用于环境γ辐射连续监测仪现场测试/校准的数据采集装置的制作方法

本实用新型涉及环境γ辐射连续监测仪现场测试/校准领域，具体是用于环境γ辐射连续监测仪现场测试/校准的数据采集装置。

背景技术：

通常，环境γ辐射监测仪表在实验室内采用实用新型专利(专利号：ZL201320445618X)提到的X-γ辐射防护仪表自动检定装置进行检定/校准，RSS131高压电离室(HPIC)探测器仅通过串口输出数据，SD660N、SD660P、F66以及FB66等辐射仪具有串口数据输出功能，因而使用实用新型专利(专利号：2014208600540)提到的X-γ射线剂量仪自动检定装置进行检定/校准，检定/校准中，采用实用新型专利(专利号：ZL2012204996677)提到的检定/校准平台实现人工手动对位，而实用新型专利(专利号：ZL2014208668295)提到的用于实现X-γ射线剂量仪对位安放的调节装置可实现自动对位，发明专利申请(申请号：2014106794137)提到的一种用于参考γ辐射场的γ射线准直器可进行准直，发明专利申请(申请号：2015101120880)的衰减器使同一个放射源在同一个位置处产生多个辐射值。

固定式辐射监测仪表是核设施辐射监测的重要设备之一，核设施周围以及环境监测部门安装有多台固定式环境γ辐射连续监测仪，这类仪表长期工作在自然条件下，固定式仪表的使用单位对现场测试/校准工作提出了强烈的需求，固定式仪表的探头、电缆和测量主机通常不便于拆卸和安装，在拆卸、安装和运输中容易造成损坏，而且送检周期较长，会影响监测系统数据的连续性，利用准直器与衰减器等组合成《可携式多量程参考辐射装置》(申请号：2011103920488)解决了现场测试/校准所使用辐射源的问题，《一种便携式射线照射装置》(申请号：2014105972419)弥补了该专利的不足，论文《固定式环境γ辐射连续监测仪现场校准技术》提出利用天然本底辐射(陆地γ射线和宇宙射线)和便携式¹³⁷Cs照射装置产生的γ射线参考辐射对固定式环境γ辐射剂量率监测仪表开展现场校准实验，并且该论文表明：采用环境比对和现场照射的方法能较好地解决固定式环境γ辐射连续监测仪的校准问题。

然而，利用天然本底辐射开展现场测试/校准时，要降低统计误差，需要用较长时间获取较多的数据；一方面，采用人工抄写数据就变得不现实了，另一方面，使用连续多次间隔采样的方式来获取数据值存在不足，图11是图7和图8的部分原始数据流，数据间隔为1秒，从图中可以看出：传递仪表、监督仪表以及被校准仪表的数值在涨落中互相交叉，在这5分钟内的某一时刻由人工读取的数据大小关系可能完全不同，因而间隔采样将带来较大的误差。与此同时，现场各种条件(如：环境温度变化，天然本底辐射场可能不均匀，天然本底辐射场的随时间的变化)均与实验室不同，标准剂量仪(即量值传递仪表，以下简称：传递仪表)在这种条件下以及经常经过长途运输震动在现场是否还能满足剂量要求都需要考察。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于环境γ辐射连续监测仪现场测试/校准的数据采集装置，解决目前在进行现场测试/校准时，需要用较长时间获取较多的数据，而现有的数据采集方式要么可操作性不高，要么容易导致误差较大，不利于现场测试/校准的问题。

本实用新型通过以下技术方案来实现：

用于环境γ辐射连续监测仪现场测试/校准的数据采集装置，其特征在于：包括传递仪表、被校准仪表、接口单元和上位机单元，所述传递仪表、被校准仪表分别与接口单元连接，接口单元与上位机单元连接；

传递仪表用于量值传递；

被校准仪表为固定安装的、不便于拆卸和送检的环境γ辐射连续监测仪；

接口单元用于将传递仪表或被校准仪表的数据传输给上位机单元；

上位机单元用于接收并记录传递仪表或和校准仪表发出的数据。

进一步地，作为优选技术方案，所述传递仪表的探测器为高大气压力电离室型探测器。

进一步地，作为优选技术方案，还包括监督仪表，监督仪表与接口单元连接。

进一步地，作为优选技术方案，还包括快速响应仪表，快速响应仪表与接口单元连接，快速响应仪表的探测器为非电离室探测器。

进一步地，作为优选技术方案，还包括GPS接收器，GPS接收器与接口单元连接。

进一步地，作为优选技术方案，所述接口单元包括RS232模块、Y型分支器模块、422通讯模块、485通讯模块、光纤通讯模块、以太网接口模块、USB接口模块、WiFi通讯模块、蓝牙通讯模块、4G通讯模块。

进一步地，作为优选技术方案，所述上位机单元为PDA、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机中的任意一种。

本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本实用新型实现了多种测试/校准数据的自动采集，特别是环境γ辐射连续监测仪现场测试/校准数据的自动采集；在利用天然本底辐射开展现场测试/校准时，本实用新型可用较长时间获取较多的数据来降低统计误差。

(2)本实用新型通过交换传递仪表与监督仪表的位置，可以在非均匀场中得到监督仪表对传递仪表的相对响应；另一方面，还可得到传递仪表与监督仪表所在位置辐射场的非均匀性，用于推断被校准仪表所在位置辐射场的非均匀性。

(3)本实用新型通过改变监督仪表与由传递仪表和被校准仪表构成的测量系统的相对位置，可以得到监督仪表对由传递仪表和被校准仪表构成的测量系统的影响。

(4)本实用新型的接口单元避免了地线回路电压浪涌、感应、雷击、静电、热插拔等对接口的损坏，采用Y型分支器模块端与光纤通讯模块连接，可避免与用户的被校准仪表系统进行直接电气连接，以消除相互之间的干扰和影响。

(5)本实用新型在接口单元中配备灵活多变的多种通讯接口模块，可以方便地适应现场测试/校准的多种变化，并且上位机单元可灵活地设置在任意地点。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型的实施例2使用接口单元中的Y型分支器的电路原理图；

图4为本实用新型的实施例2的接口单元结构示意图；

图5为本实用新型实施例4的结构示意图；

图6为本实用新型在现场测试/校准时采集到的数据流中筛选出的宇宙射线数据流；

图7为本实用新型在现场测试/校准时用积分法得出的读数曲线；

图8为本实用新型在现场测试/校准时用图7中多个读数的平均值作为指示值的曲线；

图9为本实用新型在现场测试/校准时从图8得到的相对响应曲线；

图10为本实用新型在现场测试/校准时HPIC输出的温度变化曲线；

图11为图7和图8的部分原始数据流。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于此。

【实施例1】

如图1所示，本实施例所述的用于环境γ辐射连续监测仪现场测试/校准的数据采集装置，包括传递仪表、被校准仪表、接口单元和上位机单元，传递仪表与接口单元连接，被校准仪表与接口单元连接，接口单元与上位机单元连接，

本实施例中，传递仪表为由检测人员带往现场的、用于量值传递的仪表，其计量性能满足国家计量检定规程JJG 521—2006《环境监测用X、γ辐射空气比释动能(吸收剂量)率仪》要求；

被校准仪表指固定安装的、不便于拆卸和送检的环境γ辐射连续监测仪；

接口单元中，包括RS232通讯模块，RS232通讯模块将传递仪表或被校准仪表的RS232通讯协议数据直接传输给上位机单元。

本实施例的上位机单元为PDA、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机中的任意一种，主要用于接收并记录传递仪表、被校准仪表等发出的数据等。

优选的，本实施例的传递仪表的探测器可选为高大气压力电离室型探测器，比如RSS131高大气压力电离室型(HPIC)探测器，主要考虑现场环境γ辐射连续监测仪以高大气压力电离室型探测器为主，RSS131高大气压力电离室型(HPIC)探测器仅通过串口输出数据，因而使用接口单元中的RS232模块进行连接。

本实施例中RS232模块主要由CKL-211防雷防浪涌RS232光电隔离器构成，该模块采用光电隔离技术，极大限度地保护了RS232接口设备，避免了地线回路电压浪涌、感应、雷击、静电、热插拔等对RS232接口的损坏。

【实施例2】

如图2所示，本实施例的结构与实施例1基本一致，不同之处在于，本实施例的接口单元还包括Y型分支器模块，对于环境辐射自动监测站，被校准仪表的探测器主要为高大气压力电离室型(HPIC)探测器，该探测器通过串口输出数据传输给自动监测站机房内的主机，主机串口连接器使用DB9M，因而高大气压力电离室型(HPIC)探测器串口连接器配套使用DB9F，故使用接口单元中的Y型分支器模块来获取被校准仪表的数据。

该Y型分支器模块使用DB9F(Y-2)与自动监测站机房内的主机连接，使用DB9M(Y-1)与(HPIC)探测器连接，Y型分支器模块中的DB9F(Y-2)与DB9M(Y-1)的每一个引脚一一对应连接，而Y型分支器模块的另一端也使用DB9F(Y-3)连接器，并且从DB9F(Y-2)中只引出2脚(RXD接收数据)和5脚(GND)，因而通过该Y型分支器模块后，本实用新型只具有数据接收功能，杜绝了各种偶然意外对被校准仪表进行的控制和写操作，该Y型分支器模块既保证辐射环境自动监测站的连续监测任务，又给本实用新型提供被校准仪表C的数据。Y型分支器模块的结构图如图3所示。

本实施例中Y型分支器模块(Y-3)端与光纤通讯模块连接，光纤通讯模块与上位机单元连接，使用光纤通讯模块具有较强的抗雷击特性的同时，避免本实用新型与环境辐射自动监测站的电气连接，以消除相互之间的干扰和影响。

具体地，本实施例采用川正光电232/485/422三合一光猫，232/485/422光电转换器使用单模单芯SC接口，Y型分支器模块(Y-3)端与其中一台光电转换器的RS232端口连接，两只电转换器之间用胜为电讯级SC接口的单模单芯连接，最大光纤长度可达数公里，上位机单元与另一台电转换器的RS232端口连接，用于室外测量装置之间防雷连接。

另外，为了适应现场的各种情况，接口单元中设置有灵活多变的多种模块组合，还可设置以太网接口模块，USB接口模块，WiFi通讯模块，蓝牙通讯模块，4G通讯模块等等，使上位机单元可灵活地设置在任意地点。

例如：被校准仪表的探测器距离机房内的主机较远(如：HPIC探测器安放在楼顶，而主机安放在楼内某层的机房内，相距数十米甚至上百米)，在这种情况下，使用接口单元中的Y型分支器模块从机房内的主机处获取被校准仪表C的数据，仍然使用光纤通讯模块将数据采集装置与用户的设备进行电气隔离，以消除相互之间的干扰和影响，而上位机单元应设在防雨、防雷的某处，因而传递仪表等仪器与上位机单元的连接可选用下列方式之一：

如图4所示，将传递仪表等仪器连接到接口单元中的RS232通讯模块，可以在短距离内(一般不超过15米)获得简单可靠的数据连接；

将传递仪表等仪器连接到接口单元中的422/485通讯模块，可以在中长距离内(数百米)获得可靠的数据连接；使用422/485通讯模块可以克服光纤容易折断的缺点，在本实施例中使用选用胜为DCP-3202光电隔离型RS232转422/485通讯模块。

将传递仪表等仪器连接到接口单元中的光纤通讯模块，可以在中长距离(数公里)获得可靠的数据连接；该接口单元具有较强的抗雷击特性，光纤的线缆重量比422/485线缆的重量轻，但光纤在现场使用时多次安装和拆卸时容易折断。

将传递仪表以及校准仪表的光纤通讯模块连接到接口单元中的蓝牙通讯模块，可以在短距离内(数十米)实现的简便的无线数据连接，可避免在现场搬运沉重装备和布线的繁锁，主要用于与PDA、平板电脑、笔记本电脑等重量轻的成套设备连接，本实施例中的蓝牙通讯模块主要由BT578RS232蓝牙串口适配器构成。

将传递仪表以及校准仪表的光纤通讯模块连接到接口单元中的WiFi通讯模块，可以在中等距离内(视野范围内不超过百米)实现的无线数据连接，可用于与PDA、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等连接，克服蓝牙通讯距离短、传输数据量较低的缺点，本实施例中WiFi通讯模块主要由低功耗WiFi串口服务器，RS-232接口，透明传输的WF-5010-232WiFi DTU和无线路由器构成。

将传递仪表以及校准仪表的光纤通讯模块连接到接口单元中的以太网接口模块，可以实现不受地域限制的有线数据连接。本实施例中接口单元中的以太网接口模块主要由C2000稳定可靠的高性能工业级串口转网口服务器和无线路由器构成，无线路由器充当以太网接口模块；C2000提供RS232到TCP/IP网络和TCP/IP网络到RS232的数据透明传输，它可以使具有RS232串口的设备立即具备联入TCP/IP网络的功能，具有TCP Server，TCP Client、UDP、虚拟串口、点对点连接等模式；100M单口RS232转RJ45/485转网口具有单看门狗设计。C200向上提供10/100M以太网接口，向下提供1个标准RS232串行口，通讯参数可通过多种方式设置。

测量仪器的宇宙射线响应时，需在水深大于3m、距岸边大于1km的开阔水面进行，为了减少仪器周边设备自身放射性辐射以及人体的放射性辐射对测量的影响，仪器与接口单元中的4G通讯模块连接，通过4G通讯模块接入公用互联网，工作人员及上位机单元安装在岸边用4G通讯模块接入公用互联网(或上位机单元安装在与公用互联网连接的旅馆或办公室中)。本实施例中采用MD-109T嵌入式4G DTU(七模)产品，MD-109T通过4G无线网络将与MD-109T相连的用户设备数据传输到Internet中的一台主机上，实现数据远程透明传输；全面支持中国移动、中国联通和中国电信的2G/3G/4G网络；在LTE 4G网络下，MD-109T的理论下行速率可达100MMbps，上行速率可达50Mbps；灵活的端子接线方式，同时支持串口RS-232和RS-485，支持点到点、点到多点、串口到串口的应用，采用工业级元件，可在恶劣环境下使用，可在－40℃～+85℃温度范围内使用，MD-109T采用嵌入式设计，板子尺寸小巧，可直接嵌入本装置的接口单元中。

【实施例3】

如图5所示，本实施例的结构与实施例1基本一致，不同之处在于：本实施例的监督仪表与传递仪表型号相同，以便考察和监督现场环境条件下以及经过长途运输震动后传递仪表在现场是否还能满足剂量要求，由于现场距实验室距离都很远，必要时可用监督仪表代替传递仪表在现场进行测试。

本实施例的监督仪表也选用RSS131，使用监督仪表可以对采集到的部分关键数据通过相关性分析对现场测试/校准进行质量控制判断，如图7所示，为本实用新型保持传递仪表、监督仪表和被校准仪表相对位置不变的条件下长时间测量，采用积分法得出的读数曲线，该曲线表明：(1)传递仪表与监督仪表所处位置的辐射场不均；(2)辐射场随时间是变化的；(3)即使采用了积分法，传递仪表、监督仪表和被校准仪表的读数曲线在涨落中仍有交叉。如图8所示，将图7的多个读数平均后作为指示值，则传递仪表、监督仪表和被校准仪表随时间的变化趋势一致，数据的相关系数为0.9。如图9所示，用图8的指示值计算出被校准仪表对传递仪表的平均相对响应最大r_AC值＝1.036，最小r_AC值＝1.017，由此表明：通过指示值来计算相对响应对辐射场随时间变化不敏感，结合图10温度变化曲线分析表明：相对响应对环境温度变化不敏感。通过监督仪表对传递仪表的相对响应r_AB的变化曲线及相关系数分析表明：传递仪表和监督仪表在长时间测量中是相对稳定的；如图10所示，为本实用新型在现场测试/校准时HPIC输出的温度变化曲线，结合图7、图8、图9分析表明，传递仪表、监督仪表和被校准仪表对温度变化不敏感。从以上图表分析表明：本实用新型使用监督仪表对传递仪表受环境温度变化，天然本底辐射场的均匀性，天然本底辐射场的随时间的变化提供了监督证据。

通过交换传递仪表与监督仪表的位置，可以在非均匀场中得到：(1)监督仪表对传递仪表的相对响应r_AB；(2)传递仪表与监督仪表所在位置辐射场的非均匀性，用于推断被校准仪表所在位置辐射场的非均匀性。

通过改变监督仪表与由传递仪表和被校准仪表构成的测量系统的相对位置，可以得到监督仪表对由传递仪表和被校准仪表构成的测量系统的影响。

优选的，本实施例还可包括快速响应仪表，快速响应仪表与接口单元连接，快速响应仪表的探测器为非电离室探测器，该快速响应仪表响应速度快，但对宇宙射线不太灵敏，用于将宇宙射线从数据流中筛选出来，如图6所示，为本实用新型在现场测试/校准时采集到的数据流，并从数据流中筛选出来宇宙射线数据流，幅度为μGy/h，时间间隔为1秒；本实施例中选用具有快速响应能力且数据实时输出的F66场地报警器，该场地报警器输出数据间隔为0.1秒。

优选的，本实施例还可包括GPS接收器，GPS接收器与接口单元连接，以便给测试/校准的数据流中添加上测试地点地理位置信息。当使用环境辐射管理中心的服务器作为上位机时，服务器根据GPS地理位置信息自动将传递仪表的数据与被校准仪表的数据配对；本实施例中GPS接收器选用的型号为HOLUX M1200E。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。