FR3043211A1 - MEASURING DEVICE AND METHOD FOR CARTOGRAPHING AN ENVIRONMENT CARRYING OUT RADIOACTIVE SOURCES - Google Patents

Abstract

Le dispositif comprend notamment un capteur de Geiger-Müller (11) employé avec une caméra vidéo (13) pour prendre des mesures radioactives qu'on peut superposer à une image visuelle de l'environnement, afin de localiser rapidement ses sources de rayonnement. Les équipements de mesure sont montés sur un plateau (8) au sommet d'une tourelle (11) et ce plateau est animé de rotations autour de deux axes perpendiculaires, commandés par des moteurs (5, 10) se déplaçant par pas, afin d'obtenir un quadrillage de mesure de l'environnement, sans avoir à déplacer la tourelle. Application au démantèlement des installations nucléaires.The device includes a Geiger-Müller sensor (11) used with a video camera (13) to take radioactive measurements that can be superimposed on a visual image of the environment, in order to quickly locate its radiation sources. The measuring equipment is mounted on a plate (8) at the top of a turret (11) and this plate is driven by rotations around two perpendicular axes, controlled by motors (5, 10) moving in steps, in order to to obtain a grid of measurement of the environment, without having to move the turret. Application to the dismantling of nuclear installations.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE MESURE POUR CARTOGRAPHIER UN ENVIRONNEMENTMEASURING DEVICE AND METHOD FOR CARTOGRAPHING AN ENVIRONMENT

PORTEUR DE SOURCES RADIOACTIVESCARRIER OF RADIOACTIVE SOURCES

DESCRIPTION L'invention présente concerne un dispositif et un procédé de mesure pour cartographier un environnement porteur de sources radioactives.DESCRIPTION The present invention relates to a device and a measurement method for mapping an environment carrying radioactive sources.

Elle permet de réaliser une cartographie radiologique en combinant certaines informations comme une représentation panoramique d'une image visible d'un environnement et, superposées à cette représentation, des mesures d'activité des sources de rayonnement de l'environnement, afin de permettre de localiser aisément ces sources. D'autres informations (représentation infrarouge, télémétrie, débit de dose, spectrométrie gamma, température, composition gazeuse de l'environnement, etc.), superposables ou non à la représentation panoramique, peuvent être obtenues. L'objet principal de l'invention est de proposer un tel dispositif, qui soit facile à mettre en place et à utiliser, léger et peu cher.It allows radiological mapping by combining certain information such as a panoramic representation of a visible image of an environment and, superimposed on this representation, measures of activity of the radiation sources of the environment, in order to locate easily these sources. Other information (infrared representation, telemetry, dose rate, gamma spectrometry, temperature, gaseous composition of the environment, etc.), superimposable or not superimposed on the panoramic representation, can be obtained. The main object of the invention is to provide such a device, which is easy to set up and use, lightweight and inexpensive.

Parmi les dispositifs et procédés existants, on peut citer ceux qui sont décrits dans le document WO 98/36321 Al, mais auxquels on peut reprocher une certaine complexité, notamment dans les calculs de triangulation nécessaires pour déterminer la position des sources radioactives. De tels procédés impliquent en général soit de rendre le dispositif mobile, soit de dupliquer les instruments de mesure, pour prendre des mesures des mêmes endroits de l'environnement à des incidences différentes. Il en résulte un alourdissement et une complication du dispositif, la nécessité de répéter les mesures pour faire les triangulations, et des risques d'erreur si les images d'un même endroit sont mal appariés pour les calculs. Et l'utilisation de caméras gamma, envisagée dans ce document antérieur, impose aussi une grande lourdeur au dispositif, puisque ces caméras pèsent plusieurs dizaines de kilogrammes, et sont très coûteuses. Leur décontamination, après chaque campagne de mesures, peut aussi être problématique.Existing devices and methods include those described in WO 98/36321 A1, but which can be blamed for some complexity, especially in the triangulation calculations necessary to determine the position of radioactive sources. Such methods generally involve either making the device mobile, or duplicating the measuring instruments, to take measurements of the same environmental locations at different incidences. This results in a heavier and a complication of the device, the need to repeat the measures to make the triangulations, and risks of error if the images of the same place are mismatched for calculations. And the use of gamma cameras, considered in this prior document, also imposes great heaviness on the device, since these cameras weigh several tens of kilograms, and are very expensive. Their decontamination, after each measurement campaign, can also be problematic.

En conséquence de ce qui précède, le dispositif de mesure conforme à l'invention est nettement différent. Il comprend une tourelle, la tourelle comprenant une base, une pièce intermédiaire et un plateau, une première charnière et une seconde charnière reliant la pièce intermédiaire respectivement à la base et au plateau et ayant des axes dont les directions se croisent, un premier moteur tournant la pièce intermédiaire autour de la première charnière et un second moteur tournant le plateau autour de la seconde charnière ; et il comprend encore, montés sur le plateau, une caméra vidéo et un capteur de mesures radioactives à tube de Geiger-Müller collimaté dans une direction de visée de la caméra vidéo.As a result of the above, the measuring device according to the invention is clearly different. It comprises a turret, the turret comprising a base, an intermediate piece and a plate, a first hinge and a second hinge connecting the intermediate piece respectively to the base and the plate and having axes whose directions intersect, a first rotating motor the intermediate piece around the first hinge and a second motor rotating the tray around the second hinge; and further comprising, mounted on the stage, a video camera and a Geiger-Müller tube radioactive measurement sensor collimated in a viewing direction of the video camera.

Et le procédé de cartographie qu'on se propose d'appliquer à ce dispositif consiste à commander le dispositif en actionnant le premier moteur et le second moteur par pas, de manière à placer ladite direction de visée à des directions de mesure quadrillant l'environnement avec une orientation horizontale et une inclinaison verticale toutes deux variables, la base restant immobile, et, à chacune des directions de mesure, à prendre une image par la caméra vidéo et une mesure par le capteur de mesures radioactives collimatées.And the mapping method that is proposed to apply to this device consists in controlling the device by actuating the first motor and the second motor in steps, so as to place said aiming direction at measurement directions crisscrossing the environment with a horizontal orientation and a vertical inclination both variables, the base remaining stationary, and, at each of the measuring directions, to take an image by the video camera and a measurement by the collimated radioactive measurement sensor.

Il est à noter que les directions de mesure ne sont pas nécessairement les mêmes pour chacun des capteurs, mais qu'elles peuvent dépendre notamment de son angle d'acquisition, ce qui peut amener à choisir des pas d'acquisition différents.It should be noted that the measurement directions are not necessarily the same for each of the sensors, but that they may depend in particular on its acquisition angle, which may lead to choosing different acquisition steps.

La tourelle permettant une double rotation du plateau porteur des équipements de mesures, elle autorise une cartographie bidimensionnelle, ou mieux encore tridimensionnelle, de l'environnement par quadrillage, en prenant des mesures successives, après des rotations de pas connus, sans avoir à la déplacer. L'utilisation d'un capteur de mesures à tube de Geiger-Müller donne des mesures simples, puisque purement quantitatives, de la radioactivité dans la direction de visée avec un angle solide fixe défini par l'angle de collimation, mais qui sont suffisantes pour localiser les sources. Ce capteur est léger et simple.The turret allows a double rotation of the carrier plate measuring equipment, it allows a two-dimensional mapping, or better three-dimensional, of the environment by grid, taking successive measurements, after known pitch rotations, without having to move . The use of a Geiger-Müller tube-measure sensor gives simple, purely quantitative measurements of radioactivity in the aiming direction with a fixed solid angle defined by the collimation angle, but which are sufficient for locate the sources. This sensor is lightweight and simple.

La tourelle peut être embarquée sur un véhicule ou implantée à poste fixe, si, par exemple, une simple surveillance est requise. Les moyens de commande de fourniture d'énergie, et de transmission et d'enregistrement des mesures, peuvent selon le cas être liés au dispositif ou présents à distance de lui, avec une transmission à fil ou sans fil. La tourelle et le reste du dispositif peuvent être protégés contre le rayonnement par un capot, ouvert seulement dans la direction de visée et qui peut notamment comprendre une partie souple, à soufflet par exemple, pour suivre les mouvements du plateau. Ces dernières dispositions sont considérées comme relevant de l'activité de l'homme du métier et ne seront pas décrites davantage ici.The turret can be on-vehicle or stationary if, for example, simple monitoring is required. The control means for supplying energy, and for transmitting and recording the measurements can, depending on the case, be linked to the device or present at a distance from it, with a wire or wireless transmission. The turret and the rest of the device may be protected against radiation by a cover, open only in the direction of sight and which may include a flexible portion, bellows for example, to follow the movements of the plate. These latter provisions are considered to be within the scope of those skilled in the art and will not be described further here.

Le plateau de la tourelle peut porter d'autres équipements de mesure, comme un télémètre ou un autre dispositif de calcul de distance dirigé dans la direction de visée, qui mesure la distance à l'endroit de mesure et constitue donc un moyen pour obtenir une cartographie tridimensionnelle de l'environnement, un laser pointeur désignant la scène de mesure, ou tout autre capteur utile (caméra infrarouge ou d'imagerie du gaz, mesure ambiante de température, pression, hygrométrie, débit de dose, etc.) pour compléter les mesures. De façon plus complexe, le capteur de mesures radioactives peut être associé à un support monté sur le plateau de façon amovible, ce qui permet de le remplacer par un autre capteur de mesures radioactives quand nécessaire. Un tel autre capteur peut être fondé sur la technologie des scintillateurs ou des semi-conducteurs par exemple, de manière à fournir des indications de spectrométrie qui compléteront les mesures purement quantitatives du capteur principal. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes, données à titre purement illustratif : - la figure 1 est une vue générale de l'invention ; et - la figure 2 illustre schématiquement la nature de résultats obtenus.The turret plate may carry other measuring equipment, such as a range finder or other distance calculator directed in the aiming direction, which measures the distance to the measurement location and is therefore a means to obtain a measurement. three-dimensional mapping of the environment, a pointer laser designating the measurement stage, or any other useful sensor (infrared or gas imaging camera, ambient temperature measurement, pressure, humidity, dose rate, etc.) to complete the measures. More complexly, the radioactive measurement sensor can be associated with a support mounted on the plate removably, which allows to replace it with another radioactive measurement sensor when necessary. Such another sensor may be based on scintillator or semiconductor technology, for example, so as to provide spectrometry indications which will complement the purely quantitative measurements of the main sensor. The invention will now be described with reference to the following figures, given purely by way of illustration: FIG. 1 is a general view of the invention; and FIG. 2 schematically illustrates the nature of the results obtained.

On aborde la figure 1. Une tourelle 1 comprend une base 2 se présentant ici avec une plate-forme 3 supérieure, montée sur des pattes de fixation 4 pouvant être boulonnées à poste fixe, ou à un véhicule non représenté. La plate-forme 3 porte un premier moteur 5 permettant de tourner une pièce intermédiaire 6 de la tourelle 1 autour d'une première charnière 7 d'axe dont la direction croise le suivant, ici d'axe vertical. La pièce intermédiaire 6 est en forme d'étrier et soutient un plateau 8 par l'intermédiaire d'une seconde charnière 9, d'axe horizontal. Un second moteur 10 règle les rotations de la seconde charnière 9 et l'inclinaison du plateau 8.1. A turret 1 comprises a base 2 which is here with an upper platform 3, mounted on fixing lugs 4 that can be bolted to a fixed position, or a vehicle not shown. The platform 3 carries a first motor 5 for rotating an intermediate part 6 of the turret 1 around a first hinge 7 axis whose direction crosses the next, here vertical axis. The intermediate part 6 is stirrup-shaped and supports a plate 8 via a second hinge 9, of horizontal axis. A second motor 10 adjusts the rotations of the second hinge 9 and the inclination of the plate 8.

Ce dernier porte des équipements de mesures, ici un capteur 11 de mesures radioactives à tube de Geiger-Müller enfermé dans un collimateur 12, une caméra vidéo 13, un télémètre 14 à laser, et un laser de pointage 15. Tous ces dispositifs ont une même direction de visée, ou du moins des directions de visée parallèles. Le capteur 11 est fixé à un support amovible 16, se présentant ici sous l'aspect d'une chaise permettant au capteur 11 de surplomber les autres équipements de mesure, la chaise portant des entretoises 17 de rehausse au-dessus du plateau 8 et qui lui sont boulonnées. Ainsi qu'on l'a mentionné, le plateau 8 peut porter d'autres capteurs, non représentés. Le support amovible 16 pourrait aussi être démonté de manière à retirer le capteur 11, et à le remplacer, par exemple, par un autre capteur de mesures radioactives, permettant des mesures spectrométriques de rayonnement alpha, ou toute mesure, radioactive ou non ; le capteur de remplacement devrait être monté sur un autre support amovible, analogue à celui qui est figuré ici. Les moteurs 5 et 10 sont généralement commandés par un dispositif distant, non représenté, avec ou sans fil. Leur source d'énergie électrique peut être adjacente à la tourelle 1, ou au dispositif de commande. Les mesures des différents équipements sont transmises au système de commande avec ou sans fil.The latter carries measurement equipment, here a sensor 11 radioactive measurements Geiger-Müller tube enclosed in a collimator 12, a video camera 13, a laser rangefinder 14, and a laser pointer 15. All these devices have a same aiming direction, or at least parallel aiming directions. The sensor 11 is fixed to a removable support 16, presenting here in the form of a chair allowing the sensor 11 to overhang the other measuring equipment, the chair carrying spacers 17 to raise above the plate 8 and which they are bolted. As mentioned, the plate 8 can carry other sensors, not shown. The removable support 16 could also be disassembled so as to remove the sensor 11, and replace it, for example, with another radioactive measurement sensor, allowing spectrometric measurements of alpha radiation, or any measurement, radioactive or not; the replacement sensor should be mounted on another removable media similar to the one shown here. The motors 5 and 10 are generally controlled by a remote device, not shown, with or without wire. Their source of electrical energy may be adjacent to the turret 1, or to the control device. The measurements of the different devices are transmitted to the control system with or without wire.

Le procédé de commande consiste à agir sur les moteurs 5 et 10, de manière à faire tourner les charnières 7 et 9 de façon discrète par pas déterminés, et à prendre des mesures par les différents équipements entre les rotations, donc avec des inclinaisons verticales et des orientations horizontales différentes, la base 2 de la tourelle 1 restant immobile. On obtient alors un quadrillage de l'espace environnant, schématisé à la figure 2. Pour chaque carré de mesure, en fonction du capteur et de son angle d'acquisition, on prend une image visuelle, une mesure de la radioactivité, on mesure la distance par le télémètre 14, et le laser pointeur 15 désigne visuellement l'endroit mesuré dans l'environnement pour permettre à un opérateur éventuel de suivre le processus. Il est à noter que les directions d'acquisition ne sont pas forcément les mêmes en fonction du capteur, mais qu'au contraire chaque capteur possède en général un angle d'acquisition et donc des directions de mesure spécifiques : à titre d'exemple, cet angle peut être de 75° pour la caméra vidéo 13, 10° pour le capteur 11 collimaté, et que le télémètre 14 mesure en unidirectionnel. La séquence d'acquisition tient compte de ces différences et peut être faite successivement, pour chacun des capteurs, en repassant par les mêmes directions. Une projection des mesures dans l'environnement cartographié sous forme de nuages de points devient ensuite possible. Les résultats obtenus peuvent se présenter sous l'aspect d'une image schématique, suffisante toutefois pour identifier les détails d'un environnement connu, et de mesures quantitatives et locales du rayonnement radioactif, superposées à l'image sous forme de calques et qui permettent d'identifier sans difficulté les endroits des sources radioactives présentes dans l'environnement. Une reconstitution panoramique de l'environnement visuel est faite pour donner une synthèse de raccordement des images visuelles prises. A titre d'exemple, les endroits 18 à 21 ont été identifiés ici et ils peuvent être rendus par des couleurs particulières ou tout autre moyen dans la présentation des mesures sur la carte. Le télémètre 14 permet une restitution des profondeurs en cartographie tridimensionnelle et peut se révéler indispensable en coopération à certains capteurs, dont la mesure dépend de la distance d'observation, si des mesures quantitatives plutôt que de simples localisations sont nécessaires : c'est ainsi que, pour les débits de dose collimatés, l'activité mesurée décroît en fonction de la distance. Dans le cas d'une représentation bidimensionnelle comme la figure 2, les résultats d'acquisition des capteurs sont projetés sur l'image visuelle, contrairement à une représentation tridimensionnelle. En cas de besoin, il est possible de remplacer le capteur 11 par un capteur d'analyse spectral monté au même endroit sur le plateau 8, et la mesure est reprise, en la restreignant toutefois aux endroits 18 à 21 porteurs des sources radioactives.The control method consists in acting on the motors 5 and 10, so as to rotate the hinges 7 and 9 discretely in determined steps, and to take measurements by the different equipment between the rotations, so with vertical inclinations and different horizontal orientations, the base 2 of the turret 1 remaining stationary. We then obtain a grid of the surrounding space, shown schematically in Figure 2. For each square of measurement, depending on the sensor and its acquisition angle, we take a visual image, a measure of radioactivity, we measure the distance by the rangefinder 14, and the laser pointer 15 visually designates the location measured in the environment to allow a prospective operator to follow the process. It should be noted that the acquisition directions are not necessarily the same depending on the sensor, but on the contrary each sensor generally has an acquisition angle and therefore specific measurement directions: for example, this angle may be 75 ° for the video camera 13, 10 ° for the collimated sensor 11, and the rangefinder 14 measures unidirectional. The acquisition sequence takes into account these differences and can be made successively, for each of the sensors, by passing through the same directions. A projection of the measurements in the mapped environment in the form of point clouds then becomes possible. The results obtained may be in the form of a schematic image, sufficient however to identify the details of a known environment, and quantitative and local measurements of the radioactive radiation superimposed on the image in the form of layers and which allow to easily identify the locations of radioactive sources in the environment. A panoramic reconstruction of the visual environment is made to give a synthesis of connection of the visual images taken. By way of example, the locations 18 to 21 have been identified here and they can be rendered by particular colors or any other means in the presentation of the measurements on the map. The rangefinder 14 allows a depth restoration in three-dimensional cartography and may be indispensable in cooperation with certain sensors, whose measurement depends on the observation distance, if quantitative measurements rather than simple locations are required: this is how for the collimated dose rates, the measured activity decreases with distance. In the case of a two-dimensional representation like FIG. 2, the acquisition results of the sensors are projected onto the visual image, unlike a three-dimensional representation. If necessary, it is possible to replace the sensor 11 by a spectral analysis sensor mounted at the same location on the plate 8, and the measurement is resumed, however, restricting it to locations 18 to 21 carriers of radioactive sources.

Quelques caractéristiques possibles d'une réalisation concrète sont maintenant données. Les moteurs 5 et 10 peuvent avoir un couple de 2,5 N.m et une résolution de 0,090° de déplacement angulaire. La rotation autour de la première charnière 7 peut être un cercle complet (360°), et la rotation autour de la seconde charnière 9 comprendre 100°. La charge totale montée sur le plateau 8 peut être de 3 kg. La mesure permise par le capteur de mesures radioactives 11 peut être de 1 à 10 000 pGy/h, et l'angle d'acquisition du collimateur du tube de Geiger-Müller peut être de 10°. La caméra vidéo 13 peut avoir une résolution de 1920 x 1080 pixels, et un angle de champ de 75°. Le télémètre 14 peut avoir une portée de 40 m et une fréquence d'acquisition de 12 Hz.Some possible characteristics of a concrete realization are now given. The motors 5 and 10 may have a torque of 2.5 Nm and a resolution of 0.090 ° angular displacement. The rotation around the first hinge 7 can be a complete circle (360 °), and the rotation around the second hinge 9 comprise 100 °. The total load mounted on the plate 8 can be 3 kg. The measurement allowed by the radioactive measurement sensor 11 can be from 1 to 10,000 pGy / h, and the acquisition angle of the collimator of the Geiger-Müller tube can be 10 °. The video camera 13 may have a resolution of 1920 x 1080 pixels, and a field of view of 75 °. The rangefinder 14 may have a range of 40 m and an acquisition frequency of 12 Hz.

Des applications particulières de l'invention seront des mesures radiologiques embarquées et automatiques, ainsi que le suivi de chantiers de démantèlement d'installations nucléaires.Particular applications of the invention will be on-board and automated radiological measurements, as well as the monitoring of dismantling sites of nuclear installations.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure pour obtenir une cartographie bidimensionnelle d'un environnement porteur de sources radioactives, le dispositif comprenant une tourelle, la tourelle (1) comprenant une base (2), une pièce intermédiaire (6) et un plateau (8), une première charnière (7) et une seconde charnière (9) reliant la pièce intermédiaire (6) respectivement à la base (2) et au plateau (8) et ayant des axes dont les directions se croisent, un premier moteur (5) tournant la pièce intermédiaire autour de la première charnière (7) et un second moteur (10) tournant le plateau autour de la seconde charnière (9); et le dispositif comprenant encore, montés sur le plateau, une caméra vidéo (13) et un capteur (11) de mesures radioactives à tube de Geiger-Müller collimaté dans une direction de visée de la caméra vidéo.Measuring device for two-dimensional mapping of an environment carrying radioactive sources, the device comprising a turret, the turret (1) comprising a base (2), an intermediate piece (6) and a plate (8), a first hinge (7) and a second hinge (9) connecting the intermediate piece (6) respectively to the base (2) and the plate (8) and having axes whose directions intersect, a first motor (5) rotating the intermediate part around the first hinge (7) and a second motor (10) rotating the plate around the second hinge (9); and the apparatus further comprising, mounted on the platform, a video camera (13) and a Geiger-Müller tube radioactive measurement sensor (11) collimated in a viewing direction of the video camera. 2) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend encore, monté sur le plateau, un télémètre (14) dirigé dans ladite direction de visée.2) measuring device according to claim 1, characterized in that it further comprises, mounted on the plate, a rangefinder (14) directed in said direction of sight. 3) Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend encore, monté sur le plateau, un laser pointeur (15) dirigé dans ladite direction de visée.3) measuring device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that it further comprises, mounted on the plate, a laser pointer (15) directed in said direction of sight. 4) Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur de mesures radioactives est monté sur le plateau par un support amovible (16) et au moins un autre capteur de mesures radioactives, apte à fournir des indications de spectrométrie, est associé à un autre support, pouvant être monté sur le plateau en remplacement dudit support amovible.4) Measuring device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the radioactive measurement sensor is mounted on the plate by a removable support (16) and at least one other radioactive measurement sensor, capable of providing spectrometry indications, is associated with another support, which can be mounted on the plate to replace said removable support. 5) Procédé de cartographie d'un environnement porteur de sources radioactives, caractérisé en ce qu'il consiste à commander le dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes en actionnant le premier moteur et le second moteur par pas, de manière à placer ladite direction de visée à des directions de mesure quadrillant l'environnement avec une orientation horizontale et une inclinaison verticale toutes deux variables, la base restant immobile, et, à chacune des directions de mesure, en prenant une image par la caméra vidéo et une mesure par le capteur de mesures radioactives.5) A method for mapping an environment carrying radioactive sources, characterized in that it consists in controlling the device according to any one of the preceding claims by actuating the first motor and the second motor in steps, so as to place said direction of aiming at measurement directions crisscrossing the environment with a horizontal orientation and a vertical inclination both variable, the base remaining stationary, and, at each of the measuring directions, taking an image by the video camera and a measurement by the radioactive measurement sensor.