核辐射检测

核辐射检测（通用8篇）

核辐射检测 篇1

0 引言

随着信息技术的广泛应用和现代城市化进程的加快,各种频率电磁波的交互作用使城市空域、公共环境及居民住宅在内的各类场所的人为电磁能量显著增加。城市电磁环境污染已成为继PM2.5之后,又一环境污染因子,与人们熟知的大气污染、水污染和噪音污染相比,电磁污染由于不易被人们直接感知、隐蔽性强,短期效应不显著容易被人们疏忽。但是,随着消费者健康、环保意识的不断加强,对于电磁辐射的关注度也在不断增加。

现阶段电磁辐射的研究和检测还主要集中于对单一电磁辐射源的定性研究,随着技术的不断发展,电磁环境复杂性日益提高,对多种电磁辐射源同时存在的复杂电磁辐射环境的研究势必成为电磁辐射污染研究的热点。本文中复杂电磁辐射环境是指由多辐射源引起的多频率、多场强的电磁环境。当众多电磁辐射源处于同一区域环境中时,其产生的电磁波彼此之间交错作用,其呈现出的电磁环境变得相当复杂[1]。本文在对单一辐射源电磁辐射情况进行研究的基础上,针对复杂电磁辐射环境的检测方法进行分析和研究。

1 单一辐射源

1.1检测方法

单一辐射源的电磁辐射情况采用多点检测法,如图1所示,单一辐射源多点检测法是通过不同的方位(根据消费者实际使用、接触情况),对辐射源的电磁辐射情况进行检测,获得的检测数据主要包括辐射源的工作频率、电磁信号种类、功率,检测结果能够较全面地反映辐射源的电磁辐射情况[2]。

1.2检测设备

针对工频、低频电磁场强度检测,需要使用各向同性响应或者有方向性电场探头或者磁场探头的宽带电磁辐射测量仪;检测移动基站等射频电磁辐射强度检测,则应使用具有各向同性响应或有方向性探头(天线)的非选频式宽带辐射测量仪[3]。

1.3检测数据和结果分析

针对17类典型电器产品的电磁辐射情况进行检测,对数据进行汇总并分析如下:

(1)单一辐射源辐射强度与检测距离成反比。在对典型单一辐射源电磁辐射强度进行检测时,以辐射源为坐标轴零点,在一系列与辐射源间距不同的位置点进行检测,辐射源的电磁辐射强度与检测点距辐射源的距离成反比,由检测结果可知,日常生活中大部分辐射源的电磁辐射强度在检测距离为0.5~1 m时降低到可接受水平。以某品牌吸尘器产品为例,检测数据如图2所示。

(2)单一辐射源辐射强度与检测位置相关。在对典型辐射源电磁辐射强度进行检测时,以辐射源为相对中心,对不同检测位置的电磁辐射强度进行实地检测,这里所说的不同位置是指以辐射源为圆心,半径为恒定值的圆上不同方位的点,不同检测位置电磁辐射强度存在差异。表1列举了本次检测到的17类产品中不同位置检测点电磁辐射强度差异较大的辐射源。由此可见,大部分辐射源的电磁辐射强度最大值出现在辐射源侧面、发动机所在处和信号(音频、无线)发射区。

2 复杂电磁辐射环境

2.1家居复杂电磁辐射环境

2.1.1电磁辐射来源

伴随着智能家居概念的不断推广,家居数字化程度不断提高,就目前智能家居系统的安装来说,其在安装调试过程中主要有无线方式和有线方式,由于有线方式布线繁杂、连接端多、工作量大、成本高、维护困难等特点无法进行大规模的推广,而无线方式则由于不受这些原因限制得到广泛的应用。常见的用于传输信号的无线电技术包括:蓝牙(工作频率2.4 GHz),Wi Fi(工作频率:2.4 GHz,5.8 GHz)等,在低功率情况下无线传输受限于距离,这种情况下产生的无线电辐射非常小,假如要求有足够的距离,就要提高设备功率,相应会产生比低功率情况下强的电磁辐射。

再加上家庭中原有的各种家用电器、低频电磁场设备(如电线、开关等)、广播电视信号、通信信号等,所有这些信号重叠在一起使本来居住环境中的电磁辐射环境更加复杂。

2.1.2检测方法

虽然家庭中不同时间段电磁环境是复杂的而且是多变的,但由于辐射源总数量相对固定,对不同信号的不同组合累积实时进行测量即可,最终选取最差值进行统计。根据家庭环境中电磁辐射源相对集中的特点,设计了如图3所示的相对中心检测法和如图4所示的相对轴线检测法。

对家居环境复杂电磁辐射情况进行多次重复检测[4],检测过程中需记录的数据包括:

(1)频率占用度

频率占用度测量的目的是了解一个频域内辐射源的多少和密集程度,由于环境中辐射源工作情况存在不同的组合,需要针对每种组合情况进行检测积累,将频谱进行分类统计和记录。

(2)电磁信号类型

对于不同辐射源发射的电磁信号的种类进行记录,其大小反映了复杂电磁辐射环境组成中电磁信号的复杂程度。

(3)功率密度

功率密度用以描述复杂电磁辐射环境的功率强度,功率密度的定义为:功率与带宽的比值,即功率带宽 。

通过对以上参数的分析和统计,并结合检测值进行分析,可确定该复杂电磁辐射环境中主要的辐射源及辐射贡献。

2.2公共环境中复杂电磁辐射环境

2.2.1电磁辐射来源

公共环境主要包括商场、超市和街道等公共场所,除包含特殊设备外,由于公共环境相对开阔,复杂电磁辐射危害相对较弱。

2.2.2检测方法

根据公共环境中辐射源分布相对分散的特点,设计了如图5所示的随机不规则多点检测法对复杂电磁辐射情况检测。

检测过程中需记录的数据同样包括频率占用度、电磁信号类型和功率密度。

2.3检测建议

采用本文提出的复杂电磁辐射环境检测方法,针对日常生活中接触较多的超市、家庭、公共道路和地铁站等复杂电磁辐射环境进行检测,检测结果显示,家庭中由于电器相对聚集,当多种电器同时开启时,电磁辐射强度增加较为明显;除非近距离接触公共环境中的特殊辐射源(例如公共道路中的高压变电站等),普遍公共环境较为开阔,电磁辐射强度均在可接受范围之内。提出建议如下:

(1)应注意不要把电器摆放得过于集中,使自己暴露在超剂量辐射的危险环境中;

(2)不应同时开启大量电器,同时处于工作状态容易造成电磁辐射量显著增大;

(3)不宜在卧室集中摆放电器;

(4)对于公共场所中的辐射源使用完应尽快远离、及时通过,由于工作关系需要长期接触的,需尽量远离辐射环境,保持安全距离。

3 结语

本文基于对单一辐射源和复杂电磁辐射环境的检测方法开展研究,并采用相应的检测方法针对现代城市环境中常见的单一辐射源进行检测,得到检测结论,并对现代城市环境中电磁辐射情况进行了总结。

摘要：随着信息技术的不断发展,多种电磁辐射源同时存在的电磁辐射环境日益复杂,各类场所的人为电磁能量显著增加。为了实现对复杂电磁辐射环境的分析,预防或减少电磁辐射的伤害,通过对单一辐射源检测方法开展研究,创新性地提出了复杂电磁辐射环境的概念及检测方法,包括相对中心检测法和相对轴线检测法,并结合单一辐射源检测结果,对现代城市环境中常见的复杂电磁辐射环境开展了检测,最后对电磁辐射情况进行总结并提出建议。

关键词：复杂电磁辐射环境,电磁辐射,辐射源,辐射强度

核辐射检测 篇2

作者： 佚名 文章来源： 本站原创

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防辐射镜片质量状况及检测方法 篇3

关键词：防辐射,镜片,原理

1. 防辐射镜片原理、膜层分类及工艺特点

防辐射镜片所指的辐射是狭义的电磁辐射, 而且多数情况下只针对于电磁辐射的特定频段。严格来说防辐射镜片的防辐射性能特指可见光及紫外波段以外的所有电磁辐射。电磁波通过不同介质时, 会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等。为了有效的阻止有害电磁波进入人眼, 必须在镜片中添加特定材料或者在镜片表面镀特定膜层, 从而能够将特定频段的电磁波通过折射、反射、吸收等方式屏蔽, 同时要保证可见光能够正常透过镜片进入人眼之中。由于镜片折射率差异较大, 选择添加防辐射材料很难保证镜片稳定的光学特性, 因此选择具有吸波特性的材料镀膜至镜片表面是实现镜片防辐射功能的重要形式。应用于镜片镀膜的材料必须在超薄厚度的前提下具有良好的吸波作用和透明导电的特性, 对于可见光区具有非常优良的透过率。能够产生吸波作用的材料主要有羟基铁、导电高聚物、多晶铁纤维、金属氧化物超细粉末等。多数吸波材料的共同缺点就是不透明, 无法应用于镜片镀膜中。经过细化的金属氧化物吸收剂粒子的磁、电、光等物理性能发生了质的变化, 同时具有吸波、透波等功能。

防辐射镜片按其作用原理可以分为吸收型防辐射镜片和干涉型防辐射镜片。吸收型防辐射镜片是利用材料吸收入射的电磁波, 并将电磁能转变成热能。干涉型防辐射镜片是利用电磁波在传播过程中到达各膜层分界面以及膜层和镜片基体分界面上会发生反射、吸收和透射3种光学作用以此改变电磁波传播方向或者使电磁波产生干涉作用而相互抵消。

防辐射镜片可以选择采用特殊工艺将金属氧化物超细粉末镀膜至镜片表面的方法来阻挡有害电磁波。由于金属氧化物膜层对于可见光的透过率很高, 同时能够对某些频段的有害电磁波有效阻挡, 可以满足眼用镜片的需求。当电磁波到达镜片外表面膜层时, 产生反射、吸收和折射的作用。外表面膜层只吸收很小一部分电磁波, 而反射和折射是主要的。折射过的电磁波通过镜片基体后有少量的反射和吸收, 大部分电磁波正常透射到达镜片内表面, 内表面膜层反射的电磁波和从外表面透射到达镜片基体的电磁波在满足一定条件下产生干涉作用, 相互抵消。镀膜方式也可以采用单面多层镀膜, 利用多层膜之间产生干涉相消来阻挡电磁波的通过。将吸波材料镀膜至镜片表面, 利用吸收或者干涉相消的原理使镜片具有防辐射的作用。

吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量, 并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量。由于各类材料的化学成分和微观结构不同, 吸波原理不尽相同。但是材料的吸波特性可以用宏观的电磁理论进行评价分析, 即使用材料的介电常数和磁导率来评价吸波材料的反射和传输特性。

防辐射镜片选择的吸波材料必须具有透光特性的吸波材料, 其原理可以分为吸收型和反射型两大类。吸收型光学透明吸波材料要求电磁波谱完全损耗在透明薄膜之中, 不发生反射也不透过透明的基体。目前主要有透明导电高聚物和电路模拟吸波材料两种。反射型光学透明吸波材料要求较好的透光性和反射性, 表现为薄膜对特定波段电磁波反射或者截止。反射型光学透明吸收薄膜可以分为金属良导体薄膜和金属氧化物, 如Bi2O3/Au/Bi2O3, Ti O2/Au/Ti O2, Si O/Au/Zi O2, Ti O2/Ag/Ti O2和氧化铟锡 (ITO) 膜系。在防辐射镜片中广泛使用的是氧化铟锡膜系。

2. 防辐射镜片市场分析、质量问题及检测方法

(1) 防辐射镜片市场现状。

防辐射镜片是随着以电脑为主要视觉终端的广泛普及而诞生的新型视觉应用产品。目前所宣称的防辐射眼镜应该是特定针对于可见光和紫外线以外的电磁辐射。由于缺乏统一的检测手段和国家标准, 防辐射镜片市场相对比较混乱, 多数厂家以防紫外线功能来代替防辐射功能来炒作概念。实际上以电磁波来说, 紫外线只占了整个电磁波谱的很小的一部分, 而且防紫外线功能是树脂镜片的基本要求之一, 在GB10810.3-2006眼镜镜片及相关眼镜产品的第3部分透射比规范及测量方法中明确规定了眼镜类产品在波长200~380nm紫外线的透射比要求。由于电磁辐射波谱范围较广, 因此无法有一种产品能够覆盖全部电磁辐射范围, 只能针对于生活中常见电磁辐射进行有效的控制或减少, 以此达到减少电磁辐射对眼睛的伤害。目前防辐射镜片的国外部分厂家生产的镜片主要有的Cle AR膜层、Clean’N’Cle AR膜层。Cle AR膜层在减少380nm到700nm的可见光在镜片表面的反射上表现卓越。作为镜片应用最广泛的膜层, Cle AR膜层的透光率达到99.6%。Clean’N’Cle AR膜层同样也是一款表现优异的膜层, 新技术的运用, 提高了膜层表面的光滑度及抗静电能力。Clean’N’Cle AR膜层的超级防水/防油层和超防静电层保证了良好的透光度和非凡的表面耐污能力。但是国内有多个厂家生产防辐射镜片, 基本原理都是以镀有特殊金属氧化物的金属膜层来实现其防辐射的功效。比如部分工厂生产的镜片使用的原料是具有较强的导电能力氧化铟锡 (ITO) , 通过真空蒸发和离子辅助的工艺方法, 使其吸附在镜片上, 使原不导电的镜片具有导电能力, 产生屏蔽, 有效地阻碍有害电磁波穿透, 起到保护眼睛的作用。

(2) 防辐射镜片质量问题及检测方法。

防辐射镜片的质量问题以及功效受到生产厂家和使用者的关注。目前市场上的防辐射镜片存在的问题非常严峻, 检测方法不统一和检测标准不同导致防辐射镜片质量参差不齐, 甚至存在有些厂家利用完全没有防辐射功能的普通镜片来宣称其具有防辐射功效。这是由于防辐射镜片的质量标准及检测办法目前尚没有统一的国家标准。目前国家没有专门针对于防辐射镜片的检测标准和检测方法, 各个生产防辐射镜片的厂家都制定自己的检测标准和检测方法。目前有关防辐射镜片的主要检测方法包括外观观察和测量电阻的方法。外观观察主要从膜层颜色、镜片特征等多方面进行, 对于普通消费者来说很难分辨。测量电阻的方法的原理是利用防辐射镜片的表面是采用具有导电特性的金属膜层, 当采用万用表在镀防辐射镜片的表面把表调至欧姆档 (×10K) 上进行测量时, 能够测到几千欧不等的电阻。

(3) 防辐射镜片检测标准 (部分内容) 。

(1) 总则。

A.为防止电磁辐射污染、保护环境、保障公众健康、提高行业规范, 制定本标准。

B.本标准适用于江苏省境内一切标记防辐射功能的镜片检测与分级。

C.本标准规定了防辐射眼用镜片的防辐射膜层性能要求、试验方法和检验规则。

D.本标准中的适用频率范围为100KHz-300GHz。

E.一切生产防辐射镜片的单位或部门, 均可以制定各自的防辐射限值 (标准) , 各单位或部门的管理限值 (标准) 应严于本规定的限值。

(2) 技术要求。

A.测试条件。

(a) 除非另有规定, 本部分检测系统的周围环境温度应为15~35℃, 相对湿度45%~75%, 气压86~106k Pa。

(b) 整个检测系统应不受明显的振动、气流、烟尘的影响。

(c) 检测环境必须满足国家电磁辐射防护规定GB8702中2.2.2表2公众照射导出限值。

(d) 测量中应设法或者尽量避免周边偶发的辐射源的干扰, 如出现异常数据需停止测量或者采取抗干扰措施。

B.抗辐射性能。

抗辐射性能特指可见光及紫外波段以外的电磁辐射。检测位置需在普通钢筋混凝土构造的室内进行, 一般取距离地面及周围墙面1.5m-2m的位置测量。抗辐射性能在增加镜片前后的衰减比τ满足表1的要求。

(3) 试验方法。

A.抗辐射性能。

使用符合国家标准的频谱分析仪对空间频率进行分析, 在符合要求的空间环境中选择选择能量最强的频率进行电磁辐射能量测量。每次测量选择连续6分钟内的稳定状态的最大值记录该点的测试结果P1。然后在频谱分析仪测试探头之前加镜片在同一点按同样方法进行测量和记录数据P2。取增加镜片后的测量数据P2与第一次测量数据P1的衰减比值作为抗辐射镜片的分级分类数据。

3. 结语

电磁辐射在科学技术上的广泛应用的同时, 也带来了社会问题, 成为一种继水源、大气和噪声之后的新的具有较大危害性的且不易防护的污染源, 它也直接影响到人们的眼视力健康。因此制定相应的防辐射镜片国家标准, 规范防辐射镜片的检测方法是质量监督部门的重要工作之一。

参考文献

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[3]崔玉理, 贺鸿珠.吸波材料的研究现状及趋势[J].上海建材, 2011 (1) .

[4]杜斌, 杨双合, 赵团, 等.电磁辐射屏蔽材料的研究进展综述[J].科技信息, 2009 (3) .

[5]熊俊, 宋涛.防辐射材料的研究进展[J].中国组织工程研究与临床康复, 2010 (3) .

[6]张翠, 万毅.电磁辐射及防辐射措施的研究[J].科技天地, 2006 (5) .

一种辐射功率检测器的研制 篇4

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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基于紫外辐射的放电检测仪的研制 篇5

关键词：电晕放电,紫外辐射,光电检测,滤光,光电倍增管

0 引言

电力设备的使用寿命通常取决于绝缘材料的电气绝缘强度, 设备绝缘会由于运转操作、使用时间、使用频度以及运行环境等影响而逐渐发生劣化, 进而引发故障或事故[1]。局部放电是造成绝缘劣化的主要原因, 目前已做了大量研究并提出了不少局部放电的检测方法, 紫外脉冲法[2]便是其中之一。

紫外脉冲法主要是通过检测设备放电产生的微弱紫外光脉冲数目, 定量地反映设备放电的强弱, 具有非接触、灵敏度高、检测距离远、安全、效率高等优点。但在采用紫外光功率法[3]进行研究时发现在一些放电很微弱的地方检测不到放电, 因而限制了仪器的适用范围。为了提高灵敏度, 本文采用了以光电倍增管为核心的紫外检测仪, 在试验室模拟放电试验并对青海官亭750kV变电站进行了实测, 以验证其检测能力。

1 基于光电倍增管的紫外检测技术

受制造工艺所限, 高压输电设备表面并不光滑, 布满微小突起, 加压后突起周围会形成强电场。当这些突起附近的电场强度超过空气的击穿场强 (30kV/m) 时, 就会发生电晕放电[4]。研究表明, 电晕放电的辐射光谱中含有160~280nm波长的紫外光成分, 可通过日盲型光电倍增管 (PMT) 对此波段光线进行放大, 对其它范围光线成分进行滤光抑制, 从而获得设备放电信息。光电倍增管工作原理如图1所示。

光电子经电子光学输入系统加速、聚焦后射向第一倍增极, 以便发生二次电子发射, 产生多于光电子数目的电子流。每个光电子在倍增极上击出几个电子, 这些电子又被加速射向第二倍增极, 再经倍增射向第三倍增极, 连续地重复这一过程, 直到最后一个倍增极, 从而达到电流放大的目的。光电倍增管的阴极产生很小的光电子电流, 被放大成较大的阳极输出电流, 增益可达106~108, 光电倍增管在紫外光波段的量子转化率高达25%。

光电倍增管检测仪器的基本原理:在带电情况下, 选择对紫外光敏感的光电倍增管测量绝缘子表面的紫外放电情况, 能够有效地把紫外光信号转变为电信号;光放大器将采集的微弱光信号放大调整, 通过高速比较器将信号转换为数字信号, 再经单片机对此脉冲信号进行采集处理, 最后建立紫外光强度和电晕放电强度、测量距离之间的对应关系, 以确定放电的强弱。

2 紫外传感器管路设计与驱动

2.1 传感器光路设计

通过对高压放电辐射出的紫外光光谱和光电倍增管工作原理的分析, 设计了以光电倍增管为核心元件的紫外光测量电路。该电路主要由滤光模块、紫外传感器模块以及信号处理模块组成, 如图2所示。

绝缘子电晕放电发出的微弱紫外光经过日盲滤光片后进入黒匣中的光电倍增管, 经光电倍增管放大后以脉冲电信号输出。输出光电流送入信号及数字处理模块, 经过整流滤波和A/D转换后通入计数器完成脉冲计数, 以便定量分析。

2.2 滤光技术

为了保证光电倍增管接收到的紫外线信号免受日光和其它因素的干扰, 必须加装“日盲”紫外光滤光片来限制非“日盲”波段的光线。

滤光片的选择应综合考虑所选紫外光光源的光谱辐射能量分布和干扰源中紫外辐射的能量分布。根据实际情况, 选用了一种宽带滤光片———太阳盲滤光片, 其在整个光通范围内的透光百分比为10%~20%, 中心波长为254nm, 正好位于日盲区域, 半波通过20nm。它的波长定位精度、半波带宽精度、波形系数 (矩形化程度) 、峰值透射率等均达到国际同类产品水平。其带通特性如图3所示。

2.3 驱动模块

光电倍增管各倍增极的极间电压由包括一系列电阻的分压器来提供, 其驱动电路如图4所示。

光电倍增管阴极接电源负极, 阳极通过负载电阻RL接电源正极, 总电压U0通过分压网络R1~Rn+1加到各倍增电极上。通过R1的电流为 (I0-IK) , 因此R1两端的电压差为R1 (I0-IK) ;R2上的电压为R2 (I0-IKδ) , 依此类推, 分压电阻上的电压逐级升高。C0为隔直输出耦合电容。RL为负载电阻, 提供输出电压, 一般取数百千欧。

随着入射光通量的增加, 光电倍增管不断增加的阳极输出电流已接近流过分压器的电流值而趋于饱和。为此, 工作中一定要保证分压器电流达到光电倍增管可能达到的平均阳极电流的至少20倍以上。

2.4 信号前置放大

由于光电倍增管输出的信号电压过小, 因此需要对光电倍增管输出的信号进行放大处理, 放大电路如图5所示。

由于前置放大器的输入阻抗极大, 因此光电倍增管输出的电流IP全部进入反相放大器的输入端, 绝大部分的电流将会流过R7, 然后流出前置放大器的输出端。这样, 输出电压V0即为-R2·IP, R2为一个阻值为1kΩ的电位器, 检测过程中可依据光电倍增管输出的电流大小调节电位器, 以便与后续的窗口比较电路配合, 使单位时间内输出脉冲的个数能准确地反映实际情况。该电路的不足之处是, 前置放大器不能无限制地增大输出电压, 实际上最大输出电压约等于前置放大器的工作电压, 但它给测量带来的偏差在允许误差范围内。

如果考虑前置放大器的输入偏置电流IOS, 将其叠加进输入电流中, 则输出电压V0=-R7· (IP+IOS) 。此外, 温漂也会带来影响。基于此, R7采用温度系数较小的金属膜电阻。当需要探测低于100pA的电流时, 除了要考虑上述因素外, 整个电路所需材质也要认真选择, 例如不宜采用胶木, 而应选用特富龙、聚苯乙烯等材料。

3 信号处理电路

信号及数字处理模块以C8051F120单片机为核心, 经放大、比较和整形等预处理后的脉冲信号送入单片机, 完成脉冲计数。

3.1 窗口比较电路

窗口比较电路由精密基准电压源、电压比较器、与门组成, 如图6所示。

VCC提供+5V的稳定电压, 经精密电位器R8、R9分压得到下限基准电压和上限基准电压, 来自前置放大电路的光子脉冲电压通过电压比较器分别同上、下限基准电压比较。比较器的输出为TTL逻辑电平, 经过与门后的数字脉冲代表了高于下限低于上限的光子计数脉冲。

3.2 脉冲整形电路

窗口比较器输出的波形完全由光电倍增管信号决定, 满足窗口条件的信号脉冲宽度有宽有窄。如果脉冲过窄, 在经过长距离的信号传输后, 因高频损耗会导致脉冲边沿过缓而无法计数。为匹配前置电路和计数器电路, 在窗口比较输出极对光子计数脉冲整形, 产生与光子数对应的等宽度脉冲电路, 如图7所示。

带复位端的T′触发器和RC积分网络构成了一个单稳态触发器, T′触发器由JK触发器转换而来。窗口比较器输出信号作为触发器的时钟输入端。的稳态为1, 当每个有效时钟沿来临时, 状态翻转为0, U2A的3脚与同为低电平, 使C1通过R3对地放电, 放电时间常数由R3和C1的值确定。当C1两端电压低于TTL输入低电平最高值Vih时, 触发器清零, 珡Q返回稳态1, C1充电, 当电压高于Vih后触发器又可接收下一个时钟输入。通过调整R3和C1的值, 改变时间常数, 使输出脉冲满足计数器输入要求, 本系统中输出脉冲宽度调整为60ns。整形后的计数脉冲, 通过固定在机壳上的75Ω同轴线连接到计数器进行计数和采集。

3.3 脉冲计数

C8051F120单片机内部有5个计数器/定时器, 设计中主要应用了定时/计数器T0的定时功能和T2的捕捉功能。T2是带捕捉的16位计数器, 经预处理的脉冲信号由T2的输入引脚进入单片机, 每检测到一个脉冲, 寄存器加1;同时, 定时器T0开始定时, 当定时器溢出时产生中断, 执行中断程序把T2中寄存器的值装入到捕捉寄存器RCAP2H和RCAP2L中, 结果即为给定时间内绝缘子电晕放电的脉冲数。用计数器测得的脉冲数可用于对电气设备局部放电的诊断, 其对放电情况定量分析有着重要作用。

4 试验数据与分析

4.1 试验方法

将电火花发生器固定在离测量仪器的传感器 (即光电倍增管的滤光片) 1~8m等不同的距离, 以米为单位取8个测点, 将检测仪器的滤光片方向水平对准电火花光源, 保证入射光的平行进入。使用本文介绍的紫外脉冲法对检测到的脉冲个数进行计数, 设置计数时间为1s, 连续进行1min的测试, 将结果由串口发送至计算机后求出1s的脉冲均值, 同时记录下单位时间的最大测量值和最小测量值。

4.2 试验结果与分析

试验测量结果见表1。脉冲计数的测量结果随着距离增加而下降, 说明仪器采用光电倍增光作为传感器, 在使用紫外脉冲法进行测量时具有一定的脉冲线性度。但是分析具体的测量结果, 并没有在每个点严格符合光电效应第一定律, 即与距离的平方成反比。

分析其原因, 主要是因为紫外脉冲检测方式是以分辨脉冲幅值来进行的。为了甄别有用信号和干扰, 在比较器中设置了低电压阈值, 带来的不利影响是当测量距离增大, 很多有用信号的脉冲幅值降到一定数值, 即经过放大后仍小于低电压阈值时, 信号将被去除而不能检测到。试验显示, 距离在1m时, 检测到的脉冲个数很多;当距离变为2m时, 相当多的脉冲幅值迅速下降至阈值以下, 不能被检测到;此外, 在每次放电过程中, 往往带有几个脉冲尖峰, 比其它脉冲信号高很多, 尤其是放电的头脉冲;在2~6m, 主要是一部分尖峰脉冲被检测到, 其幅值很大, 即使下降几倍仍然超过阈值而被检测, 因此计数结果相差不大。用示波器观察记录放电产生的完整紫外脉冲波形如图8所示。

由图8可知, 在放电的头脉冲处, 幅值很大;随着放电距离的增加, 紫外辐射的整体能量是明显下降的, 但头脉冲的幅值下降却并不明显。这说明光电倍增管对放电所产生的紫外辐射的反应波形具有其自身的特点, 在用于紫外脉冲法的检测时有一定的局限性。

5 结束语

本文研制了一种基于紫外脉冲法的放电检测仪, 它采用极高灵敏度的紫外光传感器———光电倍增管 (PMT) 对电晕放电所产生的微弱紫外光信号进行检测。介绍了仪器的研制过程, 通过针板放电试验验证了仪器的放电检测能力, 并得出以下结论。

(1) 通过对信号脉冲整形, 提高了测量精度, 能线性地反映放电程度, 可设置一个阈值以配合保护系统一起使用。

(2) 采用极高灵敏度的紫外光传感器PMT提高了仪器灵敏度, 对脉冲进行累计使放电信息得以放大, 以往不能检测的微弱放电也能够检测, 增大了检测距离。

(3) 通过对试验结果的分析, 可以确定紫外辐射与局部放电之间的函数关系, 对放电情况定量分析有着重要作用, 提供了更准确的测量工具。

参考文献

[1]严障, 朱德恒.高电压绝缘技术[M].北京:中国电力出版社, 2007

[2]张占龙, 王科, 唐炬, 等.变压器电晕放电紫外脉冲检测法[J].电力系统自动化, 2010 (2) :84~88

[3]汪金刚.高压设备放电紫外检测技术及其应用研究[D].重庆:重庆大学, 2008

核辐射检测 篇6

1 高能电子束产生及辐射加工原理

高能电子束的电子由电子枪产生, 电子枪的阴极发射出电子, 不断产生的电子汇聚在一起在高压电场的作用下速度被提高至0.3~0.7倍的光速。通常电子束的直径为1~1.5cm, 根据需要的不同, 或利用电磁透镜汇聚成更细的束流, 或利用扫描装置扩展成扇面束流。高能电子束与物质的相互作用, 被处理的材料产生电离或者激发, 形成自由基, 自由基或者其他激活态基团能构成新的分子形式。电子束辐射加工原理在于破坏化学键的同时伴随生成新的化学反应, 有机物分解或者原子错位等。作为一种加工过程, 电子束处理的基本效应是引起物理效应, 以及化学结构的变化。

2 电子束辐射加工技术的应用

2.1 工业中的应用

2.1.1 辐射加工

辐射加工包括辐射交联、辐射固化、辐射硫化、辐射降解及辐射接枝改性。

辐射交联是利用电子束辐射在高分子聚合物长链之间形成化学键, 从而使聚合物的物理性能、化学性能获得改善并有可能引入新性能的技术手段。利用辐射交联技术生产的一大类产品是具有特殊“记忆效应”的热收缩材料, 另一大类产品是辐射交联的电线电缆。

辐射固化是一种借助照射方法实现化学配方 (涂料、油墨和胶黏剂) 由液态转化为固态的加工过程。具有固化速度快、表面均一、能耗低、不使用化学溶剂等优点, 是一种环保的固化方法, 几乎涵盖所有的印刷工艺。

辐射硫化是高能电子束在橡胶基体中激活橡胶分子, 产生橡胶大分子自由基, 使橡胶大分子交联, 形成三维网状结构[3]。它避免了传统的化学热硫化由于使用的交联剂在基材内部分布不均而造成交联不均匀, 以及温度梯度的影响造成的材料性能下降的缺点, 非常适合用于载重汽车轮胎、密封圈以及长期使用于户外的橡胶产品。

辐射降解是指在辐射作用下, 高分子聚合物发生主链断裂的情况。辐射降解技术主要应用于废旧塑料的处理及橡胶制品的再生利用。

辐射接枝改性是研制各种性能优异的新材料, 或对原有材料进行辐射改性的有效手段之一。由于辐射接枝不需要向体系添加引发剂, 可得到非常纯的接枝聚合物, 是合成医用高分子材料的有效方法。

2.1.2 无损检测

电子束在无损检测中的应用是利用高能电子束对目标靶进行轰击所产生的X射线, 在不损伤和不破坏材料、制品和构建的情况下, 检测出它们内部的情况判别内部有无缺陷的技术。由于具有穿透本领和灵敏度高, 作为一种最终检查手段在大型铸锻焊件、大型压力容器、反应堆压力壳、火箭的固体燃料等公建的质量控制中得到广泛的应用。

2.1.3 表面技术

电子束加工技术在表面技术中的应用主要分为两大类。一类是电子束物理气相沉积 (EB-PVD) 技术。它是利用高速运动的电子轰击沉积材料表面, 使材料升温变成蒸气而凝聚在基体材料表面的一种表面加工工艺, 广泛应用于航空、航天发动机, 工模具涂层, 防腐涂层, 热障涂层等工业领域。另一类是电子束表面改性技术。由于电子束加工技术在使用过程中可以较灵活地调节加热面积、加热区域以及材料表面的能量密度, 电子束的能量利用率可以高达95%, 并且电子束在材料表面的作用范围仅为0.01~0.2mm, 因此, 利用电子束对材料表层进行加热, 可以达到所需温度或使材料熔化, 从而实现对材料表面的改性, 以满足材料表面的摩擦磨损、耐腐蚀和高温使用性能等要求。其主要分类有电子束表面淬火、电子束表面合金化和熔敷、制造非晶态表面及电子束表面熔凝处理。

2.2 农业中的应用

2.2.1 辐射育种

辐射育种主要利用高能电子改变农作物遗传特性, 使其沿优化方向发展, 通过辐射诱变选育良种, 在提高单亩产量、改进品质、缩短生长期和增强抗逆性起到显著作用。利用电子束对农作物种子的刺激效应能够使农作物产量明显提高, 有研究显示1~12k Gy的电子束辐射对马铃薯的产量刺激效果明显, 最高增产幅度达到91.8%[4]。而适当的辐射剂量对马铃薯的品质也有影响, 低剂量电子束照射, 能够提高其淀粉与还原糖含量。

2.2.2 辐射保鲜灭菌

根据蒙特利尔公约, 到2005年要在全球范围内禁止使用溴甲烷, 因此在农产品、食品领域采取加速器辐射杀虫、灭菌代替原有的化学熏蒸法, 得到了迅速的发展。辐射保鲜灭菌技术是利用电离辐射产生的γ、β、x射线及电子束对产品进行加工处理, 以达到保鲜灭菌目的的一种方法[5]。这些高能射线能使微生物发生一系列物理、化学反应, 从而抑制其呼吸作用、内源乙烯的产生、过氧化酶等酶活性, 抑制发芽, 杀灭害虫及寄生虫, 防止腐烂, 以延长产品的贮藏时间[6]。南京辐照中心刘践等在电子束辐照榨菜研究中发现, 天然榨菜经电子束 (8Me V) 3k Gy辐照, 在南京地区9~10月常温 (20~25℃) 下保质期提高至3个月。辐照榨菜的卫生指标、感观指标、全N以及Pb、Hg、As的含量均符合国家标准, 辐照对榨菜氨基酸, 粗纤维含量无显著影响[7]。

2.3 医疗卫生中的应用

2.3.1 放射治疗

用于恶性肿瘤的放射治疗的医用加速器是当今世界范围内, 在加速器的各种应用领域中数量最大、技术最为成熟的一种。对许多癌症病人而言, 放射治疗是必须使用的治疗方法, 大约70%的癌症病人在治疗癌症的过程中需要放射治疗, 约有40%的癌症可以用放疗根治。

2.3.2 医用同位素生产

目前已确定作为临床使用的80种医用同位素, 三分之二是由电子加速器生产的, 广泛的应用于诊断疾病和治疗肿瘤, 尤其是缺中子短寿命同位素只能利用加速器生产。

2.3.3 辐射对中药材提取率的影响

甘肃农业大学动物医学院靳振召等[8]在贯叶金丝桃的电子束辐射杀菌研究中发现, 与对照组 (0剂量) 相比, 8.5k Gy时, 金丝桃素含量增加显著 (P<0.05) , 在10.0k Gy的辐射剂量下, 金丝桃素含量增加极显著 (P<0.01) 。

3 辐射食品的安全性

电子加速器产生的电子束与60Co-γ射线的最大区别在于, 其产生的电离射线由高能电场中电子跃级而形成的, 于放射性元素产生的射线来说, 更利于大众接受。但辐射后的食品安全性仍然值得关注。例如维生素是对辐射稳定性较差的一种营养成分, 维生素辐射后的损失主要受本身结构与辐射剂量的影响, 其中维生素B1和维生素C是所有维生素中最敏感的两种。因此, 严格控制辐射剂量是保证辐射食品安全的首要手段, 同时也应将检测辐射食品的辐射剂量及残留辐射量作为监督辐射食品的一种行政手段。

4 辐射食品的检测方法

辐射食品的检测主要基于辐射处理食品能够引起食品中某些物质的细微变化, 包括:分子激发或电离 (损失电子) 、化学键破裂、产生有极端活性的自由基、微生物迹象, 由于自由基或者化学键的进一步反应, 产生新的辐解产物[9]。目前常用的检测方法主要有以下几种:

4.1 热释光分析法 (TL)

吸附有硅酸盐的食品在辐射的过程中储存的能量, 通过控制加热分离出来的硅酸盐, 测定其热释光的强度, 可以判断是否经过辐射。此法广泛使用于检测草药、香辛料、水果、蔬菜、贝类水产及谷物, 具有检测准确灵敏, 检出限小于1k Gy, 检测信号经数年不衰减的优点。

4.2 电子自旋共振光谱检测法 (ERS)

食品经过电离辐射后会生成一定数量的自由基, 通过检测自由基判定食品是否经过辐射的方法称为ERS法。一般情况下, 辐射产生的自由基寿命很短, 尤其在液态情况下更不稳定, 因此, 该方法适用于干燥或固态食品, 如骨头、纤维素等。

4.3 激光成像检测法 (PSL)

通过激光致使辐射食品中的矿物质释放辐射积累的电荷转化成光量子而产生激发光谱, 检测PSL信号即可判断食品是否经过辐射。该法具有快速、样品无需进行前处理、可重复测量的特点, 但应注意同一样品多次测量会使PSL信号减弱。

4.4 细菌内毒素/革兰氏阴性微生物筛选法 (LAL/GNB)

食品经过一定剂量的辐射后, 活的革兰氏阴性菌基本会被杀死, 产生大量的细菌内毒素。通过对细菌内毒素的测定和革兰氏阴性菌的培养计数可以估算食品中死的G-总数和活的G-总数。如果两者差异很大, 说明该食品可能经过辐射处理。

4.5 DNA裂解产物检测法

电离辐射能够导致DNA断裂, 从而产生大量的单链和双链的DNA片段。由此产生的DNA裂解物可作为辐射处理的标记物, 使用微凝胶电泳方法检测。此方法仅为一种筛选试验, 筛选结果需要用另一种特定的技术手段鉴定。

5 结束语

随着科技的不断发展, 电子束辐射技术已由传统的工业行业向农业、医疗、微电子行业纵深发展, 近年来更在环境保护方面发挥着积极的作用。新技术的深度发展及应用领域的扩张带来了可观的经济效益和工业产值, 但更值得研究者关注的应该是如何科学、安全、高效并且可持续性发展地利用这项技术, 使之更好的为社会生产及人类发展做出贡献。

参考文献

[1]王志东, 高美须.关于核农学创新的几点思考[J].中国工程科学, 2008, 10 (1) :86~90.

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[6]罗云波, 蔡同一.园艺产品贮藏加工学[M].北京:中国农业大学出版社, 2001:161~162.

[7]刘践, 谢宗传, 王兴海等.电子束辐照榨菜保鲜研究[J].核农学报, 2001, 15 (3) :141~144.

[8]靳振召.贯叶金丝桃的电子束辐射杀菌研究[J].江苏农业学报, 2010, 26 (1) :168~172.

核辐射检测 篇7

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

核辐射检测 篇8

近年来,随着电子信息技术的迅速发展,人们对于生活的信息化、自动化要求不断提高。传统的照明开关始终存在着一个弊端,即在夜晚或光线昏暗的时候,人们从室外走进室内时,需要摸索到开关然后再开灯,这样就给人们带来了极大的不方便和不安全,特别是对于老人、孕妇,还有孩子们更是如此。如果能将传统的机械开关,光控开关和对人体散发的热辐射具有感应功能的传感器相结合,做成一个能够自动开启灯光照明的装置,即当人进入室内时,传感器感受人体热辐射,控制开关打开灯光,将会给人们的生活带来很大的方便[1]。本文利用热释电红外传感器,设计了一个基于热释电红外传感器的人体热辐射自动检测电路,实现了对人体热辐射的检测,为自动启动照明开关提供控制信号。

1热释电红外传感器

在自然界中,任何高于绝对温度的物体都能够产生红外光谱。波长1～15μm称为近红外波段,15～50μm为中红外波段,50～1000μm为远红外波段[2]。物体的温度不同,释放的红外光的波长就不相等,故而,红外光的波长与物体温度的高低是有关系的。红外辐射与物质相互作用,产生热效应,能将人眼观察不到的红外辐射转变为可测量的物理量[3]。热释电红外传感器通常由热电元件(热释电晶体)、滤光镜片、结型场效应管FET、电阻等元器件组成,结构如图1所示。

对于辐射至传感器的红外信号,热释电传感器通过安装在前端的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上,从而使传感器输出电压信号。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度,该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外,还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。

热释电传感器采用的干涉滤波片的厚度一般为8～14μm,而人体辐射红外线的波长大约在10μm左右,因此,传感器能够探测到是否有人进入了探测区域[4]。由于热释电传感器的输出阻抗极高,而输出电信号微弱,故在其内部装设FET及偏置电阻,以进行信号放大及阻抗匹配。

2热释电红外检测电路设计

在设计中,选用的热释电红外传感器为D203S。采用双灵敏元结构,灵敏元尺寸为2×1mm,工作波长7～14μm,视场139°×126°;选用的菲涅尔透镜为7803矩形镜片,焦距为20 mm;方向角为89°,探测距离7m。用于人体热辐射的红外检测系统由热释电红外传感器、前置放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路,电源电路等组成。

2.1前置放大电路

由于热释电红外传感器的输出信号十分微弱,因此设计性能优异的前置放大电路就显得尤为重要[5]。本系统设计的前置放大电路如图2所示。

电路的核心为两片运算放大器,采用级联方式提高放大倍数。考虑到类似于人体等物体的移动信号为低频信号,因为输入阻抗较高,容易受到外界电磁干扰,所以电路中采用C4和R8并联构成一个低通滤波,防止高频干扰。保证热释电传感器的有用信号能被正常放大。传感器的输出信号也以该频率变化,因此将放大器接成低通形式,截止频率为45Hz,两级电压放大倍数分别为Au1=120,Au2=4,总的放大倍数为Au=Au1×Au2=480=54dB。

2.2电压比较电路

LM324是一款包含有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器,它的两个运放组成电压比较检测窗口[6],电压比较电路如图3所示。

当工作电压Vcc设定为6V时,由R3、R5和R7、R8将高、低通放大器的输入端均设置为1/2 Vcc,即3V。静态时,LM324的输出端8、14引脚均为低电平,开关管截止,2引脚仍为高电平,延时电路不工作。当热释电红外传感器的探头检测到人体产生的热辐射时,产生一个微弱的电压信号,经过放大后传送到LM324的10、13脚,表现为一个峰值约为5V的正弦波。由于分别送入两个电压比较器的同相和反相输入端,无论在信号的正半周,还是在负半周,这两个比较器总有一个输出低电平,使得2引脚的高电平跃变为低电平,使延时电路不工作。当人体进入红外传感器的测量范围而被检测到热辐射时,在输入信号的正半周期,13引脚的电平高于12引脚所加的2.6V比较电压,下面的一个比较器的14引脚输出为低电平,二极管D2截止;此时10脚电平高于9脚,上面的比较器输出为高电平,二极管D1导通,其高电平使得开关管饱和导通,将2脚拉成低电平,致使延时电路工作。在信号负半周时,上、下比较器输出电平刚好相反,即8脚输出低电平,14脚输出高电平,D2导通。可见,只要传感器检测到人体活动,无论是信号的正半周还是负半周,两个比较器中必有一个输出为高电平,通过开关三极管从而控制延时电路工作。

2.3延时电路

图3中的R6和C6组成报警延时电路,其时间约为60s。人体离开传感器的探测范围后,其辐射的红外线信号消失,IC3的输出端又恢复高电平,此时D2截止。由于C6两端的电压不能突变,故通过R6向C6缓慢充电,当C6两端的电压高于其基准电压时,1脚才变为低电平,时间约为60s,即控制灯光亮60s。

2.4电源电路

热释电红外检测系统的电源取为6V,采用交流220V供电,经交直流变换后形成6V的直流电压,电源电路如图4所示。

2.5热辐射检测电路工作原理

当人体进入房间,热释电红外线传感器探测到人体发出的热辐射信号时,图2中IC1的2脚输出一个微弱的电压信号。三极管VT1是一级电压放大电路,微弱电信号经过放大后经过耦合电容C2送入运算放大器IC2中进行高增益、低噪声放大。IC3作电压比较器,R10和VD1为其反相输入端提供一个基准电压。IC2的输出电压信号接到了IC3的同相输入端,与基准电压进行比较,使得IC3的输出端由原来的高电平跃变为低电平。R6、C6和IC4组成延时电路,当人体离开传感器的测量范围后,热辐射信号消失,IC3的输出端恢复高电平,使得二极管D2截止。由于电容C6两端的电压不能突变,电源通过R6向C6缓慢充电,当C6两端的电压高于R7、R8和R11产生的上基准电压时,IC4的输出端才变为低电平,时间约为1min,即持续1min控制灯亮。

3热释电红外检测电路的安装

由于热释电红外传感器易受光照、温度和热源的影响,所设计的热释电人体辐射检测电路只能安装在室内,误报率与安装的位置和方式有极大的关系[7]。正确的安装应满足下列条件:

(1)传感器应离地面2.0～2.2m,以避开宠物。

(2)传感器易受温度的影响,应远离空调、冰箱、火炉等热源物体。

(3)在传感器与被探测的人体之间不要有家具、大型盆景或其他高的隔离物。

(4)传感器不要直对窗口或门口,避免外部的热气流扰动或人员走动引起的误报,也不要安装在有强气流活动的地方。

4结论

本文所设计的人体热辐射检测电路,能够根据人体进入检测区域后的热辐射产生输出信号,控制照明装置的开关,延时60s,一般情况下有足够的时间帮助人们手动开启照明,从而给人们的生活带来了方便。由于具有性能可靠、成本低、易于安装等优点,适用于居民家庭、宾馆、学生宿舍、教学楼等受热源影响较小的场合,也可用于楼道、走廊等需要短时延时照明的地方,具有较大的使用和推广价值。

参考文献

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