智能变电站在线监测系统

作 性 能。
关 键词 ： ｏ ｒ ． 杯 测氡仪 ； 土壤 氡 测量 ； 工作 性 能
引 言
土 壤 氡气 作 为 一种 指 示性 气 体 广 泛应 用 于 铀 矿勘 查 、 圈定 油 气 藏边界等领域ｌ ｌ － ２ ］ 。根据测氡 目的、 测定场合 、 测定同位素种类 的不 同， 氡 测 量 方 法 可 以 分 为 三类 ， 即 瞬时 测 量 、 累积 测 量 和 连 续 测 量 。 Ｃ Ｄ 一 １ 型 杯测氡仪是土壤氡 累积测量的重要仪器之一 。Ｏ ｒ ． 杯测氡 仪 是通 过 探 杯 内 吸附 的放 射 性核 素 放 出 射线 与 空气 发 生 电离 、 激发 ， 产生 大 量 电子 一 离子 对 ， 在 高 压 电场 下 离 子 对 定 向移 动 ， 电离 室 收集 电极产 生 感应 电荷信 号 。 该 信 号经 信 号 调理 模块 变 换 、 放大 、 成 形后 ， 最 终 输 出 为一 个 脉 冲信 号 。该脉 冲信 号输 入 微 控 制器 系统 进行记录 ， 记 录 的脉 冲数 目即 为核 素 产 生 的 粒 子 数 ， 从 而反 映 土 壤 氡 含量 【 ３ ｌ 。 在信 号 处理 过 程 中 ，由于 实 际使 用 环境 中干 扰 和 测量 要 求 ， 需 要 提 高 仪 器 的 可靠 性 、 抗 干扰 性 ， 同 时增 强 仪 器 的数 据 处 理 能 力 和 信 息 通 信功 能 。通 过对 ０ 【 杯测 氡 仪 的各 个模 块进 行 分 析研 究 ， 对相 应 部 分进 行 优 化 ， 提 升 系统 工 作性 能 以满 足 现 场测 量 的要 求 。 １信 号 调理 采用与 Ｃ Ｄ 一 １ 杯测氡仪相 同的探测器一 常压空气脉冲电离室 ， 电离室 壁￣－ ９ ０ ０ ￣高压 ， 中心 电极通过 电阻接地 ， 从而在 电离室 内 形 成高 压 电 场 。０ 【 射线 使 电离 室 内 的空 气 电离 时 ， 电离 离 子 就 会被 中 心 电极 收集 ， 形 成 电 脉 冲信号 。 由于 该信 号 十分 微 弱 ， 必须 经 过低 噪声 、 高 放 大 倍 数 的 放大 器 将 其 放 大 ， 后 续 电 路 才 能 对 其 进 行 分 析
科技创新与应用 『 ２ ０ １ ４ 年 第２ ９ 期
科 技 创 新
杯 测 氡仪优化 设 计
汪 栋 方 方 余 松 科 李 婷
（ 成都理 工大学， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ）
摘 要： 杯 测氡 仪 利 用 累积 测氡 技 术 来测 量 土壤 氡 气含 量 ， 以 其 高探测 灵 敏 度 、 低本 底 、 低 功耗 等 优 点 而被 广 泛应 用 。 但 是 现有 的Ｃ Ｄ — ｌ 型 ｄ杯测 氡 仪 工作 存在 稳 定性 较 差 、 易受干 扰 、 无 法 与外 部进 行 通讯 等 问题 。通 过 对 杯 测氡 仪 中 的信 号调 理 模块 、 微 控 制 器 系统 、 电源 管理 模 块 、 数 据 管理 系统 几 个 关键 部 分进 行 研 究分析 ， 对相 关模 块 进 行 改 进 以提 升 仪 器在 土 壤 氡 测 量 中的 － ｒ ＿
０． １ ｍｓ 。
１ ． ４甄 别 电路 甄别 器 由施 密特 电路 构 成 ， 其阈值范围为 ２ ０ ｍ Ｖ ～ ５ Ｖ， 它将 滤 波 成 型 电 路 输 出 的 类 高 斯 信 号 通 过 反 相 端 的 电压 进 行 比较 ，大 于 ２ ０ ｍ Ｖ的 电压 幅值 将 被 处理 为 方波 ， 由于 信 号 电路 自身 的 因素 ， 方 波 成 为斜 波 ， 利 用 下 降沿 进行 计 数是 可 以 满足 要 求 的 。 信号 பைடு நூலகம் 理 电路 是 娃杯测 氡 仪 的核 心 部 分 ， 在 实 际应 用 中 会有 噪 声 和 本底 脉 冲 的影 响 会 影 响测 试 的 准确 性 ， 因此 在 放 大 电路 部 分 进 行滤 波 、 降 噪处 理 ， 为使 电路 能 够 可 靠 运 行在 电路 设 计 时尽 可 能 简 化 电路 。 ２ 电源 管理 模 块 新 型 仅杯测 氡 仪 作为 一 款便 携 式仪 器 ， 需 具 备 一个 性 能 优 良的 脉 冲 电离 室 的输 出 阻抗 高 ， 输 出信 号 幅度 小 ， 对 信 号 进 行 放 大 电源 系 统 的性 能 会 直接 影 响 仪 器 的使 用 性 能 。 电源 电 路 采 用低 噪 声 、 漂移 小 的集 成 放 大器 。 放 大 电路 的 频带 尽 量窄 ， 通 过 有 电源 系 统 ， 用 的脉 冲信 号 ， 滤 掉 杂波 ｉ ｓ ｌ 。 力求简单 、 性能优 良、 耗电省 、 安全性好 、 占空间小 、 重量轻。 根 据 信 号 调 理 电路 分 析 可 知 系 统 需 要 的 有 ＋ ５ Ｖ主控 、 一 ｌ Ｏ ０ ０ Ｖ 相 关 参数 设 置 如下 。 的 电离 室 负高 压 、 ＋ ３ ． ３ Ｖ主 控 和通 信 、 ＋ ９ Ｖ、 一 ９ Ｖ的放 大 电路 电源 。为 １ ． １通 频 带 仪 器 由三 节 干 电池 供 电 ， 输入共 ９ Ｖ 。低 压 模 块 采 用 电离 室 的输 出脉 冲宽 度 为数 十微 秒 到上 百 微 秒 ， 按最 大 宽度 ＝ 达 到最 优 效 果 ，
第二 级 为 ５ ０ 倍。 １ ＿ ３滤 波成 型
信 号 中 由于 电 源纹 波 和干 扰 产 生 的杂 波 以及 信 号 采 集 计 数 的 需要 ， 需 对 信 号进 行 滤 波 成 型处 理 。 该 网络 采用 有 源 滤 波减 少 信 号 幅 度 的损 耗 ，采用 Ｓ — Ｋ低 通 滤 波 电路 。时 间 常数 设 置 确 保 仁 Ｒ ｃ ＝
。
０ ． １ ｍ ｓ ， 设置 频 带 宽度 得 ： Ａ ｆ －
Ｕ． １
ｍｓ ＝ ４ ０ ｋ Ｈ ｚ 。
１ ． ２放大倍数 脉冲电离室输出的信号幅度只有 ０ ． １ ～ ｌ ｍ Ｖ。 放大 电路需将信号 放大到 １ ５ Ｖ方 可便 于后 续 电 路 的 分 析 ，设 定 对 信 号 放 大 倍 数 为 ５ ０ ０ ０倍 ， 考 虑 到 放 大 器 自身 限制 ， 采用两级放大 ， 第一级为 １ ０ ０ 倍，