一种水体总α、总β放射性在线自动化监测装置

一种水体总
α
、总
β
放射性在线自动化监测装置
技术领域
1.本实用新型涉及辐射探测和辐射环境监测技术领域，尤其涉及一种水体总α、总β放射性在线自动化监测装置。


背景技术：

2.对于水中α、β放射性的测量，传统的方法大多采用实验室分析的方式，将经过采样、浓缩、制样得到的水样采用低本底α、β测量仪器进行测量，这种测量方式流程多，测量周期长，时效性差，无法满足快速给出测量结果和预警信息的需求。由于α粒子和β粒子在水中的射程非常短，对其测量更多的是采用传统的放射化学分析流程，较少采用浸入式直接测量的方式。


技术实现要素：

3.针对上述水中α、β放射性的测量方法中存在的无法满足快速给出测量结果和预警信息的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种水体总α、总β放射性在线自动化监测装置。
4.为达到上述目的，本实用新型提出了一种水体总α、总β放射性在线自动化监测装置，包括：阵列式薄塑料闪烁体探测器组件、屏蔽体、测量水箱、一体化工控机、数据采集模块和进出水水路，测量水箱设置在屏蔽体内部，测量水箱一侧的顶部和底部设置液位传感器，一体化工控机设置在监测装置的外部面板上，一体化工控机读取液位传感器的数据信息；阵列式薄塑料闪烁体探测器组件包括阵列式薄塑料闪烁体探测器、光电倍增管、分压电路和前置放大电路，阵列式薄塑料闪烁体探测器采用竖直方式设置在测量水箱中，分压电路和前置放大电路封装在光电倍增管中。
5.优选地，屏蔽体为不锈钢材质，但不限于不锈钢材质。
6.本实用新型采用可对水中α粒子和β粒子进行直接测量的阵列式薄塑料闪烁体探测器，免除了复杂的制样过程，同时满足了在线快速监测的需求。水中的α粒子和β粒子在薄塑料闪烁体探测器中产生的闪烁光信号经过光电倍增管转换为电信号，电信号经前置放大电路后传输到数据采集模块，根据两种粒子在探测器中产生的脉冲信号具有的显著不同特征，依靠软件编程对两种信号实现甄别，以此实现对α粒子和β粒子的同时测量及对两种粒子的甄别。采用屏蔽体起到对监测装置周围γ射线的屏蔽作用。阵列式薄塑料闪烁体探测器采用竖直方式设置在测量水箱中，减少了监测装置的占地面积以及减少了宇宙射线在塑料闪烁体探测器中能量沉积带来的本底贡献。
7.进一步地，阵列式薄塑料闪烁体探测器由若干片双面薄塑料闪烁体探测器组成，双面薄塑料闪烁体探测器中间设置作为光导材料的有机玻璃，有机玻璃中铺设波长转换光纤，波长转换光纤集合成束后与光电倍增管耦合，在波长转换光纤集合成束的末端设置集束箍。
8.优选地，设置两个光电倍增管，采用双端光电倍增管信号读出的符合测量方式以
有效地降低电子学噪声。
9.本实用新型采用双面薄塑料闪烁体探测器组成阵列式探测器，有效地增大测量体积，提高了对水中α粒子和β粒子的探测效率。采用波长转换光纤集合成束后与光电倍增管耦合的方式，既增大了有限的探测体积，又保证了探测器的体积不至于很大。采用有机玻璃作为光导材料，并在其中铺设波长转换光纤，α粒子和β粒子在塑料闪烁体中激发产生的闪烁光信号由波长转换光纤收集和传输，有效提高了光信号的收集效率。集束箍是不锈钢金属件，设置在波长转换光纤集合成束的末端，对成束的光纤进行固定，便于对光纤的端面进行抛光和打磨。
10.进一步地，阵列式薄塑料闪烁体探测器表面设置防水层。
11.进一步地，进出水水路包括过滤器、可编程控制的电磁阀和水泵，一体化工控机控制电磁阀和水泵的开关。
12.本实用新型的监测装置直接从水源取水，水中含有杂质和泥沙，采用过滤器过滤除去水源中的杂质和泥沙，防止其阻塞测量装置的水路。
13.进一步地，测量水箱底部设置进水管，测量过程中待测量的水经进水管进入测量水箱，测量完成的水由测量水箱顶部溢出后排出到存储水箱，测量水箱和存储水箱分别设置排水管，排水管均置于测量装置底部。
14.进一步地，测量水箱的排水管和存储水箱的排水管在出口处汇聚到一起。
15.进一步地，液位传感器包括红外线探头，红外线探头置于测量水箱内部，液位传感器贯穿测量水箱的侧壁。
16.本实用新型的一体化工控机内部设置软件操作程序，一体化工控机通过读取液位传感器的数据信息控制电磁阀和水泵的开关，测量水箱的水位达到顶部的液位传感器时，测量开始；测量时间到或者测量数据量满足要求时，测量结束。
17.测量开始时，点击程序主界面，选择是否开启全自动测量，若是，则开启全自动测量，若否，则回到程序主界面，不进行后续步骤；开启全自动测量后，打开进水泵和进水电磁阀，使得水样进入测量水箱，一体化工控机通过读取液位传感器的数据信息，判断水位是否达到上液位传感器，即顶部液位传感器，若是，则水样测量开始，若否，则继续进水；水样测量开始后，判断是否测量时间到或者测量数据量满足要求，若否，则继续测量，若是，则关闭进水泵和进水电磁阀，打开排水泵和出水电磁阀，进行排水；开始排水后，判断测量水箱的水位是否到达下液位传感器，即底部液位传感器，若否，则继续排水，若是，则关闭出水泵和出水电磁阀，测量结束。
18.相对于现有技术，本实用新型的技术效果为：本实用新型涉及的水体总α、总β放射性在线自动化监测装置通过阵列式薄塑料闪烁体探测器，采用浸入式直接测量以及α粒子和β粒子同时在线测量的方式，免除了复杂的制样过程，满足了在线快速监测的需求。
附图说明
19.本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1为本实用新型监测装置结构示意图；
21.图2为本实用新型阵列式薄塑料闪烁体探测器组件的侧视图；
22.图3为本实用新型阵列式薄塑料闪烁体探测器的截面图；
23.图4为本实用新型波长转换光纤在有机玻璃中铺设的结构示意图；
24.图5为本实用新型液位传感器在测量水箱侧壁的安装示意图；
25.图6为本实用新型监测装置的工作流程图。
26.附图标记说明：
27.屏蔽体1、液压杆2、支撑架3、测量水箱4、存储水箱5、阵列式薄塑料闪烁体探测器6、进水管7、顶层光纤8、底层光纤9、有机玻璃10、红外线探头11、液位传感器12、波长转换光纤13、光电倍增管14、集束箍15、高压输入端16、信号输出端17、直流电源输入端18、ej212探测器19、ej440探测器20、弯曲半径r、波长转换光纤之间的距离l1、两层阵列式薄塑料闪烁体探测器之间的距离l2、有机玻璃的厚度l3。
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.下面参照附图描述根据本实用新型实施例提出的水体总α、总β放射性在线自动化监测装置。
30.如图1-4所示，该水体总α、总β放射性在线自动化监测装置包括：阵列式薄塑料闪烁体探测器组件、屏蔽体1、测量水箱4、一体化工控机、数据采集模块和进出水水路，测量水箱4设置在屏蔽体1内部，测量水箱4一侧的顶部和底部设置液位传感器12，一体化工控机设置在监测装置的外部面板上，一体化工控机读取液位传感器12的数据信息；阵列式薄塑料闪烁体探测器组件包括阵列式薄塑料闪烁体探测器6、光电倍增管14、分压电路和前置放大电路，阵列式薄塑料闪烁体探测器6采用竖直方式设置在测量水箱4中，分压电路和前置放大电路封装在光电倍增管14中。
31.阵列式薄塑料闪烁体探测器组件包括阵列式薄塑料闪烁体探测器6、光电倍增管14、分压电路和前置放大电路。高压电源通过高压输入端16输入，经分压电路为光电倍增管14提供工作所需电压；直流电源通过直流电源输入端18为前置放大电路提供输入；水中的α粒子和β粒子在薄塑料闪烁体探测器中产生的闪烁光信号经过光电倍增管14转换为电信号，电信号经前置放大电路后通过信号输出端17传输到数据采集模块。阵列式薄塑料闪烁体探测器6由若干片双面薄塑料闪烁体探测器组成，本实用新型的阵列式薄塑料闪烁体探测器6由10片双面薄塑料闪烁体探测器组成5层双面阵列式探测器结构，阵列式薄塑料闪烁体探测器6表面设置防水层，两层阵列式薄塑料闪烁体探测器6之间的距离l2为1cm，若间距过小，阵列式薄塑料闪烁体探测器6对β粒子的探测效率会降低；若间距过大，则在性能上没有提升，且增大了监测装置的体积。本实用新型采用的ej444薄塑料闪烁体由ej212探测器19和ej440探测器20组成，每一层双面薄塑料闪烁体探测器包括两个ej212探测器19和两个ej440探测器20，其中，ej212探测器19为塑料闪烁体探测器，用于测量β粒子，ej440探测器20为zns：ag探测器，用于探测α粒子。双面薄塑料闪烁体探测器中间设置作为光导材料的有机玻璃10，有机玻璃10的厚度l3为1cm。有机玻璃10中铺设波长转换光纤13，波长转换光纤
13设置在有机玻璃10的顶层和底层，如图4所示的顶层光纤8和底层光纤9。波长转换光纤13之间的间距由蒙特卡罗模拟和实际探测后优化得到，本实用新型波长转换光纤13之间的距离l1为1cm，波长转换光纤13集合成束后与光电倍增管14耦合，波长转换光纤13集合成束的末端设置集束箍15。本实用新型设置两个光电倍增管14，采用双端光电倍增管14信号读出的符合测量方式。采用的光电倍增管14双端信号读出的方式需要光纤在铺埋过程中产生弯曲，为了尽可能地降低光纤弯曲带来的光信号传输损耗，弯曲半径r的选择尽可能的大，此实施例中采用的弯曲半径r为4cm。
32.阵列式薄塑料闪烁体探测器6采用竖直方式设置在测量水箱4中，测量水箱4底部设置进水管7，测量过程中待测量的水经进水管7进入测量水箱4，测量完成的水由测量水箱4顶部溢出后排出到存储水箱5，测量水箱4和存储水箱5分别设置排水管，排水管均置于测量装置底部，测量水箱4的排水管和存储水箱5的排水管在出口处汇聚到一起。测量水箱4一侧的顶部和底部设置液位传感器12，液位传感器12包括红外线探头11，红外线探头11置于测量水箱4内部，液位传感器12的导线设置在测量水箱4外部，液位传感器12贯穿测量水箱4的侧壁，以螺纹方式拧入。液位传感器12用于监测测量水箱4中的水位是否达到最高液位和最低液位，到达最低液位，停止排水；到达最高液位，测量开始。
33.监测装置整体采用不锈钢作为屏蔽体，屏蔽体1厚度为1cm，监测装置顶部可以采用液压杆2将顶盖掀起，在顶盖掀起后，采用不锈钢支撑架3支撑顶盖，方便对内部探测器组件的检修，进一步提高操作的安全系数。
34.一体化工控机置于监测装置的外部面板上，一体化工控机内部安装与监测装置配套的软件操作程序，软件程序主要实现对电气设备的控制、测量的控制以及数据存取和传输等功能。进出水水路包括过滤器、可编程控制的电磁阀和水泵，一体化工控机通过读取液位传感器12的数据信息控制电磁阀和水泵的开关，以此达到自动化测量的目标；同时，为了提高监测设备的安全性能，增加手动阀门这一冗余措施，能够在检测到电气设备失效的情况下确保测量工作的正常进行。另外，本实用新型还可以配备ups电源，ups电源能够在断电的突发情况下给出报警信息并继续工作一段时间，保证监测设备的测量数据不丢失；监测装置配备网口，用于与上位机之间进行通讯连接，传输监测数据，便于形成一套监测网络结构。
35.监测装置的监测方式包括：静态测量方式和连续测量方式。静态测量方式指的是测量水箱4中的水位达到指定高度后即开始测量，无需进行进出水的控制，设定的测量时间到，则完成单次的测量；连续测量方式指的是测量水箱4达到指定高度后即开始测量，测量过程中进水水路一直保持进水，测量完成后，将测量水箱4中的水样自动排出。
36.监测装置的工作模式包括：自动化测量和手动测量，可以根据测量需求进行选择。在自动化测量方面，其工作流程图如图6所示，进水管7的进水口位于测量水箱4的底部，水位螺旋上升，保证了进入到测量水箱4中的待测量的水为新水，测量完成的水，即旧水则由测量水箱4顶部溢出后排出到存储水箱5中，存储水箱5底部安装有排水口，由测量水箱4溢出的旧水能够被快速及时地排出到监测装置外部，以此保证自动化工作模式安全运行，自动化监测过程中无需人员值守。
37.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
38.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
39.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。