大中型挖泥船產(chǎn)量測試系統(tǒng)的理論分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、核技術(shù)由于其特殊的優(yōu)越性,近年來在工業(yè)、醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用.它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)厚度、密度和質(zhì)量的非接觸測量,實(shí)現(xiàn)對(duì)武器彈藥的無損檢測以及腫瘤的檢測和治療等等.但由于應(yīng)用核技術(shù)可能導(dǎo)致的放射性污染,在設(shè)計(jì)核儀器儀表時(shí),就需要特別關(guān)注系統(tǒng)的安全性.當(dāng)前,提高測量精度,加強(qiáng)輻射防護(hù),減小輻射污染是核儀表領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢.挖泥船產(chǎn)量計(jì)是提高水利水運(yùn)疏浚效率的重要設(shè)備,對(duì)國民生產(chǎn)有重要意義.該論文工作介紹產(chǎn)量計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和相關(guān)理論研究.首

2、先我們介紹了產(chǎn)量計(jì)的工作原理.整個(gè)產(chǎn)量計(jì)系統(tǒng)由三部分組成,分別為γ射線密度計(jì)、電磁流量計(jì)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng).其中核心部分為γ射線密度計(jì),它利用物質(zhì)對(duì)γ射線的吸收機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)泥漿密度的實(shí)時(shí)在線測量.電磁流量計(jì)則通過測量泥漿流動(dòng)時(shí)切割垂直于其運(yùn)動(dòng)方向的磁場所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢,實(shí)現(xiàn)流量的在線測量.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理.為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),我們利用Monte Carlo方法詳細(xì)模擬了密度計(jì)系統(tǒng)的測量線性、傳輸特性、靈敏度、系統(tǒng)安全性以及測

3、量精度,分析了影響它們的主要因數(shù).在模擬過程中我們采用了GEANT4軟件包,它是由歐洲核子研究中心的科學(xué)家利用現(xiàn)代軟件工程和面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)的粒子輸運(yùn)過程Monte Carlo模擬軟件包.我們研究的結(jié)果驗(yàn)證了泥漿密度與射線強(qiáng)度衰減的關(guān)系,這是密度計(jì)實(shí)現(xiàn)密度測量的基本依據(jù).并且通過適當(dāng)?shù)倪x擇放射源、探測器和設(shè)計(jì)鉛罐可以明顯改善系統(tǒng)的安全性能,提高測量的精度和系統(tǒng)靈敏度.在理論分析的基礎(chǔ)上,我們闡述了系統(tǒng)的前端設(shè)計(jì),包括放射源的選擇、源強(qiáng)的

4、計(jì)算、鉛罐的設(shè)計(jì),探測器的選擇以及前置放大器、高壓電源的設(shè)計(jì).在整個(gè)設(shè)計(jì)中,我們力求在保證測量精度的前提下,盡可能提高系統(tǒng)的安全性,加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的保護(hù),這符合當(dāng)前全球?qū)Νh(huán)保愈加重視的大趨勢,同時(shí)我們也注意提高測量的靈敏度.其次,論文論述了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì),基于良好性價(jià)比的考慮我們采用工業(yè)控制PC,設(shè)計(jì)了基于ISA總線的數(shù)據(jù)采集卡.在前期需求分析的基礎(chǔ)上我們選擇MS-DOS操作系統(tǒng),在此平臺(tái)上利用C語言編寫了系統(tǒng)軟件.整個(gè)軟件采用模塊化

5、結(jié)構(gòu),層次分明,人機(jī)界面友好,易于使用和維護(hù).用戶通過功能按鍵調(diào)用相應(yīng)的功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能.數(shù)據(jù)的采集通過BIOS軟中斷INTlCH實(shí)現(xiàn),我們通過替換該中斷的服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)每5秒91次的數(shù)據(jù)采集.同時(shí),論文還給出了在調(diào)試過程中對(duì)系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù).包括高壓坪和閾坪曲線,輸出電路的線性、高壓穩(wěn)定性、儀器穩(wěn)定性等.最后我們采用國內(nèi)外通用的方法(實(shí)驗(yàn)室和工廠模擬試驗(yàn)),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬標(biāo)定測試,詳細(xì)的誤差分析表明系統(tǒng)性能達(dá)到并超過了設(shè)計(jì)指標(biāo),在

6、國內(nèi)外各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)量計(jì)中位居前列.在研制過程中作者提出了一種新的數(shù)據(jù)采集和處理算法,通過對(duì)該算法的詳細(xì)研究表明,該算法可以顯著的提高系統(tǒng)的測量精度和安全性能.此外,我們還探討了應(yīng)用BGO晶體替代NaI的可行性和其他相關(guān)的措施,以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的測量精度和安全性.最后,該文還就今后進(jìn)一步發(fā)展的方向進(jìn)行了討論.整個(gè)產(chǎn)量計(jì)系統(tǒng)投入現(xiàn)場使用以來,工作穩(wěn)定可靠,經(jīng)受住了惡劣工況的考驗(yàn),經(jīng)濟(jì)效果明顯,受到了用戶的好評(píng).該論文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處包括:1

7、.首次利用Monte Carlo方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的模擬研究,采用GEANT4軟件包實(shí)現(xiàn)對(duì)γ射線穿透管道過程的Monte Carlo模擬.由于軟件模擬的快捷方便,我們得以克服實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的局限和困難,對(duì)影響系統(tǒng)測量精度、靈敏度以及安全性的各種可能因數(shù)進(jìn)行全面的分析.由此給出了大中型挖泥船泥漿密度計(jì)的理想的設(shè)計(jì)方案.2.首次研究了探測器周圍環(huán)境泄漏輻射的劑量場分布.并詳細(xì)分析了影響系統(tǒng)安全性的各種因數(shù),首次在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將系統(tǒng)的安全性能作為

8、與測量精度同等重要的指標(biāo).加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境的保護(hù),也有利于核技術(shù)的推廣.3.首次研究了測量的靈敏度與各種因數(shù)的關(guān)系.特別是利用Monte Carlo方法分析了射線能量,放射源準(zhǔn)直特性,管道直徑,探測器等對(duì)系統(tǒng)靈敏度的影響.4.采用了獨(dú)創(chuàng)的一體化結(jié)構(gòu),測量精度高,安裝調(diào)試方便,不受惡劣工礦條件影響,耐磨、耐切割性能好,穩(wěn)定可靠,維護(hù)量極小.5.設(shè)計(jì)了基于工業(yè)PC的數(shù)據(jù)采集和處理電路,開發(fā)了相應(yīng)的系統(tǒng)軟件,實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)的實(shí)時(shí)在線測量.6.獨(dú)立提