核辐射探测器的研制

核辐射探测器的研制（精选8篇）

核辐射探测器的研制 篇1

摘要：设计实现了一种便携式、通用性强、模块化,高可靠性的辐射功率检测器。该检测器在有源电子对抗设备的日常维护、保养中,可用于辐射功率的快速准确检测,可适应于不同频段、不同环境的应用需要,提高了有源电子对抗设备的维护检测效率,解决了有源电子对抗设备日常维护难以检测的难题。

关键词：便携式,辐射功率,有源电子对抗,设备维护

0 引 言

随着国力的提升,我军装备大量的有源电子对抗装备,并迅速更新换代。为满足平时训练、战时打仗的需要,对有源电子对抗装备的日常维护、保养、维修均提出了很高的要求,急需研制一种便携、实用的检测设备。本文设计了一种针对大功率电子干扰设备的辐射功率检测器,检测器体积小、重量轻、模块化设计,非常适用于有源电子对抗设备的日常维护、保养。

1 工作原理

1.1 有源电子干扰设备工作原理[1,2]

有源电子干扰设备是针对作战对象辐射源信息,采用大功率压制噪声、欺骗干扰等辐射射频信号,用以与真实雷达反射信号抗衡,达到破坏迷惑敌方雷达的功能的目的。常用的电子干扰设备包括引导式干扰设备、应答式干扰设备,这里以引导式干扰设备为例,典型的引导式有源电子干扰设备的系统框图如图1所示。

图中,引导式有源电子干扰设备通过接收机引导,干扰机发射,提供有源电子干扰的能力,同时对抗可覆盖频段范围内的多部雷达。图中所示系统包括一部接收机,用于检测和接收侦察接收天线所截获的信号,给出载频(RF)、脉宽(PW)、脉冲幅度(PA)、到达角(AOA)、到达时间(TOA)等脉冲描述字(PDW)参数,用以引导干扰机,以便有源电子干扰机在时域、频域和空域三个方面覆盖作战对象;一部干扰机,包含干扰控制、干扰发射机、干扰波束控制和干扰天线等几部分,用以将引导后产生的干扰信号以一定的功率辐射出去。在系统工作时,有源电子干扰机要将控制的存储信号或信号源信号辐射出去,要保证产生足够的辐射功率来压制真实雷达信号,即要保证最终辐射输出功率的正常[3,4]。

在有源干扰设备的试验和研制过程中,可以采用大功率计、频谱分析仪等通用检测设备监测接收有源干扰设备辐射输出的信号,用以判断其工作是否正常,但在有源干扰设备的现场维护中,一般没有这些通用设备。一方面因为功率计、频谱分析仪等通用设备属于精密仪器仪表,价格昂贵,操作复杂;另一方面这些通用设备无法长期在恶劣的环境下(盐雾、潮湿、高温、低温)使用,而军用的有源电子对抗设备都是工作在恶劣的环境下,所以必须研制一种便携式、价格低廉、操作简单、具有较高可靠性,适用于恶劣环境的设备来满足有源电子干扰设备的日常维护需求。

1.2 辐射功率检测器的原理及方案设计

1.2.1 检测器组成

辐射功率检测器是通过接收有源电子对抗设备辐射的射频信号,转换为射频信号功率,并给出功率指示,来判断辐射功率是否正常。其工作框图如图2所示。

在图2中,接收天线安装在三角架上,指向被测系统发射天线方向,用来接收被测系统辐射出的射频信号,接收天线与便携式机箱之间采用低损耗射频电缆连接。便携式机箱包含有微波模块、视频检波模块、调理电路模块、微处理单元、显示面板和控制电路几部分,其中显示面板和控制电路部分安装在机箱面板上,其余部分安装在机箱内部。

检测器各主要模块功能如下:

接收天线:接收被测设备的辐射信号,具有定向性,提供一定增益和频段选择,接收天线与机箱之间采用低损耗射频电缆连接;

微波模块:对接收到的辐射信号进行滤波、放大、频段选择、衰减控制等,输出的微波信号送视频检波模块;

视频检波模块:对接收到的微波信号进行视频检波,检波输出为视频信号,采用的是大动态范围、高灵敏度的DLVA(数字对数检波视频放大器);

调理电路模块:调理电路包含运算放大器、A/D转换等,将视频信号转换为数字信号;

微处理器单元模块:微处理单元模块包含MCU,FPGA,RS 232接口等,将接收到的数字信号处理转换为功率信号,并将功率信号转换为可显示的数值送显示面板显示;

显示面板:采用数码管显示的方式,直观地给出最终的功率值;

控制电路:完成输入信号的选择、滤波、频率选择、衰减等开关控制;

电源:提供电源输入保护,从+28 V变换为±5 V、±12 V,分别给其他各模块提供电源。

1.2.2 硬件设计

(1) 调理电路模块

调理电路模块对视频检波输出的视频信号进行放大、模/数转换。放大芯片采用ADI公司的AD8132AR,提供3 dB带宽,350 MHz,1 200 V/μs转换速率,可通过电阻比改变增益。A/D芯片采用TI公司的TLC5540,8位采样,最大采样速率达40 MHz,+5 V单电源供电。A/D芯片TLC5540的电压参考采用Maxim公司的高精度,低功耗电压参考芯片MAX6166,电压精度可达±2 mV,输出电压为2.5 V。

(2) MCU

MCU单元完成系统控制、计算机接口控制、参数设置、面板接口控制、设备参数加载初始化等功能。

选用Atmel公司的8位单片机AT89S8253,兼容标准的MCS-51结构,具有12 KB的片内FLASH,2 KB的E2PROM,256×8 b的内部RAM,保证了程序的运行空间和参数的存储,32位可编程I/O接口满足对外连接的需要,四级中断、可编程看门狗保证了系统的可靠性。

(3) RS 232电平转换

通用的计算机接口均为RS 232电平标准,要实现与MCU的通信,必须将标准的RS 232电平串口转换为TTL电平的UART信号。

为保证电源简单、功耗低,RS 232接口芯片选用了Maxim公司的MAX202E,只需+5V单电源供电,外部只需4个0.1 μF的电容即可工作,提供双路RS 232接口。

(4) FPGA

FPGA模块作为系统的核心模块,接收来自MCU的加载参数数据,同时接收高速的采样数字信号,将采样的数字信号与加载的参数比对、校正、组合,转换为可以显示的BCD码,送给数码显示管进行显示。芯片选择Altera公司的EP1K50QC208,包含2 880个逻辑单元、40 960 b的RAM,1个锁相环,完全满足系统存储和运算需要。FPGA的加载芯片采用被动串行芯片EPC2。

(5) 电源

电源模块提供±5 V电源,所选用的FPGA需要3.3 V和2.5 V两种电源,芯片选用TI公司的REG104GA-3.3,输入电压为4.3～16 V,输出电压为3.3 V,最大输出电流为1 A;此外还选用LINEAR公司的LT1764EQ-2.5,最大输出电流为3 A,最大输入电压范围为3.5～20 V,输出电压为2.5 V。

1.2.3 软件设计

系统软件主要包括MCU程序、FPGA程序,分别实现系统管理、参数设置、接口控制、参数测量转换等功能。

(1) MCU软件

MCU软件是整个系统的管理核心部分,实现接口控制、监测,完成参数设置、更新,实现与外部接口计算机的通信;与FPGA连接,设置FPGA的初始化参数表,流程图如图3所示。

(2) FPGA软件

FPGA软件是系统的数据处理核心,主要完成数据采集后缓冲、校正、变换等处理,通过接收来自MCU设置的参数,选择不同的工作模式,最终将接收到的数据通过查表、编码转换为可显示的BCD码,其流程框图如图4所示。

(3) 性能测试

通过实际测试,设计的辐射检测器处理信号灵敏度可达到-45 dBm,最小脉冲宽度为1 μs,动态范围为45 dB,可检测脉冲调制和连续波信号。

2 结 语

本文设计实现的便携式大功率辐射检测器可实现辐射功率的自动测量,采用便携式、小型化设计,重量轻(小于5 kg)、体积小、灵敏度高、动态范围大,可检测连续波信号、脉冲调制信号,模块化设计,扩展性好,灵活性强,通过采用不同模块,可实现较宽的频段覆盖,适用于有源电子对抗设备的日常维护、保养和维修,也适用于雷达、指令等设备的日常检测。

参考文献

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[5]丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].3版.西安:西安电子科技大学出版社,2002.

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便携式心率监测器的研制 篇2

关键词： 心率 光电传感器 单片机 A/D转换

1.引言

心率指是人体心脏每分钟跳动的次数，它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数，综合反映了人体内各种生理变化的一扇“窗口”，通过它，能够比较准确地描述身体机能对运动刺激的即刻反应和慢性适应。心率是心血管疾病诊断的重要生理指标，心血管疾病是目前死亡率最高的疾病之一，这类疾病发作的主要前兆是心率异常，因此早期防治十分重要，若能进行实时心率监测，在发病之初进行及时抢救，患者的生存率将会大幅提升。

近年来由运动引发猝死的事件多次发生，引发教育界和医学界的深入思考。学校对身体状况异常的同学进行适度运动，并在运动过程中进行心率监测显得十分必要。

目前，医院使用的各种心率监测仪器价格昂贵、体积大、检测过程复杂，不便于随身携带。本文介绍了便携式心率监测器的研制方法，为学生体育运动与生命安全提供保障。同时，为患有心血管疾病的人们，提供安全、便捷、家用便携式医疗电子设备，为医生的医疗过程提供数据与帮助。

2.便携式心率监测器的设计原理

“便携式心率监测器”的设计原理：由于人体组织的半透明性，随着心脏的跳动，当血液送到人体组织时，组织的半透明度会减小；当血液流回心脏，人体组织的半透明度又会增加。这种现象在手指尖、耳垂、手臂等部位尤为明显，因此可以用光电传感器照射上述部位，同时检测透射光，并把光信号转换为电信号，该电信号的频率与人体心率一致，再将该频率信号放大、滤波、整形后，提供给单片机识别、计算。

3.便携式心率监测器的结构组成

“便携式心率监测器”（如图1）以单片机AT89C51为核心，由光电传感器采集脉搏信号，经过前置放大电路、滤波电路、积分和比较电路后得到与脉搏相关的脉冲信号，该脉冲信号作为中断信号交由单片机进行脉冲周期的计算，计算出每分钟的脉搏搏动次数（即心率），并在数码管上显示心率值。同时，通过记忆电路将数值记录下来，以便通过按键查看心率的历史数据。利用程序实现上下限报警功能，在测量数据超过正常范围（如大于180次/min或小于45次/min）时进行报警，提醒使用者注意。

3.1光电传感器及信号处理电路

光电传感器采用红外对管HR1068C-O5Y2和PT331C。由于从人体采集到的生理信号十分微弱，其幅度一般在微伏到毫伏的数量级范围，而且在测试过程中由于肢体动作和较强的工频干扰而产生大量噪声。同时将采集到的脉搏信号经过前置级放大电路进行高倍放大，这就要求电路具有高增益和高共模抑制比，即集成运放要有很高的共模抑制比和极低的零漂等，所选的电阻参数要尽量精确，放大电路由电阻网络和OP07组成。

3.2单片机控制及显示电路

单片机控制及显示电路采用动态显示方式，利用单片机的P1口的P1.0～P1.6作为数码管七段码的输入。利用P3.0、P3.1、P3.2、P3.3作为4只数码管的选通信号。从光电传感器输出的心率脉冲作为中断信号直接接到单片机AT89C512的9脚（即T1端）。由T0定时，T1计数。P1.7输出心率的上、下限报警信号，经二极管驱动报警器报警。

3.3程序设计

系统程序将要显示心率数千位、百位、十位、个位数分别存放在AT89C51单片机内部的41H、42H、43H、44H单元内。采用动态扫描，每隔5ms分别轮流显示千位、百位、十位、个位。当单片机的第9脚有一上升沿时，T1脚计数1次，T0定时50ms，循环定时1200次，T1计数即为心率次数。然后返回主程序继续执行显示程序。

4.结语

便携式心率监测器通过光电传感器测量人体组织的透明度，进行人体脉搏的无创监测，结合单片机技术高效、实时、快捷、准确地进行心率测量，为人们提供生命安全保障，可以在高校、健身场所和医疗机构普及使用，也可以为医生的医疗过程提供数据与帮助。

参考文献：

[1]孟祥旭，李学庆.人机交互技术.北京：清华大学出版社，2004.

[2]李广弟.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

“辐射探测器”的模拟设计 篇3

探测器选择和运行原理, 利用 β 射线和物质相互作用的规律, 多种类型的射线 β 探测器被人们设计并且制造了出来。

此次实验中选择使用半导体探测器- P - N结型探测器。

半导体 β 射线探测器的基本工作原理是, 电子空穴的产生是因为入射电子在半导体物质中损失能量, 物质中损失的能量越多, 入射电子产生电子一空穴对的产生数目也就越多. 硅或锗是一般都会选择的电子材料. 硅对电子产生的能量小于SMe V的电子在其中所产生的脉冲高度分布, 一个能量的很窄的主峰和一个完全独立于电子能量的低能尾巴组成了硅对电子的能量。而且其峰面积与总面积之比也跟电子本身的能量没有关系。

探测器是一种新型核辐射探测器, 它又半导体材料作为介质, 具有很好的能量 β 分辨能力。随着现实应用对半导体材料和低噪声电子学的要求越来越高, 半导体材料和底噪电子学发展越来越快P- N结型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗探测器、化合物半导体探测器等多种探测仪被一一创造出来。

面垒型探测器噪声比较低, 能量线性跟分辨率都比较高, 而且结构简单操作起来很方便。

面垒型探测器对光灵敏照在探测器表面上的光子可以到达灵敏体积内。可见光光子的能量约为 ( 4 ~ 2) e V, 大于硅和锗的能隙Eg, 因此可见光光子与半导体相互作用可能产生电子—空穴对, 普通房间内的光线就能引起很高的噪声。所以建议在真空密闭的环境下使用垒型探测器这样才可以极大的降低噪声的影响, 在使用过程中不要用手触摸它的镀金面, 因为它的窗很薄。

2 利用MCNP程序实现模拟标准 β 射线源辐照探测器的过程如下:

2. 1 对源、探头的位置等信息进行了几何描述并且建立射线照射半导体探测器的几何模型。

2. 2 建立物理模型, 包括模拟结果记录的空间位置存在于探头中的各种物质的组成和密度等, β 射线源的能量分布和发射位置和模拟结果记录的空间位置, 物理内容等。

2. 3 将模型转化为MCNP程序。

2. 4 试模拟粒子输运过程, 通过使用和调整减小方差的技巧, 尽量使得在一定时间内, 减小计算结果的统计误差。

2. 5从计算结果中提取有用的信息, 即对计算结果后续处理。

根据上述步骤, 下面建立模拟模型。

本次探测器模拟设计所用的闪烁晶体为高7. 6 cm, 直径为7. 6cm的Na I ( Tl) 晶体, 其中Mg O反射层厚0. 05 cm, 晶体外侧面Al壳厚0. 20 cm, 前部Al壳厚0. 25 cm, Si O2光学玻璃厚0. 2cm, 海绵厚0. 1cm。

模型的CAD绘制为了能方便的写出能在MCNP中使用的模型, 首先在CAD中做好模型图, 探头模型的放射源面定义。

假设 β 放射源的位置在X轴上原点4cm的位置上, 即坐标为 ( - 4, 0, 0) 。那么原点所在的平面可以写为:

其中, 1 代表放射源所在面的序号, 定义为1 号, 这个序号是在取cell块的时候

需要用到; px表示该面是垂直于X轴的面; - 4 则表示该面与X轴的轴距。

定义探头分割面

由不同的分割面, 将各个材料所在的间分割出来来达到材料性质的一致。

如图所示, 将探测器探头分割成2至11号

3 总结

本次设计利用MCNP对Na I ( Tl) 单晶闪烁探测器进行了探测器探头核心的模拟设计, 如需要, 可以针对本次设计的模型安装对应的其他器材, 再在MCNP的输入文件加上所需要的数据卡, 即可利用MCNP对探测器进行模拟计算。

摘要：MCNP可以用来运输中子, 光子, 电子, 还可以计算临界系统的特征值, 是一个通用的Monte Carlo粒子输运程序。MCNP的功能有很多, 譬如可以用来处理材料的三维结构, 计算中子的截面库中的所有反应, 可以测量处理材料的任意三维构型, 栅元的边界可以是一阶和二阶曲面以及四阶椭圆环面。使用逐点的截面数据。对于中子, 可以测量光电子吸收后的荧光发射以及轫致辐射。也可以在不考虑外部、自身的感应场的情况下对电子运用Slowingdow模型, 通用源、临界源和曲面源都可以被MCNP所使用。有丰富的方差衰减技术;方便的记数结构;广泛的截面数据库本次设计就针对β辐射对探测器进行选择, 对计算模型进行设计。

关键词：模型,MCNP,探测器,β射线

参考文献

[1]《核电子学与探测技术》, 2011, 31 (11) :1198-1201.

核辐射探测器的研制 篇4

笔者针对目前点型光电感烟火灾探测器亟待解决的现实问题,从确立红外光最佳前/后向散射感烟角的基础实验研究入手,将最佳前向散射和最佳后向散射两种光电感烟传感器进行优化组合设计,以及对光电感烟探测电路、均衡灵敏感烟火灾探测算法、样品性能检验等成套技术研发路线,介绍一种对不同粒径、不同颜色、不同温度的广谱烟雾具有良好均衡灵敏响应性能的实用新型光电感烟火灾探测器的研制方法。

1 红外光最佳前后向散射感烟角的确立

掌握最佳前后向散射感烟角是设计开发新型高性能光电感烟传感器的关键。以往国内外对此研究并不少见,但结论过于宽泛,精确度令人置疑;笔者开发的点型光电广谱感烟火灾探测器,鉴于成本、货源、转产周期等方面的考虑,决定选用国内货源充足、价格低廉、峰值波长为(900±50) nm、圆形透明IR LED封装的红外光发射/接收配对管作为光电感烟器件,而公知的光电散射感烟角结论对此又缺乏针对性,如果盲目照搬将有较大的风险。因此,决定先行开展“红外光最佳前后向散射感烟角”的基础实验研究。

为此,笔者开发了红外光对典型烟雾颗粒0°～180°可变散射角感烟实验装置(见图1所示)。通过开展红外光对不同粒径、不同颜色、不同浓度的典型烟雾颗粒不同散射角感烟特性及其量化规律的实验研究,确立了峰值波长为(900±100) nm红外光适宜和最佳的前向散射感烟角和后向散射感烟角的基础研究成果(见图2所示),即:适宜的前向散射感烟角∠BOC为123°～139°,最佳前向散射感烟角∠BOC为129°～135°;适宜的后向散射感烟角∠AOC为 43°～ 62°,最佳后向散射感烟角∠AOC为47°～55°。

关于红外光最佳前后向散射感烟角的研究成果,优化了光电感烟探测基础理论,为后续成功开发高性能的点型光电感烟传感器提供了可靠的设计依据和理论支撑,为有效解决点型光电感烟火灾探测器均衡灵敏响应白烟和黑烟问题起到了关键作用。

2红外光前/后向散射复合式光电感烟传感器的研制

基于红外光最佳前后向散射感烟角的基础研究成果,此探测器感烟传感器设计(见图2所示)采用立式结构,选用成熟廉价的峰值波长为(900±50) nm圆形透明IR LED封装的2发1收单波段红外光发射/接收配对管作为光电感烟器件,将最佳前向散射感烟和最佳后向散射感烟两种光电感烟传感器优化组合,传感器后向感烟

散射角即第一发光管A中心光轴AO与接收管C中心光轴CO的夹角∠AOC为48°,传感器前向散射感烟角即第二发光管B中心光轴BO与接收管C中心光轴CO的夹角……∠BOC为132°,并兼顾了其他性能优化设计,使本传感器具有良好的进烟方位和有效的防虫、防风、防水雾、防光干扰等优良性能,是一种对不同粒径、不同颜色、不同温度的广谱烟雾具有灵敏响应性能的实用新型光电感烟传感器。

此传感器通过对光敏感烟元件的合理选用以及将最佳前后向散射感烟传感器复合优化设计等关键技术研究,使此探测器成本与目前国内生产的普通光电感烟火灾探测器基本持平。更重要的是,它在本质上有效提升了对粒径较小的黑色烟雾和粒径较大的白色或灰色烟雾的广谱探测能力,为后续开发光电感烟火灾探测报警更早期的、误报率更低的算法处理技术奠定了良好的硬件基础。

3 均衡灵敏感烟火灾探测算法处理技术

利用红外光前/后向散射复合光电感烟传感器的优良特性,开发相应的多传感器/多判据火灾探测报警算法处理技术,从而使本探测器达到理想的广谱均衡灵敏感烟火灾探测性能,也是此研发项目必需解决的关键技术。

对此,笔者按照GB 4715-2005《点型感烟火灾探测器》规定的木材热解阴燃火(SH1)、棉绳阴燃火(SH2)、聚氨酯塑料火(SH3)、正庚烷火(SH4)4种试验火典型烟雾对此传感器响应规律的试验研究,确立了以下能够甄别黑烟或白烟的火灾探测报警算法处理技术:

(1)当(HADC_8+16)-QADC_8≥0,则判断为黑烟;(2)且QADC_8≥24、HADC_8≥16,则判断为火警;(3)当 (HADC_8+16)-QADC_8<0,则判断为白烟;(4)且QADC_8≥80、HADC_8≥25,则判断为火警。

其中,HADC_8为后向感烟8位A/D上升值;QADC_8为前向感烟8位A/D上升值。

此感烟火灾探测报警算法判断规则为:由算式(1)和(3)甄别黑烟或白烟;如果甄别为黑烟,则采用算式(2)判断火警;如果甄别为白烟,则采用算式(4)判断火警。

以上前/后向散射感烟火灾探测报警算法对不同颜色的烟雾(黑烟/白烟)采取区别对待、分设不同报警门限的方法。当需要单独调整黑烟探测灵敏度时,不影响已设定的白烟探测灵敏度;反之,当需要单独调整白烟探测灵敏度时,也不影响已设定的黑烟探测灵敏度。在工程应用中,可针对保护场所可燃物发烟的颜色特征以及环境差别等情况分别设置恰当的白烟和黑烟探测灵敏度,从而既可确保火灾早期探测报警又有较低的误报率。

4 主要性能指标检测情况

笔者研制的8只探测器样品送国家消防电子产品质量监督检验中心按GB 4715-2005和ISO 7240-15 2004等标准规定的试验方法进行了6项委托检验,列出其中3项试验结果。

4.1 一致性试验数据

一致性试验数据见表1。

一致性试验结论:

(1)此探测器一致性试验响应阈值为0.39～0.44 dB/m,说明此探测器从本质上摒弃了“为了试验火黑烟检测过关而过分提高探测器灵敏度”的不当做法;

(2)此探测器一致性试验mmax:mrep=1.07≤1.33,mrep:mmin=1.05≤1.50,说明此探测器响应阈值的一致性良好。

4.2 火灾灵敏度试验

火灾灵敏度试验结果见表2。

火灾灵敏度试验结论:此探测器对于木材、棉绳2种试验火产生的白色烟雾以及聚氨酯塑料试验火产生的灰色烟雾其灵敏度均在GB 4715-2005规定的合格判据下限值1/3以内,对于正庚烷试验火产生的黑色烟雾其灵敏度在GB 4715-2005规定的合格判据下限值1/2附近,说明此探测器对4种试验火产生的不同粒径、不同颜色的典型烟雾达到了均衡灵敏响应性能。

4.3 十氢化萘火灵敏度试验

十氢化萘火灵敏度试验见表3。

此项试验按照ISO 7240-15 2004 标准规定的试验方法。

十氢化萘火灵敏度试验结论:

(1)此探测器对十氢化萘试验火产生的低温黑色烟雾其灵敏度在ISO 7240-15 2004 标准[2]规定的合格判据1/3以内,该项性能指标优于目前国际同类领先产品。

(2)此探测器无为提高光电感烟火灾探测灵敏度而附加的感温元件,属于本质光电广谱感烟火灾探测器。

4.4 此探测器对6种典型烟雾均衡灵敏响应性能总结

此探测器对6种典型烟雾均衡灵敏响应性能总结,见表4所示。

从表4可看出,此探测器对于石蜡气溶胶、木材阴燃、棉绳阴燃产生的常温白色烟雾,聚氨酯明火产生的高温灰色烟雾,以及十氢化萘明火产生的低温黑色烟雾等5种典型烟雾的响应阈值均在GB 4715-2005和ISO 7240-15 2004等标准规定的合格判据下限值1/3以内,对于正庚烷明火产生的高温黑色烟雾的响应阈值在GB 4715-2005规定的合格判据下限值1/2附近;此外,此探测器对于以上6种典型烟雾的响应阈值范围比较接近,表现出较好的均衡响应性能。由此可见,此探测器对于可燃物阴燃或明火产生的不同粒径、不同颜色、不同温度的广谱烟雾达到了良好的均衡灵敏响应性能。

5 结束语

通过开发红外光对典型烟雾颗粒0°～180°可变散射角感烟实验装置,开展红外光对典型烟雾不同散射角感烟特性及其量化规律的实验研究,确立了峰值波长为(900±100) nm红外光最佳前向散射感烟角和最佳后向散射感烟角的基础研究成果,基于该成果将红外光最佳前向散射感烟和最佳后向散射感烟两种光电感烟传感器优化组合,并且建立了相应的能够甄别黑烟或白烟的火灾探测报警算法处理技术,研制成功了一种对不同粒径、不同颜色、不同温度的广谱烟雾具有均衡灵敏响应性能的实用新型光电感烟火灾探测器,从本质上有效解决了该类探测器对于火灾初期物质阴燃产生的低温升黑色烟雾灵敏响应的关键技术。对于提高我国建筑火灾征兆识别和火灾早期探测技术水平,促进国内消防产品的更新换代和技术升级,提升城市火灾防控能力,构筑社会消防安全“防火墙”是十分必要的。

摘要：开发了红外光对典型烟雾颗粒0°～180°可变散射角感烟实验装置,以确定峰值波长为(900±100)nm红外光适宜和最佳的前向、后向散射感烟角。研制了一种实用新型光电感烟火灾探测器。通过试验研究4种试验火典型烟雾对此传感器的响应规律,确立了甄别黑烟或白烟的火灾探测报警算法处理技术。试验证明探测器对于可燃物阴燃或明火产生的不同粒径、不同颜色、不同温度的广谱烟雾达到了良好的均衡灵敏响应性能。

关键词：感烟火灾探测器,红外广谱,均衡灵敏响应

参考文献

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[3]孙爽.点型光电感烟火灾探测器的灵敏度[J].消防科学与技术,2002,21(6):39-41.

核辐射探测器的研制 篇5

近年来,碘化铅(PbI2)被认为是一种极有前途的室温核辐射探测材料,可用于探测1keV~1 MeV能量范围内的α射线和γ射线,它具有平均原子序数高(ZPb=82,ZI=63)、禁带宽度大(~2.3eV)、电阻率高(~1010Ω·cm)、载流子迁移率-寿命积比较大(10-5~10-6cm2·V-1)等优点[1,2,3],制成PbI2探测器具有较高的能量分辨率和探测效率,同时适用于-200~130℃较宽的温度范围,与其他同类型的探测器相比具有明显优势。因此,PbI2半导体成为近年来重点研究的室温核辐射探测新材料之一。然而目前PbI2单晶体生长技术尚不成熟,其应用仍然受到较多限制[1]。因此,大尺寸、高质量的PbI2单晶体生长技术及其核辐射探测器研究已成为国内外新材料领域的前沿研究课题。

近年来,PbI2晶体生长及其探测器的研究取得了一定的进展,但是探测器的性能离实用还有一定的差距,主要原因在于PbI2熔体的分解和挥发难以避免,生长出高质量的单晶体比较困难[4]。在实际PbI2晶体的生长过程中,由于碘的平衡蒸汽压较高,在PbI2晶体中容易形成第二相———Pb沉淀,导致I空位,同时会破坏材料的电子结构完整性和均匀性,影响它的使用。Oliveria I B等经过500次区熔提纯原料,采用垂直布里奇曼法生长出PbI2单晶体,但是生长的晶体质量并不理想[5]。Shoji T等通过移动熔区法充入1.5个大气压的Ar气,抑制高温下碘化铅晶体中的碘挥发,减少晶体缺陷[6]。尽管惰性气体在一定程度上缓解了PbI2的分解,但晶体中仍然会出现碘的挥发。日本东北大学Hayashi T等分别使用化学计量比和富Pb的PbI2原料通过垂直布里奇曼法制备了直径12mm的单晶体,发现富Pb原料制备的单晶质量更加稳定,重复性较好[7]。国内四川大学贺毅等使用改进的生长安瓶,通过改进的垂直布里奇曼法生长出直径15mm的PbI2单晶体,禁带宽度约为2.27eV,红外透过率约为45%[8]。

最近研究者们开始关注辐射探测器晶体生长后期的退火工艺。针对研究较为成熟的辐射探测材料CdZnTe体系,Zeng等采用Cd、Zn合金气氛退火[9],Yu等采用Te气氛退火[10],张涛等采用原位退火等手段均有效地减少了夹杂相分布和缺陷密度[11],极大地改善了晶体质量。然而对于PbI2晶体,目前的研究多集中在晶体生长工艺改进上,尚未有关于晶体退火改善性能的相关报道。

综上所述,PbI2晶体是一种有潜力的室温辐射探测器,但是关于PbI2晶体退火改性目前还没有深入的研究,所制备的晶体尺寸较小且质量不高,从而限制了其在探测器方面的研究和应用。本研究采用垂直布里奇曼法进行晶体生长,并进行真空退火以及气氛退火处理改善PbI2晶体质量,对晶体的结构、缺陷等特性进行了测试分析。

1 实验

1.1 单晶制备

采用垂直布里奇曼法进行晶体生长时,首先需要对放置原料的石英坩埚进行清洗,坩埚先用蒸馏水清洗后,用甲醇清洗5次,再用丙酮清洗2次,最后用去离子水多次清洗,放入真空干燥箱中烘干备用。将纯度为99.999%的PbI2原料加入清洗后的石英坩埚中,抽真空至10-4Pa后,使用氢氧焰进行封接。将封接后的坩埚垂直放入布里奇曼炉中缓慢升温,其炉体温场结构如图1所示,设置其高温区温度为420℃,温度梯度为5℃/cm,低温区为320℃。在高温区保温48h后,坩埚以1.0mm/h的速度缓慢下降,经过绝热区,降至低温区后保温12h,以30℃/h的速度降至室温。破碎坩埚,晶锭去除首尾部分,经定向解理切割成晶片。

1.2 晶片退火

将晶片真空封入石英安瓶中,处理炉结构如图2所示,对晶片分别进行真空退火和气氛退火。真空退火时,直接将晶片真空封入石英管中并在380℃的电阻炉中保温150h。气氛退火时,PbI2晶片所处的高温区温度保持380℃,I2所处的低温区保持100℃,两段温区可以有效避免高温I2蒸汽压过高引起石英管爆炸,利用高温区的传导和辐射的热量使低温区的I2升华并产生I2蒸汽向高温区输运,与PbI2晶片发生反应。退火完成后破碎安瓶,由于PbI2晶体很软,莫氏硬度仅为1.5,无需对晶片进行砂纸打磨,直接采用抛光布机械抛光后,用2%的KI溶液化学抛光,去除表面损伤层。

1.3 材料表征

采用FEISirion200扫描电子显微镜(SEM)以及能谱分析仪(EDS)分析晶片显微结构和成分,扫描电压为20kV;通过DX-2700X射线衍射仪(XRD)对样品进行晶型结构分析,扫描角度为10~60°;采用光致发光光谱仪进行PL光谱分析,温度为10K低温,激发源为488nm的Ar离子激光器;通过Keithley静电计测量了晶体的I-V特性,使用Nicolet iN10MX傅里叶变换红外成像光谱仪进行红外透过光谱分析,扫描范围为500~4000cm-1。

2 结果与讨论

2.1 形貌与结构分析

图3为垂直布里奇曼法生长所得的PbI2晶锭,晶锭长约30mm,直径为15mm,表面光滑完整,没有孔洞和裂纹,但是由于晶体生长过程中的排杂效应,晶体生长终表面存在若干微孔。

晶锭通过切割后发现PbI2容易沿着(001)面发生解理,这是由于PbI2晶体(001)面之间较弱的Van der Waals连接造成的[7]。在形核的开始阶段,沿着不同方向生长的晶核随机生成,但是随着石英坩埚的下降,沿着a轴方向的生长速度要快于沿着c轴方向,因此晶核选择沿着a轴方向取向生长,最终成为层状结构,通过扫描电子显微镜分析晶片的断口验证了这一点(如图4(b)所示)。此外,EDS分析表明晶片的平均成分为Pb33.92I66.08,I含量略低于理论化学计量比。

通过XRD分析了晶片不同状态的衍射谱,如图5所示,对晶片进行分析发现,PbI2晶体是2H结构,所有衍射峰均可标定为(001)面,表明解理出的PbI2晶片的确为单晶。真空退火和气氛退火后晶体结构未发生变化。

2.2 性能分析

低温光致发光(PL)光谱可以有效表征单晶的晶体完整性以及晶体质量等特征[7],因此对生长态和退火态的(001)面晶片分别进行低温PL光谱分析,光谱的测试在10K低温下进行,其结果如图6所示。从图6中可以观察到2个主要的特征发光峰:一个峰位于2.49eV,另一个峰位于2.43eV附近。2.49eV附近的峰是自由施主束缚的激子峰(EX峰),2.43eV附近的峰主要是施主-受主对复合发光峰(DAP峰)。一般来说EX峰的强度较高容易观察,其半峰宽(FWHM)可以用于表征晶体的结晶质量。退火后,EX峰的FWHM有所下降,峰型更加尖锐,这表明退火后晶体中缺陷有所减少,晶体质量有所提升。

红外透过光谱同样是评估PbI2晶体质量的重要手段,对不同状态下的晶片进行红外透过率分析,如图7所示,生长态晶体的红外透过曲线平直段透过率约为10%,但是在真空退火和气氛退火后,PbI2晶体的红外透过率分别提高至25%和30%左右。红外透过率的提高主要是由退火后晶体的吸收行为变化引起的。红外透过率可表示为[12]:

式中:R是材料反射率,a是材料吸收系数,d是样品厚度。在其他参数均为固定值的情况下,由式(1)可以看出红外吸收率主要由吸收系数决定。吸收系数a越低,红外透过率T的值越高。吸收系数a主要受到自由载流子吸收、析出相吸收以及杂质吸收3种因素的影响[13]。在350~1000cm-1范围内,a主要受自由载流子吸收以及析出相吸收的影响,而杂质吸收仅在低温下起作用。退火后,由PL光谱分析可知晶体质量有所提升,上述的自由载流子吸收以及析出相吸收作用有所减弱,可以有效地降低材料的吸收系数,因此退火后材料的透过率得到明显改善。

图7 PbI2晶片生长态、真空退火态、气氛退火态的红外透过谱Fig.7 IR transmittance of PbI2wafers:as-grown,annealed in vacuum and annealed in I2vapor

PbI2晶片的电阻率决定了探测器件的加载偏压,从而决定探测器的收集效率。图8为不同状态下晶片的I-V特性。晶片中的电流随着偏压的增大而增加,真空退火后电流的变化并不显著,而气氛退火后电流明显下降。经过线性拟合计算后可知,生长态、真空退火态和气氛退火态的晶片的电阻率分别为3.3×109Ω·cm、3.2×109Ω·cm以及5.6×109Ω·cm。缺陷的减少最终导致晶体中缺陷激发产生的自由载流子浓度降低,从而有效地提高电阻率。晶片电阻率提高后,晶片可以加载更大的偏压,对提高探测器件的收集效率是非常有利的。

3 结论

通过垂直布里奇曼法进行了PbI2单晶生长,并对单晶进行了真空退火和气氛退火研究,发现在碘蒸汽中气氛退火后的碘化铅单晶质量有较大提升,红外透过率同样有所提升,由于缺陷的减少,电阻率得以提高,可有效提升探测器的收集效率。碘蒸汽中气氛退火有利于提高碘化铅的单晶质量,是改善晶体性质的有效手段,退火后晶片的各项性能更加适用于室温核辐射探测器。

摘要：以多晶碘化铅(PbI2)为原料,采用垂直布里奇曼法进行单晶生长,研究了PbI2单晶的生长特性,随后对单晶进行真空退火和气氛退火,并测试了生长态、真空退火态以及气氛退火态3种不同状态下晶体的光致发光谱(PL)、I-V特性以及红外透过率。研究表明,在碘蒸汽中气氛退火后的碘化铅单晶质量较高,PL谱中激子(EX)峰的半峰宽有所下降,红外透过率从生长态的10%提升至30%左右,电阻率从生长态的3.3×10~9Ω·cm提高至5.6×10~9Ω·cm,可以有效提高晶体的探测效率。气氛退火有利于提高碘化铅的单晶质量,使其各项性能更加适用于室温核辐射探测器。

核辐射探测器的研制 篇6

间接辐射型火焰检测器就是目前在火力发电厂广泛使用的可见光、红外线及紫外线型火焰检测器的统称, 是一种在技术及工艺制造方面都已非常成熟的产品。图像火焰检测器则是九十年代未才开始在火电厂试用的产品, 它是采用数字视频图像识别技术开发的新型火焰检测器产品。由于技术还不成熟, 在大型火电机组中还很少做为FSS核心的灭火保护产品, 仅在等离子点火、微油点火系统中略有应用。

2 现从以下几个方面对这两类产品的技术性能做以比较和分析。

2.1 工作原理不同

图像火检是根据数字图像信号与火焰图像样本, 采用模糊算法和相似性原理进行温度场梯度和与样本火焰图像相似性识别分析方法, 来判断燃烧器火焰的建立与熄灭状态。

间接辐射型火焰检测是根据火焰燃料燃烧时辐射红外线、可见光或紫外线的强度, 以及火焰的脉动频率的双重特征, 来对火焰的真实性进行识别, 是目前应用最为广泛的火焰检测器。

2.2 安装方法

图像火检一般安装在侧墙与一次风道中心形成约40度左右的夹角时, 才能采集到有效的火焰图像。

间接辐射型火焰检测器一般安装在二次风箱内, 与二次风道中心线平行, 监视区域基本上始终处于火焰包络形状的焰心位置, 信号的稳定性好。

2.3 鉴别准确性和稳定性

图像火检从理论上来讲由于采集了更加丰富的火焰信息, 因此鉴别的准确性会比而间接辐射火焰检测器有很大提高。如果直观的比喻就是图像火检识别做的是面火焰识别且直观, 而间接辐射型火焰检测器做的是点火焰识别, 但图像火检的技术优势由于技术还不成熟、运行的稳定性差导致还仅仅体现在理论上。

图像火检鉴别的稳定性低于间接辐射型火焰检测器, 这是因为火焰图像形态是实时动态变化的, 且基本上无变化规律和无法做出变化趋势判断, 从而很难找到一个或者甚至几个火焰图像参照样本适用于各种工况, 因此, 会经常性的发生识判无火信号, 导致锅炉误跳闸。这是积于以下多种因素所致:

(1) 锅炉火焰图像是一种实时动态变化的图像而非人脸基本那样固定不变的, 火检探头安装角度、火检设备性能、探头光纤损坏情况、炉型、锅炉的燃烧特性、煤质、配风、负荷状态、运行人员水平、设备质量等任何因素都会影响到火焰图像的形态, 即使在不同的负荷工况下, 火焰的形态都会有很大差别。

(2) 煤质变化大, 中国火力发电机组受经济环境影响大, 往往实际燃烧的煤种与设计煤种都会不很大差别, 图像火检对煤种变化的适应能力非常差, 因此, 煤质一变, 原有的火焰参照样本就不适用了, 需要重新进行火检调试。

(3) 锅炉结构和锅炉的周边环境影响探头的准确安装, 图像火检对探头的安装角度精确度要求高, 但受锅炉结构和锅炉周边障碍物干涉的影响, 图像火检探头不能做到精准安装, 因此就不能监视到相对稳定的火焰图像。

(4) 图像火检有时不能做到全工况投入尤其是在锅炉刚点火阶段时, 由于炉膛烟大, 图像火检经常会做出误判。

间接辐射型火焰检测器鉴别的准确性与图像火检相比的确差一些, 但间接辐射型火焰检测器设备运行的稳定性则远高于图像火焰检测器, 这是由于间接辐射型火焰检测器采集的火焰焰心初始燃烧区域的光辐射频谱信号, 它受锅炉负荷、锅炉的结构、煤质、光纤受损面积、积灰面积影响的适应能力非常强, 火检处理的是数字信息, 因此数据的处理量远远少于图像火检数据的处理量, 因此故障率远远低于图像火检, 而且间接辐射型火焰检测器准确性略低、偷看相对图像火检略高的不足方面完全可以通过软件逻辑闭锁解决, 这正是间接辐射型火焰检测器长期以来始终占据于应用主导地位的关键。

结语

图像火焰检测器价格高, 但性价比低, 图像火焰检测器应具有的双重功能优势并没有发挥出来。但相信随着图像火检技术的日趋完善, 性价比的逐渐提高, 未来广泛使用将成为可能, 这需要一段长时间的等待。在实现FSSS所需要的基本功能方面, 无论技术的成熟度、性能价格比以及设备运行的稳定性方面间接辐射型火焰检测器均优于图像火焰检测器, 因此间接辐射型火焰检测器仍是目前火检产品的首选。

摘要：本文根据作者长期以来从事FSSS系统设计、设备选型和工程调试总结的经验, 并结合跟踪国内外火焰检测器技术发展水平的掌握, 就两类产品的当前技术性能做了系统性的对比, 并提出了自己的见解, 希望能对新建或改造项目中的火检产品选型提供有益的参考。

关键词：图像火焰检测器,间接辐射型火焰检测器,火焰识别

参考文献

核辐射探测器的研制 篇7

本文设计了不同涂层的低辐射误差温度传感器阵列, 有望降低辐射误差至0.3℃内。采用FLU-ENT软件模拟计算出该传感器阵列在太阳辐射通量密度为800 W/m2、1 000 W/m2和1 200 W/m2下的温升比值, 并通过实验得出该传感器阵列在太阳辐射通量密度约为800 W/m2下的温升比值, 从而推算出大气环境温度。

1 低辐射误差温度传感器的设计

本文设计的低辐射误差温度传感器由导热性能良好的铜质空心球及Pt100铂电阻温度传感器组成。空心铜球的直径、表面小孔直径和厚度分别为6 mm、3 mm和0.5 mm, 用绝缘导热硅胶将Pt100铂电阻与空心铜球内壁粘合, 用于固定和传热。其中选用的Pt100铂电阻精度等级为1/3B级, 在0℃时阻值误差为±0.04%。低辐射误差温度传感器结构示意图如图1所示。

2 测温系统硬件设计

2.1 多通道温度采集系统硬件设计

多通道温度采集系统由STM32F103处理器、六通道AD7794模数转换芯片和串口模块组成, 处理器通过RS232协议将采集的数据发送至上位机显示。图2所示为硬件设计框图。

2.2 多通道温度采集模块

为了提高测量精度, 信号调理电路设计中选用了具有低噪声和低温漂性能的外部基准源ADR444和精度为0.1%的精密电阻作为参考电阻。为降低引线电阻导致的测量误差, 本设计采用了恒流源驱动四线制连接的Pt100铂电阻方式[6]。为抵消激励源中的噪声干扰, 本设计应用了比例测量法[7]。

3 实验设计及理论分析

如图3所示, 实验装置由多通道温度测量系统、轻型防辐射罩以及带有吸气泵的防辐射罩组成。选用温度采集模块中的四个通道, 编号分别为A、B、C和D。A、B两通道上的球形外壳分别喷有黑色涂层和白色涂层, C通道上的球形外壳不加涂层, D通道上的传感器带有强制通风防辐射罩。轻型防辐射罩外表面喷上反射率较高的白漆, 可以最大程度地反射太阳直接辐射;内表面喷上黑漆, 可吸收地面反射辐射, 以降低反射辐射对传感器的影响。

实验中, 由于参照组C通道上方的轻型防辐射罩不能完全屏蔽周围环境辐射对传感器测温造成的影响, 为了准确测量大气真实环境温度, 增加D通道强制通风组。该通道传感器加装的防辐射罩带有两个水平通风口且四周呈封闭状, 罩体外表面喷上白漆, 内表面喷上黑漆, 在一侧通风口接上吸气泵, 通过吸气泵迫使周围环境气流在其内部进行交换, 带走辐射热, 可最大程度地减小辐射误差。与C通道相比, D通道传感器受到的外界辐射影响更小, 因此测量得到的值更接近于真实环境温度值, 所以以D通道采集的值作为标准值更合适。

将A、B和C三个通道的传感器采集的温度分别记为Ta0、Tb0和Tc0。晴天有光照条件下, 用轻型防辐射罩将A、B和C三个通道的传感器遮挡住, 则有

移走A、B两通道传感器上方的轻型防辐射罩, 使其暴露在光照下, C通道传感器继续保持遮光。等A、B两个通道的传感器采集的温度稳定后, 记下A通道采集的温度为Ta1、B通道的温度为Tb1、C通道的温度为Tc1, 则A通道的温差ΔTa=Ta1-Ta0, B通道的温差ΔTb=Tb1-Tb0, 其温度差比值为ΔTa/ΔTb。若温度发生改变后, 记下此时A通道采集的温度为Ta, B通道的温度为Tb, C通道的温度为Tc, D通道的温度为Td。假设有一个不受外界辐射影响的理想通道, 采集的温度Tx为真实的大气温度。根据等式

可以推算出真实大气温度值Tx

以D通道传感器采集的温度作为标准, 则理想通道、B通道和C通道传感器采集的值与其对比得出的误差分别为式 (4) 、式 (5) 和式 (6) 。

4 计算流体动力学仿真分析

FLUENT是当前国际主流的计算流体动力学 (CFD) 软件[8,9], 是求解流体流动和传热问题较为有效的分析工具。通过FLUENT仿真分析, 得出复杂对流和太阳辐射耦合热边界条件下低辐射误差温度传感器的温度场分布, 求解出太阳辐射对不同涂层传感器照射引起的温升比值, 从而为低辐射误差温度传感器的设计提供参考。

为了尽量使低辐射误差温度传感器仿真模型与实物一致, 采用Pro/E软件构建了其三维实体模型。为了得到较高质量的网格, 采用了ICEM CFD网格划分软件中的四面体网格划分技术对低辐射误差温度传感器及流体区域进行了网格划分。运用FLU-ENT对网格模型进行了流固耦合传热计算, 为了使仿真与实验保持一致, 对初始条件作了以下设置, 设白色涂层的吸收率为30%, 黑色涂层的吸收率为90%, 环境温度为300 K, 风速为0.2 m/s, 太阳辐射通量密度为800 W/m2, 得到两种不同涂层传感器的温度分布场, 如图4所示。

表面涂层吸收率为30%的传感器平均温度值记为Tpt1, 表面涂层吸收率为90%的传感器平均温度值记为Tpt2。由图4 (a) 和 (b) 可知, Tpt1=301.20K, Tpt2=302.77 K。模拟遮光时温度值T=300 K, 则ΔTpt1=Tpt1-T=1.20 K, ΔTpt2=Tpt2-T=2.77K, 其温差比值ΔTpt2/ΔTpt1=2.77/1.22=2.31。

相同条件下, 改变太阳辐射通量密度, 可得出表面涂层吸收率为90%与表面涂层吸收率为30%的温差比相同, 仿真结果表1。

5 实验测试数据与分析

表2~表5为2014年11月6日, 太阳辐射 (辐射通量密度约为800 W/m2) 较强的10~14时段, 风速为0.2 m/s下测得的温度值。

由表2可知, A、B和C三个通道传感器采集的温度平均值分别为Ta0=24.39℃、Tb0=24.32℃和Tc0=24.35℃。A通道传感器由于球壳外表面涂有黑色涂层而吸收少量反射辐射, 采集得到的温度值比C通道高0.07℃;B通道传感器由于球壳外表面涂有白色涂层会反射一部分辐射, 所测得的温度值比C通道低0.03℃。

A、B两个通道的传感器暴露在光照下, C通道传感器继续保持遮光, 测量得到的结果如表3所示。

由表3可知, A、B和C三个通道传感器采集的温度平均值分别为Ta1=26.95℃、Tb1=25.46℃和Tc1=24.52℃。则A通道温差ΔTa=Ta1-Ta0=2.56℃, B通道温差ΔTb=Tb1-Tb0=1.14℃, 温差之比为ΔTa/ΔTb=2.56/1.14=2.23。仿真温差比值为2.31, 两者之间仅相差3.46%, 主要是因为球壳外表面涂层实际吸收率与理论值的误差。

表4和表5为不同时间段, 四个通道传感器采集的18组温度值。Ta~Td分别表示A~D四个通道传感器采集的10次温度值平均后的结果。根据式 (3) ~式 (6) 可分别得出理论推算值Tx及辐射误差值ΔTdx、ΔTbd、ΔTcd。

根据表4和表5得出的辐射误差值ΔTdx、ΔTbd、ΔTcd, 绘制出理想通道、B通道和C通道相对于D通道的辐射误差图, 如图5所示。

如图5所示, 以D通道传感器采集的温度值作为标准, 可得B、C两个通道传感器采集的温度值误差分别为0.92~1.07℃和0.11~0.27℃。推算值Tx与D通道采集的温度相比, 误差在0.09~0.26℃之间。与B通道的白色涂层传感器相比, 该传感器的辐射误差降低约80%。

6 结论

为降低太阳辐射对温度传感器测温带来的误差影响, 本文设计了不同涂层的低辐射误差温度传感器及温度测量系统。通过计算流体动力学方法仿真与实验设计, 可以得出如下结论:

(1) 利用低辐射误差温度传感器的辐射温升比值在不同的辐射强度下不变的特性, 所推算出的温度值与真实环境温度误差在0.09~0.26℃之间。

(2) 相同条件下的测温观测中, 与表面涂有白色涂层的传感器相比, 这种低辐射误差传感器的辐射误差降低约80%。

(3) 和传统气象站使用的温度传感器相比, 低辐射误差温度传感器具有精度高、响应速度快、体积小、重量轻、便携性好等优点。

参考文献

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核辐射探测器的研制 篇8

针对以上问题, 本文, 笔者提出利用声谱探测的方法加以检测, 从而根据机器发出的声音来判断机房内仪器是否有异常工作情况。该方法也被称之为“机器的B超”, 它的检测范围覆盖声和超声。

一、声谱分析技术

声谱分析是对声波或振动进行计算或测量, 以取得关于它们的组成和能量的频率分布图形的技术。即将声音 (通常指复合声) 以图形的方式表示, 绘制出不同频率的振幅, 得到的图形可表示各个频率分量对总体音响的相对贡献。因此, 只要能够测量出噪声的频谱特性, 就可以区别出异常情况, 从而达到安检的目的。

二、机房内机器噪声的分类

机房内的设备噪声一般由机械噪声和电子噪声组成。机械噪声是由于机械设备运转时, 由于部件间的摩擦力, 撞击力或非平衡力, 使得机械部件和壳体等发声体产生无规律振动而辐射出的噪声, 按照声源的不同, 机器噪音可分为3类:空气动力性噪声, 由气体振动产生, 如通风机, 压缩机, 发动机, 喷气式飞机和火箭等产生的噪声;机械性噪声, 由固体振动所产生, 如齿轮、轴承和壳体等振动产生的噪声;电磁性噪声, 由电磁振动所产生, 如电动机, 发电机和变压器等产生的噪声。

三、基于声谱探测原理的机房噪声信号分析

1. 声谱探测原理。

根据声谱探测原理, 由传感器接收各种仪器所发出的声音, 然后通过信号变换和频谱分析, 来确定正常情况下的时域和频域谱线, 并设定几个特征点进行检测, 最后通过基于DSP (数字信号处理) 电路建立数学模型进行仿真和实际测试。系统结构框架如图1所示。

根据噪声特点, 可从时域和频域2方面进行分析。通过实验采样进行时域分析发现, 方舱仪表正常工作时和发生故障时波形的幅度变化不明显, 很难准确判断是否出现故障, 因此, 应采用频域进行故障分析。频域分析时可采用模拟电路分段滤波的方法和进行A/D转换数字信号处理的方法。模拟电路分段滤波的方法电路如图2所示。

2. A/D转换数字信号处理方法。

为了便于检测, 半波整流后采用80C196单片机对8路半波整流信号进行A/D转换。电路由传感器, 前置放大器, 8路不同类型频率的滤波器, 8路半波整流器, 80C196KC, 晶振复位, 报警音响, 设定参数的键盘和音频电平显示器组成。该方法简单方便且针对性强, 便于实验, 缺点是使用不灵活, 频谱选择性差。A/D转换数字信号处理的方法比较灵活并且可以程控选择频域, 但是算法较复杂, 尤其容易遗漏带宽较窄的频域。A/D转换数字信号处理方法拱形如图3所示。