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環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)項目簡單方案

北京東方圓通科技發(fā)展有限公司      香港中威儀器公司



設備配置
一、環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測儀
美國通用電器（GE）公司生產(chǎn)的RSS-131高壓電離室，是世界上*臺高壓電離室，該產(chǎn)品性能穩(wěn)定、靈敏度高、可靠性優(yōu)異、技術成熟等優(yōu)點，在世界上享有很高的聲譽，EML 300號報告中也推薦使用該設備進行環(huán)境γ輻射劑量率測量。
GE RSS-131具有較寬的量程。從環(huán)境本底水平到10R/h或100R/h.
國產(chǎn)高壓電離室與其相比較，除了價格和地域優(yōu)勢外。在產(chǎn)品性能、靈敏度、可靠性、技術性是*的。因為國內(nèi)高壓電離室的焊封氣密性與RSS-131相比，除了制作工藝的差別外，主要是靜電計的靈敏度差異，這直接決定著整套設備的整體性能。RSS-131采用的是溫度系數(shù)極底的高阻，美國ＧＥ*技術。國內(nèi)現(xiàn)在還無法獲得這種高性能的高阻。這也就決定了國產(chǎn)設備的整體性能。
其他國外電離室，在性能指標，用戶認可度，*，價格及服務方面與ＧＥ　RSS-131都存在著一定的差距．
GE RSS-131可以和雨量計、大氣壓力計、風速風向儀等氣象設備共同組成整套設備使用。設備內(nèi)部已經(jīng)內(nèi)置了溫度傳感器。單機及網(wǎng)絡均可使用。
GE RSS-131 采用了模塊設計。主板（控制部分）、靜電計、高壓球、電源等等均可以由用戶自己完成更換。（靜電計更換需要特殊要求）而且，高壓球的保修期為１０年．
GE RSS-131靈敏度接近無方向性（近360度）、能迅速鑒別低水平輻射、可靠（許多單元壽命在20年以上）、可運行于惡劣環(huán)境中。詳細請參看下面技術分析。

二、網(wǎng)絡
根據(jù)用戶實際需要及要求，將RSS-131及附屬設備納入到網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測，進行數(shù)據(jù)信息處理。
網(wǎng)絡 可選用有線和無線傳輸，也可兩種功能都有。
可連接網(wǎng)絡視頻監(jiān)視系統(tǒng)及其它擴展設備．根據(jù)實際情況而定。

三、其它
該工作站為基本配置方案，具體項目可根據(jù)用戶要求配置。氣象部分及附屬產(chǎn)品，可由用戶自己配置或選用GE配套設備。
專業(yè)控制軟件及開發(fā)，根據(jù)用戶實際需要，開發(fā)利用．

四、國家環(huán)保總局認可使用產(chǎn)品，中標服務單位。

五、專業(yè)服務隊伍，點對點服務，嚴格執(zhí)行美國ＧＥ　服務系統(tǒng)及本公司“四個一”服務章程。






簡單站點網(wǎng)絡示意圖：











































系統(tǒng)簡單結構


































 



 






案例圖示：
中國香港輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡（香港天文臺）
 
 






中國臺灣輻射環(huán)境連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡
 

韓國核安全連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡
 


江蘇省輻射環(huán)境管理站連云港核電廠外圍連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)
 

  





網(wǎng)絡
 
 



























ＧＥ RSS-131輻射環(huán)境連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（高壓電離室）簡介
一、    RSS-131的組成
RSS-131高氣壓電離室輻射測量儀由微處理器、靜電計和高氣壓電離室三部份組成。
1、    高氣壓電離室
RSS-131高氣壓電離室由一個直徑10英吋（25.4cm）的不銹鋼球形外殼組成,球殼壁厚1/8英吋(約3.18mm)，球心有一個直徑2英吋（5.08cm）的球體，它通過一根支桿，與外殼間采用陶瓷密封并絕緣。球殼與*金屬小球之間充有25個大氣壓的氬氣。在工作時，外殼接-400V高壓，為探測器的陰極，*小球體接地，為探測器的陽極。
 
2、    靜電計
靜電計的模塊圖見手冊（中文P14，英文P 6）它提供與照射量率成正比的模擬輸出信號。RSS-131的靜電計已實現(xiàn)了模塊化，是該儀器技術的核心，它可直接安裝到電離室上，減小噪聲。它通過電纜與微處理器連接。一方面向高氣壓電離室供電，另一方面把輸出訊號傳送到微處理器的A/D模塊上。 
3、    微處理器
RSS-131的微處理器為一塊單獨的印刷電路板，去除所有的內(nèi)部連接，提高了它的可靠性。它采用了美國達拉斯半導體公司的DS2251T模塊，其包含后備電池，保證程序和數(shù)據(jù)在斷電情況下，可保存10年以上。后備電池也支持實時時鐘，時間和日期只須設置一次即可。
它可以通過一根編程電纜由COM1口對配置程序進行更新，這樣用戶就可以在不將產(chǎn)品送回廠家情況下，將新的功能和程序下載到儀器的程序存儲器中。RSS-131通過RS-232接口輸出，由串行口讀取數(shù)據(jù)，配置系統(tǒng)和更新程序，共有三個標準串行口（COM1，COM2和COM4）可以用來同時訪問和通訊。可安裝COM3，用于選購的內(nèi)部安裝的Modem（調(diào)置解調(diào)器）。此外它還有接口用于選購的氣象傳感器。
微處理器中含有一個容量為20000個數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)存儲器，每個數(shù)據(jù)點均包含有日期和時間的信息。數(shù)據(jù)采集器從七個模擬輸入和一個外部雨量計收集數(shù)據(jù)。這些輸入的數(shù)據(jù)儲存至一個循環(huán)隊列中，一旦存儲區(qū)存滿，則當?shù)臄?shù)據(jù)點加入時，zui老的數(shù)據(jù)點將被刪除。每一個數(shù)據(jù)點采樣間隔為1秒，但在隊列中寫入的數(shù)據(jù)則為根據(jù)在配置參數(shù)時指令的采樣時間內(nèi)的平均值。例如設置為每5分鐘記錄一個照射量率值，則會讀取300個一秒鐘的值，取平均后寫入隊列數(shù)據(jù)。如果采樣周期設為零秒，則該傳感器被停止使用。
主板共支持存儲20000個數(shù)據(jù)點，單*個傳感器的數(shù)據(jù)點是可以配置的，但它們的總和不能超過20000，如果超過了，存儲區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)順序將被打亂，儀器出現(xiàn)異常，需重新下載程序。如果某些傳感器不用（如氣壓，雨量等傳感器），這個傳感器的數(shù)據(jù)可設為零。RSS-131的固件不允許某傳感器的數(shù)據(jù)個數(shù)小于100。若設置的數(shù)目為大于0而小于100時，系統(tǒng)將默認為100個點。RSS-131在出廠時的默認配置見下表。

表  默認的數(shù)據(jù)點數(shù)和讀數(shù)的時間間隔
傳感器    默認的讀數(shù)時間間隔(秒)    默認數(shù)據(jù)點個數(shù)
風速    60    1000
風向    60    1000
大氣壓力    60    1000
輻射量    60    10000
溫度    60    1000
電池    60    1000
高壓    60    1000
雨量    3600    1000
實際上由于數(shù)據(jù)點間的時間跨越和單元斷電等影響，存儲的數(shù)據(jù)點數(shù)目會小于配置的個數(shù)。如果系統(tǒng)重啟并且計數(shù)時鐘沒有受到影響，每個傳感器的數(shù)據(jù)點數(shù)和他們中的數(shù)據(jù)將保持不變。
當數(shù)據(jù)傳送至上位機后，在RSS-131的數(shù)據(jù)存儲器中將不會刪除這些數(shù)據(jù)，這將允許多臺設備向同一臺RSS-131讀取數(shù)據(jù)。
二、    性能指標
RSS-131 HPIC是根據(jù)靈敏度、能量響應、穩(wěn)定性、量程、度和方向性等等性能指標上達到*平衡而設計出來的。由于這些指標相互之間的制約關系，因此沒有一項設計可以對每個指標均具有理想的特性。
1、    能量響應
一個好的劑量率儀表必須具有好的能量響應特性。能量響應為被測信號強度與γ光子能量的函數(shù)關系。理想的情況，它應與γ射線在空氣中所產(chǎn)生的電離成正比，響應應該是平的，它通常用一條歸一化的曲線來表示。由RSS-131的能量響應曲線可見，在待測的能量范圍內(nèi)，響應并非平坦，特別在能量低于60kev時，響應明顯下降，因此與空氣當量標準相比，某些同位素會過響應，某些同位素響應不足。RSS-131給出不同同位素的能量響應因子“F”，對于已知同位素，可用“F”值進行校正。由于RSS-131是用鐳-226源刻度的，而環(huán)境輻射場與鐳源輻射場十分接近（約差6%左右），因此在應用中可以不予考慮，對于常用同位素的校正系數(shù)見表。該值由美國EML計算，并經(jīng)由Victoreen公司實驗證實。
 
表   RSS-131對幾種同位素源的校正系數(shù)
同位素源    校正系數(shù)    同位素源    校正系數(shù)
Co-60    0.980    Kr-85    1.035
Cs-137    1.002    Kr-87    1.027
Ra-226    1.000    Kr-88    1.013

2、    飽和特性
由光電效應、康普頓效應和電子對效應產(chǎn)生的次級電子在氬氣中產(chǎn)生電離，正離子由負極收集（球殼），負離子（電子）由正極收集。在正負離子向正負極行經(jīng)過程中，它們會復合導致照射量率非線性。該復合率與正負極之間的電壓值有關?？墒占须婋x產(chǎn)生的正負離子不會導致其復合的電壓為飽和電壓，飽和電壓值是劑量率水平的函數(shù)。在1mR/h、10mR/h和100mR/h 時，其相應的飽和電壓值為 13V、49V和125V。對于100mR/h量程的HPIC，400V的高壓可保證它的量程線性，但對于擴展到10R/h，飽和電壓超過了400V。實驗證明：每個探測器的飽和曲線均相同，因此可由超過線性范圍的輻射劑量場中，得到探測器的響應值，并由此來對每一個探測器對高輻射水平輸出值的響應進行校正。由此來實現(xiàn)量程的擴展。（早期的RSS-131是采用二個球型電離室來實現(xiàn)量程的擴展的。）
 
3、    準確性
準確性與測量值的統(tǒng)計特性無關，它是在足夠長的采樣時間內(nèi)（統(tǒng)計誤差不顯著情況下），測量值與真實值的接近程度。準確性主要與刻度有關。影響刻度的準確性主要有三個因素：放射源準確度、輻射場的穩(wěn)定性和刻度中測量誤差。
RSS-131的刻度源采用美國國家標準技術研究院（NIST）的137Cs源，準確度為±3%；輻射場的穩(wěn)定性主要由采用陰影屏蔽法扣除本底和散射成份保障；減少刻度中測量誤差是采用多次平均和多距離重復刻度來實現(xiàn)。
4、    溫度漂移的補償
改善測量值的準確性的另一個要素為減少環(huán)境溫度變化引起的長期漂移。在RSS-131中采取了二條措施，一是在靜電計中采用了差分場效應管（FET）以減小溫度引起的漂移，二是采用一組代表靜電計特性的常數(shù)來補償溫度引起的漂移。這需要對每個靜電計單獨進行測試來確定這一組常數(shù)，它將在后面章節(jié)中加以敘述。
5、    統(tǒng)計響應
測量值的統(tǒng)計特性是由γ衰變的隨機性所決定的。是任何輻射測量都存在的。對于一個10μR/h的典型的本底輻射場，用RSS-131測量約需30秒鐘，可得到一個精度為95%的測量結果。（而對于GM管該結果大約需要1個小時）
 

6、    角響應
由于采用各向同性的球體作為探測器。角響應好于2%，在下端裝法蘭地方，訊號會有2%的衰減。（園柱型一般為20%左右）。
7、    其他特性
①    避雷措施
采用±15KV，人體型，±8KV IEC 100-4-2接觸放電型和
 
±15KV IEC 100-4-2 空氣隙放電的避雷措施，有一定抵御雷擊能力。
②    防潮措施
采用全密封的靜電計，機箱內(nèi)置干燥劑，可抗潮濕空氣影響。
③    低功耗
攜帶式RSS-131，內(nèi)置鉛電池，充滿電后，在加MODEM情況下可連續(xù)使用15小時，不加MODEM，可用25小時。充電時間約需20小時。
④    報警功能
當探測器記錄到一個高于（上限報警）或低于（下限報警）它所配置的閾值時，會產(chǎn)生報警。如果它們都設置為0，則報警無效。
報警必須配置調(diào)置解調(diào)器，并設置有。
報警的單位應以單位輸入，而不是RSS-131顯示的單位，如100μR/h，報警值應輸入1e-4（0.0001R/h）。
⑤    基本配置
輻射探測器    μR/h， Gy/h ，Sv/h；
溫度傳感器    顯示傳感器所在位置的環(huán)境溫度；
電池電壓顯示；
高壓顯示。
⑥    選購配置
大氣壓力傳感器    600—1100mBar
無線電臺          至COM2串行口
調(diào)置解調(diào)器        至COM3串行口
串行口顯示器
三、    溫度補償
RSS-131傳感器由高氣壓電離室（HPIC）、靜電計和A/D（模/數(shù)）轉換器三個子裝配件組成。HPIC的關鍵特性是γ靈敏度，它與所注的氣體種類、容量、室壁材料和室壁厚度有關。由于這些因素在RSS-131運行溫度范圍內(nèi)基本上是不變的， 所以溫度對HPIC的γ靈敏度無重要影響，因此HPIC用一個與溫度無關的參數(shù)RAC來描述。其典型值為2.5×10-8amps/R/h。受溫度影響的主要是靜電計，本節(jié)的溫度補償是針對靜電計討論的。
如前所述，靜電計有三個不同的反饋電阻，提供三個運行量程，使測量值可分布在一個較寬的動態(tài)范圍。這里僅討論一個量程，其余二個量程可以類推。
靜電計使用一個運算放大器，在該線路中，溫度誘發(fā)的誤差源為：輸入偏置電流，輸入補償電流和反饋電阻阻值隨溫度的變化。綜合這些影響，可以用下列方程表示：
   VOUT=A(t)×Iin+B(t)
式中: A(t)=A1×t+A2
B(t)=B1×t+B2
t=X-25
這里：A(t)為靜電計的反饋電阻，它是溫度的函數(shù)。
      B(t)為靜電計的補償電壓，也是溫度的函數(shù)。
t為溫度（℃）。
靜電計的反饋電阻與溫度的關系由下圖所示：
 
圖中直線為實驗數(shù)據(jù)的zui小二乘法擬合結果，該直線的方程式為   y=-5.25E+08x+5.14E+11
     經(jīng)溫度坐標變換后為:
     y=-5.25E+08(t+25)+5.14E+11
      =-5.25E+8t+5.008E+11
因此   A1=5.25E+8
       A2=5.008E+11
靜電計的零點與溫度關系如下圖所示 
該數(shù)據(jù)由不同溫度下測得的零點值得到，經(jīng)zui小二乘法擬合后得到該直線和方程式  y=0.0000x+0.0336
可由上述類似方法得到：
B1=0.00     B2=0.0336
實際上對于三個量程,每個量程均有此4個參數(shù)(A1、A2、B1、B2)這些參數(shù)均在儀器出廠前在工廠測試并用#P命令輸入系統(tǒng)。為了防止參數(shù)的丟失，隨儀器除提供它們的打印表格外，還提供一個光盤文件，便于在發(fā)生數(shù)據(jù)丟失時，可以方便地把它們下載到您的RSS-131中。這些參數(shù)的命名見下表。
    參  數(shù)  名
    增  益    零  點
量程    A1    A2    B1    B2
低    RLV    RLN    ZLD    ZLN
中    RMV    RMN    ZMD    ZMN
高    RHV    RHN    ZHD    ZHN

由于傳感器的輸出訊號是經(jīng)微處理器產(chǎn)生的，因此模擬線路的誤差能得到*補償。這是RSS-131具有較好的溫度特性的重要原因。
四、    維護與故障排除
RSS-131故障排除流程圖見用戶手冊P130頁（中文版）。
一般用戶維修主要解決無訊號的問題，在無輸出訊號時，應檢查：
1、    電源是否正常；
2、    On/Off開關有無打開；
3、    串行口電纜聯(lián)結是否正常（接COM2）；
4、    程序電纜有無斷開（必須斷開）；
5、    PC機波特率等設置是否正確，波特率9600，無極性。
通訊中斷會自動恢復，若長距離傳輸發(fā)生通訊故障，應采用筆記本電腦就地檢查。
在未接風向計時，風向數(shù)據(jù)框中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)為無意義數(shù)據(jù)。請不用顧它。




?。牵拧SS-131/ER  高氣壓電離室技術指標
     γ測量
●        0-10 R/h（0-100mSv/h）可擴展到０－１００Ｒ/h（０－１Sv/h）
●        精度：±5%（在10μR/h）
●        溫度飄移（在-25℃—+55℃）可根據(jù)實際情況定制
●        零點飄移＜0.5μR/h
●        增益飄移＜讀數(shù)的1%
●        角相應＜2%（所有角度）
●    　　鋼球內(nèi)沖２５個大氣壓的氬氣
     輔助測量
●        傳感器溫度
●        2.0-5V模擬輸入
     數(shù)據(jù)貯存
●        20000數(shù)據(jù)點
●        存貯時間間隔：1秒-9小時
     采樣速率
●        每樣1秒-1小時
     實時鐘
●        ＜1分鐘（每月飄移）
     電源
●        內(nèi)置電池（選購件）
●        等待電流＜70mA
●        外接電池充電器或太陽能電源
     溫度范圍
●        -25℃—+50℃（標準）
     串行口通訊
●        2個RS232口（標準）可轉接ＵＳＢ口
●        撥號調(diào)制解調(diào)器（選購件）
    串行口通訊選購件
●        撥號調(diào)制解調(diào)器（內(nèi)置）
●        UHF/VHF無線電通訊（外置）
●        寬頻無線電通訊（外置）
     機械特性
●        全機12″×12″×14″（31cm×31cm×36cm）
●        25磅（11kg）
●        機箱：帶2部分催化劑聚脂涂層鋁板
●        鎖緊裝置與硬件：不銹鋼

     其它選配件
●        手持式終端/顯示
●        雨量計
●        大氣壓力計
●    　　風速風向儀

GE Reuter-Stokes公司RSS 131高氣壓電離室
主要用戶

一，美國本土
共有三里島核電站等多個核設施外環(huán)境，內(nèi)華達地下核試驗場，國家*，Batle西北實驗室等研究機構，以及新澤西、伊利諾、加利福尼亞、阿拉巴馬、達拉華和伊達荷等州約三十個監(jiān)測系統(tǒng)，此外還有約100臺便攜式高氣壓電離室及連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)分布于全美各地。

二，世界其他各地
德國、挪威、丹麥、希臘、西班牙和瑞士等國國家監(jiān)測系統(tǒng)，韓國和馬來西亞5個核設施外圍監(jiān)測系統(tǒng)，此外還有約８0余臺便攜式高氣壓電離室分布于歐亞各地。

三，中國
中國臺灣：三個核電廠外圍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)以及AEC、SRRC二個監(jiān)測系統(tǒng)。
中國香港：香港天文臺和香港環(huán)保署二個系統(tǒng)。
中國大陸：秦山核電站外圍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（國家環(huán)?？偩州椛洵h(huán)境監(jiān)測技術中心）11臺
          秦山核電站外圍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（廠方）6臺
          江蘇田灣核電站外圍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（地方政府）9臺
    　　　RSS 131高氣壓電離室主要用戶為：
          環(huán)保部門：河北省輻射環(huán)境管理站 連續(xù)監(jiān)測
 山西省放射環(huán)境管理站  連續(xù)監(jiān)測
包頭市輻射環(huán)境管理處  連續(xù)監(jiān)測
吉林省放射環(huán)境監(jiān)督管理站  （2臺）連續(xù)監(jiān)測
黑龍江省輻射環(huán)境監(jiān)督監(jiān)理　　站連續(xù)監(jiān)測
                    福建省環(huán)境放射性監(jiān)理站  （2臺）連續(xù)監(jiān)測
青島市輻射環(huán)境管理站　　連續(xù)監(jiān)測
云南省輻射環(huán)境監(jiān)督站  （2臺）連續(xù)監(jiān)測
國家環(huán)?？偩州椛洵h(huán)境監(jiān)測技術中心（浙江）（2臺）連續(xù)監(jiān)測
江西省輻射環(huán)境監(jiān)督管理站  
廣東省環(huán)境輻射研究監(jiān)測中心   
四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測中心
青海省輻射監(jiān)理站
上海輻射環(huán)境監(jiān)督站　連續(xù)監(jiān)測
江蘇田灣核電站環(huán)境實驗室　　標定標準設備
遼寧省輻射環(huán)境管理站  連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（在建）
          衛(wèi)生部門：中國預防醫(yī)學中心
                    廣東省職業(yè)病防治院