Устройство для обнаружения и измерения ионизирующих излучений

 

Использование: в приборостроении носимых профессиональных устройств для обнаружения и измерения ионизирующих излучений. Сущность изобретения: в устройство, которое содержит источник питания (ИП), шину заземления (ШЗ), детектор излучения, подключенный к ШЗ, высоковольтный преобразователь и формирователь импульсов, связанные с ИП и ШЗ, и цифровой индикатор, дополнительно введены источник опорного напряжения, программируемый микроконтроллер и усилитель напряжения, связанные с ИП и ШЗ, R-делитель и операционный усилитель, соединенные с ШЗ, при этом источник опорного напряжения и R-делитель соединены с отдельными входами операционного усилителя, выход операционного усилителя подключен к входу высоковольтного преобразователя, а выходы высоковольтного преобразователя и R-делителя подключены к входу детектора излучения, к выходу детектора излучения подключен вход формирователя импульсов, к выходу формирователя импульсов подключен вход программируемого микроконтроллера, выходы программируемого микроконтроллера подключены к соответствующим входам усилителя напряжения, а выходы усилителя напряжения подключены к соответствующим входам цифрового индикатора. Технический результат: расширение диапазона рабочих температур окружающей среды, уменьшение предела допускаемой относительной погрешности измерения. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к усовершенствованию носимых профессиональных устройств для обнаружения и измерения ионизирующих излучений, направленному на расширение диапазона рабочих температур от -40^o до +50^oС с уменьшением допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения в зависимости от температуры окружающей среды.

Известен радиометрический блок детектирования по авторскому свидетельству СССР 1166026, МПК 4 G 01 Т 1/18, содержащий измеритель "мертвого времени", высоковольтный источник питания, резистор нагрузки, управляемый усилитель, пороговые элементы, измеритель скорости счета импульсов и разностный измеритель скорости счета импульсов. Авторы известного изобретения считают, что таким образом упрощается конструкция устройства и тем самым снижаются требования к стабильности напряжения высоковольтного источника. На практике все обстоит несколько иначе. В погоне за стабилизацией величины "мертвого времени" аторы играют величиной напряжения питания счетчиков Гейгера-Мюллера. Известно, что работа счетчиков Гейгера-Мюллера характеризуется счетной характеристикой, т.е. зависимостью количества импульсов, получаемых на выходе со счетчика за минуту в зависимости от напряжения питания счетчика. График зависимости представляет из себя кривую, состоящую из трех частей. Первая - круто поднимающийся вверх участок, вторая - пологий участок, так называемое плато счетчика, третья - круто поднимающийся вверх участок. Известно также, что, чем выше мощность излучения регистрируемая счетчиком, тем выше сдвигается весь график и уменьшается плато рабочих напряжений электропитания, образуя семейство кривых, уже в зависимости от двух факторов, а именно число импульсов, зарегистрированных счетчиком за минуту, зависит от напряжения питания и от мощности излучения. Кроме того, при понижении температуры окружающей среды размер плато также уменьшается и увеличивается угол наклона плато. Уменьшение протяженности плато происходит также при уменьшении количества гасящих примесей в счетчике в процессе работы. Таким образом, устройство по а.с. 1166026 не учитывает того, что уход рабочего напряжения электропитания счетчиков на плато приводит к резкому уменьшению или увеличению числа импульсов на выходе блока детектирования и увеличивает предел допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения в зависимости от температуры окружающей среды.

Основным недостатком устройства по а.с. 1166026 является то, что оно практически не решает задачу повышения точности работы прибора, связанную с уменьшением величины допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения в зависимости от температуры окружающей среды.

Также известен дозиметрический прибор (см. Паспорт. Дозиметр ДРГ-01Т1. ГБ2.805. 002 ПС), принятый в качестве ближайшего аналога, который содержит источник питания, шину заземления, высоковольтный преобразователь, детектор излучения, формирователь импульсов и индикатор цифровой жидкокристаллический ИЖЦ5. Дозиметр работает в диапазоне рабочих температур от -10 до +40^oС и имеет допускаемую дополнительную относительную погрешность измерения ±3% на 10^oС. Это определено схемным решением высоковольтного преобразователя, в котором не предусмотрены элементы стабилизации высокого напряжения в зависимости от температуры окружающей среды. При низких температурах согласно Паспорту рекомендуется вручную форсировать работу высоковольтного преобразователя, переводя его в неуправляемый неэкономичный режим. Естественно, при отсутствии температурной стабилизации установленное в нормальных условиях рабочее напряжение на плато уплывает, что приводит к резкому уменьшению или увеличению числа импульсов на выходе блока детектирования и возрастанию дополнительной погрешности измерения в зависимости от температуры окружающей среды. Так, если при нормальных условиях допускаемая основная погрешность измерения составляет ±15%, а дополнительная погрешность измерения от изменения температуры окружающей среды равняется 0, то при -10^oС дополнительная погрешность измерения от изменения температуры окружающей среды возрастет до ±9%, тогда в сумме указанные погрешности измерения будут составлять ±24%, то есть измеренная величина будет отличаться почти на четверть от действительной величины. Расширению диапазона рабочих температур, например, до -40^oС препятствует выбранная элементарная база прибора ДРГ-01Т1. В дозиметре использован индикатор жидкокристаллический ИЖЦ5, который может работать только при температуре не ниже -10^oС. При более низких температурах он замерзает.

Основным недостатком дозиметра ДРГ-01Т1 является высокая допускаемая дополнительная погрешность измерения в зависимости от изменения температуры в рабочих условиях применения, равная ±3%, на 10^oС и узкий диапазон рабочих температур от -10^o до +40^oC.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача расширить диапазон рабочих температур устройства для обнаружения и измерения ионизирующих излучений с уменьшением допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения в зависимости от температуры окружающей среды.

Поставленная задача в заявляемом изобретении решена за счет того, что в устройство для обнаружения и измерения ионизирующих излучений, которое содержит источник питания (ИП), шину заземления (ШЗ), детектор излучения, подключенный к ШЗ, высоковольтный преобразователь и формирователь импульсов, связанные с ИП и с ШЗ, и цифровой индикатор, дополнительно введены источник опорного напряжения, программируемый микроконтроллер и усилитель напряжения, связанные с ИП и с ШЗ, R-делитель и операционный усилитель, соединенные с ШЗ, при этом источник опорного напряжения и R-делитель соединены с отдельными входами операционного усилителя, выход операционного усилителя подключен к входу высоковольтного преобразователя, а выходы высоковольтного преобразователя и R-делителя подключены к входу детектора излучения, к выходу детектора излучения подключен вход формирователя импульсов, к выходу формирователя импульсов подключен вход программируемого микроконтроллера, выходы программируемого микроконтроллера подключены к соответствующим входам усилителя напряжения, а выходы усилителя напряжения подключены к соответствующим входам цифрового индикатора.

В устройство могут быть дополнительно введены последовательно соединенные между собой усилитель напряжения, связанный с ИП и с ШЗ, светодиодный индикатор импульсов и звуковой излучатель, связанный с ШЗ, при этом вход упомянутого дополнительно введенного усилителя напряжения соединен с соответствующим выходом программируемого микроконтроллера.

В устройстве источник питания может быть выполнен в виде набора аккумуляторов.

В устройство может быть дополнительно введен индикатор разряда аккумуляторов, который может быть выполнен в виде последовательно соединенных между собой дополнительного операционного усилителя, связанного с аккумуляторами ИП и с ШЗ, транзисторного ключа, связанного с ШЗ, и светодиодного индикатора, подключенного к аккумуляторам ИП, при этом вход упомянутого дополнительно введенного операционного усилителя подключен к выходу источника опорного напряжения.

Заявляемое изобретение позволяет получить технический результат, а именно расширить диапазон рабочих температур от -40 до +50^oС с уменьшением предела допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения в зависимости от температуры окружающей среды до 0,5% от измеряемой величины.

Кроме того, изобретение позволяет повысить оперативность и безопасность работы оператора за счет наличия светодиодного индикатора импульсов и звукового излучателя, а также повысить экономичность устройства за счет возможности использования в качестве источника питания аккумуляторов и увеличить долговечность аккумуляторов за счет введения индикатора разряда аккумуляторов.

На чертеже приведена общая структурная схема устройства для обнаружения и измерения ионизирующих излучений.

Устройство для обнаружения и измерения ионизирующих излучений содержит источник 1 питания (ИП), шину 2 заземления (ШЗ), источник 3 опорного напряжения, высоковольтный преобразователь 4, формирователь 5 импульсов, программируемый микроконтроллер 6 и усилитель напряжения 7, связанные с ИП 1 и с ШЗ 2, а также операционный усилитель 8, R-делитель 9 и детектор 10 излучений, соединенные с ШЗ 2, и цифровой индикатор 11. При этом источник 3 опорного напряжения и R-делитель 9 соединены с отдельными входами операционного усилителя 8, выход операционного усилителя 8 подключен к входу высоковольтного преобразователя 4, а выходы высоковольтного преобразователя 4 и R-делителя 9 подключены к входу детектора 10 излучения, к выходу детектора 10 излучения подключен вход формирователя 5 импульсов, к выходу формирователя 5 импульсов подключен вход программируемого микроконтроллера 6, выходы программируемого микроконтроллера 6 подключены к соответствующим входам усилителя 7 напряжения, а выходы усилителя 7 напряжения подключены к соответствующим входам цифрового индикатора 11.

В устройство дополнительно введены последовательно соединенные между собой усилитель 12 напряжения, связанный с ИП 1 и с ШЗ 2, светодиодный индикатор 13 импульсов и звуковой излучатель 14, связанный с ШЗ 2, при этом вход дополнительно введенного усилителя 12 напряжения соединен с соответствующим выходом программируемого микроконтроллера 6.

ИП 1 состоит из набора аккумуляторов 15 и в устройство дополнительно введен индикатор 16 разряда аккумуляторов 15, который выполнен в виде последовательно соединенных между собой дополнительного операционного усилителя 17, связанного с аккумуляторами 15 ИП 1 и с ШЗ 2, транзисторного ключа 18, связанного с ШЗ 2, и светодиодного индикатора 19, связанного с аккумуляторами 15 ИП 1, при этом вход дополнительно введенного операционного усилителя 17 подключен к выходу источника 3 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом. С ИП 1 напряжение подается на вход источника 3 опорного напряжения. С выхода источника 3 опорного напряжения электрический ток поступает на первый вход операционного усилителя 8. Второй вход операционного усилителя 8 через R-делитель 9 соединен с выходом высоковольтного преобразователя 4. С выхода операционного усилителя 8 потенциал поступает на вход высоковольтного преобразователя 4. С выхода высоковольтного преобразователя 4 напряжение поступает на детектор 10 излучения. Изменение напряжения с R-делителя 9 относительно опорного напряжения в связи с изменением температуры окружающей среды приводит к изменению напряжения на выходе операционного усилителя 8, которое ведет к изменению напряжения на выходе высоковольтного преобразователя 4, возвращая его в исходное состояние.

Изложенный процесс обеспечивает получение заданного напряжения на детекторе 10 излучения с погрешностью 1% в интервале температур окружающей среды от -40^oС до +50^oС. Далее, при попадании ионизирующего излучения в детектор 10 излучения вырабатываемые им импульсы приходят на вход формирователя 5 импульсов и затем в программируемый микроконтроллер 6. С выходов программируемого микроконтроллера 6 информация через усилитель 7 напряжения поступает на входы цифрового индикатора 11, а через усилитель 12 напряжения информация поступает на светодиодный индикатор 13 импульсов и на звуковой излучатель 14.

В случае падения напряжения на аккумуляторах 15 ИП 1 на один вольт срабатывает индикатор 16 разряда аккумуляторов 15. На выходе операционного усилителя 17 появляется напряжение, которое поступает на базу транзисторного ключа 18, и транзисторный ключ 18 включает светодиодный индикатор 19, извещая оператора о состоянии аккумуляторов 15 ИП 1.

Заявляемое изобретение позволяет получить технический результат, а именно расширить диапазон рабочих температур от -40^oС до +50^oС с уменьшением предела допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения в зависимости от температуры окружающей среды до 0,5% от измеряемой величины.

Кроме того, изобретение позволяет оперативно обнаружить источник радиоактивного излучения и тем самым повысить безопасность работы оператора за счет наличия светодиодного индикатора 13 импульсов и звукового излучателя 14, а также повысить экономичность устройства за счет возможности использования в качестве ИП 1 набора аккумуляторов 15 и увеличить долговечность аккумуляторов 15 за счет введения ндикатора 16 разряда аккумуляторов 15.

Формула изобретения

1. Устройство для обнаружения и измерения ионизирующих излучений, содержащее источник питания (ИП), шину заземления (ШЗ), детектор излучения, подключенный к ШЗ, высоковольтный преобразователь и формирователь импульсов, связанные с ИП и ШЗ, и цифровой индикатор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены источник опорного напряжения, программируемый микроконтроллер и усилитель напряжения, связанные с ИП и ШЗ, R - делитель и операционный усилитель, соединенные с ШЗ, при этом источник опорного напряжения и R-делитель соединены с отдельными входами операционного усилителя, выход операционного усилителя подключен к входу высоковольтного преобразователя, а выходы высоковольтного преобразователя и R-делителя подключены к входу детектора излучения, к выходу детектора излучения подключен вход формирователя импульсов, к выходу формирователя импульсов подключен вход программируемого микроконтроллера, выходы программируемого микроконтроллера подключены к соответствующим входам усилителя напряжения, а выходы усилителя напряжения подключены к соответствующим входам цифрового индикатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные между собой усилитель напряжения, связанный с ИП и ШЗ, индикатор импульсов светодиодный и звуковой излучатель, связанный с ШЗ, при этом вход упомянутого дополнительно введенного усилителя напряжения соединен с соответствующим выходом программируемого микроконтроллера.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания выполнен в виде набора аккумуляторов.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в него дополнительно введен индикатор разряда аккумуляторов, выполненный в виде последовательно соединенных между собой дополнительного операционного усилителя, связанного с аккумуляторами ИП и с ШЗ, транзисторного ключа, связанного с ШЗ, и светодиодного индикатора, подключенного к аккумуляторам ИП, при этом вход упомянутого дополнительно введенного операционного усилителя подключен к выходу источника опорного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1