СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК G01N23/00 

Настоящее изобретение относится к спектрометрическим измерениям радионуклидного или элементного состава веществ и, в частности к спектрометрическому измерителю, который может использоваться в том числе и в полевых условиях.

Существующий уровень техники
В настоящее время спектрометры широко используются в различных областях науки и техники, в том числе на всех стадиях ядерного топливного цикла: разведка месторождения, добыча, переработка и обогащение минерального сырья, изготовление тепловыделяющих элементов и сборок, технологический контроль на предприятиях и АЭС, переработка облученного топлива, хранение и утилизация отходов, радиационный контроль промышленных предприятий и прилегающих территорий, а также для государственного учета и контроля ядерных материалов и радиоактивных веществ и отходов.

Как правило, любой существующий спектрометрический измеритель содержит входной блок, предназначенный для подачи питания на блок детектирования и для приема и преобразования измерительных сигналов от блока детектирования, блок обработки данных, предназначенный по меньшей мере для обработки преобразованных входным блоком измерительных сигналов в соответствии с заранее заданной программой обработки, и дисплей, предназначенный для отображения результатов обработки данных в блоке обработки данных.

Однако существующие спектрометрические измерители либо не предназначены для работы в полевых условиях при отрицательных температурах окружающей среды, либо требуют для своей автономной работы различных дополнительных средств, например, подогреваемый кожух. Кроме того, переносные спектрометрические измерители должны подстыковываться к компьютеру для обеспечения обработки результатов измерений в режиме реального времени.

Сущность изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка спектрометрического измерителя, свободного от указанных недостатков. Настоящее изобретение решает эту задачу с достижением технического результата в виде обеспечения автономной работы спектрометрического измерителя практически в любых температурных условиях без необходимости стыковки с компьютером в процессе измерений.

Эта задача решается за счет того, что в спектрометрический измеритель, содержащий входной блок, предназначенный для подачи питания на блок детектирования и для приема и преобразования измерительных сигналов от блока детектирования, блок обработки данных, предназначенный по меньшей мере для обработки преобразованных входным блоком измерительных сигналов в соответствии с заранее заданной программой обработки, и жидкокристаллический дисплей, предназначенный для отображения результатов обработки данных в блоке обработки данных, - согласно настоящему изобретению, введены подогревающий прозрачный электрод, нанесенный на обратную сторону стеклянной подложки жидкокристаллического дисплея и предназначенный для подогрева жидкокристаллического дисплея; температурный датчик, предназначенный для измерения температуры окружающей среды в непосредственной близости от жидкокристаллического дисплея; блок сравнения, предназначенный для сравнения сигнала от температурного датчика с опорным сигналом и выдачи сигнала включения подогрева по результату этого сравнения; и блок коммутации, предназначенный для подачи питания на подогревающий электрод по сигналу включения подогрева от блока сравнения.

Особенность спектрометрического измерителя по настоящему изобретению состоит в том, что он может содержать далее блок управления режимом подогрева, предназначенный для изменения мощности питания, подаваемого через блок коммутации на подогревающий электрод, под управлением блока обработки данных, получающего результаты сравнения с блока сравнения.

Альтернативно, особенность спектрометрического измерителя по настоящему изобретению состоит в том, что программа обработки в блоке обработки данных может включать в себя подпрограмму изменения мощности питания, подаваемого блоком коммутации на подогревающий электрод, по результатам сравнения с блока сравнения.

Кроме того, особенность спектрометрического измерителя по настоящему изобретению состоит в том, что блок коммутации может содержать коммутатор типового режима, предназначенный для подачи на подогревающий электрод питания, мощность которого зависит от температуры окружающей среды, и коммутатор форсированного режима, предназначенный для подачи на подогревающий электрод питания заранее заданной мощности, превышающей минимально возможную мощность, подаваемую на подогревающий электрод коммутатором типового режима.

Наконец, еще одна особенность спектрометрического измерителя по настоящему изобретению состоит в том, что он может содержать далее индикатор режима подогрева, предназначенный для индикации наличия сигнала включения подогрева.

В существующем уровне техники не выявлены объекты того же назначения, содержащие совокупность указанных выше существенных признаков, а также совокупность признаков, отличающих заявленный спектрометрический измеритель от существующих аналогов, что позволяет считать спектрометрический измеритель по настоящему изобретению новым и имеющим изобретательский уровень.

Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение описывается далее со ссылками на сопровождающий чертеж, который представляет функциональную схему спектрометрического измерителя по настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения
Спектрометрический измеритель по настоящему изобретению предназначен как для стационарной работы, так и для использования в полевых условиях в диапазоне температур от -40^oС до +50^oС.

Спектрометрический измеритель в представленном на чертеже выполнении содержит входной блок 1, блок 2 обработки данных, матричный жидкокристаллический дисплей (ЖКД) 3, подогревающий электрод 4, температурный датчик 5, блок 6 сравнения, источник 7 опорного напряжения, блок 8 коммутации, блок 9 управления режимом подогрева и индикатор 10 режима подогрева. Блок 8 коммутации содержит коммутатор 11 типового режима и коммутатор 12 форсированного режима.

Входной блок 1 предназначен для подачи питания на блок детектирования (не показан) и для приема и преобразования измерительных сигналов от блока детектирования. Входной блок 1 содержит источник высоковольтного питания для подачи этого питания на блок детектирования. Кроме того, входной блок 1 содержит усилитель для усиления сигналов от блока детектирования и аналого-цифровой преобразователь для дискретизации и квантования по уровню усиленных сигналов от блока детектирования и подачи их в блок 2 обработки данных. Аналого-цифровой преобразователь может обрабатывать от 512 до 4096 каналов измерений. Управление усилителем и источником высоковольтного питания во входном блоке 1 осуществляется по соответствующим сигналам блока 2 обработки данных. Конкретное выполнение входящих во входной блок 1 узлов может быть любым, чтобы обеспечить должную работу блока детектирования и предварительную обработку результатов его измерений, т.е. усиление и оцифровку. Если же совместно с спектрометрическим измерителем по настоящему изобретению используется блок детектирования, который выдает результаты измерений уже в цифровом виде, то входной блок 1, помимо выдачи соответствующих напряжений питания на блок детектирования, служит как блок согласования сигналов с блока детектирования с конкретными требованиями блока 2 обработки данных.

Блок 2 обработки данных предназначен по меньшей мере для обработки преобразованных входным блоком 1 измерительных сигналов от блока детектирования в соответствии с заранее заданной программой обработки. Блок 2 обработки данных представляет собой компьютер либо процессор с памятью, куда занесена программа обработки данных измерений. Предпочтительно блок 2 обработки данных может быть снабжен функциональной клавиатурой, позволяющей работать в режиме диалога с ЖКД 3 и видоизменять обработку данных требуемым образом. Компьютер блока 2 может быть выполнен в виде IBM-совместимого узла, к которому можно подключить как периферию (принтер, внешнюю память), так и другой компьютер (например, по сети) для обмена данными. Конкретное выполнение блока 2 обработки данных не входит в объем патентных притязаний по настоящему изобретению и может быть стандартным. Программа обработки данных, хранящаяся в памяти блока 2 обработки данных, предназначена для управления работой всех аппаратных средств спектрометра и обеспечивает, в частности: накопление информации в памяти в режиме амплитудного анализа, отображение графической (в виде гистограмм) и символьной информации на экране ЖКД 3, а также обеспечивает работу оператора в диалоговом режиме с интеллектуальным дисплеем. Кроме того, эта программа включает в себя подпрограмму управления режимом и мощностью подогрева, назначение и функционирование которой раскрыты ниже.

Матричный жидкокристаллический дисплей (ЖКД) 3 предназначен для отображения результатов обработки данных в блоке 2 обработки данных. ЖКД 3 имеет любое выполнение на стеклянной подложке. Например, можно использовать ЖКД типа ИЖГ96-240х80, выпускаемый НПО "Платан" в г. Фрязино Московской обл.

На обратную сторону стеклянной подложки ЖКД 3 нанесен подогревающий прозрачный электрод, предназначенный для подогрева жидкокристаллического дисплея 3. Необходимость этого подогревающего электрода 4 объясняется тем, что при снижении температуры окружающей среды возрастает вязкость жидкокристаллической смеси в ЖКД 3, что ведет к возрастанию времени смены отображаемой информации. Например, при температуре окружающей среды 0^oС время реакции и время релаксации ЖКД 3 достигают 0,7-1,0 сек. Для обеспечения времени смены информации меньше 1 секунды в необходимом диапазоне отрицательных температур ЖКД 3 нужно подогревать. Этой цели и служит подогревающий электрод 4, который выделяет тепло при пропускании через него соответствующего тока.

Температурный датчик 5 предназначен для измерения температуры окружающей среды в непосредственной близости от ЖКД 3. Этот температурный датчик 5 может быть любого типа с любой однозначной функциональной зависимостью выходного сигнала от измеряемой температуры, например, термопара или полупроводниковый. Конкретный вид температурной зависимости выходного сигнала этого датчика 5 может быть учтен в рассматриваемой ниже подпрограмме управления мощностью подогрева.

Блок 6 сравнения предназначен для сравнения сигнала от температурного датчика 5 с опорным сигналом и для выдачи сигнала включения подогрева по результату этого сравнения. Блок 6 сравнения обменивается результатами выполняемого сравнения с блоком 2 обработки данных.

Опорный сигнал на блок 6 сравнения подается от источника 7 опорного сигнала, выдающего заранее заданную величину опорного сигнала.

Блок 8 коммутации предназначен для подачи питания на подогревающий электрод 4 по сигналу включения подогрева от блока 6 сравнения. В предпочтительном выполнении блок 8 коммутации включает в себя коммутатор 11 типового режима, предназначенный для подачи на подогревающий электрод 4 такого питания, мощность которого зависит от температуры окружающей среды, и коммутатор 12 форсированного режима, предназначенный для подачи на подогревающий электрод 4 питания заранее заданной мощности, которая превышает минимально возможную мощность, подаваемую на подогревающий электрод 4 коммутатором 11 типового режима. Наличие двух раздельных коммутаторов 11 и 12 объясняется тем, что в типовом режиме увеличение мощности подогрева необходимо производить при понижении температуры окружающей среды на каждые 10^oС. Конкретное значение мощности подогрева определяется условиями теплоотвода и разностью требуемой и окружающей температур, так что удельная мощность типового режима ограничена некоторой величиной W_T.

Для сокращения времени готовности при отрицательных температурах окружающей среды допускается кратковременный (несколько минут) форсированный режим подогрева ЖКД 3 повышенной мощностью, которая, однако, не должна превышать примерно 2W-_T, чтобы не вывести ЖКД 3 из строя за счет теплового удара.

Блок 9 управления режимом подогрева предназначен для изменения мощности питания, подаваемого блоком 8 коммутации на подогревающий электрод 4, под управлением блока 2 обработки данных, который получает результаты сравнения с блока 6 сравнения. Блок 9 управления режимом подогрева представляет собой, к примеру, отдельный контроллер, запрограммированный на управление блоком 8 коммутации, состоящим, как уже отмечено, из коммутатора 11 типового режима и коммутатора 12 форсированного режима, по результатам сравнения с блока 6 сравнения. В предпочтительном выполнении блок 9 управления режимом подогрева входит в функциональном виде в блок 2 обработки данных и реализуется посредством подпрограммы изменения мощности питания, подаваемого блоком 8 коммутации на подогревающий электрод 4, по результатам сравнения с блока 6 сравнения в соответствии с описанным выше порядком коммутации в блоке 8. Конкретный вид этой подпрограммы не является предметом настоящего изобретения и может меняться в зависимости от используемой программы обработки данных в блоке 2.

Индикатор 10 режима подогрева предназначен для индикации наличия сигнала включения подогрева. Этот опциональный индикатор 10 может быть светодиодом и служит для удобства работы со спектрометрическим измерителем по настоящему изобретению в полевых условиях, когда требуется следить за расходом электроэнергии от аккумулятора.

Спектрометрический измеритель по настоящему изобретению работает следующим образом.

При необходимости проведения измерений на измеряемый образец устанавливается блок детектирования (не показан), который может содержать в своем составе источник ионизирующего излучения и который предназначен для получения сигналов от испытуемого образца, характеризующих радионуклидный или элементный состав этого образца. При включении спектрометрического измерителя по настоящему изобретению входной блок 1 выдает питание на подключенный к измерителю блок детектирования и принимает поступающие от блока детектирования сигналы. Эти сигналы во входном блоке 1 усиливаются, оцифровываются (при необходимости) и согласуются (к примеру, по уровню) с требованиями блока 2 обработки данных, где производится обработка поступающих оцифрованных отсчетов с блока детектирования. Результаты обработки отображаются на экране ЖКД 3. При необходимости видоизменить режим измерений и/или обработки данных в блок 2 вводится соответствующая информация с помощью функциональной клавиатуры 13.

Одновременно температурный датчик 5 выдает значения измеренной температуры окружающей среды на блок 6 сравнения, куда поступает также опорное напряжение от источника 7. В предпочтительном выполнении температурный датчик 5 начинает выдавать результаты измерения только при достижении температуры ниже -10^oС. Когда уровень сигнала измеренной температуры оказывается ниже уровня опорного напряжения от источника 7, блок 6 сравнения выдает сигнал включения подогрева на блок 2 обработки данных либо сразу на блок 8 коммутации, а также сигнал на индикатор 10 режима для сигнализации о том, что подогрев включен.

Независимо от того, имеется ли в спектрометрическом измерителе по настоящему изобретению отдельный блок 9 управления режимом подогрева или же режим подогрева реализуется с помощью соответствующей подпрограммы в блоке 2, блок 2 обработки данных по сигналу с блока 6 сравнения о падении температуры окружающей среды ниже пороговой (например, ниже -10^oС) выдает на ЖКД 3 предложение выбрать автоматическое или ручное управление режимом подогрева. При выборе ручного режима блок 2 обработки данных служит ретранслятором команд, вводимых оператором с клавиатуры 13.

При выборе автоматического режима подогрева блок 2 обработки данных по заданной подпрограмме выдает сначала управляющий сигнал на коммутатор 12 форсированного режима на заданное подпрограммой время, после чего снимает сигнал с коммутатора 12 и подает управляющий сигнал на коммутатор 11. По этим сигналам соответствующие коммутаторы 11 и 12 соединяют подогревающий электрод 4 с источником соответствующего питания. Протекающий при этом через электрод 4 ток, величина которого зависит от конкретно включенного коммутатора в блоке 8 коммутации, вызывает выделение тепла в этом электроде 4. Выделяющееся тепло нагревает стеклянную подложку ЖКД 3, предотвращая повышение вязкости вещества жидкого кристалла. При повышении температуры ЖКД 3 до заданной (к примеру, -10^oС) установленный рядом с ЖКД 3 температурный датчик 5 выдает сигнал, который становится ниже уровня опорного напряжения от источника 7, что приводит к снятию сигнала с блока 6 сравнения и отключению питания, подаваемого блоком 8 коммутации на подогревающий электрод 4. Далее режим подогрева будет повторяться при снижении температуры, измеренной датчиком 5, ниже заданного уровня. При этом блок 2 вновь предложит оператору выбрать режим (автоматический или ручной) и будет выдавать сигналы в соответствии со сделанным выбором.

Для сбережения энергии аккумуляторной батареи, используемой в случае работы спектрометрического измерителя по настоящему изобретению в полевых условиях (например, это может быть источник питания, используемый в автомобильном прикуривателе), оператор может самостоятельно отключать подогрев в любом режиме - автономном или ручном - с помощью соответствующей функциональной клавиши на клавиатуре 13.

Наличие в составе спектрометрического измерителя по настоящему изобретению блока 2 обработки данных, снабженного соответствующей программой обработки данных, дает возможность сохранять результаты обработки (результаты измерений) в памяти блока 2 без необходимости в обязательном подключении спектрометрического измерителя к другому компьютеру.

Промышленная применимость
Настоящее изобретение может быть использовано в спектрометрических измерителях как стационарного, так и переносного типа.

Настоящее изобретение описано примерами своего выполнения, которые приведены лишь для иллюстрации и не ограничивают его объема, определяемого только приложенной формулой изобретения.

Изобретение относится к области спектрометрии и может быть использовано для спектрометрических измерений при низких температурах. Измеритель содержит подогревающий прозрачный электрод, нанесенный на обратную сторону стеклянной подложки жидкокристаллического дисплея, температурный датчик для измерения температуры окружающей среды в непосредственной близости от жидкокристаллического дисплея, блок сравнения для сравнения сигнала от температурного датчика с опорным сигналом и выдачи сигнала включения подогрева по результату этого сравнения, блок коммутации для подачи питания на подогревающий электрод по сигналу включения подогрева от блока сравнения. Техническим результатом изобретения является возможность автономной работы спектрометрического измерителя практически в любых температурных условиях без необходимости стыковки с компьютером в процессе измерений. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Спектрометрический измеритель, содержащий входной блок, предназначенный для подачи питания на блок детектирования и для приема и преобразования измерительных сигналов от блока детектирования, блок обработки данных, предназначенный по меньшей мере для обработки преобразованных входным блоком измерительных сигналов в соответствии с заранее заданной программой обработки, жидкокристаллический дисплей, предназначенный для отображения результатов обработки данных в блоке обработки данных, отличающийся тем, что в него введены подогревающий прозрачный электрод, нанесенный на обратную сторону стеклянной подложки жидкокристаллического дисплея и предназначенный для подогрева жидкокристаллического дисплея, температурный датчик, предназначенный для измерения температуры окружающей среды в непосредственной близости от жидкокристаллического дисплея, блок сравнения, предназначенный для сравнения сигнала от температурного датчика с опорным сигналом и выдачи сигнала включения подогрева по результату этого сравнения, блок коммутации, предназначенный для подачи питания на подогревающий электрод по сигналу включения подогрева от блока сравнения. 2. Спектрометрический измеритель по п. 1, отличающийся тем, что он содержит далее блок управления режимом подогрева, предназначенный для изменения мощности питания, подаваемого блоком коммутации на подогревающий электрод, под управлением блока обработки данных, который получает результаты сравнения с блока сравнения. 3. Спектрометрический измеритель по п. 1, отличающийся тем, что программа обработки в блоке обработки данных включает в себя подпрограмму изменения мощности питания, подаваемого блоком коммутации на подогревающий электрод, по результатам сравнения с блока сравнения. 4. Спектрометрический измеритель по п. 2 или 3, отличающийся тем, что блок коммутации включает в себя коммутатор типового режима, предназначенный для подачи на подогревающий электрод питания, мощность которого зависит от температуры окружающей среды, и коммутатор форсированного режима, предназначенный для подачи на подогревающий электрод питания заранее заданной мощности, превышающей минимально возможную мощность, подаваемую на подогревающий электрод коммутатором типового режима. 5. Спектрометрический измеритель по п. 1, отличающийся тем, что он содержит далее индикатор режима подогрева, предназначенный для индикации наличия сигнала включения подогрева.