專利名稱：一種全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輻射劑量測試系統(tǒng)，特別涉及一種建立在特種光纖輻射致傳輸衰減特性基礎(chǔ)上，適合于核電站、6tlCo輻射源、放射性醫(yī)學(xué)中輻射劑量監(jiān)測的全光纖結(jié)構(gòu)的輻射劑量在線測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
放射性裝置被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、國防、教學(xué)和科研等領(lǐng)域。為了對這些裝置進行合理利用并保證相關(guān)工作人員的健康安全，需要對放射性裝置及其外圍環(huán)境的輻射劑量進行監(jiān)測。為保證核電站的安全運行，必須對核電站各部分及其外圍環(huán)境的輻射劑量進行實時監(jiān)測。
當前廣泛應(yīng)用的輻射劑量監(jiān)測儀主要為電離室探測器、G-M管探測器和半導(dǎo)體探測器等，這些電學(xué)輻射劑量測定系統(tǒng)需要一個外部的高壓源供電并且必須具有很好的電絕緣性，但絕緣性在輻射環(huán)境下會逐漸性能退化，這種退化嚴重地影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，電學(xué)輻射劑量測定系統(tǒng)的輻射劑量信息通過電導(dǎo)線傳輸，由于輻射致電動勢會產(chǎn)生電子噪聲，干擾了劑量信息的信號傳輸。
電離室探測器的結(jié)構(gòu)主要包括正負電極、充滿高壓氣體的電離腔、放大電路等，當高能粒子入射到電離室與電離室內(nèi)的氣體(空氣、氙氣等)相互作用，導(dǎo)致電離室內(nèi)的氣體電離產(chǎn)生電子和正離子在電極間的電場中漂移，最終被正負電極所收集，形成電流，并被放大電路放大，形成輸出電流。電子和正離子對的數(shù)密度和入射輻射粒子的總強度成正比，因此可以根據(jù)輸出電流的大小測量輻射強度。但由于結(jié)構(gòu)上的缺陷導(dǎo)致電離室探測器主要存在以下的問題
輻射在電離室中產(chǎn)生的信號脈沖極為微弱，需要配合高精度、低噪聲放大電路才能有較高靈敏度，導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜度較高；
電離室探測系統(tǒng)需要一個外部的高壓源供電并且必須具有很好的電絕緣性，但絕緣性在輻射環(huán)境下會逐漸性能退化，這種退化嚴重地影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
電離室探測系統(tǒng)的輻射劑量信號通過電導(dǎo)線傳輸，但由于輻射致電動勢會產(chǎn)生電子噪聲，干擾了劑量信號的傳輸；另外由于電導(dǎo)線自身存在電阻等原因，一般電導(dǎo)線的傳輸距離有限，穩(wěn)定性較差，而輻射會威脅到人身安全，因此遠距離傳感缺陷也是該方案的一個 M ^。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的輻射劑量測量系統(tǒng)存在的系統(tǒng)復(fù)雜度較高、穩(wěn)定性較差以及在輻射環(huán)境下存在的受輻射影響性能退化的問題，提出了一種全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)，包括用于提供光信號的光源、用于分光的2X2耦合器、參考光路、測量光路、用于測量兩光路輸出光功率的雙通道光功率計、計算機，所述測量光路由用于外界與輻射環(huán)境間光信號輸入輸出的抗輻照傳導(dǎo)光纖和用于測量輻射劑量的敏感光纖組成，用于測量輻射環(huán)境下敏感光纖輻射致傳輸損耗。
由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種長期適用于輻射環(huán)境下輻射劑量測定的全光纖遠程輻射劑量在線監(jiān)測系統(tǒng)，并實現(xiàn)系統(tǒng)的簡單化和穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
提供的全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明具體實施方式
提供的敏感光纖元件的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明具體實施方式
提供的測試系統(tǒng)各物理量間轉(zhuǎn)化關(guān)系框圖4是本發(fā)明具體實施方式
提供的測試系統(tǒng)的計算機測試顯示界面示意圖5是本發(fā)明具體實施方式
提供的某鍺磷共摻雜光纖的輻射致衰減A(t)隨時間變化曲線圖。
具體實施方式
本發(fā)明具體實施方式
提供了一種全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)，如圖1所示，包括用于提供光信號的光源1、用于分光的2X2耦合器2、參考光路3、測量光路4、用于測量兩光路輸出光功率的雙通道光功率計5和用于信號處理顯示的計算機6，測量光路4由用于外界與輻射環(huán)境間光信號輸入輸出的抗輻照傳導(dǎo)光纖和用于測量輻射劑量的敏感光纖組成，用于測量輻射環(huán)境下敏感光纖輻射致傳輸損耗。
具體的，圖1中的光源1為工作波長在通信波段(1310nm或1550nm)的穩(wěn)定SLD 光源；抗輻照傳導(dǎo)光纖作為光信號的傳輸媒介；雙通道光功率計5用于測量測量光路4和參考光路3的輸出光功率；計算機6用于存儲、處理、顯示輻射劑量及劑量率信息。而測量光路4是由用于外界與輻射環(huán)境間光信號輸入輸出的抗輻照傳導(dǎo)光纖、用于測量輻射劑量的敏感光纖和用于纏繞、固定敏感光纖的金屬骨架組成。測量光路4中的關(guān)鍵部分為敏感光纖元件，該敏感光纖元件如圖2所示由金屬骨架和纏繞在其上的長度為L的敏感光纖組成。其中敏感光纖為特種光纖，有較高的輻射感應(yīng)度。例如，一種50米鍺磷共摻雜光纖的最小感應(yīng)輻射劑量達到0. lGy(lGy = IOOrad)。
本具體實施方式
通過對測量光路的輸出光信號Pm(t)和參考光路的輸出信號 Pr(t)與測試開始時刻測量光路的輸出信號Pm(O)及參考光路的輸出信號PJ0)進行對比， 求得敏感光纖在輻射環(huán)境下引起的輻射致傳輸損耗A (t)
A(t) = lO-\J\Pmif\~P^\
然后根據(jù)敏感光纖輻射致傳輸損耗與輻照劑量之間的關(guān)系Mt) = g(D(t))，求得t時刻被測點的累積輻照劑量D(t)。在測試過程中實時測量被測點的累積輻照劑量，對隨時間變化的累積輻照劑量D(t)求微分，即可求得在t時刻被測點的輻照劑量率i)⑺。從而實現(xiàn)了被測點輻照總劑量和劑量率的在線實時測量。
測試系統(tǒng)各物理量間轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖3所示。首先測量出光路信號功率Pm(t)和參考光路信號功率已(t)；其次，計算敏感光纖的輻射致?lián)p耗A(t)(如公式1計算所示)；第三，特種敏感光纖的輻射致?lián)p耗與累積輻射劑量之間的關(guān)系A(chǔ)(t) =g(D(t))反推出累積輻射劑量D(t)，其中函數(shù)g(D)為光纖的輻射致傳輸損耗A(t)與累積輻射劑量D(t)之間的函數(shù)關(guān)系；最后，在輻射環(huán)境下隨時間變化D(t)，對該函數(shù)求時間的微分即可獲得待測輻射環(huán)境下的輻射劑量率。
全光纖輻射劑量在線測試系統(tǒng)的計算機測試顯示界面如圖4所示。光纖接受的累積輻射劑量隨時間的變化數(shù)據(jù)，并在計算機上實時顯示，方便用戶觀察到累積輻射劑量隨時間的變化情況。而測量光路輸出、參考光路輸出、敏感光纖損耗、累積輻射劑量、輻射劑量率等參數(shù)進行實時顯示，便于用戶實時觀察當前系統(tǒng)的運行狀態(tài)。計算機測試界面包括開始和結(jié)束按鈕，點擊“開始”按鈕，則測試開始，此刻記錄測量光路和參考光路的輸出功率值作為后續(xù)累積輻射劑量測試的參考。點擊“結(jié)束”按鈕，則測試終止。在輻射劑量監(jiān)測中， 針對不同的應(yīng)用目的，各種輻射環(huán)境都具有各自的輻射劑標準。如果輻射劑量超標，則需要有報警提示。在本發(fā)明的計算機測試界面中設(shè)置兩個報警按鈕，根據(jù)輻射劑量測試儀的應(yīng)用環(huán)境設(shè)置輻射劑量率超標劑量率值1和輻射劑量率嚴重超標的劑量率值2。當輻射劑量率超過輻射劑量率值1時，黃色報警燈亮，提示工作人員檢查設(shè)備運行狀況；當輻射劑量率超過故設(shè)計量率值2時，紅色報警燈亮，提示工作人員采取緊急應(yīng)對措施。
按照本具體實施方式
提供的方案，采用一種50米鍺磷共摻雜光纖對劑量率恒定的6tlCo-Y輻射源的實驗結(jié)果如圖5所示。由圖可見，相當長的時間內(nèi)，本方案測得的輻射致衰減隨輻射劑量變化有較好的線性度，驗證了本方案的可行性。
本具體實施方式
首先采用足夠長度的抗輻照光纖將光源、功率計和計算機等測量設(shè)備傳感光纖相連接，使得除傳感元件以外的測量系統(tǒng)都遠離輻射環(huán)境，即實現(xiàn)遠距離測量，克服電學(xué)測試系統(tǒng)等在輻射環(huán)境下存在的受輻射影響性能退化。
其次，本具體實施方式
的信號傳輸介質(zhì)為抗輻射光纖，發(fā)揮光纖通信的優(yōu)勢的同時消除輻射導(dǎo)致傳感信號傳輸產(chǎn)生的影響。
再次，本具體實施方式
設(shè)置參考光路，采用與測量光路完全并行的抗輻照傳導(dǎo)光纖構(gòu)成，采用的抗輻照傳導(dǎo)光纖類型與測量光路中采用的抗輻照傳導(dǎo)光纖完全相同，由于抗輻照光纖在輻射環(huán)境下輻射致?lián)p耗很小并且容易達到飽和，減少了光路系統(tǒng)的輻射致衰減，基本消除光源輸出功率波動和傳導(dǎo)光纖輻射致?lián)p耗對測量結(jié)果影響；
然后，本具體實施方式
直接測量信號為光功率，不需要上述現(xiàn)有方案——電離室探測器所需要的高精度、低噪聲放大電路，實現(xiàn)信號處理簡單化。
最后，本具體實施方式
通過對隨時間變化的累積輻照劑量D (t)求微分，即可求得在t時刻被測點的輻照劑量率，并進行簡單信號處理，實現(xiàn)輻射劑量超標警報功能。
本發(fā)明提出的全光纖式輻射劑量在線實時測量方案，首先采用特種光纖作為輻射測量系統(tǒng)的敏感元件，抗輻射光纖進行信號傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)遠距離測量，克服了電學(xué)測試系統(tǒng)在輻射環(huán)境下受輻射影響性能退化從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的缺點；其次，采用光纖進行輻射劑量信號傳輸，不會產(chǎn)生輻射致傳輸噪聲；再次，設(shè)計抗輻照光纖參考光路，基本消除了測量光路對實驗測量的影響；最后，以簡單的信號處理實現(xiàn)輻射劑量實時監(jiān)測的同時，增加了實時輻射劑量率超標警報功能。另外，全光纖傳感結(jié)構(gòu)，與光時域反射計(OTDR)等技術(shù)結(jié)合，可以實現(xiàn)輻射劑量分布測量或者定點準分布測量，在放射性醫(yī)療，核電站有廣闊的應(yīng)用前景。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)，包括用于提供光信號的光源、用于分光的2X2 耦合器、參考光路、測量光路、用于測量兩光路輸出光功率的雙通道光功率計、計算機，其特征在于，所述測量光路由抗輻照傳導(dǎo)光纖和用于測量輻射劑量的敏感光纖組成，通過測量輻射環(huán)境下敏感光纖輻射致傳輸損耗來實現(xiàn)全光纖在線輻射劑量測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源采用工作波長在通信波段的穩(wěn)定SLD光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)，其特征在于，敏感光纖與傳導(dǎo)光纖之間采用熔接方式耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述參考光路采用抗輻照光纖作為光信號的傳輸媒介。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量光路中的敏感光纖通過纏繞在金屬骨架上實現(xiàn)固定連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全光纖在線輻射劑量測量系統(tǒng)，包括用于提供光信號的光源、用于分光的2×2耦合器、參考光路、測量光路、用于測量兩光路輸出光功率的雙通道光功率計、計算機，所述測量光路由抗輻照傳導(dǎo)光纖和輻射敏感光纖組成，用于測量輻射環(huán)境下敏感光纖輻射致傳輸損耗。本發(fā)明提供了一種長期適用于輻射環(huán)境下輻射劑量測定的全光纖遠程輻射劑量在線監(jiān)測系統(tǒng)，并實現(xiàn)系統(tǒng)的簡單化和穩(wěn)定性。
文檔編號G01T1/02GK102520433SQ20111043987
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者宋鏡明, 杜士森, 王學(xué)勤, 郭建華, 金靖 申請人:北京航空航天大學(xué)