本發(fā)明涉及核輻射探測(cè)領(lǐng)域，具體為一種寬量程輻射探測(cè)裝置中高壓驅(qū)動(dòng)單元故障高效檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

GM計(jì)數(shù)管是輻射探測(cè)裝置中較常使用的探測(cè)器，但它會(huì)受到固有死時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間的影響，使得GM計(jì)數(shù)管的線性范圍與測(cè)量上限受到限制。通過(guò)改變GM計(jì)數(shù)管的工作時(shí)序，可以大大擴(kuò)展其探測(cè)上限，從而使單支GM計(jì)數(shù)管能應(yīng)用到寬量程探測(cè)場(chǎng)合。在寬量程輻射探測(cè)裝置中，高壓驅(qū)動(dòng)單元用于控制GM計(jì)數(shù)管的工作電壓，是關(guān)鍵組成部分之一。正常工作時(shí)高壓驅(qū)動(dòng)單元輸出電壓變化范圍比較大（可達(dá)200～300V），探測(cè)裝置測(cè)量的計(jì)數(shù)率變化范圍也非常大（超過(guò)6個(gè)數(shù)量級(jí)）。當(dāng)高壓驅(qū)動(dòng)單元出現(xiàn)故障（如元件參數(shù)不匹配、開(kāi)關(guān)元件性能不滿足或元件焊接不可靠等）時(shí)探測(cè)裝置將會(huì)出現(xiàn)計(jì)數(shù)率不穩(wěn)的現(xiàn)象，無(wú)法用于寬量程探測(cè)。高壓驅(qū)動(dòng)單元出現(xiàn)這些故障往往在環(huán)境水平或低劑量率照射時(shí)因計(jì)數(shù)率較低而表現(xiàn)不出任何異?，F(xiàn)象，但在高劑量率照射時(shí)有非常明顯的異?，F(xiàn)象（主要是計(jì)數(shù)率不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)計(jì)數(shù)率為0的現(xiàn)象）。因此，要檢測(cè)出高壓驅(qū)動(dòng)單元是否出現(xiàn)故障，必須將寬量程輻射探測(cè)裝置放入源室用強(qiáng)源照射，通過(guò)觀察測(cè)量結(jié)果是否穩(wěn)定在正常值附近來(lái)判斷。由于考慮安全性，人員出入源室放置或拆除試驗(yàn)裝置必須關(guān)閉強(qiáng)源。強(qiáng)源開(kāi)啟與關(guān)閉都需要較長(zhǎng)時(shí)間（通常是幾分鐘），而要觀察測(cè)量結(jié)果是否正常僅需20～30秒即可，如果將每個(gè)寬量程輻射探測(cè)裝置放入源室進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)，那么大部分時(shí)間都消耗在等待強(qiáng)源開(kāi)啟和關(guān)閉上，檢測(cè)效率非常低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:

一種寬量程輻射探測(cè)裝置中高壓驅(qū)動(dòng)單元故障高效檢測(cè)方法，其特征在于步驟如下：

（1）一次將多個(gè)寬量程輻射探測(cè)裝置放入源室，通過(guò)檢測(cè)控制電路將所有放入源室的寬量程輻射探測(cè)裝置與源室外的上位機(jī)相聯(lián)；

（2）由上位機(jī)逐個(gè)啟動(dòng)寬量程輻射探測(cè)裝置并進(jìn)行檢測(cè)，從而減少開(kāi)關(guān)強(qiáng)源的次數(shù)，提高檢測(cè)效率；該方法也可用于其它類型輻射探測(cè)裝置的檢測(cè)。

所述步驟（1）中檢測(cè)控制電路主要由控制器、通信芯片、開(kāi)關(guān)及接插件組成。

所述步驟（1）中上位機(jī)為具有通信功能的計(jì)算機(jī)。

上位機(jī)工作步驟如下：

步驟1 啟動(dòng)并初始化串口，設(shè)置最大重發(fā)次數(shù)為M;

步驟2 如果要退出程序，轉(zhuǎn)步驟13;

步驟3 輸入需要測(cè)試的探測(cè)裝置序號(hào)i，設(shè)置重發(fā)次數(shù)m=0;

步驟4 將i格式化為兩字節(jié)字符串XX，并組成指令”insXX\r\n”;

步驟5 如果m≥M，提示檢測(cè)控制電路無(wú)反應(yīng)，轉(zhuǎn)步驟2；否則通過(guò)串口發(fā)送指令”insXX\r\n”;

步驟6 等待T毫秒，從串口讀入回令，如果回令與發(fā)送指令不相同，令m=m+1，轉(zhuǎn)步驟5;

步驟7 如果需要退出程序，轉(zhuǎn)步驟13。否則令重發(fā)次數(shù)m=0;

步驟8 如果m≥M，提示探測(cè)裝置無(wú)反應(yīng)，轉(zhuǎn)步驟2；否則向探測(cè)裝置發(fā)送取得測(cè)量結(jié)果指令;

步驟9 等待T毫秒，從串口讀入回令，如果回令與發(fā)送指令不相同，令m=m+1，轉(zhuǎn)步驟8;

步驟10 接收探測(cè)裝置發(fā)回的測(cè)量結(jié)果并顯示;

步驟11 如果要退出程序轉(zhuǎn)步驟13;

步驟12 如需檢測(cè)其它探測(cè)裝置，轉(zhuǎn)步驟2；否則轉(zhuǎn)步驟10;

步驟13 關(guān)閉串口，退出程序。

所述步驟8中，向探測(cè)裝置發(fā)送取得測(cè)量結(jié)果指令后，探測(cè)裝置會(huì)將指令回復(fù)給上位機(jī)，并且每秒向上位機(jī)發(fā)送一次測(cè)量結(jié)果，直到接收到停止傳輸指令為止。

所述控制器的工作流程如下：

步驟1 軟件啟動(dòng)，初始化串口；

步驟2 斷開(kāi)所有探測(cè)裝置電源與信號(hào)線；

步驟3 等待上位機(jī)發(fā)送指令；

步驟4 如果上位機(jī)發(fā)送指令格式為”insXX\r\n”，斷開(kāi)所有探測(cè)裝置的電源與通信信號(hào)線，將控制器的發(fā)送信號(hào)與通信芯片接通，并回復(fù)原指令，轉(zhuǎn)步驟5；否則轉(zhuǎn)步驟3；

步驟5 將字符XX轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)i，斷開(kāi)控制器的發(fā)送信號(hào)，接通探測(cè)裝置i的電源與通信信號(hào)線，轉(zhuǎn)步驟3。

有益效果：上位機(jī)通過(guò)檢測(cè)控制電路對(duì)多個(gè)寬量程輻射探測(cè)裝置進(jìn)行輪流檢測(cè)，從上位機(jī)顯示結(jié)果是否穩(wěn)定在正常值附近可以準(zhǔn)確地判斷各個(gè)寬量程輻射探測(cè)裝置的高壓驅(qū)動(dòng)單元是否存在故障；開(kāi)啟一次強(qiáng)源可以測(cè)量多個(gè)探測(cè)裝置，從而節(jié)省了大量的時(shí)間。

附圖說(shuō)明

圖1 本發(fā)明硬件組成框圖；

圖2 檢測(cè)控制電路原理框圖；

圖3 FPGA內(nèi)部邏輯框圖。

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明提供一種寬量程輻射探測(cè)裝置中高壓驅(qū)動(dòng)單元故障的高效檢測(cè)方法。該方法的基本思想是一次將多個(gè)寬量程輻射探測(cè)裝置放入源室，通過(guò)檢測(cè)控制電路將所有放入源室的寬量程輻射探測(cè)裝置與源室外的上位機(jī)相聯(lián)，由上位機(jī)逐個(gè)啟動(dòng)寬量程輻射探測(cè)裝置并進(jìn)行檢測(cè)，從而減少開(kāi)關(guān)強(qiáng)源的次數(shù)，提高檢測(cè)效率。該方法也可用于其它類型輻射探測(cè)裝置的檢測(cè)。

本發(fā)明分為硬件部分與軟件部分。其中硬件部分主要由源室內(nèi)的檢測(cè)控制電路、探測(cè)裝置源與室外的上位機(jī)（PC機(jī)）組成。其中檢測(cè)控制電路主要由控制器、通信芯片、開(kāi)關(guān)及接插件組成。檢測(cè)時(shí)聯(lián)接框圖如附圖1所示。

圖中，P1～Pn為n個(gè)接插件，用于聯(lián)接探測(cè)裝置與控制器?？刂破魍ㄟ^(guò)兩根信號(hào)線（分別是發(fā)送Tp與接收Rp）與接插件相聯(lián)，接插件的電源引腳由控制器的一個(gè)引腳控制。通信芯片用于通信信號(hào)電平轉(zhuǎn)換，當(dāng)控制器接收到上位機(jī)（PC機(jī)）開(kāi)啟第i個(gè)探測(cè)器指令時(shí)，接通接插件Pi的電源，并將Pi的兩根信號(hào)線與通信芯片聯(lián)接。上位機(jī)便可同探測(cè)裝置i進(jìn)行通信，以獲測(cè)量結(jié)果并顯示。根據(jù)測(cè)量結(jié)果是否穩(wěn)定在正常值附近可以判斷探測(cè)裝置i是否發(fā)生故障。

為保證控制器能正確接收上位機(jī)的指令，控制器的接收（Rxd）信號(hào)始終與通信芯片輸出的上位機(jī)發(fā)射信號(hào)相聯(lián)，只有當(dāng)控制器收到合法指令時(shí)才將其發(fā)送（Txd）信號(hào)與通信芯片輸入信號(hào)相聯(lián)。對(duì)于各探測(cè)裝置而言，只有上位機(jī)指定探測(cè)裝置的發(fā)送接收信號(hào)才能聯(lián)接到通信芯片，具體聯(lián)接形式可以是邏輯控制、模擬開(kāi)頭、光電耦合、繼電器等。此處的控制器可以是FPGA、CPLD、單片機(jī)、DSP及其組合。

使用時(shí)將n個(gè)探測(cè)裝置依次沿劑量場(chǎng)軸線排列，并要保證離放射源最遠(yuǎn)的探測(cè)裝置處的劑量率在10Gy/h以上。

軟件部分主要包括上位機(jī)軟件與控制器軟件兩部分?？刂破鬈浖?fù)責(zé)處理上位機(jī)指令，并按指令接通相關(guān)探測(cè)裝置電源與信號(hào)線。上位機(jī)軟件具有兩個(gè)功能，其一是向控制器發(fā)送控制指令，其二是與探測(cè)器通信，獲得測(cè)量結(jié)果并顯示。上位機(jī)與控制器的通信采用字符串方式進(jìn)行，通信命令為：”insXX\r\n”其中，XX為兩個(gè)字符，可以是“01”-“99”共99種可能之一，“\r\n”為回車(chē)換行符。上位機(jī)軟件流程如下：

步驟1 啟動(dòng)并初始化串口，設(shè)置最大重發(fā)次數(shù)為M=5。

步驟2 如果要退出程序，轉(zhuǎn)步驟13。

步驟3 輸入需要測(cè)試的探測(cè)裝置序號(hào)i，設(shè)置重發(fā)次數(shù)m=0。

步驟4 將i格式化為兩字節(jié)字符串XX，并組成指令”insXX\r\n”。

步驟5 如果m≥M，提示檢測(cè)控制電路無(wú)反應(yīng)，轉(zhuǎn)步驟2；否則通過(guò)串口發(fā)送指令”insXX\r\n”。

步驟6 等待500ms，從串口讀入回令，如果回令與發(fā)送指令不相同，令m=m+1，轉(zhuǎn)步驟5。

步驟7 如果需要退出程序，轉(zhuǎn)步驟13。否則令重發(fā)次數(shù)m=0。

步驟8 如果m≥M，提示探測(cè)裝置無(wú)反應(yīng)，轉(zhuǎn)步驟2；否則向探測(cè)裝置發(fā)送取得測(cè)量結(jié)果指令。

步驟9 等待500ms，從串口讀入回令，如果回令與發(fā)送指令不相同，令m=m+1，轉(zhuǎn)步驟8。

步驟10 接收探測(cè)裝置發(fā)回的測(cè)量結(jié)果并顯示。

步驟11 如果要退出程序轉(zhuǎn)步驟13。

步驟12 如需檢測(cè)其它探測(cè)裝置，轉(zhuǎn)步驟2；否則轉(zhuǎn)步驟10。

步驟13 關(guān)閉串口，退出程序。

在步驟8中，向探測(cè)裝置發(fā)送取得測(cè)量結(jié)果指令后，探測(cè)裝置會(huì)將指令回復(fù)給上位機(jī)，并且每秒向上位機(jī)發(fā)送一次測(cè)量結(jié)果，直到接收到停止傳輸指令為止。由于更換測(cè)裝置后，即從步驟12轉(zhuǎn)到步驟2后，原被檢探測(cè)裝置會(huì)被檢測(cè)控制電路切斷電源與通信鏈路，故在上位機(jī)程序中不需要發(fā)送停止傳輸指令。檢測(cè)過(guò)程中，可以從步驟10顯示結(jié)果是否穩(wěn)定在正常值附近判斷探測(cè)裝置高壓驅(qū)動(dòng)單元是否正常。

控制器軟件的作用是根據(jù)上位機(jī)指令適時(shí)接通相應(yīng)探測(cè)裝置電源與通信信號(hào)，它不需要退出，其軟件流程如下：

步驟1 軟件啟動(dòng)，初始化串口。

步驟2 斷開(kāi)所有探測(cè)裝置電源與信號(hào)線。

步驟3 等待上位機(jī)發(fā)送指令。

步驟4 如果上位機(jī)發(fā)送指令格式為”insXX\r\n”，斷開(kāi)所有探測(cè)裝置的電源與通信信號(hào)線，將控制器的發(fā)送信號(hào)與通信芯片接通，并回復(fù)原指令，轉(zhuǎn)步驟5；否則轉(zhuǎn)步驟3。

步驟5 將字符XX轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)i，斷開(kāi)控制器的發(fā)送信號(hào)，接通探測(cè)裝置i的電源與通信信號(hào)線，轉(zhuǎn)步驟3。

實(shí)施例1

為驗(yàn)證本發(fā)明的有效性按硬件聯(lián)接框圖制作一檢測(cè)控制電路。所選擇的控制器是EP3C5 FPGA，通信芯片為MAX3232，開(kāi)關(guān)選用SI2301型PMOS管，一次能接入的探測(cè)裝置數(shù)量為10個(gè)。檢測(cè)控制電路原理框圖如附圖2所示。

上位機(jī)選用普通PC機(jī)，上位機(jī)軟件流程如下所示：

步驟1 啟動(dòng)并初始化串口，設(shè)置最大重發(fā)次數(shù)為M=5。

步驟2 如果要退出程序，轉(zhuǎn)步驟13。

步驟3 輸入需要測(cè)試的探測(cè)裝置序號(hào)i，設(shè)置重發(fā)次數(shù)m=0。

步驟4 將i格式化為兩字節(jié)字符串XX，并組成指令”insXX\r\n”。

步驟5 如果m≥M，提示檢測(cè)控制電路無(wú)反應(yīng)，轉(zhuǎn)步驟2；否則通過(guò)串口發(fā)送指令”insXX\r\n”。

步驟6 等待500ms，從串口讀入回令，如果回令與發(fā)送指令不相同，令m=m+1，轉(zhuǎn)步驟5。

步驟7 如果需要退出程序，轉(zhuǎn)步驟13。否則令重發(fā)次數(shù)m=0。

步驟8 如果m≥M，提示探測(cè)裝置無(wú)反應(yīng)，轉(zhuǎn)步驟2；否則向探測(cè)裝置發(fā)送取得測(cè)量結(jié)果指令。

步驟9 等待500ms，從串口讀入回令，如果回令與發(fā)送指令不相同，令m=m+1，轉(zhuǎn)步驟8。

步驟10 接收探測(cè)裝置發(fā)回的測(cè)量結(jié)果并顯示。

步驟11 如果要退出程序轉(zhuǎn)步驟13。

步驟12 如需檢測(cè)其它探測(cè)裝置，轉(zhuǎn)步驟2；否則轉(zhuǎn)步驟10。

步驟13 關(guān)閉串口，退出程序。

FPGA內(nèi)部設(shè)置一NIOS II軟核處理器與一邏輯控制單元，其聯(lián)接關(guān)系如附圖3所示：

圖中，clk為系統(tǒng)時(shí)鐘，T1out引腳接MAX3232芯片T1out，R1in接MAX3232芯片R1in；D[0..3]為NIOS II處理器的輸出端口，當(dāng)D[0..3]表示的二進(jìn)制數(shù)為1～10時(shí)接通相應(yīng)序號(hào)的探測(cè)裝置；Kp[0..9]引腳分別接SI2301的門(mén)極，用于控制接插件P1～P10的電源；Tp[0..9]引腳分別接接插件P1～P10的發(fā)送引腳；Rp[0..9]引腳分別接接插件P1～P10的接收引腳。

邏輯控制單元工作過(guò)程如下：

設(shè)D[0..3]表示的二進(jìn)制數(shù)為i。當(dāng)i>10 時(shí)，K[0..10]全為高電平，Tx為高電平，R[0..10]為高阻態(tài)。當(dāng)i<11時(shí)，信號(hào)K[0..10]中僅K[i]為低電平，其余為高電平；Tx輸出等于T[i]，R[i]等于Rx。這樣工作的結(jié)果是：當(dāng)i>10時(shí)，所有探測(cè)裝置不加電，上位機(jī)發(fā)送的信號(hào)僅能被NIOS II處理器接收。當(dāng)i=0時(shí)，所有探測(cè)裝置不加電，上位機(jī)與NIOS II處理器能進(jìn)行雙向通信。0<i<11時(shí)僅探測(cè)裝置i加電，并能與上位機(jī)進(jìn)行雙向通信，且NIOS II處理器能接收上位機(jī)發(fā)送信息。

NIOS II軟件流程如下：

步驟1 軟件啟動(dòng)，初始化串口。

步驟2 令D[0..3]=”1111”，斷開(kāi)所有探測(cè)裝置電源與信號(hào)線。

步驟3 等待上位機(jī)發(fā)送指令。

步驟4 如果上位機(jī)發(fā)送指令格式為”insXX\r\n”， D[0..3]=”0000”，斷開(kāi)所有探測(cè)裝置的電源與通信信號(hào)線，將NIOS II處理器的發(fā)送信號(hào)Txd與通信芯片接通，并回復(fù)原指令，轉(zhuǎn)步驟5；否則轉(zhuǎn)步驟3。

步驟5 將字符XX轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)i，令D[0..3]=i，斷開(kāi)控制器的發(fā)送信號(hào)，接通過(guò)探測(cè)裝置i的電源與通信信號(hào)線，轉(zhuǎn)步驟3。

利用該檢測(cè)控制電路對(duì)10個(gè)寬量程輻射探測(cè)裝置（其中一個(gè)開(kāi)關(guān)元件性能不滿足要求）進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)將10個(gè)探測(cè)裝置沿劑量場(chǎng)軸線順序擺放，其中離放射源最遠(yuǎn)的探測(cè)裝置所處位置的劑量率約為50Gy/h。用電纜將10個(gè)探測(cè)裝置與檢測(cè)控制電路聯(lián)接起來(lái)，并用穿墻電纜將檢測(cè)控制電路與上位機(jī)（PC機(jī)）相聯(lián)。在上位機(jī)上，順序選擇1～10號(hào)探測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)檢。從上位機(jī)顯示結(jié)果可以準(zhǔn)確地看出探測(cè)裝置7顯示數(shù)據(jù)為0，可以準(zhǔn)確地判斷出其高壓驅(qū)動(dòng)單元存在故障。

采用本發(fā)明后，開(kāi)啟一次強(qiáng)源可以測(cè)量多個(gè)探測(cè)裝置，從而節(jié)省了大量的時(shí)間。