華龍一號機組MPR200M便攜式輻射測量系統(tǒng)的研制

任熠 郭喜榮 郭強

摘? ?要：本文介紹為適應華龍一號機組的輻射測量需求而研制MPR200M型測量系統(tǒng)的整機結構、軟件流程和試驗情況。MPR200M是全新一代的多探頭輻射測量系統(tǒng)（綜合型、多用途的保健物理測量儀），主機內置GM計數(shù)管，外接探頭種類多達23種，支持熱插拔和智能識別。同時，還可擴展外置條碼掃描器和GPS模塊實現(xiàn)地理位置的獲取。

關鍵詞：便攜式輻射測量系統(tǒng)? 探頭智能識別? 條碼掃描? GPS數(shù)據(jù)

中圖分類號：TH89? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0072-04

Abstract： This paper mainly introducesMPR200MMulti-probe radiation measuring instrument for HUALONG No1， including the system structure， software process and physical test. MPR200M is the new generation of multi-probe radiation measuring instrument system （comprehensive， multi-purpose care physical measurement instrument）. MPR200M has built-in GM detectors and can choose external 23 kinds of probe， supporting hot plug and intelligenting? recognition. Additionally， MPR200M can expand the outer barcode scanner and access to position infromation from GPS.

Key Words：Portable radiation measurement system; Intelligent identification of probe; Barcode scanning; GPS data

MPR200M多探頭輻射測量儀是由山西中輻核儀器有限責任公司自主研發(fā)的一款便攜式放射性探測儀，內置GM管探頭，可測量γ周圍劑量當量率。也可外接ZnS晶體、塑料閃爍體、雙閃爍體、雙GM管、五GM管、NaI晶體等多種類型、不同面積（尺寸）的探頭。通過主機和不同探頭組合（見圖1），可對各種放射性場合的α、β、γ輻射進行測量，且配套計算機管理軟件，可對主機和探頭的參數(shù)進行設置，對主機存儲的測量數(shù)據(jù)進行導出處理。廣泛適用于核電站、其他核設施、環(huán)境保護、工業(yè)探傷、輻照加工等領域。

1? 主機設計

1.1 主機結構框圖

如圖2所示為MPR200M的結構框圖，主要由電源電路、探測器信號處理電路、顯示電路、按鍵電路以及蜂鳴器、時鐘和存儲電路等，最主要的是電源電路和探測器信號處理電路。

1.2 電源管理設計

作為一款便攜式儀表，電源性能的好壞，直接影響儀表的適用性及通用性，MPR200M在電源設計上采用凌華公司LTC3455系列電源管理器，電路圖如圖3所示。

絕大多數(shù)的電池供電的手持便攜設備通?？梢杂靡粋€AC適配器，一個通用串行總線（USB），或者一塊鋰/聚合物電池來供電，但是，如何實現(xiàn)這些電源間的電源通道控制與切換卻是一個很大的技術挑戰(zhàn)。

LTC3455無縫地管理交流適配器，USB和鋰電池之間的功率流，帶有一個全功能的鋰離子/聚合物電池充電器[1]，且具有雙通道DC / DC轉換器，功能強大，為MPR200M的產品性能提供有力保證。

1.3 探測器電路設計

MPR200M主機為適應不同場所的應用需求，特采用雙探測器的設計理念，既滿足低劑量水平的快速響應，同時也滿足高劑量水平下的測量范圍。

MPR200M探測器選用美國LND， INC.帶周圍劑量當量率能響補償?shù)腉M管，采用內置雙GM計數(shù)管探測器組合的測量模式，在劑量率較低的情況下，由低量程GM管作為主探測器，測量得出的劑量率作為顯示值;當劑量率較高時，就由高量程GM管作為主探測器，同時關斷低量程探測器的高壓。待劑量率降回到較低時，又重新開啟電源。高低量程切換的過程，如圖4所示。

圖中標出n1，n2，n3，n4為高低量程切換的判斷閾值，設高量程的計數(shù)率為n，切換條件見表1所示。

從表1中可看出，高低量程切換點與低量程電壓切換點不是同一點，原因是避免高壓開啟瞬間低量程探測器計數(shù)不穩(wěn)定，進一步造成劑量率測量的不穩(wěn)定，所以需要提前開啟低量程高壓，有效降低測量誤差。

從表1中還可看出，同一條件n1

2? 探頭設計

MPR200M多探測輻射測量儀可外接探頭種類可擴展多達23種，外接探頭按探頭類型分類如表2所示。

2.1 探頭結構框圖

如圖5所示。

2.2 探頭存儲芯片

探頭部分內置存儲芯片，可存儲探頭編號、探頭類型、測量模式、數(shù)據(jù)存儲模式、刻度因子、報警閾值等多種參數(shù)信息，主機自動讀取參數(shù)，轉換測量界面。

存儲芯片選擇單總線存儲芯片，既節(jié)約引腳資源，同時也能滿足存儲要求。

2.3 探頭高壓

為了滿足探頭熱插拔，特在探頭處添加高壓模塊，在儀器使用上更加安全可靠。由于不同的探測器的對高壓的需求也不同，所以在安裝不同設備時，需調節(jié)不同的高壓。

2.4 探頭信號處理

由于探測器的種類不同，因此在探測器信號的采集和處理也不相同，GM計數(shù)管的信號采集與處理電路[3]相對簡單，只需選擇合適的配置電路工作參數(shù)即可滿足要求，而對于閃爍體探測器的信號處理電路則采用帶極零相消[4]的前置放大電路，可有效的減少輸出脈沖的堆積，在高計數(shù)率的情況下，也有較高的幅度辨識。

3? 性能指標

依據(jù)《JJG 393-2018便攜式X、γ輻射周圍劑量當量（率）儀和監(jiān)測儀檢定規(guī)程》[4]要求對MPR200M進行實驗測試，測試項目如下。

3.1 相對固有誤差

如表3所示。

3.2 能量響應

主機的高低量程管的能響如圖6、圖7所示。

低量程管在60keV至1.3MeV的能量范圍內，相對于137Cs的歸一響應，不超過±25%，高量程管不超過±30%，符合要求。

3.3 角響應

主機的高低量程管的角響如圖8，圖9所示。

對于137Cs（662 keV）的γ參考輻射源，當入射角在0°至±45°內變化時，低量程計數(shù)管的角響應相對于校準方向的響應，不超過±25%，高量程計數(shù)管的角響應相對于校準方向的響應，不超過±15%，符合規(guī)程要求。

4? 機械特性和環(huán)境特性

4.1 機械特性

依據(jù)GB/T8993-1998《核儀器環(huán)境條件和實驗方法》[5]，MPR200多探頭測試儀主機和探頭分別通過了振動試驗、沖擊試驗、跌落試驗和IP65等級試驗，并取得了證書。

4.2 環(huán)境特性

依據(jù)GJB151A-97、GJB152A-97和產品試驗要求[6]，MPR200多探頭測試儀主機和探頭在10kHz～40GHz頻率段范圍內，響應都滿足其要求。

5? 結語

MPR200M多探頭輻射測量儀系統(tǒng)的設計注重核電使用需求，其具有豐富的測量模式，可滿足核電現(xiàn)場不同的測量場所需求。同時，具有強大的數(shù)據(jù)存儲功能和很好的數(shù)據(jù)關聯(lián)性，提升了用戶對輻射測量狀況的掌控能力和測量的執(zhí)行效率。經(jīng)過一系列的試驗驗證，表明設備符合華龍一號機組的技術規(guī)格和設計。

參考文獻

[1] LTC3455 Dual DC/DC Converter with USB Power Manager and Li-Ion Battery Charger Datasheet[R].2005.

[2] 中華人民共和國國標.GBT 4835.1-2012便攜式工作場所和環(huán)境監(jiān)測儀表輻射防護儀器β、X和γ射線用環(huán)境和或定向劑量當量（率）表和或監(jiān)控器 第1部分[S].2012.

[3] 楊團偉，邵暉，樊海軍，等.GM計數(shù)管的信號采集與處理[J].核電子學與探測技術，2014（6）：720-723.

[4] 中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程JJG 393-2003輻射防護用X、γ輻射劑量當量（率）儀和監(jiān)測儀檢定規(guī)程[S].

[5] 劉少真，顧煜棟，曹學蕾.極-零相消電路的理論分析與實驗驗證[J].核電子學與探測技術，2014，34（12）：1446-1449.

[6] 中華人民共和國國標.GB/T8993-1998核儀器環(huán)境條件和實驗方法[S].1998.

[7] 中華人民共和國國家軍用標準.GJB151A-97、GJB152A-97軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測試[S].1997.