输出感应信号。
48.一些实施例中，该场强接收处理器20还包括：与磁场感应模块201连接的波形处理模块202；该波形处理模块202用于对感应信号进行整形及放大处理，并输出整形及放大后的波形信号。
49.一些实施例中，该场强接收处理器20还包括：与波形处理模块202连接的信号身份鉴定模块202；信号身份鉴定模块202用于对波形信号身份鉴定并输出经过身份鉴定后的信号。通过该信号身份鉴定模块202可对所接收的信号进行身份鉴定，过滤干扰信号。
50.一些实施例中，该场强接收处理器20还包括：与信号身份鉴定模块202连接的数模转换模块204；数模转换模块204用于对经过身份鉴定后的信号进行数模转换处理，并输出数字信号。
51.一些实施例中，该场强接收处理器20还包括：与数模转换模块204连接的量化输出模块205；量化输出模块205用于对数模转换模块204输出的数字信号进行量化处理后，输出量化信号。可选的，该量化输出模块205可对所接收的信号进行正比例量化。
52.参考图3和图4，图3和图4为本实用新型提供的近场发射器10一实施例的电路图。
53.如图3所示，该电源管理模块101包括：p2、p5、p6和p7四个电池，该四个电池均可由5号3.6v碱性电池实现，该四个电池并联使用。如图3所示，第一二极管d1和第三二极管d3可形成防反电路，其可避免电池防反接，防止电池如果误反接导致电池相互短接导致电池短路，造成危险或者设备损坏。其中s2是自锁开关，起到硬件控制电池供电的通断。
54.如图3所示，供电后运放u3b作为低电量检测单元，利用u2提供的2.5v参考电压提供给运放的负输入，s3是精密电位器，用来调整电池电量的采样电压，按照电池的放电曲线特性，设置在2.8v的电池电量进行低电量动作。一旦电池低电量，运放驱动第六二极管d6工作，第六二极管d6是快速闪烁led，在低电量时，第六二极管d6不断闪烁以提示使用人员需要更换电池。
55.进一步地，如图3所示，开关指示模块103由第四二极管d4执行。其中，第四二极管d4为绿色发光二极管，其串联第十二电阻r12和第十五电阻r15在电路中使用，当开关按下时，电池给指示电路供电，第四二极管d4发射绿色光指示设备已经工作。
56.如图4所示，波形发生器102是一个以振荡频率为38khz正弦波的振荡电路，振荡电路以第四三极管q4在电路中以正反馈的形式工作，第一电感l1、第十电容c10、第六电容c6、第七电容c7、第十一电容c11作为振荡的选频元件组成lc的选频网络，第八电阻r8、第十电阻r10作为第四三极管q4的偏激电压，保证第四三极管q4能够起振，维持波形的输出稳定度。
57.如图4所示，身份编码模块104可由u3a作为主要控制部件，电源通过第十八电阻r18和第二十电阻r20串联取样提供给u3a的正输入脚，同时在u3a的1脚输出电压提供给s4(精密电位器)、第二十一电阻r21，作为正输入脚的并联参考电压，此引脚的电压在正常工作时呈现施密特的特性，1脚输出的信号同时通过第十七电阻r17、第十三电容c13组成的rc电路提供激励电压给到u3a的负输入，因输出脚与负输入脚成电特性相反，因此，采用rc负反馈后，整个电路会出现方波的振荡。通过调整s4的值可以调整相应频率，调制成10hz的调制波，实现对发射信号的身份识别编码。调制后的信号通过第一三极管q1和第二三极管q2两级放大后，最后由第三三极管q3、第二二极管d2、第七电阻r7组成的双边调制信号消减成单边调制信号送到下一级电路。
58.如图4所示，近场输出器105通过p4以螺旋式总长0.5米的旋转发射盘作为磁场传递输出给场强接收处理器20。
59.如图5所示，磁场应模块由p2作为场接收器，第五电容c5作为耦合电容把接收到的磁场信号传递到下一级处理。
60.如图5所示，第一电阻r1和第十二电阻r12作为第六三极管q6的直流偏置电阻，第六三极管q6作为共集电极放大电路，具有低输入阻抗的特性，对于环境中的偶发磁场，如电机启停，电话信号的接通具有很强的抑制作用，可以有效的抑制接收的干扰信号。放大后的信号由隔直电容c7耦合到由第四三极管q4组成的集电极输出反向放大，本级放大如不考虑极间耦合因素，设计为放大倍数约12倍。由第五三极管q5、第二二极管d2、第六电阻r6等元件组成的网络变换器，把上一级送来的放大信号变换成与幅度成正比的直流带编码信号并传输到下一级处理。
61.如图6所示，第二十三电阻r23传入直流信号到单片机u1进行adc读取，判断信号的强弱，再由u4a作为比较器，把上一级转换后的身份信息提供到中断口(单片机u1的第13脚)
作为信号的身份识别。
62.如图6所示，经过身份鉴定后的信号，由单片机u1进行信号幅度的模数转换处理。
63.经过模数转换获取的数值，通过单片机u1进行正比例变换成对应的剂量率值后，根据该剂量率值调用预先获取的辐射信号谱，实现对获取的信号的量化输出。由第二十七电阻r27把单片机量化后的信号送到第七三极管q7进行反向开关量输出，同时第七三极管q7也起与原仪表部件进行隔离的作用，最后由p8接口送入原仪表部件。
64.进一步地，如图2所示，本实用新型实施例公开还提供非放射性的射线监测模拟教学仪，该射线监测模拟教学仪包括：本实用新型实施例公开的非放射性的射线模拟装置、以及与非放射性的射线模块装置连接的原仪表部件。
65.可选的，原仪表部件包括但不限于环境辐射测量仪、表面污染监测仪、电子个人计量计内，作为射线接收、处理显示端。其中，环境辐射测量仪使用了核电厂在用的s100及6150ad5两种环境辐射测量仪，安装场强接收处理器20后分别称为模拟s100、模拟6150ad5；表面污染监测仪使用了电厂在用的pb
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gm2表面污染监测探头，安装场强接收处理器20后称为模拟gm2监测探头；使用了电厂在用的6150ad17表面污染监测探头，安装场强接收处理器20后称为模拟6150ad17监测探头；电子个人计量计使用了电厂在用的edp
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g电子个人剂量计，安装场强接收处理器20后称为模拟epd。这些设备通过以下方法进行模拟信号与原设备之间的量化输出。
66.具体的，模拟s100的信号接收与转换工作原理，首先利用单片机编程采集真实s100在本底值至最高测量范围内的信号谱图，将此谱图与场强接收处理器20接收到的模拟信号进行信号比较处理，根据不同模拟信号强度，将对应信号谱图内的信号发送到s100的原探头输入端，模拟接收到的不同剂量率。
67.模拟6150ad5的信号接收与转换工作原理与模拟s100相同。
68.模拟gm2的信号接收与转换工作原理模拟s100相同。
69.模拟6150ad17监测探头的信号接收与转换工作原理模拟s100相同。
70.模拟epd的信号接收与转换工作原理，由于原设备为硅探测器，采用发光器件对其照射可产生信号输出，故该模拟epd使用光源激发原理进行射线模拟。将epd测量量程进行分段划分，对不同量程段，使用不同亮度进行照射，亮度信号由场强接收处理器20根据磁场的强弱进行控制，从而实现模拟epd与模拟源不同距离时(即模拟真实epd与真实放射源距离变化)，epd探头输出等比例变化的测量值。
71.以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。