一種基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，包括用以對核輻射環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集實(shí)現(xiàn)對核輻射環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的空中機(jī)器人；以及用于接收空中機(jī)器人采集的核輻射環(huán)境信息且依據(jù)所述核輻射環(huán)境信息遠(yuǎn)程控制空中機(jī)器人動(dòng)作的事故現(xiàn)場控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將小型化、多功能的輻射劑量探測器與2.4G無線通信技術(shù)及3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于監(jiān)測系統(tǒng)上，通過FPGA數(shù)據(jù)處理技術(shù)，形成小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)場監(jiān)測能力，實(shí)現(xiàn)了對核輻射環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)地在線監(jiān)測。
【專利說明】—種基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著核電站的大量建設(shè)、民用核輻照設(shè)施的普遍使用以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，核安全防護(hù)和應(yīng)急處理也越來越重要；核輻射對人體的傷害是致命的，因此遠(yuǎn)離操作與智能化監(jiān)測設(shè)備是核實(shí)施不可缺少的工具。
[0003]傳統(tǒng)移動(dòng)核輻射監(jiān)測系統(tǒng)都配有輻射探測儀、定位系統(tǒng)、實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，但發(fā)明單位在項(xiàng)目使用過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)系統(tǒng)以常規(guī)生產(chǎn)作業(yè)為主，量程、體積、重量、開放性、模塊化、可擴(kuò)展性、靈敏度等方面常常難以滿足移動(dòng)與固定結(jié)合的監(jiān)測需要，并且在核事故、核廢物處置情況下，移動(dòng)監(jiān)測車、直升飛機(jī)等大型設(shè)備對事故現(xiàn)場無法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對核輻射環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)地在線監(jiān)測。
[0005]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例是提供一種基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，包括用以對核輻射環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集實(shí)現(xiàn)對核輻射環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的空中機(jī)器人；以及
[0006]用于接收空中機(jī)器人采集的核輻射環(huán)境信息且依據(jù)核輻射環(huán)境信息遠(yuǎn)程控制空中機(jī)器人動(dòng)作的事故現(xiàn)場控制系統(tǒng)。
[0007]本申請的基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)方案，具有以下有益效果:
[0008]I)利用空中機(jī)器人建立核輻射環(huán)境實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測系統(tǒng)，以及配合地面監(jiān)測中心完成對核輻射環(huán)境的監(jiān)測、預(yù)警和應(yīng)急等任務(wù)；該系統(tǒng)將小型化、多功能的輻射劑量探測器和3G通信等技術(shù)與空中機(jī)器人相結(jié)合，通過FPGA數(shù)據(jù)處理技術(shù)，形成小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)場監(jiān)測能力，為事故的處理提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。
[0009]2)利用FPGA微處理器進(jìn)行邏輯控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理一體的多功能核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，較傳統(tǒng)核輻射監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，縮減甄別電路等電路的數(shù)量，縮小印制板的面積，從而更好地達(dá)到空中機(jī)器人搭載的小型化的要求。
[0010]3)將空中機(jī)器人技術(shù)、GPS定位技術(shù)、2.4G無線通信技術(shù)及3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于監(jiān)測系統(tǒng)上，在遇到放射性污染、核反恐與安全事故后可以緊急調(diào)整監(jiān)測點(diǎn)位置，改變局部監(jiān)測點(diǎn)密度，增強(qiáng)數(shù)據(jù)可靠性。
[0011]4)將監(jiān)測點(diǎn)傳回的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)布于若干個(gè)移動(dòng)終端，讓關(guān)注放射性污染的公眾可以看到最新數(shù)據(jù)，有利于安撫群眾。
[0012]5)采用本系統(tǒng)能夠在核輻射環(huán)境地點(diǎn)對現(xiàn)場的放射線種類、劑量、面積等進(jìn)行實(shí)地、快速、準(zhǔn)確地測量，并利用無線通信系統(tǒng)，提供遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)服務(wù)，為救援行動(dòng)提供支持。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0014]圖1示意性地示出了根據(jù)本申請一個(gè)實(shí)施例的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)的原理框圖；
[0015]圖2示意性地示出了根據(jù)本申請另外一個(gè)實(shí)施例的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)的原理框圖；
[0016]圖3示意性地示出了根據(jù)本申請另外一個(gè)實(shí)施例的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)的原理圖；
[0017]圖4示意性地示出了根據(jù)本申請另外一個(gè)實(shí)施例的輻射劑量探測器與數(shù)據(jù)采集板卡模塊連接的原理框圖。
[0018]圖5示意性地示出了根據(jù)本申請另外一個(gè)實(shí)施例的事故現(xiàn)場控制系統(tǒng)的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本申請作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。
[0020]在以下描述中，對“ 一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“ 一個(gè)示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的實(shí)施例或示例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度，但并非每個(gè)實(shí)施例或示例都必然包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度。另外，重復(fù)使用短語“根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例”雖然有可能是指代相同實(shí)施例，但并非必然指代相同的實(shí)施例。
[0021]為簡單起見，以下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。
[0022]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，提供一種基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1，可以包括空中機(jī)器人，用以對核輻射環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集實(shí)現(xiàn)對核輻射環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測；以及事故現(xiàn)場控制系統(tǒng)，用于接收空中機(jī)器人采集的核輻射環(huán)境信息且依據(jù)該核輻射環(huán)境信息遠(yuǎn)程控制空中機(jī)器人動(dòng)作。
[0023]根據(jù)本申請的另外一個(gè)實(shí)施例，提供一種基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，如圖2，可以包括空中機(jī)器人，用以對核輻射環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集實(shí)現(xiàn)對核輻射環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測；事故現(xiàn)場控制系統(tǒng)，用于接收空中機(jī)器人采集的核輻射環(huán)境信息且依據(jù)該核輻射環(huán)境信息遠(yuǎn)程控制空中機(jī)器人動(dòng)作；以及至少一個(gè)移動(dòng)終端，用以接收空中機(jī)器人采集的核輻射環(huán)境信息且對核輻射環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
[0024]其中，如圖3，空中機(jī)器人可以包括空中機(jī)器人控制模塊、分別與空中機(jī)器人控制模塊相連接的傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集板卡模塊、第一通信模塊及飛控模塊；
[0025]空中機(jī)器人控制模塊可以包括FPGA微處理器和與FPGA微處理器相連接的SDRAM電路(同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器電路)；
[0026]傳感器模塊可以包括輻射劑量探測器、GPS定位模塊和圖像采集模塊；輻射劑量探測器可以包括雙G-M計(jì)數(shù)管、ZnS(Ag)探測器、BrLa探測器或NaI探測器中的至少兩種，對α、β、Y、X或中子的一種或多種進(jìn)行綜合測量；
[0027]數(shù)據(jù)采集板卡模塊可以包括依次連接的探測器接口電路、前置放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路；
[0028]第一通信模塊可以包括2.4G數(shù)據(jù)接收模塊和3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；
[0029]輻射劑量探測器可以與數(shù)據(jù)采集板卡模塊的探測器接口電路相連接；圖像采集模塊直接與3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊相連接；
[0030]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，上述FPGA微處理器采用Xilinx公司Virtex系列XQVR1000型FPGA ;上述SDRAM采用Hynix公司的H57V2562GTR型的芯片；上述GPS定位模塊采用U-BLOX NE0-6M模組；上述3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊采用Qualcomm公司的聯(lián)通、電信、移動(dòng)三網(wǎng)合一的G0BI2000 HP UN2420模塊；上述2.4G數(shù)據(jù)接收模塊采用NiceRF公司的SV652無線模塊，傳輸距離可以達(dá)到3公里。
[0031]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，事故現(xiàn)場控制系統(tǒng)可以包括第二通信模塊和與第二通信模塊相連接的事故現(xiàn)場控制模塊；第二通信模塊包括3G數(shù)據(jù)接收模塊和2.4G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；
[0032]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，事故現(xiàn)場控制模塊可以為STM32處理器。
[0033]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，移動(dòng)終端為可以手機(jī)、筆記本或平板電腦。
[0034]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，如圖4，輻射劑量探測器包括雙G-M計(jì)數(shù)管和ZnS (Ag)探測器，雙G-M計(jì)數(shù)管和ZnS (Ag)探測器分別與探測器接口電路1、2相連接，作為空中機(jī)器人內(nèi)置探測；探測器接口電路3、4作為預(yù)留端口，可根據(jù)空中機(jī)器人載重來配置相應(yīng)的探測器；探測器接口電路1、2、3、4分別對應(yīng)一路前置放大電路5，將輻射劑量探測器輸出的核脈沖信號(hào)進(jìn)行放大處理；四路A/D轉(zhuǎn)換電路6分別與前置放大電路5相連接，對放大后的核脈沖信號(hào)進(jìn)行取樣、量化及編碼，并將處理后的信號(hào)傳輸?shù)紽PGA微處理器10的FIFO中進(jìn)行緩沖，并且FPGA微處理器10提供給A/D轉(zhuǎn)換器20M的采樣時(shí)鐘；同時(shí)，F(xiàn)PGA微處理器10控制GPS定位模塊7獲取精確的經(jīng)緯度及高度數(shù)據(jù)，此時(shí)FPGA微處理器10產(chǎn)生100M時(shí)鐘提供給SDRAM電路12，把獲取的經(jīng)緯度及高度數(shù)據(jù)從寫FIFO緩沖傳輸?shù)絊DRAM芯片中緩存；FPGA微處理器10再從SDRAM芯片讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行脈沖信號(hào)進(jìn)行成形、幅度提取等處理，形成能譜數(shù)據(jù)；FPGA微處理器10再控制3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊13把能譜數(shù)據(jù)、經(jīng)緯度及高度數(shù)據(jù)通過3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊13的數(shù)據(jù)端口傳到發(fā)射器；此時(shí)，F(xiàn)PGA微處理器10再控制圖像采集模塊14進(jìn)行圖像采集，并且圖像采集模塊14直接把圖像信息通過3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊13的圖像端口傳到發(fā)射器；此時(shí)3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊13把圖像、能譜數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)通過天線15發(fā)送；同時(shí)2.4G數(shù)據(jù)接收模塊8通過天線9接收控制命令，然后傳輸?shù)紽PGA微處理器10，F(xiàn)PGA微處理器10控制飛控模塊11，從而讓空中機(jī)器人完成相應(yīng)任務(wù)。
[0035]FPGA微處理器10再控制3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊13將圖像、能譜數(shù)據(jù)及位置數(shù)據(jù)發(fā)送到事故現(xiàn)場控制系統(tǒng)，如圖5，3G數(shù)據(jù)接收模塊17接收天線16收回的數(shù)據(jù)，STM32處理器18對該數(shù)據(jù)進(jìn)行解析然后根據(jù)解析后的信息發(fā)出對空中機(jī)器人的控制指令，該控制指令通過2.4G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊19傳輸至天線20，2.4G數(shù)據(jù)接收模塊8通過天線9接收天線20傳輸過來的控制命令，再傳輸至FPGA微處理器10，F(xiàn)PGA微處理器10控制飛控模塊11，從而讓空中機(jī)器人完成相應(yīng)任務(wù)。
[0036]同時(shí)，F(xiàn)PGA微處理器10再控制3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊13將圖像、能譜數(shù)據(jù)及位置數(shù)據(jù)發(fā)送到基站，基站再通過Internet網(wǎng)絡(luò)該數(shù)據(jù)發(fā)送至若干個(gè)移動(dòng)終端，讓關(guān)注放射性污染的公眾可以實(shí)時(shí)看到核輻射地點(diǎn)的相關(guān)的最新數(shù)據(jù)，增強(qiáng)監(jiān)測力度，有利于安撫公眾。
[0037]以上所述僅為本申請的實(shí)施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于空中機(jī)器人的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，包括 用以對核輻射環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集實(shí)現(xiàn)對核輻射環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的空中機(jī)器人；以及 用于接收空中機(jī)器人采集的核輻射環(huán)境信息且依據(jù)所述核輻射環(huán)境信息遠(yuǎn)程控制空中機(jī)器人動(dòng)作的事故現(xiàn)場控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是:還包括至少一個(gè)用以接收空中機(jī)器人采集的核輻射環(huán)境信息且實(shí)現(xiàn)對所述核輻射環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的移動(dòng)終端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是:所述空中機(jī)器人包括空中機(jī)器人控制模塊、分別與空中機(jī)器人控制模塊相連接的傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集板卡模塊、第一通信模塊及飛控模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是: 所述傳感器模塊包括輻射劑量探測器、GPS定位模塊和圖像采集模塊；所述第一通信模塊包括2.4G數(shù)據(jù)接收模塊和3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；所述輻射劑量探測器與數(shù)據(jù)采集板卡模塊相連接；所述圖像采集模塊與3G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是:所述輻射劑量探測器包括對α、 或中子的一種或多種進(jìn)行綜合測量的雙G-M計(jì)數(shù)管、ZnS (Ag)探測器、BrLa探測器或NaI探測器中的至少兩種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是:所述數(shù)據(jù)采集板卡模塊包括依次連接的探測器接口電路、前置放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是:所述空中機(jī)器人控制模塊包括FPGA微處理器和與FPGA微處理器相連接的同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是:所述事故現(xiàn)場控制系統(tǒng)包括第二通信模塊和與第二通信模塊相連接的事故現(xiàn)場控制模塊；所述第二通信模塊包括3G數(shù)據(jù)接收模塊和2.4G數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是:所述事故現(xiàn)場控制模塊為STM32處理器。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核輻射監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是:所述移動(dòng)終端為手機(jī)、筆記本或平板電腦。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK203941294SQ201420256435
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】霍建文, 張華 , 劉滿祿, 張靜, 王姮, 徐小龍, 史思總, 晉文科, 龍亮 申請人:西南科技大學(xué)