Многоканальный дистанционный дозиметр
Владельцы патента RU 2674119:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к радиационной безопасности и может быть применено для распределенного контроля уровней ионизирующего излучения. Многоканальный дистанционный дозиметр содержит датчики на основе счетчиков Гейгера-Мюллера, модуль питания, микроконтроллер, каждый датчик снабжен согласующим трансформатором, первичная обмотка которого последовательно соединена со счетчиком Гейгера-Мюллера, и подключен к высоковольтному преобразователю, выводы вторичной обмотки посредством двухпроводной линии связи соединены с входами компаратора, выход которого соединен с входом Т-триггера, выход которого соединен с одним из входов микроконтроллера, при этом коэффициент трансформации выбран таким, чтобы обеспечить согласование высокого внутреннего сопротивления счетчика Гейгера-Мюллера с низким волновым сопротивлением линии связи. Технический результат – повышение радиационной стойкости многоканального дистанционного дозиметра. 2 ил.
Изобретение относится к радиационной безопасности и может быть применено для распределенного контроля уровней ионизирующего излучения.
Известен многофункциональный инновационный модульный дозиметр по патенту РФ №2593820, G01T 1/00, содержащий модуль питания, высоковольтный преобразователь, блок обработки информации на базе микроконтроллера. Регистрация гамма-излучения осуществляется с помощью четырех счетчиков Гейгера-Мюллера СБМ-20 (СГМ], на каждый из которых подано напряжение 400 В от высоковольтного преобразователя. При прохождении частицы через чувствительный объем СГМ возникает импульс тока, что ведет к просадке напряжения на электродах СГМ. Это падение напряжения усиливается предварительным усилителем, формируется в положительный электрический импульс и подается на вход микроконтроллера. Данный процесс происходит независимо в каждом из четырех каналов. По наличию импульсов, приходящих по всем каналам, определяется количество подключенных СГМ и выбирается необходимое время счета. Подсчитанные за выбранное время счета импульсы корректируются с учетом нагрузочной характеристики СГМ (коррекция мертвого времени]. После чего откорректированное количество импульсов пересчитывается в мощность дозы в мкЗв/час и выводится на экран прибора.
В известном дозиметре конструкция датчика на основе четырех СГМ не предполагает его длительную работу при постоянном повышенном радиационном фоне из-за радиационного старения активных элементов предварительного усилителя, расположенного в непосредственной близости от СГМ. Ограничено число опрашиваемых каналов (4) одного датчика, что не позволяет осуществлять одновременный распределенный контроль уровней гамма- и жесткого бета - излучения с использованием нескольких датчиков и с применением одного микроконтроллера.
Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы повысить радиационную стойкость выносного датчика, а также обеспечить возможность распределенного контроля ионизирующего излучения путем увеличения числа выносных датчиков, которые могут быть одновременно подключены к одному блоку обработки информации, без увеличения времени опроса датчиков (кратно числу подключенных датчиков).
Поставленная задача решена заявляемым изобретением.
Заявляется:
Многоканальный дистанционный дозиметр, содержащий датчики на основе счетчиков Гейгера-Мюллера, высоковольтный преобразователь, вход которого соединен с модулем питания, блок обработки информации на базе микроконтроллера, информационный выход которого соединен с индикатором. В отличие от прототипа, каждый датчик снабжен согласующим трансформатором, первичная обмотка которого последовательно соединена с счетчиком Гейгера-Мюллера, и подключен к высоковольтному преобразователю, выводы вторичной обмотки трансформатора каждого датчика посредством двухпроводной линии связи соединены с входами компаратора, выход которого соединен с входом Т-триггера, выход которого соединен с одним из входов микроконтроллера, при этом коэффициент трансформации выбран таким, чтобы обеспечить согласование высокого внутреннего сопротивления счетчика Гейгера-Мюллера с низким волновым сопротивлением линии связи.
Изобретение поясняется фигурой 1, на которой представлена структурная схема дозиметра, и фигурой 2, поясняющей на графиках принцип формирования импульса, поступающего на вход микроконтроллера.
Дозиметр содержит несколько выносных датчиков 1. Каждый датчик подключен к высоковольтному преобразователю 2, соединенному с модулем питания 3. Также каждый датчик снабжен согласующим трансформатором 4, первичная обмотка которого последовательно соединена с счетчиком Гейгера-Мюллера 5. Выводы вторичной обмотки каждого трансформатора соединены с двухпроводной линией связи 6. Средняя точка вторичной обмотки соединена с нулевым проводом кабеля питания 7 СГМ (показано на фиг. 1), что обеспечивает формирование на выводах вторичной обмотки двух противофазных сигналов относительно нулевого потенциала. При этом коэффициент трансформации выбран таким, чтобы обеспечить согласование высокого внутреннего сопротивления счетчика Гейгера-Мюллера с низким волновым сопротивлением линии связи (понижающий трансформатор). Линия связи соединяет вторичную обмотку трансформатора 4 каждого датчика 1 с входом компаратора 8, выход которого соединен с входом Т-триггера 9, выход которого соединен с одним из входов микроконтроллера 10. Число компараторов 8 и Т-триггеров 9 равно числу выносных датчиков 1. Индикатор 11 подключен к информационному выходу микроконтроллера.
Устройство работает следующим образом.
Регистрация гамма-излучения осуществляется с помощью СГМ 5, на который подается напряжение от высоковольтного преобразователя 2. Питание высоковольтного преобразователя, а также всех активных компонентов дозиметра обеспечивается модулем питания 3.
При прохождении ионизирующей частицы через чувствительный объем СГМ в нем возникает электрический пробой и в первичной обмотке согласующего трансформатора 4 формируется импульс тока. Первичная обмотка трансформатора имеет высокое индуктивное сопротивление и при прохождении импульса тока на ней падает большая часть напряжения от высоковольтного преобразователя 2. В результате напряжение на СГМ резко уменьшается и разряд в нем прекращается. Протекание импульса тока через первичную обмотку согласующего трансформатора формирует на выводах вторичной обмотки два импульса напряжения U1 и U2, разнополярных относительно нулевого потенциала. Благодаря низкому выходному сопротивлению вторичной обмотки обеспечивается согласование вторичной обмотки трансформатора с волновым сопротивлением линии связи и эффективная передача данных импульсов напряжения с вторичной обмотки трансформатора на входы компаратора 8.
Компаратор 8, находящийся вне контролируемой зоны, усиливает разность между импульсными напряжениями на своих входах и преобразует ее в прямоугольный импульс U3, согласованный по уровню с цифровыми логическими уровнями. Длительность импульса U3 соответствует интервалу времени, когда напряжение U1 на неинвертирующем входе компаратора превышает напряжение U2 на его инвертирующем входе. Для предотвращения неопределенного состояния компаратора во время отсутствия импульсов с выхода линии связи, на инвертирующий вход компаратора может быть дополнительно подано постоянное положительное напряжение смещения Uсм. В отличие от прототипа, прямоугольные импульсы U3 с выхода компаратора поступают на вход Т-триггера 9, реализующего операцию деления частоты следования импульсов пополам (сигнал U4). При этом любое изменение состояния Т-триггера будет свидетельствовать о регистрации СГМ очередной ионизирующей частицы. Микроконтроллер отслеживает состояние Т-триггера, и при любом изменении напряжения на его выходе (переход из «нуля» в «единицу» или из «единицы» в «нуль») увеличивает на единицу свой внутренний счетчик. При возрастании уровня ионизирующего излучения частота импульсов с выхода датчика 1, равная частоте изменения состояние Т-триггера, пропорционально возрастает. В результате содержимое счетчика микроконтроллера за заданный интервал времени оказывается прямо пропорциональным уровню ионизирующего излучения, и по количеству импульсов микроконтроллер вычисляет мощность дозы. Результаты измерения с выхода микроконтроллера выводятся на индикатор 6.
В предложенном дозиметре применение Т-триггера позволяет снизить частоту опроса состояния входа микроконтроллера как минимум на порядок. Это следует из того, что интервал времени между изменениями состояния Т-триггера соответствует периоду следования импульсов СГМ, и этот интервал даже при уровне излучения, предельно допустимом для используемого СГМ, как минимум в десять раз превышает длительность отдельного импульса (это является особенностью принципа работы СГМ). В известных устройствах такой результат не обеспечивается. Так в известном многофункциональном дозиметре, реализующем подсчет импульсов с выхода СГМ, микроконтроллер, ввиду малой длительности импульсов с СГМ, должен обеспечить высокую частоту опроса состояния своего входа (с периодом не более длительности импульсов), чтобы не пропустить момент прихода очередного импульса. Преимущество заявляемого дозиметра состоит в том, что он позволяет увеличить как минимум на порядок число датчиков на основе СГМ, подключаемых к одному микроконтроллеру.
Выносные датчики предложенного многоканального дистанционного дозиметра могут практически неограниченное время находиться в области с уровнем излучения, предельно допустимым для используемого СГМ, поскольку обеспечено отсутствие активных элементов в зоне высокоинтенсивного излучения. Применение в датчике согласующего трансформатора не снижает в целом срока службы дозиметра ввиду нечувствительности трансформатора к ионизирующему излучению.
Многоканальный дистанционный дозиметр, содержащий датчики на основе счетчиков Гейгера-Мюллера, высоковольтный преобразователь, вход которого соединен с модулем питания, блок обработки информации на базе микроконтроллера, информационный выход которого соединен с индикатором, отличающийся тем, что каждый датчик снабжен согласующим трансформатором, первичная обмотка которого последовательно соединена со счетчиком Гейгера-Мюллера, и подключен к высоковольтному преобразователю, выводы вторичной обмотки трансформатора каждого датчика посредством двухпроводной линии связи соединены с входами компаратора, выход которого соединен с входом Т-триггера, выход которого соединен с одним из входов микроконтроллера, при этом коэффициент трансформации выбран таким, чтобы обеспечить согласование высокого внутреннего сопротивления счетчика Гейгера-Мюллера с низким волновым сопротивлением линии связи.
