輻射信號傳感器的製作方法

2023-05-21 13:39:11 2

專利名稱：輻射信號傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器，尤其是一種輻射信號傳感器。
背景技術：
輻射信號傳感器是專用監測放射源的在線傳感器。目前，市場上的同類產品，具有 如下的不足目前市場上常規的輻射傳感器均為碘化銫傳感器，元器件較大。同類產品體積較大，對於工業放射源中的數量最多的測厚儀等設備無法安裝，也 就無法進行監控(以無錫地區為例，測厚儀約佔無錫工業放射源總數的80% )。檢測範圍較窄，對於活度較低的放射源(3類以下)監控效果很不理想。功能單一，僅能輸出劑量率數值。報警響應較慢，傳感器只負責將數據上傳，是否報警需在上傳後進行判斷。 發明內容本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種輻射信號傳感器，內 部集成劑量檢測、位移檢測、數據傳輸等多個功能，可作為組建放射源傳感網絡的核心設 備，提高對放射源監管工作的信息化水平，最大限度的避免放射源丟失、被盜、失控等輻射 安全事故，提高輻射應急快速反應能力。按照本實用新型提供的技術方案，所述輻射信號傳感器包括GM計數管，GM計數 管的輸出通過整形濾波電路連接內核CPU，所述內核CPU的輸入端還連接有時鐘電路、復位 電路，內核CPU的輸出端連接有蜂鳴器報警電路、中斷開關量輸出電路。所述內核CPU採用 單片機。所述中斷開關量輸出電路包括內核CPU的中斷信號輸出端連接第三三極體的基 極，第三三極體的發射極接高電平，第三三極體的集電極通過第六電阻連接第四三極體的 基極，第四三極體的發射極接地，第四三極體的基極和發射極之間連接第七電阻，第四三極 管的集電極正向通過第五二極體接高電平，並連接繼電器的輸入端，繼電器的觸點控制開 關量接口為斷開還是連通。所述時鐘電路包括在內核CPU的外部晶振時鐘輸出端和時鐘輸入端之間連接一 個石英晶體振蕩器並分別接有1個對地電容。所述復位電路包括在內核CPU的復位端依次連接第一電阻、第二電阻到高電平， 第一電阻、第二電阻之間的節點連接第六二極體的陽極，第六二極體的陰極連接高電平，第 一電阻、第二電阻之間的節點通過第八電容接地。所述整形濾波電路包括GM計數管的輸出端通過第八電阻分別連接第十電阻和 恆流源，恆流源通過並聯的第九電阻和第十四電容接地；第十電阻另一端正向通過第四二 極管接高電平並連接第一與非門的兩個輸入端，第一與非門的輸出端連接第二與非門的兩 個輸入端，第二與非門的輸出端輸出脈衝。[0014]本實用新型的優點是可靠性高、誤報率低、靈敏度高；高度集成，體積小於常規 的輻射傳感器；功能強大，具備兩路輸出(劑量率輸出、報警開關量輸出)，傳感器可直接 用開關量報警；適用性廣，對於測厚儀、料位計等較難監控的工業用放射源有很好的監控效
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圖1是本輻射傳感器設計結構框圖圖2是本輻射傳感器主要電路工作原理結構圖圖3是中斷開關量輸出電路原理圖。圖4是時鐘電路原理圖圖5是復位電路原理圖圖6是整形濾波電路原理圖
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。本輻射傳感器採用功能較強 的新型單片機技術製作而成，主要用來監測x射線和Y射線，具有體積小，功耗低，靈敏度 高和穩定可靠等特點。如圖1所示，本輻射信號傳感器包括GM計數管，GM計數管的輸出通過整形濾波電 路連接內核CPU，所述內核CPU的輸入端還連接有時鐘電路了、復位電路，內核CPU的輸出端 連接有蜂鳴器報警電路、中斷開關量輸出電路、電源指示電路。各模塊電路的電源採用電壓 穩壓器提供。如圖2所示本輻射傳感器內部安裝有靈敏度較高的GM計數管，此計數管可以通 過能量補償降低高低能響應的差別。傳感器在x射線和、射線的照射下，輸出序列脈衝 (脈衝輸出數與射線劑量率相對應)，脈衝經過整形濾波電路轉變成標準的脈衝輸入內核 CPU(新型單片機)，單片機將輸入的脈衝經數字處理後，通過脈衝(測試埠)和輻射劑量 率(串口通訊)的形式輸出到外部。單片機在對輸入脈衝做數字處理時，具有脈衝智能識 別功能，快速準確的判斷放射源是否丟失。若外部的放射源丟失，CPU控制以蜂鳴器報警和 故障中斷報警開關量方式輸出。基於系統安全、穩定和可靠性要求，本輻射傳感器在硬體設計過程中採用了報警 電路餘度控制設計。即若系統在運行過程中自動檢測到放射源出現故障(離線或丟失)時， 系統會在發出內部蜂鳴器報警的同時向外部輸出故障中斷開關量信號，使外部開關量接收 信號得到傳感器故障信息。中斷開關量輸出電路如圖3所示，包括內核CPU的中斷信號輸 出端連接第三三極體Q3的基極，第三三極體Q3的發射極接高電平VCC，第三三極體Q3的集 電極通過第六電阻R6連接第四三極體Q4的基極，第四三極體Q4的發射極接地，第四三極 管Q4的基極和發射極之間連接第九電阻R9，第四三極體Q4的集電極正向通過第五二極體 D5接高電平VCC，並連接繼電器JD1的輸入端，繼電器JD1根據CPU中斷信號輸出端的信號 和上述電路控制開關量接口 JCB1和JCB2的輸出(即開關量接口 JCB1和JCB2為斷開還是 連通狀態)。為了使單片機在進行數字運算和控制輸出時，都能有有節奏順利的進行就必須有
4時鐘電路。本輻射傳感器的微處理器在設計過程中採用內部振蕩電路，即在單片機的外部 晶振時鐘輸出端和時鐘輸入端X0UT和XIN之間連接一個石英晶體振蕩器並接有2個對地 電容，組成了完整的並聯諧振電路輸出時鐘信號。時鐘電路如圖4所示。如圖5所示，復位電路包括在內核CPU的復位端依次連接第一電阻R1、第二電阻 R2到高電平VCC，第一電阻R1、第二電阻R2之間的節點連接第六二極體D6的陽極，第六二 極管D6的陰極連接高電平VCC，第一電阻R1、第二電阻R2之間的節點通過第八電容C8接 地。該復位電路的基本功能是系統上電時提供復位信號直至系統電源穩定後撤銷復位信 號。為可靠起見電源穩定後還要經一定的延時才撤銷復位信號以防電源開關或電源插頭 分-合過程中引起的抖動而影響復位。在本輻射傳感器復位電路設計中增加了二極體在電 源電壓瞬間下降時使電容迅速放電一定寬度的電源毛刺也可令系統可靠復位。整形濾波電路是本輻射傳感器的研發設計過程中的重要部分，該部分設計的好壞 直接關係到產品的質量和數據採集的準確度。該部分電路接收到來自G-M管(J614Y型滷 素蓋革計數管)傳感器在x射線和Y射線的照射下產生的脈衝信號，經過整形濾波處理後 送給微處理器進行數字運算。如圖6所示，整形濾波電路包括GM計數管的輸出端通過第 八電阻R8分別連接第十電阻R10和恆流源J1，恆流源J1通過並聯的第九電阻R9和第十四 電容C14接地；第十電阻R10另一端正向通過第四二極體D4接高電平VCC並連接第一與非 門U4A的兩個輸入端，第一與非門U4A的輸出端連接第二與非門U4C的兩個輸入端，第二與 非門U4C的輸出端輸出脈衝。本產品印製板在設計的過程中採用雙面板設計，並在印製板雙面附銅提高電路的 抗幹擾能力。本輻射傳感器使用了先進的智能脈衝技術。探測器在放射源射線照射下，輸出序 列脈衝，此脈衝數與射線劑量率相對應，經過整形後形成標準脈衝送入單片機，再經數字處 理後，得到輸出信息。以對於工業用測厚儀的監控為例，目前無錫市工業用放射源約有80%為測厚儀， 因此對於測厚儀的監控是無錫市部署放射源管理傳感網絡的重點。但是，從目前江蘇省內 已有幾個城市建立了放射源管理傳感網絡的監控效果看，對於測厚儀、料位計等放射源設 備的監控效果很不理想。測厚儀的放射源在使用過程中常常發生移動，如果將輻射傳感器安裝於測厚儀 旁，不隨放射源移動，則由於放射源與傳感器之間的距離時近時遠，常常導致發生誤報警。本輻射信號傳感器在設計之初就立足於解決此類問題，因此在產品的體積上較同 類產品更為小巧，僅為55mm*75mm*20mm(約香菸盒大小)。在實際安裝時，可直接貼合測厚 儀上的放射源進行安裝，使得在測厚儀的工作過程中，傳感器始終和放射源一起運動，監測 的結果也不會因距離變化而發生偏差。傳感器參數探測器GM管能量響應:45KeV-3.OMeV劑量率0.01 u Sv/h-200 u Sv/h測量周期2s標定無需標定[0039]環境溫度_50°C-90°C標準R485 口輸出劑量率，實時傳輸。開關量輸出劑量率超出或低於設定區間時以開關量直接輸出報警信號探測器體 積不大於55 X 75 X 20 (單位mm)。
權利要求輻射信號傳感器，其特徵是包括GM計數管，GM計數管的輸出通過整形濾波電路連接內核CPU，所述內核CPU的輸入端還連接有時鐘電路、復位電路，內核CPU的輸出端連接有蜂鳴器報警電路、中斷開關量輸出電路。
2.如權利要求1所述的輻射信號傳感器，其特徵是所述內核CPU採用單片機。
3.如權利要求1所述的輻射信號傳感器，其特徵是所述中斷開關量輸出電路包括內核 CPU的中斷信號輸出端連接第三三極體(Q3)的基極，第三三極體(Q3)的發射極接高電平 (VCC)，第三三極體(Q3)的集電極通過第六電阻(R6)連接第四三極體(Q4)的基極，第四三 極管(Q4)的發射極接地，第四三極體(Q4)的基極和發射極之間連接第七電阻(R7)，第四三 極管(Q4)的集電極正向通過第五二極體(D5)接高電平(VCC)，並連接繼電器(JDl)的輸入 端，繼電器(JDl)的觸點控制開關量接口(JCB1，JCB2)為斷開還是連通。
4.如權利要求1所述的輻射信號傳感器，其特徵是所述時鐘電路包括在內核CPU的 外部晶振時鐘輸出端(XOUT)和時鐘輸入端(XIN)之間連接一個石英晶體振蕩器並分別接 有1個對地電容。
5.如權利要求1所述的輻射信號傳感器，其特徵是所述復位電路包括在內核CPU的 復位端依次連接第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)到高電平(VCC)，第一電阻(Rl)、第二電阻 (R2)之間的節點連接第六二極體(D6)的陽極，第六二極體(D6)的陰極連接高電平(VCC)， 第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)之間的節點通過第八電容(C8)接地。
6.如權利要求1所述的輻射信號傳感器，其特徵是所述整形濾波電路包括GM計數管 的輸出端通過第八電阻(R8)分別連接第十電阻(RlO)和恆流源(Jl)，恆流源(Jl)通過並 聯的第九電阻(R9)和第十四電容(C14)接地；第十電阻(RlO)另一端正向通過第四二極體 (D4)接高電平(VCC)並連接第一與非門(U4A)的兩個輸入端，第一與非門(U4A)的輸出端 連接第二與非門(U4C)的兩個輸入端，第二與非門(U4C)的輸出端輸出脈衝。專利摘要本實用新型提供了一種輻射信號傳感器，包括GM計數管的輸出通過整形濾波電路連接內核CPU，所述內核CPU的輸入端還連接有時鐘電路、復位電路，內核CPU的輸出端連接有蜂鳴器報警電路、中斷開關量輸出電路。所述內核CPU採用單片機。本實用新型的優點是可靠性高、誤報率低、靈敏度高；高度集成，體積小於常規的輻射傳感器；功能強大，具備兩路輸出(劑量率輸出、報警開關量輸出)，傳感器可直接用開關量報警；適用性廣，對於測厚儀、料位計等較難監控的工業用放射源有很好的監控效果。
文檔編號G01T1/18GK201654242SQ20102015276
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者楊光東 申請人:無錫大禹科技有限公司