1、核技術由于其特殊的優(yōu)越性,近年來在工業(yè)、醫(yī)學各領域獲得了廣泛的應用.它可以實現(xiàn)對物質(zhì)厚度、密度和質(zhì)量的非接觸測量,實現(xiàn)對武器彈藥的無損檢測以及腫瘤的檢測和治療等等.但由于應用核技術可能導致的放射性污染,在設計核儀器儀表時,就需要特別關注系統(tǒng)的安全性.當前,提高測量精度,加強輻射防護,減小輻射污染是核儀表領域發(fā)展的重要趨勢.挖泥船產(chǎn)量計是提高水利水運疏浚效率的重要設備,對國民生產(chǎn)有重要意義.該論文工作介紹產(chǎn)量計系統(tǒng)的設計和相關理論研究.首
2、先我們介紹了產(chǎn)量計的工作原理.整個產(chǎn)量計系統(tǒng)由三部分組成,分別為γ射線密度計、電磁流量計和計算機系統(tǒng).其中核心部分為γ射線密度計,它利用物質(zhì)對γ射線的吸收機制實現(xiàn)對泥漿密度的實時在線測量.電磁流量計則通過測量泥漿流動時切割垂直于其運動方向的磁場所產(chǎn)生的感生電動勢,實現(xiàn)流量的在線測量.計算機系統(tǒng)則實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理.為實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化設計,我們利用Monte Carlo方法詳細模擬了密度計系統(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家利用現(xiàn)代軟件工程和面向?qū)ο蠹夹g開發(fā)的粒子輸運過程Monte Carlo模擬軟件包.我們研究的結(jié)果驗證了泥漿密度與射線強度衰減的關系,這是密度計實現(xiàn)密度測量的基本依據(jù).并且通過適當?shù)倪x擇放射源、探測器和設計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.在理論分析的基礎上,我們闡述了系統(tǒng)的前端設計,包括放射源的選擇、源強的
4、計算、鉛罐的設計,探測器的選擇以及前置放大器、高壓電源的設計.在整個設計中,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,加強對環(huán)境的保護,這符合當前全球?qū)Νh(huán)保愈加重視的大趨勢,同時我們也注意提高測量的靈敏度.其次,論文論述了系統(tǒng)的硬件和軟件設計,基于良好性價比的考慮我們采用工業(yè)控制PC,設計了基于ISA總線的數(shù)據(jù)采集卡.在前期需求分析的基礎上我們選擇MS-DOS操作系統(tǒng),在此平臺上利用C語言編寫了系統(tǒng)軟件.整個軟件采用模塊化
5、結(jié)構(gòu),層次分明,人機界面友好,易于使用和維護.用戶通過功能按鍵調(diào)用相應的功能模塊實現(xiàn)對應的功能.數(shù)據(jù)的采集通過BIOS軟中斷INTlCH實現(xiàn),我們通過替換該中斷的服務子程序?qū)崿F(xiàn)每5秒91次的數(shù)據(jù)采集.同時,論文還給出了在調(diào)試過程中對系統(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(實驗室和工廠模擬試驗),對系統(tǒng)進行模擬標定測試,詳細的誤差分析表明系統(tǒng)性能達到并超過了設計指標,在
6、國內(nèi)外各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)量計中位居前列.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,通過對該算法的詳細研究表明,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,我們還探討了應用BGO晶體替代NaI的可行性和其他相關的措施,以進一步提高系統(tǒng)的測量精度和安全性.最后,該文還就今后進一步發(fā)展的方向進行了討論.整個產(chǎn)量計系統(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,經(jīng)濟效果明顯,受到了用戶的好評.該論文的主要創(chuàng)新之處包括:1
7、.首次利用Monte Carlo方法對系統(tǒng)進行了全面的模擬研究,采用GEANT4軟件包實現(xiàn)對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,我們得以克服實際實驗中的局限和困難,對影響系統(tǒng)測量精度、靈敏度以及安全性的各種可能因數(shù)進行全面的分析.由此給出了大中型挖泥船泥漿密度計的理想的設計方案.2.首次研究了探測器周圍環(huán)境泄漏輻射的劑量場分布.并詳細分析了影響系統(tǒng)安全性的各種因數(shù),首次在系統(tǒng)設計中將系統(tǒng)的安全性能作為
8、與測量精度同等重要的指標.加強了對環(huán)境的保護,也有利于核技術的推廣.3.首次研究了測量的靈敏度與各種因數(shù)的關系.特別是利用Monte Carlo方法分析了射線能量,放射源準直特性,管道直徑,探測器等對系統(tǒng)靈敏度的影響.4.采用了獨創(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,維護量極小.5.設計了基于工業(yè)PC的數(shù)據(jù)采集和處理電路,開發(fā)了相應的系統(tǒng)軟件,實現(xiàn)了多參數(shù)的實時在線測量.6.獨立提
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