Блок детектирования гамма-излучения в составе беспилотных летательных аппаратов легкого класса



Блок детектирования гамма-излучения в составе беспилотных летательных аппаратов легкого класса
Блок детектирования гамма-излучения в составе беспилотных летательных аппаратов легкого класса

 


Владельцы патента RU 2565335:

Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) (RU)

Изобретение относится к средствам поиска и обнаружения источников гамма-излучения и предназначается для оснащения беспилотных летательных аппаратов. Блок детектирования гамма-излучения в составе двух счетчиков сцинтилляционных, контроллера с установленным модулем GPS, аккумуляторной батареи, при этом для связи между блоком детектирования и пультом дистанционного управления используется GSM-канал, образованный размещенным в блоке детектирования модулем GSM и установленным в пульте управления GSM-модемом, а сцинтилляторы выполнены в виде круглых прямых цилиндров с высотой больше диаметра основания, причем сцинтилляторы ориентированы основанием перпендикулярно направлению полета беспилотного летательного аппарата. Технический результат - расширение области поиска локальных источников гамма-излучения в режиме реального времени. 2 ил.

 

Изобретение относится к средствам поиска и обнаружения источников гамма-излучения и предназначается для оснащения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) легкого класса.

Известны способ дистанционного измерения загрязнения радионуклидами подстилающей поверхности в следе радиоактивного выброса радиационно-опасных предприятий и система для его осуществления (пат. 2388018 Российская Федерация, МПК7 G01T 1/29, А.П. Елохин и др.; патентообладатель А.П. Елохин. - №2009117759/28; заявл. 26.06.2009; опубл. 27.04.2010; Бюл. №12). Система содержит гамма-спектрометрическую установку, размещенную на легком летательном аппарате, несущем дополнительно дозиметр поглощенной в воздухе дозы гамма-излучения, лазерный высотомер, обеспечивающий измерение высоты сканирования подстилающей поверхности, и блок бесконтактной дистанционной передачи информации. Анализатор спектра размещен на наземном средстве передвижения, снабженном блоком приема измерительной информации, причем летательный аппарат и наземное средство передвижения снабжены блоками определения координат и приемопередающими блоками управления полетом летательного аппарата, а блок бесконтактной дистанционной передачи информации соединен с выходами аналого-цифрового преобразователя и дозиметра.

Известно мобильное средство радиационной разведки (Богатов С.А. Мобильное средство радиационной разведки на базе беспилотного летательного аппарата MD4-1000. / А.С. Богатов, С.Л. Гаврилов, С.А. Ткаченко и др. // Специальная техника. - 2012. - №6. - С. 16-22), которое содержит измерительный блок, позволяющий выполнять измерения мощности дозы в широком диапазоне (10-7 Зв/ч до 10-1 Зв/ч). В состав измерительного блока входит спектрометр на основе детектора NaI(Tl) размерами ⌀31×31 мм, а также два счетчика Гейгера-Мюллера. Масса блока составляет 0,6 кг. Габаритные размеры 111×90×126 мм. Полет производится по программно заданной траектории, во время которого производится набор спектров с экспозицией 1 с. Спектры записываются в память измерительного блока с привязкой по данным GPS. На пульт управление в режиме полета передается счет в выбранном энергетическом окне и счет от одного из счетчиков Гейгера-Мюллера. Считывание спектров из памяти измерительного блока производится после приземления БПЛА. Обработка и интерпретация данных с использованием разработанных алгоритмов позволяет: определить мощность дозы, получить распределение интенсивности излучения точечного источника, определить параметры равномерного поверхностного загрязнения.

Использование радиоканала в представленных устройствах как способа передачи данных о радиационной обстановке от блоков детектирования на пульт управления накладывает ограничения на дальность полета БПЛА и, как следствие, на площадь обследуемой территории. Дальность действия радиоканала зависит от мощности передатчика и, как правило, не превышает нескольких километров при прямой видимости и отсутствии помех.

Применение более мощного радиомодема в блоке детектирования, на первый взгляд, позволяет решить эту проблему. Но при этом существенно возрастет энергопотребление, что нивелирует выигрыш в дальности за счет предполагаемого увеличения мощности радиопередатчика, так как сократится время работы блока детектирования в целом. Установка более мощной и, следовательно, более массивной аккумуляторной батареи приведет к увеличению массы и габаритов блока детектирования и отрицательно скажется на летных характеристиках БПЛА.

Известен беспилотный дозиметрический комплекс измерения гамма-излучения (БПДК), выбранный за прототип (Калиберда И.В. Дистанционные измерения радиационного загрязнения территорий с помощью беспилотного дозиметрического комплекса. / И.В. Калиберда, Ф.Ф. Брюхань // Вестник МГСУ. - 2012. - №4. - С. 186-194). БПДК предназначен для выявления зон радиоактивного загрязнения местности, измерения спектрального состава и мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, поиска точечных источников гамма- и нейтронного излучения, а также отображения и документирования данных радиационной обстановки. В качестве дозиметра выступает блок детектирования гамма-излучения БДФИ-02. Детектирующей частью блока является сцинтиллятор, выполненный на основе кристалла NaI размерами ⌀45×45 мм. Бортовое оборудование, кроме детектора-дозиметра, включает в себя датчик спутниковой навигации GPS, видеокамеру, радиоканал с выносной антенной, блок аккумуляторов и защиту от внешнего гамма-излучения. Общая масса бортового оборудования составляет 4,8 кг. Данное оборудование устанавливалось на радиоуправляемый вертолет «Caliber-ZG» фирмы «Kyosho» (Япония), способный нести полезную нагрузку массой до 5 кг.

Недостатками БПДК является большая масса бортового оборудования, ограничивающая ее применение в широком спектре аппаратов легкого класса, так как средняя масса полезной нагрузки таких аппаратов обычно находится в пределах 2,5-3 кг. Размеры детектора для обнаружения источников гамма-излучения требуют полетов на малой высоте с небольшой скоростью. Так, например, поиск источника Cs-137 проводился на высоте 10 метров при скорости полета 10 км/ч. Это приводит к значительному увеличению времени поиска и опасности столкновения с естественными и искусственными преградами при полетах на малых высотах. Как и в представленных аналогах, связь между БПДК и пультом управления осуществляется по радиоканалу.

Представленные аналоги и прототип создавались применительно к конкретным моделям БПЛА вертолетного типа с вертикальным взлетом и посадкой, возможностью зависания и управлением в ручном режиме. В качестве детекторов использовались сцинтилляторы NaI(Tl), выполненные в виде равносторонних цилиндров, где высота была равна диаметру оснований. Блоки детектирования также были выполнены в виде цилиндров и устанавливались под фюзеляжем, нижнем (рабочим) основанием к исследуемой поверхности. При этом габариты блоков детектирования были практически сравнимы с габаритами самих фюзеляжей БПЛА.

Для БПЛА легкого класса самолетного типа, запускаемых при помощи катапульты и перемещающихся на больших скоростях (от 60 км/ч), необходима более универсальная конструкция блока детектирования, учитывающая аэродинамику и габариты фюзеляжа БПЛА и вместе с этим позволяющая обеспечивать высокие обнаружительные характеристики.

Максимальная дальность полета таких БПЛА превышает десятки километров, что делает практически невозможной связь между блоком детектирования и пультом управления по радиоканалу, и, как следствие, теряется оперативность при сборе информации о радиационной обстановке на местности.

Задачами изобретения являются увеличение области поиска источников гамма-излучения в режиме реального времени за счет повышения дальности связи между установленным на БПЛА блоком детектирования и пультом управления, а также адаптация детектирующих элементов к высоким скоростям полета БПЛА с целью обеспечения высоких обнаружительных характеристик.

Данная задача решается за счет того, что в качестве средства связи между блоком детектирования и пультом управления используется беспроводной GSM-канал, реализуемый при помощи модуля GSM, установленного в блоке детектирования, и GSM-модемом, подключенным к пульту управления, представляющим собой персональный компьютер. Обеспечение высоких обнаружительных характеристик реализуется применением сцинтилляционных счетчиков NaI(Tl), выполненных в виде круглых прямых цилиндров и ориентированных основанием перпендикулярно направлению полета БПЛА. Выбор количества и размеров кристаллов является решением задачи оптимизации между эффективностью регистрации гамма-квантов (за что отвечает диаметр основания), максимальной эффективной площадью детектора (за что отвечает боковая поверхность) и минимальными массогабаритными характеристиками блока детектирования. Оптимальные результаты показала конфигурация из двух сцинтилляторов NaI(Tl) с высотой в 2,6 раза больше диаметра основания.

Такая форма и расположение детекторов увеличивают эффективную площадь регистрации гамма-излучения за счет использования боковой поверхности в качестве рабочей и позволяют минимизировать габариты блока детектирования, что существенным образом сказывается на его аэродинамических характеристиках.

Техническим результатом является расширение области поиска локальных источников гамма-излучения в режиме реального времени с применением БПЛА легкого класса, оборудованных блоком детектирования гамма-излучения, а также адаптация конструкции блока детектирования к высоким скоростям полета БПЛА при сохранении высоких обнаружительных характеристик.

Дополнительным преимуществом являются малый вес и габариты блока детектирования, позволяющие устанавливать данный блок практически на все существующие БПЛА легкого класса.

Предложен блок детектирования гамма-излучения в составе двух счетчиков сцинтилляционных 1, представляющих собой сцинтилляторы NaI(Tl), каждый из которых соединен с фотоэлектронным умножителем, контроллера 2 с установленным модулем GPS 3, модуля GSM 4, аккумуляторной батареи 5, и пульт управления 6, представляющий собой персональный компьютер с установленным GSM-модемом 7. Схема блока детектирования и пульта управления представлена на фиг. 1. Выходы счетчиков сцинтилляционных связаны с входом контроллера, отвечающего за питание и обработку сигналов со счетчиков. Модуль GPS введен в состав контроллера и предназначен для получения текущих географических координат. Выход контроллера через CAN-сеть связан с входом модуля GSM, реализующего беспроводной канал обмена данными между блоком детектирования и пультом управления. Аккумуляторная батарея служит для питания всех составных частей блока детектирования и соединена с контроллером, на вход которого подается напряжение 5 В от зарядного устройства 8 для зарядки аккумуляторной батареи.

Поиск источников излучения производится следующим образом. Блок детектирования устанавливается на БПЛА согласно фиг. 2. Во время полета БПЛА по заранее заданному маршруту блоком детектирования производится непрерывная регистрация гамма-излучения. Попадание гамма-квантов в сцинтилляционный детектор вызывает в нем световые вспышки. Световые вспышки фотоэлектронным умножителем преобразовываются в импульсы тока, которые поступают на вход контроллера, где производится анализ спектра импульсов по амплитудам и формируется спектр гамма-излучения. При помощи программного обеспечения контроллера количество импульсов спектра гамма-излучения сравнивается с записанным перед полетом в память устройства количеством импульсов спектра фонового гамма-излучения и делается вывод о наличии или отсутствии источника гамма-излучения. Сравнение производится в энергетических окнах, содержащих пики полного поглощения, соответствующим известным радионуклидам (например, в 1024-канальном спектре радионуклиду Cs-137 будет соответствовать окно с 200 по 240 канал). Таким образом, по превышению фоновых значений счета в конкретном энергетическом окне решается задача идентификации радионуклида. Чем меньше энергетическое окно, тем меньше в нем суммарное значение фоновых импульсов, тем ниже порог обнаружения источника излучения и, следовательно, выше чувствительность детектора. Порог обнаружения должен выбираться из заданной вероятности ложных тревог.

Информация, которая выдается от блока детектирования, через GSM-канал поступает на пульт управления и включает в себя: текущее положение БПЛА по показаниям модуля GPS, величину превышения сигнала от обнаруженного источника над уровнем фона, тип идентифицированного радионуклида в случае обнаружения. Это позволяет отслеживать радиационную обстановку в каждой точке заданного маршрута БПЛА в режиме реального времени. Данная информация наносится на электронную карту местности в пульте управления и совмещается с заранее заданным маршрутом БПЛА. По окончании полета и возвращении БПЛА в заданную точку при помощи пульта управления производится считывание с блока детектирования спектрометрических и вспомогательных данных из энергонезависимой памяти долговременного хранения, входящей в состав контроллера.

В качестве сцинтилляционных детекторов в блоке детектирования используются два цилиндрических сцинтиллятора NaI(Tl) размерами 031×80 мм. Расположение сцинтилляторов таким образом, что основание располагается перпендикулярно линии полета, а боковая поверхность обращена к исследуемой поверхности, позволяет достичь компактности блока детектирования, размеры которого составляют 210×140×65 мм при весе 1,8 кг. Такие весогабаритные характеристики позволяют устанавливать блок детектирования практически на все известные БПЛА легкого класса без потери аэродинамических характеристик.

Блок детектирования позволяет обнаруживать источник Cs-137 активностью 5 мКи при пролете над ним на высоте 50 м на скорости 60 км/ч.

Блок детектирования гамма-излучения в составе двух счетчиков сцинтилляционных, контроллера с установленным модулем GPS, аккумуляторной батареи, отличающийся тем, что для связи между блоком детектирования и пультом дистанционного управления используется GSM-канал, образованный размещенным в блоке детектирования модулем GSM и установленным в пульте управления GSM-модемом, а сцинтилляторы выполнены в виде круглых прямых цилиндров с высотой больше диаметра основания, причем сцинтилляторы ориентированы основанием перпендикулярно направлению полета беспилотного летательного аппарата.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиационного контроля (РК) и предназначено для поиска, обнаружения и локализации источников ионизирующих излучений (ИИИ) наземными или морскими мобильными комплексами РК и стационарными устройствами РК.

Изобретение относится к области детекторов. Модуль (10) детектора излучения для использования во времяпролетном позитронно-эмиссионном (TOF-PET) томографическом сканере (8) формирует триггер-сигнал, указывающий обнаруженное событие излучения.

Изобретение относится к области формирования ядерных изображений, а также находит применение при изучении поглощения совместно с формированием изображений посредством позитронно-эмиссионной томографии (PET).

Изобретение относится к области визуализации и, в частности, к корректировке рассеяния фотонов во времяпролетных позитронно-эмиссионных томографах (PET). Сущность изобретения заключается в том, что способ корректировки данных времяпролетной визуализации PET, приобретенных детекторами фотонов в томографе (200) PET, чтобы учитывать рассеяние фотонов, где поле зрения (230) томографа (200) PET делится на базисные функции (232) и выявляется одна или несколько точек (S) рассеяния, чтобы применить имитационную модель рассеяния, причем способ содержит этапы, на которых задают, для каждой точки (S) рассеяния фотона, траекторию (ASB) рассеяния, соединяющую точку (S) рассеяния фотона по меньшей мере с одной парой детекторов (А, В) фотонов, и вычисляют вклад рассеяния в данные визуализации PET, записанные по меньшей мере одной парой детекторов (А, В) фотонов, от каждой базисной функции (232) в наборе (PS) базисных функций (р), расположенных вдоль траектории (ASB) рассеяния, и где вклад рассеяния от любой базисной функции (р) вычислен независимо от вклада рассеяния от других базисных функций (р).

Изобретение относится к способам и устройствам определения положения и интенсивности пучка заряженных частиц. Устройство для мониторинга параметров пучка ионов содержит сцинтиллятор, установленный перпендикулярно направлению пучка ионов, фотоприемники, расположенные равномерно по периметру сцинтиллятора, схему регистрации и обработки сигналов с фотоприемников, при этом сцинтиллятор выполнен в виде дискообразной светонепроницаемой камеры, а фотоприемники установлены в отверстиях, выполненных в ее боковой стенке, и снабжены светофильтрами, прозрачными для инфракрасного излучения, при этом сцинтиллятор вместе с фотоприемниками заключен в герметичную оболочку с отверстиями для впуска и выпуска сцинтиллирующего газа.

Изобретение относится к области проведения испытаний дозиметрических приборов по определению энергетической зависимости чувствительности при измерениях мощности дозы (дозы) гамма-излучения.

Использование: для формирования рентгеновского изображения. Сущность заключается в том, что устройство формирования рентгеновского изображения содержит разделяющий элемент, выполненный с возможностью пространственного разделения рентгеновского излучения, излучаемого из источника рентгеновского излучения, сцинтиллятор, выполненный с возможностью излучения света, когда разделенный пучок рентгеновского излучения, разделенный на разделяющем элементе, падает на сцинтиллятор, блок ограничения светопропускания, выполненный с возможностью ограничения степени пропускания света, излучаемого сцинтиллятором, и множество световых детекторов, каждый из которых выполнен с возможностью детектирования количества света, прошедшего через блок ограничения светопропускания, причем блок ограничения светопропускания выполнен так, что интенсивность света, детектируемая на каждом из световых детекторов, изменяется в соответствии с изменением позиции падения пучка рентгеновского излучения.

Изобретение относится к комбинации отсеивающего растра, катода и держателя для детектора фотонов, используемого при получении изображений в спектральной компьютерной томографии.

Использование: в способе обнаружения объектов ядерных технологий радиозондированием. Сущность: в способе обнаружения объектов ядерных технологий радиозондированием, включающем регистрацию излучения, измерение превышения регистрируемого излучения над фоном и выдачу сигнала о наличии объекта, производят радиочастотное сканирование окрестности наблюдаемого объекта, фиксируют техническими средствами наличие отраженного сигнала на частоте сканирования, измеряют его величину, определяют максимальное значение от частоты и при его превышении над фоном принимают решение о принадлежности наблюдаемого объекта к объектам ядерных технологий.

Изобретение относится к средствам диагностики нейродегенеративных заболеваний. Установка содержит модуль получения изображений, получающий визуальные данные о состоянии головного мозга пациента, и анализатор изображений, выполненный с возможностью определения на основании визуальных данных с использованием вероятностной маски для определения исследуемых областей на изображении, заданном визуальными данными, количественного показателя, указывающего на степень развития нейродегенеративной болезни мозга пациента.

Группа изобретений относится к автономным цифровым интегрированным комплексам бортового электронного оборудования многодвигательных воздушных судов. Бортовая система информационной поддержки содержит модуль динамики взлета, модуль высотно-скоростных и метеорологических параметров, модуль летно-технических характеристик, модуль аэродинамики, модуль тяги силовых установок, модуль базы данных аэродромов и мировую базу данных рельефа подстилающей поверхности EGPWS повышенной точности в 3D формате и минимальных безопасных высот, модуль анализа и принятия решений и другие модули.

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в системах сигнализации о пилотажных параметрах вертолета. .

Изобретение относится к способу формирования прогноза вектора скорости полета. .

Изобретение относится к области разработки интерфейсных элементов для усовершенствования процедуры выполнения полета. .

Изобретение относится к способу и устройству определения массы летательного аппарата, положения его центра масс. .

Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для использования при реализации бортового комплекса навигации, управления и наведения многофункциональных маневренных летательных аппаратов (ЛА).

Изобретение относится к области автоматизации процесса обнаружения программных и оперативных целей. .

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и может быть использовано для обеспечения наблюдения и мониторинга окружающего пространства с подвижных носителей.

Изобретение относится к системам тревожной сигнализации, применяемым на летательных аппаратах. .

Изобретение относится к области авиации, более конкретно, к тактильным системам предупредительной сигнализации для вертолетов. .

Электронный модуль (1), например устройство отображения, содержит первый соединитель, а каркас (20), например каркас приборной панели летательного аппарата, содержит второй соединитель (22), дополняющий первый соединитель. Первый соединитель установлен в боковой выемке (11) на стенке модуля, второй соединитель установлен со свободным вращением в каркасе на опорах (23), которые также включают в себя фиксирующую ручку (24) для обеспечения электрического и механического соединения модуля в каркасе. Обеспечивается простая и легкая установка электронного модуля в каркас. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх