CN218956815U - 一种移动式放射性惰性气体监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种移动式放射性惰性气体监测装置，通过反符合PIPS探头探测环境中的β射线和γ射线，通过处理电路进行信号处理，得到放射性惰性气体的β计数，NaI(Tl)探头探测放射性惰性气体所释放的特征γ射线，通过光电转换模块转换为电脉冲信号，发送至多道能谱分析模块进行幅度分析，测控装置将采集的各类信号传输至人机互动装置，使得人机互动装置的数据处理模块对各类信号进行放射性活度浓度计算以及核素识别，实现了既可以自由移动至所需监测的位置，还能够连续监测和显示气体放射性活度，同时能够分辨出所监测惰性气体的核素。

Description

一种移动式放射性惰性气体监测装置

技术领域

本实用新型涉及气体监测技术领域，尤其涉及一种移动式放射性惰性气体监测装置。

背景技术

核***试验、核电站的工作过程及放射性药物的生产过程中都会产生放射性惰性气体，无论是研究排出放射废气对环境的影响，还是监测核禁试验或核应急事故，都需要对其产生的放射性惰性气体进行监测。

由于环境空气中放射性惰性气体的放射性活度浓度很低，一般采用现场长时间大体积取样，然后送到实验室进行离线测量的方法。这种离线测量方法虽然可以探测低水平放射性惰性气体浓度，但是该方法费工费时，并且在许多特定核工业工作场所，仅仅进行这种单次离线测量是不够的，甚至是不允许的，必须进行连续实时自动监测。连续自动监测可以随时发现和掌握核设施的运行情况，及时发现事故或事故隐患，保证核设施安全可靠的运行。放射性惰性气体连续监测仪是判断核泄漏的重要监测仪器之一。

目前，对放射性惰性气体监测，主要有两种形式：一种是固定式的监测道，另一种是移动式监测仪。其中，固定式惰性气体监测道在泄漏监测中发挥着重要的作用，但是由于固定式惰性气体监测通道是不可移动，在一定程度上限制了其应用的范围。移动式惰性气体监测仪由于体积小、移动方便等优点，弥补了固定式监测仪的不足。

由于现有移动式惰性气体监测仪虽然能够连续监测和显示总放射性活度，但是不能识别核素。了解监测对象中各核素信息能够实现：1、更清楚监测对象；2、可由外部监测信息分析、推断核试验和其他核过程，还可得出如反应堆泄漏率等信息；3、通过测量信息与各种模型模拟计算结果进行对比，可以检验计算模型的正确性。

基于以上考虑，亟需本领域技术人员提供一种移动式放射性惰性气体监测仪，既可以自由移动至所需监测的位置，还能够连续监测和显示气体放射性活度，同时能够分辨出所监测惰性气体的核素。

实用新型内容

本实用新型提供了一种移动式放射性惰性气体监测仪，使得既可以自由移动至所需监测的位置，还能够连续监测和显示气体放射性活度，同时能够分辨出所监测惰性气体的核素。

有鉴于此，本实用新型提供了一种移动式放射性惰性气体监测装置，所述装置包括：

采样装置、测控装置以及人机交互装置；

所述采样装置包括反符合PIPS探头、处理电路、NaI(Tl)探头、光电转换模块以及多道能谱分析模块；

所述反符合PIPS探头通过所述处理电路与所述测控装置电连接；

所述NaI(Tl)探头依次通过所述光电转换模块以及所述多道能谱分析模块与所述测控装置电连接；

所述人机交互装置与所述测控装置连接；

所述人机交互装置包括显示模块以及数据处理模块。

可选地，所述采样装置还包括依次连接的进气口、过滤器以及阀门；

所述阀门的出气端与所述反符合PIPS探头连接。

可选地，所述采样装置还包括：电荷灵敏前置放大器；

所述电荷灵敏前置放大器分别与所述反符合PIPS探头以及所述处理电路连接。

可选地，所述处理电路具体由极零相消电路、放大成形电路、幅度甄别电路及反符合电路组成。

可选地，所述反符合PIPS探头具体包括前置PIPS探头以及后置PIPS探头；

所述前置PIPS探头与所述后置PIPS探头分别与所述处理电路电连接。

可选地，所述采样装置还包括：屏蔽层；

所述屏蔽层具体由铅层以及屏蔽外壳组成。

可选地，所述铅层设置于所述NaI(Tl)探头、所述光电转换模块以及所述多道能谱分析模块外部；

所述屏蔽外壳设置于所述采样装置的外部。

可选地，所述测控装置具体包括模数转换模块以及控制模块；

所述模数转换模块的输入端分别与所述处理电路以及所述多道能谱分析模块连接；

所述模数转换模块的输出端与所述控制模块连接。

可选地，所述多道能谱分析模块中集成有温度测量模块；

所述温度测量模块的采样端与所述NaI(Tl)探头接触连接。

可选地，所述模数转换模块包括高速模数转换模块以及低速模数转换模块；

所述高速模数转换模块分别与所述处理电路以及所述多道能谱分析模块连接；

所述低速模数转换模块与所述温度测量模块的输出端连接。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型中，提供了一种移动式放射性惰性气体监测仪，通过反符合PIPS探头探测环境中的β射线和γ射线，通过处理电路进行信号处理，得到放射性惰性气体的β计数，NaI(Tl)探头探测放射性惰性气体所释放的特征γ射线，通过光电转换模块转换为电脉冲信号，发送至多道能谱分析模块进行幅度分析，测控装置将采集的各类信号传输至人机互动装置，使得人机互动装置的数据处理模块对各类信号进行放射性活度浓度计算以及核素识别，实现了既可以自由移动至所需监测的位置，还能够连续监测和显示气体放射性活度，同时能够分辨出所监测惰性气体的核素。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种移动式放射性惰性气体监测仪的结构示意图；

其中，附图标记为：

1、进气口；2、过滤器；3、阀门；4、反符合PIPS探头；5、电荷灵敏前置放大器；6、处理电路；7、屏蔽层；8、温度测量模块；9、NaI(Tl)探头；10、光电转换模块；11、多道能谱分析模块；12、压力测量模块；13、流量测量模块；14、抽气泵；15、消音器；16、出气口；17、高速模数转换模块；18、低速模数转换模块；19、控制模块；20、人机交互装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

本实用新型设计了一种移动式放射性惰性气体监测仪，使得既可以自由移动至所需监测的位置，还能够连续监测和显示气体放射性活度，同时能够分辨出所监测惰性气体的核素。

为了便于理解，请参阅图1，图1为本实用新型实施例中一种移动式放射性惰性气体监测仪的结构示意图，如图1所示，具体包括：

采样装置、测控装置以及人机交互装置；

采样装置包括反符合PIPS探头4、处理电路6、NaI(Tl)探头9、光电转换模块10以及多道能谱分析模块11；

反符合PIPS探头4通过处理电路6与测控装置电连接；

NaI(Tl)探头9依次通过光电转换模块10以及多道能谱分析模块11与测控装置电连接；

人机交互装置20与测控装置连接；

人机交互装置20包括显示模块以及数据处理模块。

需要说明的是，反符合PIPS探头4主要用于探测放射性惰性气体中的β射线和环境中的γ射线，反符合PIPS探头4的探测信号经过处理电路6完成信号处理，从而得到放射性惰性气体的β计数。处理电路6与测控装置连接，通过测控装置将β计数信号传输至人机交互装置20，由人机交互装置20的数据处理模块对β计数进行数据处理；

NaI(Tl)探头9主要用于探测放射性惰性气体所释放的特征γ射线，NaI(Tl)探头9探测到特征γ射线信号后，将特征γ射线信号转换为光信号，再通过光电转换模块10将光信号转换为电脉冲信号，输出至多道能谱分析模块11进行幅度分析。多道能谱分析模块11通过分析得到特征γ射线信号对应的γ射线能谱，并将γ射线能谱传输至人机交互装置20，由人机交互装置20的数据处理模块对γ射线能谱进行数据处理；

人机交互装置20的数据处理模块通过对β计数以及γ射线能谱进行处理，得到放射性惰性气体的活度浓度，通过对比特征γ射线能量与数据库中放射性惰性气体核素特征γ，以判别气体中的放射性惰性气体核素，从而达到分辨核素的目的，从而实现了对环境中惰性气体的核素识别以及放射性总活度监测。

多道能谱分析模块11采用FPGA加高速ADC的方式来实现，并集成高压产生电路。

进一步地，采样装置还包括依次连接的进气口1、过滤器2以及阀门3；

阀门3的出气端与反符合PIPS探头4连接。

需要说明的是，进气口1与待测气路管道进行对接，也可以直接抽取空气，以监测空气中放射性惰性气体的活度浓度。

过滤器2主要用于去除空气中的颗粒杂质，可以包括依次连接的进气端盖、过滤盒以及出气端盖，进气端盖与过滤盒、过滤盒与出气端盖之间均设有密封圈，过滤盒内还可以设置有过滤网，在压差大于10kPa时，需要更换过滤盒内的过滤网。因此，进一步地，过滤器2的两端并联设置有压力测量模块12，压力测量模块12可以实时显示过滤器2两端的压力差，当过滤器2内过滤网上积累的颗粒物达到一定量时，气路中流量降级，导致过滤器2两端的压力差增大，当压力差达到预设阈值，例如10kPa时，需要操作人员手动更换过滤器2内的过滤网。

压力测量模块12的数据将通过低速模数转换模块18传输至人机交互装置20中。

阀门3受测控装置的控制，根据测控装置发送的指令进行打开或闭合。

进一步地，采样装置还包括：电荷灵敏前置放大器5；

电荷灵敏前置放大器5分别与反符合PIPS探头4以及处理电路6连接。

需要说明的是，在反符合PIPS探头4以及处理电路6之间还设置有电荷灵敏前置放大器5，电荷灵敏前置放大器5对反符合PIPS探头4探测得到的反符合PIPS探测信号进行放大。

进一步地，处理电路6具体由极零相消电路、放大成形电路、幅度甄别电路及反符合电路组成。

需要说明的是，处理电路6实际为脉冲处理电路6，处理电路6具体由极零相消电路、放大成形电路、幅度甄别电路及反符合电路组成，主要用于实现波形的调理。

进一步地，反符合PIPS探头4具体包括前置PIPS探头以及后置PIPS探头；

前置PIPS探头与后置PIPS探头分别与处理电路6电连接。

需要说明的是，反符合PIPS探头4具体由前置PIPS探头以及后置PIPS探头组成，前置PIPS探头主要用于探测放射性惰性气体中β射线和环境中的γ射线，后置PIPS探头主要用于探测环境中的γ射线。

进一步地，采样装置还包括：屏蔽层7；

屏蔽层7具体由铅层以及屏蔽外壳组成。

需要说明的是，为了去除采样测量时环境中γ射线影响，采用屏蔽层7进行屏蔽，屏蔽层7具体是由铅层以及屏蔽外壳组成。

进一步地，铅层设置于NaI(Tl)探头9、光电转换模块10以及多道能谱分析模块11外部；

屏蔽外壳设置于采样装置的外部。

需要说明的是，为了减轻所述监测仪的整体重量，采样装置各处采用不同的铅层布局：由于反符合PIPS探头4可以通过处理电路6中反符合电路去除环境中的γ射线影响，所以反符合PIPS探头4后端不添加铅层；NaI(Tl)探头9和光电转换模块10外部增设2cm铅层，多道能谱分析模块11外部采用1cm铅层。

进一步地，测控装置具体包括模数转换模块以及控制模块19；

模数转换模块的输入端分别与处理电路6以及多道能谱分析模块11连接；

模数转换模块的输出端与控制模块19连接。

需要说明的是，测控装置采用模数转换模块，对处理电路6以及多道能谱分析模块11输出的模拟信号转换为数字信号输入至控制模块19，通过控制模块19与人机交互装置20完成交互。

进一步地，多道能谱分析模块11中集成有温度测量模块8；

温度测量模块8的采样端与NaI(Tl)探头9接触连接。

需要说明的是，多道能谱分析模块11中集成有温度测量模块8，具体可以为热电阻组件，温度测量模块8可以通过紧贴NaI(Tl)探头9的两个热电阻组件来实现温度测量。

进一步地，模数转换模块包括高速模数转换模块17以及低速模数转换模块18；

高速模数转换模块17分别与处理电路6以及多道能谱分析模块11连接；

低速模数转换模块18与温度测量模块8的输出端连接。

需要说明的是，高速模数转换模块17实现处理电路6输出的高速β脉冲和多道能谱分析模块11输出的多道能谱数据的采集；低速模数转换模块18实现温度测量模块8输出的温度数据的采集。

进一步地，本实用新型提供的移动式放射性惰性气体监测仪还包括流量测量模块13以及抽气泵14；

流量测量模块13设置于待测气路管道的末端；

流量测量模块13与抽气泵14连接；

抽气泵14的出气端与出气口16对接。

需要说明的是，流量测量模块13可以为质量流量计，质量流量计采用精确的管式分流技术和新型电磁阀控制技术，可精确控制所设置流量。配套流量测量模块13可调，量程范围为0～60L/min。

抽气泵14为整个放射性惰性气体监测仪提供取样动力，使用活塞真空泵，其空载流量优选为100L/min。

出气口16，可与排气管道进行对接，也可根据需要将所监测气体直接排入大气中，若出气口16不与排气管道直接对接，抽气泵14的噪声比较大，需要在出气口16添加***15以使1m距离处的噪声低于60分贝。

相应地，流量测量模块13和抽气泵14分别与测控装置的控制模块19连接，且流量测量模块13的数据将通过低速模数转换模块18传输至人机交互装置20中。

基于本实用新型提供的一种移动式放射性惰性气体监测仪，本实施例提供监测仪的工作方法：

1、将移动式放射性惰性气体监测仪移动至待测区域，并依靠监测仪中的刹车(刹车位于后车轮上)将监测仪固定好；按照操作说明进行监测仪运行前相关检查，以保证监测仪正常；

2、上电开机，监测仪人机交互界面开启，并自动执行自检流程：通过检测质量流量计13通信、压力计通信、多道通信、泵控制反馈及电源电压等来判断监测仪中相关部件是否正常。自检正常后，可进入参数设置，进行采样时间、探测效率、本底测量时间、报警阈值等相关参数的设置，如果不想修改参数设置，直接采用***默认值，也可以直接选择开始测量；

3、移动式放射性惰性气体监测仪开始测量启动后，进气口1的阀门3打开，抽气泵14开始工作，本底测量自动开始，本底测量时间由参数设置中的本底测量时间来确定。本底测量结束后，在抽气泵14的抽气负压作用下，载有放射性惰性气体的流体先经过过滤器2，气体中的颗粒杂质及环境中的氡钍及其子体得以去除；经过过滤之后的气体进入采样测量容器，利用反符合PIPS探测组件中的反符合电路消除γ射线的影响，得到总β计数；NaI(Tl)探测器组件的多道能谱分析模块11探测气体中的γ射线能谱。经过监测后的气体从出气口16流出，并利用与出气口16管道相接的质量流量计13对流体采样体积进行准确监测。通过工控机对β计数、γ射线能谱和采样体积的数据处理，可以得到放射性惰性气体的活度浓度，通过对比特征γ射线能量与数据库中放射性惰性气体核素特征γ，以判别气体中的放射性惰性气体核素，从而达到分辨核素的目的。由此实现对环境中惰性气体的核素识别和放射性总活度监测。

4、移动式放射性惰性气体监测仪在自检、运行过程中出现故障或相关监测数据超过报警阈值，则监测仪会给出报警和弹窗提示，相关故障或监测数据都以日志形式记录下来，并保存在数据库中。数据库中可以随时查询或导出数据。

由于没有标准的气体源来进行监测仪的测试，根据GB/T7165.3-2008气态排出流(放射性)活度连续监测设备第3部分：放射性惰性气体监测仪的特殊要求中的参考源，气体源⁸⁵Kr可以用固体源²⁰⁴Tl代替，气体源¹³³Xe可以用固体源²⁴¹Am代替。

本实用新型提供的监测仪在国防科技工业电离辐射一级计量站核工业放射性计量测试中心对该监测仪进行了相关测试，检测时的温度为20℃，相对湿度为33％。在低本底γ能谱活度标准装置中，利用标准源¹³⁷Cs(661.7keV)测量了NaI(Tl)探测器的能量分辨率为7.0％，NaI(Tl)谱仪8小时短期稳定性为0.67％。在2πα、2πβ表面发射率标准装置中，利用不同型号标准平面源测试了PIPS探测器的探测效率，标准平面源置于PIPS探测器下方，源表面距离探测器表面约15mm，测量时间为300s，标准源信息及探测效率见表1。

表1PIPS探测器探测效率的测量结果

核素	编号	规格	探测效率
				<![CDATA[<sup>90</sup>Sr-<sup>90</sup>Y]]>	302002	Φ20mm	23.1％
<![CDATA[<sup>204</sup>Tl]]>	T534403	Φ50mm	14.1％
				<![CDATA[<sup>239</sup>Pu]]>	P3525084	Φ25mm	56.5％
<![CDATA[<sup>241</sup>Am]]>	A 302002	Φ20mm	48.3％

⁸⁵K的灵敏度为：5×10^-5cps/(Bq/m³)；

¹³³Xe的灵敏度为:2×10^-6cps/(Bq/m³)。

在一级检测站检测结果表明，所述放射性惰性气体监测仪的能量分辨率和灵敏度都优于设计指标，在实验室测试所述监测仪，其主要功能都能够实现。

本实用新型实施例中，提供了一种移动式放射性惰性气体监测仪，通过反符合PIPS探头探测环境中的β射线和γ射线，通过处理电路进行信号处理，得到放射性惰性气体的β计数，NaI(Tl)探头探测放射性惰性气体所释放的特征γ射线，通过光电转换模块转换为电脉冲信号，发送至多道能谱分析模块进行幅度分析，测控装置将采集的各类信号传输至人机互动装置，使得人机互动装置的数据处理模块对各类信号进行放射性活度浓度计算以及核素识别，实现了既可以自由移动至所需监测的位置，还能够连续监测和显示气体放射性活度，同时能够分辨出所监测惰性气体的核素。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述，以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，包括：

采样装置、测控装置以及人机交互装置；

所述采样装置包括反符合PIPS探头、处理电路、NaI(Tl)探头、光电转换模块以及多道能谱分析模块；

所述反符合PIPS探头通过所述处理电路与所述测控装置电连接；

所述NaI(Tl)探头依次通过所述光电转换模块以及所述多道能谱分析模块与所述测控装置电连接；

所述人机交互装置与所述测控装置连接；

所述人机交互装置包括显示模块以及数据处理模块。

2.根据权利要求1所述的移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，所述采样装置还包括依次连接的进气口、过滤器以及阀门；

所述阀门的出气端与所述反符合PIPS探头连接。

3.根据权利要求1所述的移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，所述采样装置还包括：电荷灵敏前置放大器；

所述电荷灵敏前置放大器分别与所述反符合PIPS探头以及所述处理电路连接。

4.根据权利要求1所述的移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，所述处理电路具体由极零相消电路、放大成形电路、幅度甄别电路及反符合电路组成。

5.根据权利要求1所述的移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，所述反符合PIPS探头具体包括前置PIPS探头以及后置PIPS探头；

所述前置PIPS探头与所述后置PIPS探头分别与所述处理电路电连接。

6.根据权利要求1所述的移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，所述采样装置还包括：屏蔽层；

所述屏蔽层具体由铅层以及屏蔽外壳组成。

7.根据权利要求6所述的移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，所述铅层设置于所述NaI(Tl)探头、所述光电转换模块以及所述多道能谱分析模块外部；

所述屏蔽外壳设置于所述采样装置的外部。

8.根据权利要求1所述的移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，所述测控装置具体包括模数转换模块以及控制模块；

所述模数转换模块的输入端分别与所述处理电路以及所述多道能谱分析模块连接；

所述模数转换模块的输出端与所述控制模块连接。

9.根据权利要求8所述的移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，所述多道能谱分析模块中集成有温度测量模块；

所述温度测量模块的采样端与所述NaI(Tl)探头接触连接。

10.根据权利要求9所述的移动式放射性惰性气体监测装置，其特征在于，所述模数转换模块包括高速模数转换模块以及低速模数转换模块；

所述高速模数转换模块分别与所述处理电路以及所述多道能谱分析模块连接；

所述低速模数转换模块与所述温度测量模块的输出端连接。

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