CN109061717A - 一种核辐射刻度实验室一键校准控制***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核辐射防护技术领域，提供一种核辐射刻度实验室一键校准控制***及其控制方法，该***包括操作站、控制器、数据处理显示单元、放射源控制装置、台车，所述放射源控制装置用于放置一个或多个放射源，控制寻源并暴露放射源建立标准场和屏蔽放射源关闭标准场；所述台车用于放置待校准仪表，并调节待校准仪表距离放射源的距离；该方法只需要根据仪表的量程范围选定待校准约定真值，按下“一键校准启动”按钮，等待校准完毕，即可得到各待校准约定真值的数据采集记录和最终的刻度系数，操作简单，可靠性高。

Description

一种核辐射刻度实验室一键校准控制***及其控制方法

技术领域

本发明涉及核辐射防护技术领域，具体的说是一种核辐射刻度实验室一键校准控制***及其控制方法。

背景技术

传统的核辐射刻度实验室，是在刻度室内建立标准场，设置一个可以自由调整与放射源距离的台车。待校准的仪表安装在台车载物台上，仪表外接数据处理显示单元。数据处理显示单元置于刻度室外，以观察仪表测得的辐射剂量率数值。操作站根据待校准的约定真值下达指令控制台车移动和放射源切换，使台车运行一定的距离和放射源转到相应的源位时停止。观察数据处理显示单元，记录此时的辐射剂量率数据。用标准场在该状态下的约定真值与该数据的多次测量平均值进行比对，计算得出仪表的校准参数。然后用同样的方法记录其余待校准约定真值的辐射剂量率数据并计算校准参数。

总的来讲，上述方法需要控制台车移动和控制放射源寻源，然后手动记录仪表测得的数据，计算数据平均值，再与约定真值进行比对计算，得出一个约定真值的校准参数。在有多个待校准约定真值的情况下，需要多次重复此过程。整个校准过程人工参与比较多，很繁琐且容易出错。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种核辐射刻度实验室一键校准控制***及其控制方法，该方法只需要根据仪表的量程范围选定待校准约定真值，按下“一键校准启动”按钮，等待校准完毕，即可得到各待校准约定真值的数据采集记录和最终的刻度系数，操作简单，可靠性高。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：一种核辐射刻度实验室一键校准控制***，该***包括操作站、控制器、数据处理显示单元、放射源控制装置、台车；

所述操作站包括上位机及配套的用于显示数据和下达指令的上位机软件；

所述控制器包括一个处理器和两个通讯模块，处理器处理数据和指令，控制台车移动，第一个通讯模块组态为Modbus主站，采集数据处理显示单元的辐射剂量率数据，第二个通讯模块组态为Modbus从站，与操作站交换数据和接收指令；

所述数据处理显示单元连接待校准仪表，以实现辐射剂量率数据的就地采集；

所述放射源控制装置用于放置一个或多个放射源，控制寻源并暴露放射源建立标准场和屏蔽放射源关闭标准场；

所述台车用于放置待校准仪表，并调节待校准仪表距离放射源的距离。

在上述技术方案中，所述处理器为西门子S7-CPU-1214C，所述通讯模块为西门子S7-CM-1241。

在上述技术方案中，所述放射源控制装置采用转台式结构，转台圆周上均布若干个屏蔽室，每个放射源单独放置于转台的一个屏蔽室内，屏蔽室配有屏蔽门，由电机控制转台转动，并控制屏蔽门打开或闭合，电机与上位机相连，需要寻源时由电机控制转到相应的源位时停止。

在上述技术方案中，所述台车包括用于放置待校准仪表的仪表台以及走行机构，由电机控制走形机构行走，电机与上位机相连。需要寻源时由电机控制台车运行一定的距离时停止。

本发明还提供一种上述的核辐射刻度实验室一键校准控制***的控制方法，包括以下步骤：

（1）固定待校准仪表在台车仪表台上，在控制器中组态好网络，安全清场后关闭实验室屏蔽门；

（2）按照待校准仪表的量程范围，选定几个待校准的约定真值；待校准约定真值对应有具体的放射源编号和台车运行距离的绝对值，只需要寻到该放射源和运行台车到该绝对值距离处，即可得到待校准约定真值；

（3）在操作站选择确定的几个待校准的约定真值，按下一键校准启动按钮，开始刻度；

（4）台车运行及放射源控制装置转动寻源至第1个待校准约定真值A1后停止，控制器每隔t秒自动记录一次数据处理显示单元采集的实时剂量率数据，共记录10次，计算这10次记录的平均值B1，得出此处的校准参数为C1=A1/B1；

（5）台车运行及放射源控制装置转动寻源至第2个待校准约定真值A2后停止，控制器每隔t秒自动记录一次数据处理显示单元采集的实时剂量率数据，共记录10次，计算这10次记录的平均值B2，得出此处的校准参数为C2=A2/B2；

（6）重复操作，直至台车运行及放射源控制装置转动寻源至第n个待校准约定真值An后停止，控制器每隔t秒自动记录一次数据处理显示单元采集的实时剂量率数据，共记录10次，计算这10次记录的平均值Bn，得出此处的校准参数为Cn=An/Bn；

（7）通过处理器计算得到本次的刻度系数值C=(C1+C2+…Cn)/n。

在上述技术方案中，待校准仪表有一定的量程，校准前需要在量程范围内确定待校准约定真值，待校准的约定真值是通过选择不同的放射源和不同的仪表距离放射源的距离值来实现的，是经过国家基准较量仪表在标准场中标定过的点。

在上述技术方案中，步骤（5）中n的取值为大于等于3的整数。选择几个待校准约定真值，就取几，一般取3。

在上述技术方案中，步骤（4）、（5）、（6）中t的取值为10秒。

在上述技术方案中，控制台车运行的过程如下：

在控制器中，每一个待校准约定真值都对应一个台车运行距离值，操作站选择三个约定真值，控制器得到三个约定真值的信号，从而确定台车运行的三个距离值；根据选择待校准约定真值的先后顺序，将这三个运行距离值分别写入三个绝对位置运动模块中；第一次运行台车利用“一键校准启动”按钮信号作为开始运行台车的标志位；第二次及以后的运行台车利用上次数据记录完成的信号作为开始运行台车的标志位，即可实现自动运行台车到达约定的位置。

在上述技术方案中，控制放射源控制装置转动寻源的过程如下：

在控制器中，每一个待校准约定真值都对应一个放射源，操作站选择三个约定真值，控制器得到三个约定真值的信号，从而确定三个放射源编号；每一次需要寻源时，根据选择待校准约定真值的先后顺序置位放射源编号的寻源标志位，每一次寻源结束后利用该编号源到位的数字量输入信号复位该寻源标志位，第一次寻源利用“一键校准启动”按钮信号作为开始寻源的标志位；第二次及以后的寻源利用上次数据记录完成的信号作为开始寻源的标志位，即可实现自动寻源。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.选定待校准约定真值，一键校准启动后，不需要其他操作。

2.自动记录数据，方便形成文件；自动处理数据，得出最终校准系数。

3.到达待校准约定真值后，每隔t时间记录一次数据，目的是等待探测器充分稳定后，采集的数据比较可靠。

附图说明

图1为本发明***的搭建示意图。

图2为本发明中操作站的按钮布置示意图。

图3为本发明中组态Modbus主站示意图。

图4为本发明中组态Modbus从站示意图。

图5为本发明中控制台车绝对位置运动模块示意图。

图6为本发明中寻源运动模块示意图。

图7为本发明中采样间隔时间的设置示意图。

图8为本发明中在第一个待校准约定真值处进中断的条件及组态进中断示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本实施例按图1所示搭建试验环境。主要包括操作站、控制器、数据处理显示单元、待校准探测器、台车、源屏蔽装置。通讯模块都采用RS-485串口连接，台车载着待校准探测器，控制器接受操作站的指令，然后控制台车移动以改变探测器与放射源的距离，在不同的距离得到不同大小的标准场用于探测器校准。

图2是操作站的按钮布置示意图。第一、二排按钮为待选定的约定真值，约定真值是经过国家基准仪器标定过，具有较高的准确性。每一个约定真值都对应有确定的放射源编号和确定的台车与放射源距离绝对值。在选定三个待校准真值后，按下“一键校准启动”按钮，当即开始刻度工作。当按下“一键校准停止”按钮，当前刻度工作就停止。

图3是组态Modbus主站，实现数据的采集。第一个模块是用来设置通讯方式。通讯方式采用串口通讯，波特率为9600，无校验位。第二个模块是用来设置请求读取数据的发送方式。“M0.1/Clock_5Hz”是5Hz的脉冲，表示每秒五次发送数据请求指令读取数据，然后把数据存储在“DB1.DBD28/DT1.Soc_Pst”的位置。“DB1.DBD28”是DB1全局数据块中第28个字节开始的双字地址。“MB_ADDR”为1表示数据处理显示单元的从站地址为1。“MODE”、“DATA_ADDR”与“DATA_LEN”组合表示读取采集数据处理显示单元地址1开始的2个字的数据，默认此2个字的数据为辐射剂量率的值。

图4是组态Modbus从站，实现与操作站数据交换。第一个模块是用来设置通讯方式。通讯方式采用串口通讯，波特率为9600，无校验位。第二个模块是用来设置从站地址和允许访问的块。“MB_ADDR”为2控制器的从站地址为2。“MB_HOLD_REG”为“DB16/Date_PLC_TO_PC”表示允许操作站访问DB16数据块。这些数据包括用来控制台车移动的指令，采集到的剂量率数据，数据处理后得到的结果等。

图5是控制台车绝对位置运动模块。“Axis”为“DB2”表示需要绝对值移动的对象是组态的工艺轴“平移轴”。在此组态的“平移轴”对象中包括电机运行一周台车运行的距离，以及台车的原点位置运行规则等参数，这些都是台车绝对值运行的基础。“Execute”为“DB16.DBX206.0/一键校准启动”表示启动一键运行，此指令来自操作站按钮，如图2所示。台车的第二次移动指令来自第一次数据记录完毕。“Positon”为“DB1.DBD78/DT1.距离_1”表示台车第一次运行的绝对值距离。此值是在操作站选定第一个待校准约定真值后，控制前将此约定真值对应的台车与放射源之间的距离写入到“DB1.DBD78/DT1.距离_1”地址中，指示绝对位置运动模块按此距离运行。第二次和第三次运行的绝对值距离同理。

图6是寻源运动模块。在一键校准启动、第一个待校准约定真值校准完毕和第二个待校准约定真值校准完毕时均需要寻找指定的放射源。寻源采取圆周运行方式，匀速运行，“DB23”是此寻源模块的背景数据块，内部组态有匀速运行的相关参数。“Axis”为“DB17/寻源轴”表示寻源需要动作的对象是组态的工艺轴“寻源轴”。寻源动作在启动一键校准后开始执行，寻源轴以10°/s的速度转动。寻到相应的源后，停止寻源动作。“DB1.DBW98/DT1.RD_计数”是记录数据的计数，其值从0开始到29结束，共记录三个待校准约定真值30个数据。当“DB1.DBW98”为“10”时，表示第一组数据记录完毕，开始第二次寻源。当“DB1.DBW98”为“20”时，表示第二组数据记录完毕，开始第三次寻源。

图7为采样间隔时间的设置。当采样正在进行中时，“DB1.DBD104/DT1.采样时间”保存写入的时间间隔，本例为10秒，即每隔10秒“DB1.DBX103.3/DT1.采样”置位一次，用于进入一次中断，采集一次数据。

图8为在第一个待校准约定真值处进中断的条件及组态进中断。在第一个待校准约定真值校准中时，台车运行完毕，并且寻源运行完毕，然后即可在采样周期下进入编号为20中断组织块。第二个和第三个待校准约定真值同理。

每进入一次中断，就把采集到的数据存储在数据块名为Data_from_PDU的内部名为Dest_D[0..29]的数组在一个元素中，存储后数组的地址指令+1，为下一次存储作准备。然后对得到的30个数据进行处理，即可得到最终的刻度系数。

其中：控制台车绝对位置运动模块、寻源运动模块、采样间隔时间的设置、在待校准约定真值处进中断的条件及组态进中断、数据存储等均由处理器实现。

本实施例的具体校准流程如下：

（1）按照图1所示在控制器中组态好网络，布置好设备并确认安全后关闭实验室屏蔽门；

（2）按照待校准探测器的量程范围，选定3个待校准的约定真值；

（3）在操作站选择确定的几个待校准的约定真值，按下“一键校准启动”按钮，开始校准；

（4）台车和放射源控制装置运行至第1个待校准约定真值A1后停止，控制器每隔10秒自动记录一次数据处理显示单元采集的实时剂量率数据，共记录10次，计算这10次记录的平均值B1，得出此处的校准参数为C1=A1/B1；

（5）台车和放射源控制装置运行至第2个待校准约定真值A2后停止，控制器每隔10秒自动记录一次数据处理显示单元采集的实时剂量率数据，共记录10次，计算这10次记录的平均值B2，得出此处的校准参数为C2=A2/B2；

（6）台车和放射源控制装置运行至第3个待校准约定真值An后停止，控制器每隔10秒自动记录一次数据处理显示单元采集的实时剂量率数据，共记录10次，计算这10次记录的平均值B3，得出此处的校准参数为C3=A3/B3；

（7）通过处理器计算即可得到了本次的刻度系数值C=(C1+C2+C3)/3。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

本发明的上述实例仅仅为清楚说明本发明所作的举例，而非本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种核辐射刻度实验室一键校准控制***，其特征在于：该***包括操作站、控制器、数据处理显示单元、放射源控制装置、台车；

所述操作站包括上位机及配套的用于显示数据和下达指令的上位机软件；

所述控制器包括一个处理器和两个通讯模块，处理器处理数据和指令，控制台车移动和控制放射源控制装置寻源，第一个通讯模块组态为Modbus主站，采集数据处理显示单元的辐射剂量率数据，第二个通讯模块组态为Modbus从站，与操作站交换数据和接收指令；

所述数据处理显示单元连接待校准仪表，以实现辐射剂量率数据的就地采集；

所述放射源控制装置用于放置一个或多个放射源，控制寻源并暴露放射源建立标准场和屏蔽放射源关闭标准场；

所述台车用于放置待校准仪表，并调节待校准仪表距离放射源的距离。

2.根据权利要求1所述的核辐射刻度实验室一键校准控制***，其特征在于：所述处理器为西门子S7-CPU-1214C，所述通讯模块为西门子S7-CM-1241。

3.根据权利要求1所述的核辐射刻度实验室一键校准控制***，其特征在于：所述放射源控制装置采用转台式结构，转台圆周上均布若干个屏蔽室，每个放射源单独放置于转台的一个屏蔽室内，屏蔽室配有屏蔽门，由电机控制转台转动，并控制屏蔽门打开或闭合，电机与上位机相连。

4.根据权利要求1所述的核辐射刻度实验室一键校准控制***，其特征在于：所述台车包括用于放置待校准仪表的仪表台以及走行机构，由电机控制走形机构行走，电机与上位机相连。

5.一种如权利要求1所述的核辐射刻度实验室一键校准控制***的控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）固定待校准仪表在台车仪表台上，在控制器中组态好网络，安全清场后关闭实验室屏蔽门；

（2）按照待校准仪表的量程范围，选定几个待校准的约定真值；待校准约定真值对应有具体的放射源编号和台车运行距离的绝对值，只需要寻到该放射源和运行台车到该绝对值距离处，即可得到待校准约定真值；

（3）在操作站选择确定的几个待校准的约定真值，按下一键校准启动按钮，开始刻度；

（4）台车运行及放射源控制装置转动寻源至第1个待校准约定真值A1后停止，控制器每隔t秒自动记录一次数据处理显示单元采集的实时剂量率数据，共记录10次，计算这10次记录的平均值B1，得出此处的校准参数为C1=A1/B1；

（5）台车运行及放射源控制装置转动寻源至第2个待校准约定真值A2后停止，控制器每隔t秒自动记录一次数据处理显示单元采集的实时剂量率数据，共记录10次，计算这10次记录的平均值B2，得出此处的校准参数为C2=A2/B2；

（6）重复操作，直至台车运行及放射源控制装置转动寻源至第n个待校准约定真值An后停止，控制器每隔t秒自动记录一次数据处理显示单元采集的实时剂量率数据，共记录10次，计算这10次记录的平均值Bn，得出此处的校准参数为Cn=An/Bn；

（7）通过处理器计算得到本次的刻度系数值C=(C1+C2+…Cn)/n。

6.根据权利要求5所述的核辐射刻度实验室一键校准控制***的控制方法，其特征在于：

步骤（5）中n的取值为大于等于3的整数。

7.根据权利要求5所述的核辐射刻度实验室一键校准控制***的控制方法，其特征在于：步骤（4）、（5）、（6）中t的取值为10秒。

8.根据权利要求5所述的核辐射刻度实验室一键校准控制***的控制方法，其特征在于：控制台车运行的过程如下：

在控制器中，每一个待校准约定真值都对应一个台车运行距离值，操作站选择三个约定真值，控制器得到三个约定真值的信号，从而确定台车运行的三个距离值；根据选择待校准约定真值的先后顺序，将这三个运行距离值分别写入三个绝对位置运动模块中；第一次运行台车利用“一键校准启动”按钮信号作为开始运行台车的标志位；第二次及以后的运行台车利用上次数据记录完成的信号作为开始运行台车的标志位，即可实现自动运行台车到达约定的位置。

9.根据权利要求5所述的核辐射刻度实验室一键校准控制***的控制方法，其特征在于：控制放射源控制装置转动寻源的过程如下：

在控制器中，每一个待校准约定真值都对应一个放射源，操作站选择三个约定真值，控制器得到三个约定真值的信号，从而确定三个放射源编号；每一次需要寻源时，根据选择待校准约定真值的先后顺序置位放射源编号的寻源标志位，每一次寻源结束后利用该编号源到位的数字量输入信号复位该寻源标志位，第一次寻源利用“一键校准启动”按钮信号作为开始寻源的标志位；第二次及以后的寻源利用上次数据记录完成的信号作为开始寻源的标志位，即可实现自动寻源。