一种外推电离室自动测量系统及方法
【专利摘要】本发明属于辐射监测【技术领域】，具体涉及一种外推电离室自动测量系统及方法。该系统包括与外推电离室相连接的静电计，所述静电计的直流电源单元连接外推电离室的电极板，用于为外推电离室供电；所述静电计的电荷测量单元连接外推电离室的收集极，用于测量外推电离室的电离电流；静电计与用于控制执行测量操作的计算机相连接；所述外推电离室设有极板距离调节装置，所述极板距离调节装置连接PLC控制器，PLC控制器与所述的计算机相连接。本发明简化了操作，减少了测量误差，提高了测量的稳定性。
【专利说明】一种外推电离室自动测量系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于辐射监测【技术领域】，具体涉及一种外推电离室自动测量系统及方法。
【背景技术】
[0002] 在辐射监测领域中有些情况下，需要在无屏蔽或很弱的屏蔽下操作放射性材料， 此时β射线的剂量超过相同Y射线源的50倍。尤其是在放射性材料泄露的情况下，需要 清除暴露表面的放射性污染时，工作人员不得不在很强的β射线场中工作，此时β吸收剂 量的监测就尤为重要。在我国核工业几十年的生产、研究和应用中，照射事故中β射线的 烧伤占了很大的比重。这种情况的极端事例是切尔诺贝利核事故，一些工作人员接受的β 射线剂量是导致其死亡的主要原因（参见IAEA，75-INSAG-1)。
[0003] β辐射的监测主要通过β射线剂量测量仪器予以实现，由于β粒子为带电粒子， 其剂量测量使用不同类型仪器的测量结果非常容易产生差异，因此新研制的或新制造的β 射线剂量测量仪器必须通过β吸收剂量标准进行校准后方能有效使用，所以建立准确可 靠的β吸收剂量标准是β射线剂量监测的基础，也是测量过程必要的保障手段。
[0004] β吸收剂量标准的主要测量仪器是外推电离室，所谓外推电离室是一种可以改变 电离室收集体积的电离室。一般来讲，其收集体积的改变是通过改变收集极与高压极之间 的极间距离实现的，而外推电离室极间距离的调整，通常是通过将外推电离室的收集极与 一个类似千分尺结构的机械结构连接，实际测量时只需调整外推电离室外部的千分尺螺杆 即可实现外推电离室测量体积或收集体积的改变。在测量过程中通常要多次改变外推电离 室的收集体积，以获得外推电离室电离电流与收集体积的关系曲线，从而进行外推获得最 终所需的测量数据。
[0005] 由于β射线是一种带电粒子，而带电粒子会和周围物质发生相互作用而改变粒 子能量、入射方向等本身的特性，从而使测量结果产生改变或产生误差，例如，环境温湿度 等条件的改变会影响到测量结果，因此β射线吸收剂量标准对于测量环境的要求是非常 苛刻的。前面已经提及外推电离室测量过程中必须要多次改变收集极的距离进行测量。而 目前的外推电离室均是通过手动调节来改变电离室极间距离的，这种测量人员的进入必然 会对外推电离室的测量环境造成扰动，所以每次调节后，均要经过一段时间后，测量环境条 件才能重新恢复稳定，也就使得β射线吸收剂量标准的一般测量过程变得非常漫长，一次 常规测量经常要进行几天才能完成。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种外推电离室自动测量系统及方 法，从而简化操作，减少测量误差，提高测量的稳定性。
[0007] 本发明的技术方案如下：一种外推电离室自动测量系统，包括与外推电离室相连 接的静电计，所述静电计的直流电源单元连接外推电离室的电极板，用于为外推电离室供 电；所述静电计的电荷测量单元连接外推电离室的收集极，用于测量外推电离室的电离电 流；静电计与用于控制执行测量操作的计算机相连接；所述外推电离室设有极板距离调节 装置，所述极板距离调节装置连接PLC控制器，PLC控制器与所述的计算机相连接。
[0008] 进一步，如上所述的外推电离室自动测量系统，其中，所述的静电计通过IEE488 通信接口与计算机连接；所述的PLC控制器通过RS485通信接口与计算机连接。
[0009] 进一步，如上所述的外推电离室自动测量系统，其中，所述的极板距离调节装置包 括设置在定位滑道上的步进电机，步进电机的转轴与外推电离室的微分头之间通过联轴器 连接，微分头连接外推电离室的收集极，步进电机与PLC控制器的高速脉冲发生器连接。
[0010] 一种上述外推电离室自动测量系统的测量方法，包括如下步骤：
[0011] (1)初始化静电计的电荷测量功能；
[0012] (2)计算机通过PLC控制器控制外推电离室的极板距离调节装置，调节收集极与 高压极之间的间距到设定值；
[0013] (3)计算机控制静电计输出不同的设定电压到外推电离室的电极板；
[0014] (4)计算机读取在不同输出电压下静电计的电荷测量数据并进行处理；
[0015] (5)返回步骤（2)，改变收集极与高压极之间的间距，重复步骤（3)至步骤（4);
[0016] (6)将计算机中采集的数据用EXCEL文件进行存储。
[0017] 本发明的有益效果如下：本发明所提供的外推电离室自动测量系统可实现自动定 时测量，代替了以前使用计时器的方式，减小了定时测量带来的误差；外推电离室的收集电 压由静电计提供，计算机控制实现电压调节，简化了测量的操作，也减少了人工手动切换高 压对电荷测量的干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为外推电离室自动测量系统的结构示意图；
[0019] 图2为极板距离调节装置的结构示意图；
[0020] 图3为外推电离室自动测量系统的测量方法流程图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0022] 如图1所示，本发明所提供的外推电离室自动测量系统，包括与外推电离室相连 接的静电计，本实施例中，静电计可选用6517A静电计，具有直流电源单元和电荷测量单 元，或者也可采用其它型号的具有相似功能的静电计或其它设备。所述6517A静电计的直 流电源单元连接外推电离室的电极板，用于为外推电离室供电；所述6517A静电计的电荷 测量单元连接外推电离室的收集极，用于测量外推电离室的电离电流；6517A静电计与用 于控制执行测量操作的计算机通过IEE488通信接口相连接；所述外推电离室设有极板距 离调节装置，所述极板距离调节装置连接刻度室外的PLC控制器，PLC控制器与所述的计算 机通过RS485通信接口相连接。
[0023] 极板距离调节装置的结构如图2所示，包括设置在刻度室内的步进电机1，所述步 进电机1设置在定位滑道7上，定位滑道7的底部通过固定支板8安装在外推电离室4的 固定杆上，步进电机1的转轴与刻度室内的外推电离室4的微分头3之间通过联轴器2连 接，微分头3连接外推电离室的收集极6,步进电机与刻度室外的PLC控制器的高速脉冲发 生器连接，通过PLC的控制调节收集极6与高压极5之间的间距。
[0024] 外推电离室自动测量系统硬件设计主要有以下几个方面的特点：
[0025] 首先，外推电离室的收集极电压要求稳定，且调节方便，因此这里采用6517A静电 计的直流电压源直接为外推电离室供电。
[0026] 其次，极板距离调节装置实现了外推电离室的远程自动调节，避免了人员频繁进 入测量间对环境所造成的干扰，同时由于是自动调节控制，避免了人为因素的调节误差。
[0027] 第三，外推电离室的电离电流测量采用测量一段时间内累积电荷的方式，累积定 时时间采用秒表就会带来一定的误差，因此这里采用6517A静电计自动定时测量的方式。
[0028] 第四，6517A静电计自动定时测量的数据要采集到计算机上，这里采用C#编程通 过IEE488将数据采集到计算机上；并在软件中控制6517A静电计执行外推电离室自动测量 的操作。
[0029] 第五，采集到计算机上的测量数据需要存储到计算机中，这里采用EXCEL文件进 行存储，通过C#编程实现。
[0030] 基于6517A的外推电离室自动测量系统功能如下：
[0031] 外推电离室自动测量系统由6517A静电计、外推电离室、计算机、控制软件、连接 电缆等组成。其中6517A静电计为外推电离室提供收集极电压，并测量收集极电流；计算机 控制软件实现控制6517A提供的收集极电压的改变，外推电离室收集电压的改变，并控制 执行测量和停止测量操作。具体测量方法如图3所示，包括如下步骤：
[0032] (1)系统上电后,初始化6517A静电计的电荷测量功能；
[0033] (2)计算机通过PLC控制器控制外推电离室的极板距离调节装置，调节收集极与 高压极之间的间距到设定值；本实施例中，设定值包括0. 5mm、l. 0mm、l. 5mm、2. 0mm、2. 5mm， 每执行一次步骤（2)，则选用一个设定间距；
[0034] (3)计算机控制6517A静电计输出不同的设定电压到外推电离室的电极板；本实 施例中，静电计输出电压值分别设定为5V、10V、15V、20V、25V ;
[0035] (4)计算机读取在不同输出电压下静电计的电荷测量数据并进行处理，共读取10 次，每次1分钟；
[0036] (5)返回步骤（2)，改变收集极与高压极之间的间距，重复步骤⑶至步骤⑷；
[0037] (6)将计算机中采集的数据用EXCEL文件进行存储。
[0038] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范 围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种外推电离室自动测量系统，其特征在于：包括与外推电离室相连接的静电计， 所述静电计的直流电源单元连接外推电离室的电极板，用于为外推电离室供电；所述静电 计的电荷测量单元连接外推电离室的收集极，用于测量外推电离室的电离电流；静电计与 用于控制执行测量操作的计算机相连接；所述外推电离室设有极板距离调节装置，所述极 板距离调节装置连接PLC控制器，PLC控制器与所述的计算机相连接。
2. 如权利要求1所述的外推电离室自动测量系统，其特征在于：所述的静电计通过 IEE488通信接口与计算机连接；所述的PLC控制器通过RS485通信接口与计算机连接。
3. 如权利要求1所述的外推电离室自动测量系统，其特征在于：所述的极板距离调节 装置包括设置在定位滑道上的步进电机，步进电机的转轴与外推电离室的微分头之间通过 联轴器连接，微分头连接外推电离室的收集极，步进电机与PLC控制器的高速脉冲发生器 连接。
4. 一种权利要求1-3中任意一项所述外推电离室自动测量系统的测量方法，包括如下 步骤： (1) 初始化静电计的电荷测量功能； (2) 计算机通过PLC控制器控制外推电离室的极板距离调节装置，调节收集极与高压 极之间的间距到设定值； (3) 计算机控制静电计输出不同的设定电压到外推电离室的电极板； (4) 计算机读取在不同输出电压下静电计的电荷测量数据并进行处理； (5) 返回步骤（2)，改变收集极与高压极之间的间距，重复步骤（3)至步骤（4); (6) 将计算机中采集的数据用EXCEL文件进行存储。
【文档编号】G01T1/14GK104122575SQ201410333542
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】王红玉, 魏可新, 宋明哲, 侯金兵, 高飞 申请人:中国原子能科学研究院