监测核辐射的信号处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及环保领域，尤其是涉及一种监测核辐射的信号处理装置。


背景技术：

2.随着我国经济的发展，政府正大力发展核能这种清洁能源以应对日益增长的能源需求。在利用核能的过程中，需要利用多种核辐射探测器对核电站或其他核设施释放的核辐射进行监测，以保障核电站及核设施的安全运行，并确保广大人民群众的生命及财产安全。
3.当前，可应用的核辐射探测器种类很多，该核辐射探测器基本上由探测元件(探头)和信号处理装置组成。其中，探测元件根据其探测原理主要分为电离室、技术管、闪烁探测器和半导体探测器等，鉴于探测元件由于工作原理不尽相同，对后端信号处理装置的要求也不完全相同。然而，目前市面上的信号处理装置大多由单一功能的模块组成，或者由具有不同功能的多个插件组成，且多采用自定义的总线形式，通用性和可移植性差。
4.更为严重的是，现有的核辐射探测器，当采用不同的探测元件时，需要对信号处理装置进行单独开发，从而造成研发周期漫长；且不同核辐射探测器装置间的部件无法通用和互换，造成了硬件资源的浪费。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种监测核辐射的信号处理装置，该信号处理装置采用台架式机箱安装方式，可适用于多种不同种类的探测元件，可以根据探测元件的种类选择不同功能的插件单元进行组合，具有良好的通用性和可扩展性。
6.根据本实用新型的一方面，至少一个实施例提供了一种核辐射探测器的信号处理装置，所述信号处理装置包括台架式机箱和插件，所述台架式机箱内置上下两排96芯连接器，其中，所述插件中的前插件通过下排96芯连接器安插，所述插件中的后插件通过上排96芯连接器安插，所述插件包括：前放插件，用于获取至少一个探测元件监测的至少一个核辐射信号，并通过所述前放插件对所述至少一个核辐射信号进行放大，其中，所述前放插件内置有可拆卸的与所述至少一个核辐射探测器匹配的至少一个前放电路板；信号处理插件，用于利用所述信号处理插件对所述放大的信号进行测量，并输出测量结果。
7.通过本实用新型上述实施例，信号处理装置采用台架式机箱安装方式，具有体积小、重量轻、模块化、功能丰富、数字化和可处理信号多样化的特点，该信号处理装置可适用于多种不同种类的探测元件，可以根据探测元件的种类选择不同功能的插件单元进行组合，具有良好的通用性和可扩展性。
附图说明
8.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述
中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
9.图1是根据本实用新型实施例的台架式机箱前面板示意图；
10.图2是根据本实用新型实施例的台架式机箱后面板示意图；
11.图3是根据本实用新型实施例的台架式机箱内部示意图；
12.图4是根据本实用新型实施例的台架式机箱底板示意图；
13.图5是根据本实用新型实施例的插件总体示意图；
14.图6是根据本实用新型实施例的前放插件示意图；
15.图7是根据本实用新型实施例的信号处理插件示意图；
16.图8是根据本实用新型实施例的信号显示插件示意图；
17.图9是根据本实用新型实施例的电源插件示意图。
具体实施方式
18.下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
19.需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
20.一般而言，利用核辐射在气体、液体或固体中引起的电离效应、发光现象、物理或化学变化进行核辐射探测的元件称为核辐射探测器。到目前为止，各种应用的核辐射探测器种类很多，工作原理不尽相同。探测器给出的信息能够直接或间接地确定核辐射的种类、能量、强度或核寿命等参数。
21.本实用新型的至少一个实施例，提供了一种核辐射探测器，该核辐射探测器由探测元件(探头)和信号处理装置组成，该信号处理装置包括：
22.台架式机箱，上述台架式机箱前面板图如图1所示，机箱后面板如图2所示，机箱的内部结构、底板形状和安装位置如图3所示，底板外观如图4所示。该台架式机箱包括机箱插件和底板，该机箱插件内置上下两排96芯连接器，即通过上下两排96芯连接器安插在机箱的底板上，底板完成插件之间的信号传输、通讯，其中，前插件通过下排96芯连接器安插，后插件通过上排96芯连接器安插。该信号处理装置的可扩展性主要体现在台架式机箱的后插件保留了一个空位(盲板处)，通常情况下该通用信号处理机箱已经可以实现市面上多数探测器的计数测量和能谱测量功能，在需要实现某些特殊功能的情况下，例如脉冲波形甄别、符合测量或提供时序信号时，可以通过开发新的机箱后插件实现功能的扩展。
23.也就是说，台架式机箱底板上集成了供电、数据采集、通信、控制、模拟量输出等各种类型的总线，96芯连接器即为总线的接口，不同功能的插件均能通过这些接口连接到底板上。由于采用了统一的总线接口定义，每一个96芯连接器位置均可以插入不同的插件，在实际应用中可避免插件插入错误的位置导致损坏的情况，而且符合总线定义方式开发的新
插件也可以顺利的与其它插件配合使用，不会产生干扰或导致功能障碍。同时，由于96芯接口的通用性，底板不具备插件单元的选择功能，插件单元的启用和功能参数调整主要是通过显示插件实现，具体操作也是在显示插件的触摸屏上通过相关菜单的点击完成。
24.插件，如图5所示，上述插件包括：前放插件501、放大插件503、信号处理插件505、信号显示插件507、高压插件509和电源插件5011。可选的，放大插件503只有前插件，高压插件509只有前插件，前放插件501只有后插件(前放插件501插接在底板后面，方便连接探测器以及给探测器提供高压)，信号显示插件507包括前、后插件，信号处理插件505包括前、后插件，电源插件5011包括前、后插件。其中，电源插件采用20hp(电源插件前面板尺寸为20hp，即为10cm)，其余插件均为16hp。
25.可选的，前放插件501，用于获取至少一个探测元件监测的至少一个核辐射信号，并通过前放插件501对至少一个核辐射信号进行放大，其中，前放插件501内置有可拆卸的与至少一个探测元件匹配的至少一个前放电路板。即前放插件501，向探测器提供可调的高压电源，并且放大来自探测器的微弱信号，内部原理如图6所示。该前放插件501前面板尺寸为16hp，即为8.128cm。
26.前放插件501包括脉冲放大电路，能实现至少一路(如2路)脉冲信号的放大；高压产生电路，能为至少一路(如2路)探测器提供高压；高压采样电路，对至少一路(如2路)高压进行分压送给信号处理插件505。也就是说，本实用新型为了与不同的探测元件相配，在前放插件501内配备有独立的前放电路板，由此在实际运用中可以根据探测器的种类及测量需求配置相应的前放电路板种类(电压灵敏、电荷灵敏和电流灵敏)。这些电路板的尺寸、连接及安装接口都完全统一，在需要更换探头时可以进行前放板的快速更换，也可直接选择直接更换整个前放插件。
27.需要说明的是，常用的探测器种类主要有气体探测器(含电离室和正比计数器)，半导体探测器和闪烁体探测器等。根据探测器输出信号成形方式的特点分类，前放插件501可分为三种：
28.一、电压灵敏前放，电压灵敏前放主要运用在探测器本身能量分辨率不高的情况下，与气体探测器和闪烁探测器配合使用。其采用的是电压成形方式，即在探测器输出端和放大器的输入端之间对探测器的输出电流脉冲进行积分，得到与核辐射能量成线性关系的电压脉冲。
29.二、电荷灵敏前放，电荷灵敏前放主要运用在高分辨率的能谱测量中，与半导体探测器配合使用。其本质上采用的也是电压成形方式，所不同的是电荷灵敏前放具有很大的等效输入电容，探测器本身的电容变化影响可以忽略不计，所以它的输出电压只取决于探测器的输出电荷量，具有极好的低噪声性能。
30.三、电流灵敏前放，电流灵敏前放主要运用在高本底和高计数率条件下进行能谱测量或时间测量分析，可与各种探测器配合使用。其采用的是电流成形方式，对探测器输出的电流信号直接进行放大。电流成形可以得到远比电压或电荷成形窄的多的脉冲，在一定程度上克服高计数率所引起的脉冲堆积现象。
31.在前放插件501至少一个脉冲放大电路板对至少一个核辐射信号进行放大形成至少一路脉冲信号后，放大插件503对至少一路脉冲信号进行甄别和隔离。即放大插件503，用于对前放插件501输出的信号进行甄别和隔离。
32.可选的，放大插件503，功能主要包括：a)甄别阈调节：通过前面板上的开孔调节电位器，对甄别阈进行调节。或通过来自信号处理插件505的甄别阈调节信号进行甄别阈调节；b)甄别阈手动测量：通过前面板上的甄别阈测孔对甄别阈值进行测量；c)脉冲甄别隔离：对来自前放&高压插件的2路脉冲信号进行甄别和隔离。其中，放大插件前面板尺寸为16hp，即为8.128cm。
33.可选的，信号处理插件505，用于利用信号处理插件505对放大的信号进行测量，并输出测量结果。上述信号处理插件505，设置有arm处理器，即采用tiheculesrm48l952安全级处理器(经过iec61508sil3认证，软件等级为安全级)，进行脉冲采集处理以及向信号显示插件507发送测量数据、报警控制、高压及甄别阈调节、4-20ma输入测量与输出控制。也就是说，信号处理插件502具备对多路(如两路)探测器信号同时进行处理的能力。根据应用场景的不同，信号处理插件505对于经过放大器整形放大后的脉冲信号处理方式分为两种：
34.一、计数测量。由于探测器输出的脉冲信号数目与通过探测器的核辐射强度成正比，单位时间内脉冲数目越多，说明辐射的强度越大。在只需要进行辐射强度测量的场景中，信号处理插件的信号处理通道(也称为计数通道)主要负责记录幅度处于上下甄别阈之间脉冲的数目。计数通道的工作过程为将放大器输出的信号经过甄别器整形成为逻辑信号，再对该信号进行计数，最后对计数的数值进行显示、记录和存储。计数测量对于各种类型的探测器都有应用。
35.二、能谱测量。在辐射测量中，有时除了需要获得辐射的强度信息，还需要获得辐射场中不同能量射线的分布信息，此时就需要进行能谱测量。此时，信号处理插件的信号处理通道(也称为能谱分析通道)需要将输入脉冲信号的幅度进行数字化，也就是通过脉冲幅度的甄别和幅度-数字变换，把脉冲幅度进行数字编码，然后进行分析处理，获得辐射场的能谱信息，即所谓的多道脉冲幅度分析技术。能谱测量主要运用在对于半导体探测器信号的处理之中，有时也会运用在闪烁体探测器上，气体探测器上则运用的较少。
36.信号处理插件505中多路(如两路)信号处理通道的功能选择，主要是通过信号显示插件507来实现，由操作人员根据实际需求在信号显示插件507的触摸屏上通过相关菜单的点击完成。相关信号处理通道的启用和关闭也是通过上述方式实现(主要对应单探测器应用的场景)。可选的，如图7所示，该信号处理插件505，功能主要包括：a)脉冲计数：将来自放大插件脉冲信号送入单片机，通过单片机测量脉冲计数。b)高压、甄别阈dac调节：通过dac对高压、甄别阈进行调节；c)高压、甄别阈测量：通过adc对高压、甄别阈进行测量；d)低压电源测量：通过adc对电源插件输出的各路低压电源进行测量；e)报警灯控制：对前高压插件高压异常报警灯进行控制；对放大插件甄别阈超下限报警灯进行控制；对电源插件上的故障报警灯进行控制；f)报警开关量输出：通过8组继电器输出8路开关量；g)4～20ma模拟量输出：输出4路4～20ma模拟量；h)4～20ma模拟量输入测量：对4路4～20ma模拟量输入进行测量；i)can通信：通过can收发模块与信号显示插件进行通信。其中，该信号处理插件前面板尺寸为8hp，即为4cm。
37.可选的，信号显示插件507，与信号处理插件505通过can收发模块进行通信，接收并显示信号处理插件505的测量数据。上述信号显示插件507，设置有arm处理器，即采用lpc1788，用于数据显示及按键响应、rs232通讯、rs485通讯、自检、设定值确认等，包括显示板、液晶屏、按键、指示灯。该arm处理器不执行任何安全相关功能。
38.如图8所示，该信号显示插件507功能主要包括：a)测量结果显示：接收来自信号处理插件的测量数据并显示(计数率采用科学计数法显示)；b)故障、报警状态显示：显示通道故障、警告和高值报警；硼表显示高值报警、低值报警、偏差报警、系统故障报警、硼表不可用。c)高压显示：显示通道的高压电源值；d)低压显示：显示各路低压值；e)自检功能：具备自检功能(接收来自dcs的有源触电信号控制)；f)设定值确认：接收来自dcs的设定值确认信号控制；g)rs232通讯、rs485通讯；h)can通信；i)历史数据存储。该信号显示插件前面板尺寸为16hp，即为8cm。
39.可选的，高压插件509，功能主要包括：a)高压输出开关：控制高压输出；b)高压输出调节：通过前面板上的开孔调节电位器，对高压输出进行调节。或通过来自信号处理插件505的高压调节信号进行高压输出调节；c)高压异常状态指示：接收来自信号处理插件505的高压超上下限报警控制信号，控制前面板上相应的报警指示灯；d)高压手动测量：通过前面板上的高压测孔对高压值进行测量。其中，高压插件前面板尺寸为16hp，即为8.128cm。
40.可选的，电源插件5011，通过台架式机箱底板上的通孔连接到ac220v，电源插件包含低压电源模块、电源开关、故障指示灯。电源模块提供
±
15v、
±
12va、 5v电源。电源插件原理图如图9所示。上述电源插件5011，将外部输入的ac220v转换为台架式机箱内部电路板需要的各种低压电源。a)前放插件501为模拟电路，选用电源模拟电源
±
12va，从电源插件到前放插件的
±
12va电源需要与其他电源隔离，他们的地在电源模块连接器用磁珠或0欧姆电阻进行分隔。模拟
±
12va从电源模块到电路板的接线需要与数字电源分开，采用屏蔽线进行接线。b)放大插件503为模拟电路，选用电源模拟电源
±
12va，从电源插件5011到前放插件501的
±
12va电源需要与其他电源隔离，他们的地在电源模块连接器出用磁珠或0欧姆电阻进行分隔。c)高压插件509为数字电路，选用 5v数字电源。d)信号处理插件505用于测量核脉冲，同时需要控制开关量输出，因此电源为
±
15v和 5v。e)信号显示插件507主要功能为显示和通讯，为数字电路，因此所用电源为 5v电源。
41.通过上述方式，本实用新型的信号处理装置采用台架式机箱安装方式，具有体积小、重量轻、模块化、功能丰富、数字化和可处理信号多样化的特点，该信号处理装置可适用于多种不同种类的探测元件，可以根据探测元件的种类选择不同功能的插件单元进行组合，具有良好的通用性和可扩展性。
42.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。