АППАРАТУРА РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА (АРКТ) Российский патент 2018 года по МПК G01T1/167 

Область техники

Изобретение относится к аппаратуре, используемой для радиационного контроля технологических процессов, например, в составе управляющих систем безопасности или автоматизированных систем управления технологическими процессами (далее - АСУ ТП), которые могут применяться, как на радиационно-опасных объектах (например, на объектах атомной промышленности и энергетики), так и в медицинских учреждениях и на промышленных объектах, связанных с использованием источников ионизирующего излучения. Такие устройства используются для непрерывного контроля значений радиационного параметра (например, мощности дозы излучения, активности вещества, поверхностной активности, объемной или удельной активности среды, плотности потока ионизирующих частиц или потока ионизирующего излучения) путем измерения его величины и выработки управляющего сигнала при превышении им установленного порогового значения.

В частности, устройство может использоваться в системах безопасности для контроля не превышения радиационным параметром, например, величиной мощности дозы гамма-излучения или величиной объемной активности контролируемой среды, установленного порогового значения при контроле герметичности технологического оборудования (парогенераторов, теплообменников второго или третьего контуров атомной электростанции (далее - АЭС)), контроля выбросов и сбросов АЭС, а также на промышленных объектах для участия в управлении технологическим процессом или в медицинских учреждениях, на складах, транспортных и пассажирских вокзалах для контроля несанкционированного использования и проноса радиоактивных источников.

Уровень техники

Из уровня техники известны следующие решения.

Известна устройство радиационного контроля, содержащее сцинтилляционный блок детектирования (далее - БД), регистрирующий ионизирующее излучение от технологического оборудования, соединенный с блоком для обработки и измерения сигнала, поступающего от БД, и формирования управляющего сигнала при превышении результата измерения установленного порогового значения. Блок для обработки и измерения сигнала содержит блок первичной обработки информации, на который поступает частотный сигнал с выхода БД, содержащий блок питания, усилитель и дискриминаторы первого и второго измерительных каналов, а также процессорный блок обработки информации на базе ЭВМ (далее - процессорный блок) и блок связи блока первичной обработки информации с процессорным блоком (далее - блок связи). Выход БД подключен ко входу усилителя, выходы которого связаны со входами дискриминаторов, а выходы дискриминаторов соединены со входами блока связи. При эксплуатации в условиях отсутствия разгерметизации технологического оборудования и, следовательно, отсутствия поступления в технологическое оборудования радиоактивной среды, которая является источником ионизирующего излучения, устройство синхронно измеряет фоновые сигналы (частотную последовательность импульсов) в первом и втором измерительных каналах, а затем посредством алгоритмов, заложенных в программном обеспечении (далее - ПО) процессорного блока осуществляется сравнение результатов измерений со значениями пороговых уставок и выработку сигнала о наличии или отсутствии протечки технологического оборудования (SU 1795803, дата публикации 27.09.1996). В таком устройстве процессорный блок, где производится обработка информации, построен на основе микропроцессорной техники и работает под управлением встроенного ПО. Встроенное ПО обеспечивает обработку входного сигнала от БД по заданным алгоритмам, а также возможность задания индивидуальных конфигурации и настроечных констант (учитывающих чувствительность БД, мертвое время, время измерения, заданную погрешность измерения, пороговые уставки и т.д.) и диагностику работоспособности.

К основному недостатку известного устройства относится использование в нем средств программируемой микропроцессорной техники, т.к. на этапе разработки устройства невозможно выявить и исключить все дефекты и причины зависания ПО. Выявление дефектов ПО происходит в течение длительного времени при эксплуатации устройства, в связи с чем устройство не обладает достаточной надежностью при использовании его в составе управляющих систем безопасности. По этой причине в управляющих системах безопасности предпочтительным является применение средств, построенных на элементах «жесткой» логики.

Известно устройство для измерения средней частоты импульсов, поступающих по основному (ОК) и компенсационному (фоновому) (КК) каналам от БД радиационного излучения, имеющего соответственно основной и компенсационный каналы. Устройство состоит из блока обработки информации, соединенного с БД. БД осуществляет регистрацию и преобразование энергии ионизирующего излучения в импульсы напряжения по основному и компенсационному (фоновому) каналам, частота следования которых пропорциональна величине радиационного параметра и фона соответственно. Блок обработки информации содержит тракт преобразования, основной и компенсационные входы которого соединены с выходами основного и компенсационного каналов БД соответственно, построенных на двух идентичных аналоговых измерителях средней частоты следования импульсов, каждый из которых включает идентичные формирователи импульсов, цепи задания коэффициентов, позволяющие получить нормированные выходные сигналы в виде напряжения, пропорциональные соответствующим частотам на входах основного и компенсационных каналов, и интегратор следящего типа, выполненный на основе операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен интегрирующий контур, что позволяет с заданной погрешностью получить на выходе сигнал в виде разности напряжений по основному и компенсационному каналам (для компенсации фонового сигнала). К выходу операционного усилителя подключены две пороговые схемы, каждая из которых содержит органы для регулировки величин порогов («Аппаратура контроля радиационной безопасности АЭС с ВВЭР и РБМК», выпуск 22, Жернов B.C. и др., Москва, «Энергоатомиздат», 1987, Раздел 2.1.1.-2.1.2, стр. 34-49).

Диапазон линейного преобразования такого устройства, характеризующий диапазон измерения, составляет три десятичных порядка, что определяется накоплением заряда до равновесного значения, соответствующего значению входного частотного сигнала, на RC-цепочках. Выходное напряжение измерителя определяется следующим выражением:

где U - выходное напряжение устройства,

n₀ и n_k - средняя частота импульсов по разным входам преобразовательного тракта,

k₁ и k₂ - коэффициенты нормирования выходного сигнала, значения которых регулируются в одном десятичном порядке при помощи делителя напряжения с помощью переменных резисторов.

В случае если у БД диапазон преобразования сигнала ионизирующего излучения в частотный сигнал составляет более трех десятичных порядков, в то время как диапазон измерения известного устройства не превышает 3-х десятичных порядков, то при выходе частотного сигнала с выхода БД за верхнюю границу диапазона измерения известного устройства, в нем для того, чтобы продолжить измерение интенсивности ионизирующего излучения, предусмотрена возможность в ручном режиме при помощи регулировки делителя напряжения и подключения дополнительных дозирующих конденсаторов «загрубить» диапазон измерения на два десятичных порядка. При этом диапазон измерения в таком случае не будет превышать трех десятичных порядков. Таким образом, недостатком такого устройства является узкий диапазон измерения, не превышающий 3-х десятичных порядков, что приводит к низкой точности и чувствительности измерения при значениях сигнала, лежащих в широком диапазоне.

Также недостатком известного устройства является длительное время установления показаний и длительное время усреднения показаний (т.е. значения времени измерения), которые определяются выражениями (2) и (3):

где T_уст - время установления показаний,

т - постоянная времени аналогового интенсиметра, равная т=RC (см. вышеприведенную ссылку на описание известного устройства),

T_и - время усреднения показаний.

Таким образом, время реакции устройства на выдачу управляющего сигнала при возникновении аварийной ситуации, когда радиационный параметр превышает пороговое значение, является значительным, что приводит к снижению безопасности контролируемого объекта, так как в управляющих системах одним из важнейших требований к устройствам, вырабатывающим управляющий сигнал, является требование обеспечения заданного времени выработки управляющего сигнала при превышении текущим значением радиационного параметра порогового значения (времени реакции на возникновение аварийной ситуации). Время реакции устройства, вырабатывающего управляющий сигнал, при возникновении аварийных условий не должно превышать определенного значения, задаваемого в проектной документации с учетом протекания технологических процессов в контролируемом объекте, чтобы не спровоцировать возникновение аварии, что является важнейшим параметром таких блоков и напрямую влияет на безопасность контролируемого объекта.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является аппаратура радиационного контроля технологических процессов (далее - АРКТ), содержащая БД, преобразующий воздействующее на него ионизирующее излучение в частотный импульсный сигнал, пропорциональный интенсивности излучения, и блок обработки и выработки управляющего сигнала, который содержит цифровой реверсивный счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом БД, а выход соединен со входом бистабильного узла; генератор, вырабатывающий две пороговые частоты, два выхода которого, в соответствии с заданным алгоритмом, подключаются через бистабильный узел к выходу цифрового реверсивного счетчика импульсов. При превышении частоты, поступающей с выхода БД, значения установленной пороговой частоты на выходе цифрового реверсивного счетчика импульсов формируется управляющий сигнал, который через бистабильный узел активирует реле, в результате чего на выходе АРКТ получают управляющий сигнал, свидетельствующий о наличии или отсутствии превышения измеренной частоты порогового значения. Применение порогового генератора, генерирующего две пороговые частоты, обеспечивает защиту цифрового реверсивного счетчика импульсов от переполнения (GB 1372789, дата публикации 06.11.1974).

На выходе генератора пороговой частоты устанавливают значение частоты, соответствующее пороговой величине радиационного параметра, при превышении которой текущим значением радиационного параметра АРКТ вырабатывает управляющий сигнал.

Зависимость значения времени получения управляющего сигнала от соотношения величин частот импульсов с выхода БД и с выхода генератора пороговой частоты при применении цифрового реверсивного счетчика импульсов определяется следующим выражением:

где Τ - время получения управляющего сигнала на выходе АРКТ,

N - емкость счетчика импульсов,

f₁ - частота импульсов на выходе БД от источника радиационного излучения,

f₂ - частота импульсов от генератора пороговой частоты.

Как видно из выражения (4), чем ближе значения частот импульсов f₁ и f₂, тем значение времени выработки управляющего сигнала больше. Следовательно, при значениях частотных сигналов, соизмеримых друг с другом, временные затраты на получение выходного управляющего сигнала являются недопустимо высокими, что не соответствует одному из основных требований к управляющим блокам, в результате чего подобная аппаратура не может применяться на радиационно-опасных объектах таких, как, например, АЭС.

Таким образом, основным недостатком наиболее близкого аналога, обусловленным применением цифрового реверсивного счетчика импульсов, является значительная величина времени реакции аппаратуры на превышение интенсивностью ионизирующего излучения порогового уровня (т.е. время выдачи управляющего сигнала на реле с момента превышения частоты на выходе БД пороговой частоты) в случае близких значений частот с выхода БД и пороговой частоты, что не обеспечивает высокую безопасность объекта радиационного контроля.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой заявленного изобретения является необходимость преодоления технических недостатков, присущих аналогам, что ведет к необходимости создания эффективной аппаратуры радиационного контроля технологического процесса (АРКТ), вырабатывающей управляющий сигнал при превышении измеренной величиной радиационного параметра, установленного проектной документацией на контролируемый объект, необходимый для управления технологическим процессом, порогового значения, при эксплуатации которого не применяются программируемые процессоры, что исключает возможность зависания программного обеспечения и обеспечивает осуществление управляющей функции за оптимальное время реакции АРКТ на аварию, установленное в соответствии с техническими требованиями проектной документации на контролируемый объект. Также технической проблемой является отсутствие в известных аналогах АРКТ, построенных без применения программируемых элементов, простой пороговой схемы, создание которой не является трудоемким и которая обеспечивает возможность задания значения пороговой уставки во всем диапазоне возможного изменения радиационного параметра, т.е. в диапазоне, существенно превышающем четыре десятичных порядка.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение безопасности осуществления технологического процесса за счет одновременного повышения быстродействия реакции на аварию и надежности аппаратуры радиационного контроля.

Технический результат заявленного изобретения достигается за счет аппаратуры радиационного контроля технологического процесса (АРКТ), содержащей блок детектирования (1) (далее - БД), преобразующий воздействующий на него радиационный параметр в частотный сигнал, и пороговый блок управления (2) (далее - БУП) режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования, необходимых для осуществления технологического процесса, соединенный с выходом БД (1). БУП (2) включает в себя узел пороговый (3) (далее - УП) с узлом определения его неисправности (4) (далее - УОН УП) и узел (5) определения неисправности БД (1) и/или кабеля связи между БД (1) и БУП (2) (далее - УОН БД).

УП (4) содержит:

- входной цифровой счетчик импульсов (8);

генератор тактовой частоты (9), выполненный с возможностью вырабатывания частотного импульсного сигнала,

- делитель частоты (10), вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты (9), выполненный с возможностью регулировки и установки значения частоты сигнала, поступающего с выхода генератора тактовой частоты (9);

- таймерный цифровой счетчик импульсов (11), вход которого подсоединен к выходу делителя частоты (10), а выход подсоединен ко входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (8);

- пороговый RS-триггер (12), вход R которого подсоединен к выходу входного цифрового счетчика импульсов (8) и входу сброса таймерного цифрового счетчика импульсов (11), вход S подсоединен к входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (8) и к выходу таймерного цифрового счетчика импульсов (11). Пороговый RS-триггер (12) выполнен с возможностью выработки управляющего сигнала при превышении значения входного частотного сигнала, поступающего с выхода БД (1) на вход БУП (2), значения пороговой частоты.

УОН УП (4) содержит:

- первую, вторую, третью и четвертую логические схемы И₁ (13), И₂ (14), И₃ (15), И₄ (16) соответственно;

- логическую схему ИЛИ (17), первый и второй входы которой соединены с выходами первой и третьей логических схем И₁ (13), И₃ (15) соответственно, а выход подсоединен ко входу входного цифрового счетчика импульсов (8);

- первую логическую схему инвертора HE₁ (18), выход которой подключен ко второму входу третьей логической схемы И₃ (15);

- вторую и третью логические схемы инверторов НЕ₂ (19), НЕ₃ (20) соответственно;

- пересчетную схему Π₁ (21) УОН УП (4);

- дешифратор (22), вход которого соединен с выходом пересчетной схемы Π₁ (21) УОН УП (4), а выход - с входом третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20), вторым входом четвертой логической схемы И₄(16), вторым входом первой логической схемы И₁ (13) и входом первой логической схемы инвертора HE₁ (18);

- делитель частоты (23) УОН УП (4), выход которого соединен со входом упомянутой пересчетной схемы Π₁ (21), а вход подсоединен к выходу генератора тактовой частоты (9), к которому также подсоединен первый вход третьей логической схемы И₃ (15). Причем делитель частоты (23) выполнен с возможностью регулировки и установки значения частоты сигнала, поступающего с выхода генератора тактовой частоты (9).

Первый вход первой логической схемы И₁ (13) соединен с выходом БД (1). Выход второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19) соединен со вторым входом второй логической схемы И₂ (14), выход которой является диагностическим выходом БУП (2). Выход порогового RS-триггера (12) соединен с первым входом четвертой логической схемы И₄ (16), выход которой является управляющим выходом БУП (2), и с входом второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19). Выход третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) соединен с первым входом второй логической схемы И₂ (14). Таймерный цифровой счетчик импульсов (11) выполнен с возможностью установки его емкости так, чтобы время его полного заполнения было с заданной погрешностью равно времени полного заполнения входного цифрового счетчика импульсов (8) при поступлении на его вход с выхода БД (1) через первую логическую схему И₁ (13) и логическую схему ИЛИ (17) частотного сигнала с частотой импульсов, соответствующей пороговому значению сигнала и с заданной погрешностью равной пороговой частоте. Последовательно соединенные делитель частоты (23), пересчетная схема Π₁ (21) и дешифратор (22) выполнены с возможностью проведения периодической автоматической диагностики работоспособности УП (3) и задания временного периода для ее проведения. Вторая логическая схема И₂ (14) выполнена с возможностью выработки статусного сигнала о наличии неисправности УП (3) по результатам диагностики его работоспособности. Логическая схема И₄ (16) выполнена с возможностью выработки, в случае работоспособности УП (3) и при превышении значения входного частотного сигнала пороговой частоты, выходного управляющего сигнала, предназначенного для передачи его на исполнительный механизм или на технологическое оборудование для снижения значения радиационного параметра до нормативного значения или для сигнального оповещения или для изменения режима работы исполнительного механизма или технологического оборудования в соответствии с заданным технологическим процессом.

УОН БД (5), входящий в состав БУП (2), содержит:

- свой делитель частоты (24), вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты (9), выполненный с возможностью регулировки и установки значения частоты сигнала, поступающего с выхода генератора тактовой частоты (9),

- свою пересчетную схему П₂ (25), вход которой соединен с выходом делителя частоты (24) и вход сброса которой соединен с выходом БД (1);

- свой RS-триггер (26), вход S которого соединен с выходом пересчетной схемы П₂ (25) УОН БД (5), вход R соединен с выходом БД (1), а выход является диагностическим выходом БУП (2).

Пересчетная схема П₂ (25) и соединенный с ней делитель частоты (24) выполнены с возможностью задания интервала времени, по истечении которого RS-триггер (26) вырабатывает статусный сигнал об отсутствии частотного сигнала на входе УП (3) (и, следовательно, на входе входного цифрового счетчика импульсов (8)), если на R-вход RS-триггера (26) за этот интервал времени не поступит хотя бы один импульс, что свидетельствует о неисправности БД (1) и/или кабеля связи между БД (1) и БУП (2). Такой статус RS-триггера (26) УОН БД (5) будет сохраняться вплоть до поступления на его вход R хотя бы одного импульса, после чего состояние RS-триггера (26) УОН БД (5) изменяется на статус «БД (1) исправен» и/или «кабель связи между БД (1) и БУП (2) исправен».

Под исполнительным механизмом или технологическим оборудованием в заявленном изобретении следует понимать любой механизм или любое оборудование, на которое может быть направлено управляющее воздействие, чтобы организовать осуществление необходимого технологического процесса в соответствии с алгоритмами, заложенными в проектной документации. В частности, в качестве исполнительных механизмов, которыми может управлять АРКТ, могут использоваться следующие: автоматические клапаны, вентили и задвижки, воздуходувки, реле, светозвуковое оборудование, двигатели, вентиляционное оборудование, различное радиоэлектронное оборудование, либо любой другой исполнительный механизм. В качестве технологического оборудования может быть использовано любое технологическое оборудование (как радиационное, так и нерадиационное), например, парогенератор, теплообменники, вентиляционные системы, вентиляционная труба, сбросная труба, технологические контура и емкости различного назначения, контрольные баки, двигатели, генераторы и т.д., а также свето-звуковые сигнализаторы, установленные, например, на проходах в склады, вокзалы или в помещения с медицинским оборудованием (рентгеновские аппараты, радиотерапевтические установки). АРКТ может применяться как на радиационно-опасных объектах, так и иметь более широкое применение на любых промышленных объектах, где могут применяться автоматизированные системы управления технологическими процессами по сигналам датчиков, преобразующих воздействующие на них радиационные параметры в частотные импульсные сигналы.

Принцип действия БД основан на преобразовании энергии ионизирующих излучений в электрические импульсы.

Регистрация радиационного параметра (например, величины мощности дозы) и преобразование его в частотный импульсный сигнал посредством БД (1), осуществляемые при использовании изобретения, имеет ряд особенностей, которые связаны с тем, что БД (1) производит преобразование радиационного параметра в частотный импульсный сигнал с некоторой погрешностью, присущей ему, кроме того радиационный параметр, даже если отсутствуют причины его изменения во времени, колеблется с некоторым разбросом около среднего значения. В результате текущему значению радиационного параметра, воздействующего на БД (1), соответствует не текущее значение частоты импульсного сигнала на выходе БД (1), а усредненная за некоторый интервал времени частота импульсов, которая определяется путем отнесения накопленного количества импульсов с помощью цифрового или аналогового счетчиков импульсов к интервалу времени накопления (усреднения).

В заявленной АРКТ в качестве входного и таймерного счетчиков импульсов используются цифровые счетчики, т.к., как было разъяснено ранее, они обеспечивают более широкий диапазон измерения, чем аналоговые измерители средней частоты следования импульсов, у которых диапазон измерения составляет всего не более трех десятичных порядков, что определяется накоплением на RC-цепочках электрического заряда до равновесного значения, соответствующего среднему значению частотного импульсного сигнала, поступающего на вход БУП АРКТ. Кроме того цифровой счетчик импульсов имеет еще одно существенное преимущество перед аналоговым, т.к. обладает очень высоким быстродействием, что позволяет ему регистрировать без существенных просчетов высокочастотные импульсные сигналы, также цифровой счетчик (выполненный, например, на базе логической матрицы) обладает практически ни чем не ограниченной емкостью, что позволяет осуществлять накопление импульсов с частотой более 6 десятичных порядков и устанавливать время накопления в широком интервале от единиц секунд до тысяч секунд, что достаточно для решения любых задач контроля и управления технологическими процессами. Также, как было разъяснено ранее, цифровой счетчик импульсов по сравнению с аналоговым обеспечивает, по крайней мере, в 2 раза меньшее время определения средней частоты импульсов.

За счет одновременного подключения входного цифрового счетчика импульсов и таймерного цифрового счетчика импульсов к разным входам порогового RS-триггера (12) и ко входам сброса друг друга обеспечивается возможность оперативного определения наличия или отсутствия превышения частоты импульсов входного сигнала значения заданной пороговой частоты и оперативной выдачи управляющего сигнала с АРКТ на исполнительные механизмы или технологическое оборудование, запускающие работу систем безопасности контролируемого объекта или технологического оборудования, в том числе при близких или равных значениях частот на выходе БД и генератора тактовой частоты. Т.е. время выработки управляющего сигнала, запускающего работу систем безопасности контролируемого технологического процесса, при использовании заявленной АРКТ, в отличие от наиболее близкого аналога, где аппаратура содержит реверсивный цифровой счетчик импульсов, является минимальным для всех возможных случаев развития аварийной ситуации.

Это свойство заявленной АРКТ особенно важно при применении его в управляющих системах безопасности, т.к. в таких системах одним из важнейших требований к АРКТ, вырабатывающей управляющий сигнал, является требование обеспечения заданного времени выработки управляющего сигнала (времени реакции на возникновение аварийной ситуации) при превышении текущим значением радиационного параметра порогового значения. Время реакции АРКТ, вырабатывающей управляющий сигнал, при возникновении аварийных условий не должно превышать определенного значения, задаваемого в проектной документации с учетом протекания технологических процессов в контролируемом объекте или в технологическом оборудовании, чтобы не спровоцировать возникновение аварии. Такое значение времени является важнейшим параметром АРКТ и напрямую влияет на безопасность контролируемого объекта или на осуществление технологического процесса.

Из вышесказанного следует, что заявленная АРКТ обеспечивает значительное сокращение времени выработки управляющего сигнала, запускающего работу систем безопасности контролируемого технологического объекта (исполнительного механизма или технологического оборудования) или необходимого для осуществления технологического процесса в соответствии с заданным алгоритмом, при возникновении аварийных условий, и тем самым обеспечивает повышение т безопасности осуществления технологического процесса.

Таким образом, в заявленном изобретении за счет формирования и выработки управляющего сигнала при превышении значения радиационным параметром установленного порогового значения за минимальное время реакции (время реакции заявленной аппаратуры на аварию), соответствующее техническим требованиям, задаваемым в проектной документации, в широком диапазоне изменения радиационного параметра (от порогового значения и выше) обеспечивается повышение безопасности контролируемого технологического процесса.

Кроме того, за счет использования в БУП (2) АРКТ только элементов «жесткой» логики, т.е. за счет отсутствия применения в нем программируемых процессоров, обеспечивается:

- полное исключение возможности внештатной остановки работы АРКТ при «зависании» программного обеспечения, что приводит к повышению надежности функционирования АРКТ при формировании и выработке управляющего сигнала на выходе БУП (2) АРКТ и, соответственно, к повышению безопасности контролируемого объекта или технологического оборудования, а также к безопасности технологического процесса;

- возможность задания таких настроечных параметров в УП (3), как: паспортные значения чувствительности и «мертвое» время БД (1), а также значение пороговой уставки (с возможностью его задания во всем диапазоне изменения радиационного параметра) и время измерения и выработки управляющего сигнала, что достигается путем оптимального подбора типа генератора тактовой частоты с определенным значением частоты на выходе (обычно выбирается кварцевый генератор частоты с частотой на выходе на уровне нескольких сотен тысяч Гц.) в комбинации с установкой определенного значения коэффициента деления делителя с помощью регулирующих элементов и емкостей входного и таймерного цифровых счетчиков импульсов, емкость которых может быть установлена в широких пределах за счет, например, использования двоичных элементов логической матрицы, что также расширяет функциональные возможности АРКТ, повышает ее эксплуатационные характеристики за счет возможности оперативного адаптирования управляющей функции АРКТ, т.е. возможности провести быстрое изменение значения частоты импульсов, подаваемых на вход таймерного счетчика импульсов, и емкостей входного и таймерного цифровых счетчиков импульсов при изменении проектных требований к значению пороговой уставки и/или времени измерения и выработки управляющего сигнала, а также при замене отказавшего БД в ходе проведения ремонтных работ на исправное с отличными метрологическими параметрами.

Таким образом, в заявленном изобретении за счет одновременного подключения входного и таймерного цифровых счетчиков импульсов, выполненных на элементах «жесткой» логики без применения программируемых процессоров, к разным входам порогового RS-триггера (12) и ко входам сброса друг друга обеспечивается повышение безопасности технологического процесса, повышение надежности и эксплуатационных характеристик АРКТ.

За счет наличия УОН УП (4) в составе АРКТ обеспечивается возможность периодического проведения автоматической диагностики неисправности УП (3) БУП (2), осуществляемой для выявления его возможной неисправности в условиях отсутствия аварийной ситуации, когда отсутствует фиксирование пороговым RS-триггером (12) превышения порогового значения. Такое техническое решение приводит к дополнительному повышению надежности АРКТ и безопасности технологического процесса, контролируемого объекта и технологического оборудования за счет возможности оперативного реагирования на неисправность элементов заявленной АРКТ и обеспечения возможности своевременного устранения неисправности УП (3), что достигается с помощью цепочки последовательно соединенных делителя частоты (23) УОН УП, пересчетной схемы П₁ (21) УОН УП (4) и дешифратора (22), входящих в состав БУП (2), которые обеспечивают проведение периодической автоматической диагностики работоспособности УП (3) и задание временного периода для ее проведения путем блокировки с помощью логических схем И₁ (13) и ИЛИ (17), поступления частотного сигнала на вход входного цифрового счетчика (8) от БД (1), одновременной подачи частотного сигнала с выхода генератора тактовой частоты (9) на вход входного цифрового счетчика (8) с помощью первой логической схемы инвертора HE₁ (18) и логических схем И₃ (15) и ИЛИ (17), блокировки с помощью логической схемы И₄ (16) прохождения управляющего сигнала с выхода порогового триггера на управляющий выход БУП, выработки статусного сигнала об отказе УП (3) на диагностическом выходе БУП (2) с помощью логической схемы И₂ (14), третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) и логической схемы инвертора НЕ₂ (19) в случае отсутствия управляющего сигнала на выходе порогового триггера во время проведения автоматической диагностики УП (3).

Также за счет возможности периодического проведения автоматической диагностики неисправности БД (1) и/или кабеля связи между БД (1) и БУП (2), осуществляемой для оперативного выявления его возможной неисправности и ее своевременного устранения, обеспечиваемой УОН БД (5), находящимся в составе БУП (2) АРКТ, достигается повышение безопасности контролируемого технологического процесса, объекта и технологического оборудования, значительное повышение надежности и эксплуатационных характеристик АРКТ.

В частном случае реализации изобретения БД (1) может быть размещен в свинцовой защите для его защиты от воздействия внешнего фона.

В частном случае реализации изобретения генератор тактовой частоты (9) УП (3) БУП (2) может быть выполнен с возможностью выработки сигнала с частотой импульсов, соответствующей пороговому значению радиационного параметра и с заданной погрешностью равного пороговой частоте, а емкость таймерного счетчика импульсов (11) может быть равна емкости цифрового счетчика импульсов (8).

УП (4) может содержать управляющее реле, вход которого подсоединен к выходу четвертой логической схемы И₄ (16), выполненное с возможностью срабатывания при поступлении на первый вход четвертой логической схемы И₄ (16) сигнала с выхода порогового RS-триггера (12), поступающего на его вход R с выхода входного цифрового счетчика (8).

УОН УП (4) может содержать статусное реле, вход которого подсоединен к выходу второй логической схемы И₂ (14), выполненное с возможностью срабатывания, если во время проведения периодической автоматической диагностики исправности БУП (2) отсутствует сигнал на входе третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) с выхода дешифратора (22) при одновременном отсутствии поступления сигнала с выхода порогового RS-триггера (12) на вход второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19), что свидетельствует о неисправности УП (3).

УОН БД (5) может дополнительно содержать статусное реле, вход которого подсоединен к выходу RS-триггера (26) УОН БД (5) и которое выполнено с возможностью срабатывания при поступлении на него статусного сигнала с выхода RS-триггера (26) УОН БД (5) об отсутствии частотного сигнала на входе входного цифрового счетчика импульсов (8).

АРКТ может применяться для контроля герметичности технологического оборудования (например, парогенераторов, теплообменников) или участия в управлении технологическими процессами (например, для контроля герметичности парогенераторов, очистки радиоактивной среды с помощью выпарных аппаратов или ионообменных фильтров) или контроля за нераспространением радиоактивных веществ на проходных и транспортных воротах на промышленных объектах или контроля несанкционированного проноса радиоактивных источников на входах и выходах медицинских помещений, где используются радиоактивные источники - томографы, рентгеновские аппараты, ПЭТ-центры и т.п., а также на входах и выходах вокзалов, складов.

Преобразованным БД (1) радиационным параметром может являться, например, по меньшей мере, один параметр из следующей группы: мощность дозы фотонного излучения (например, гамма-излучения), активность вещества, поверхностная активность, объемная или удельная активность среды, плотность потока или поток ионизирующих частиц или поток ионизирующего излучения, например, гамма-излучения. В таких БД для преобразования энергии фотонного излучения в частотный импульсный сигнал используются сцинтилляционные, газоразрядные или полупроводниковые детекторы.

БУП дополнительно может содержать блок электрического питания (далее - БП (7)), соединенный с электронными элементами УП (3) для их электрического питания и/или с БД (1) для обеспечения его питания.

УОН БД (5) может содержать свой отдельный генератор тактовой частоты (Г₂, не показан на фигурах), выполненный с возможностью вырабатывания частотного сигнала, причем вход пересчетной схемы П₂ (25) может быть соединен с выходом генератора тактовой частоты (Г₂) УОН БД.

При этом генератор тактовой частоты (Г₂) УОН БД (5) может быть выполнен с возможностью выработки частотного сигнала и установки заданной частоты импульсов либо совместно с делителем частоты Д₂ (24) УОН БД (5), либо без него (такое выполнение АРКТ не является предметом настоящего изобретения).

Описание чертежей

Заявленное изобретение поясняется чертежами, где изображено следующее:

на фиг. 1 - общая блок-схема АРКТ,

на фиг. 2 - подробная блок-схема АРКТ.

Позициями на фигурах обозначены:

1 - БД,

2 - БУП,

3 - УП,

4 - УОН УП,

5 - УОН БД,

6 - а) управляющий выход БУП, б) - диагностический выход БУП, в) диагностический выход БУП,

7-БП,

8 - входной цифровой счетчик импульсов,

9 - генератор тактовой частоты (Г),

10 - делитель частоты (Д₁) УП (3),

11 - таймерный цифровой счетчик импульсов,

12 - пороговый RS-триггер (Т₁),

13 - первая логическая схема И₁,

14 - вторая логическая схема И₂,

15 - третья логическая схема И₃,

16 - четвертая логическая схема И₄,

17 - логическая схема ИЛИ,

18 - первая логическая схема инвертора НЕ₁,

19 - вторая логическая схема инвертора НЕ₂,

20 - третья логическая схема НЕ₃,

21 - пересчетная схема (П₁) узла определения неисправности УП (УОН УП),

22 - дешифратор,

23 - делитель частоты (Д₃) УОН УП (4).

24 - делитель частоты (Д₂) УОН БД (5),

25 - пересчетная схема (П₂) УОН БД (5),

26 - RS-триггер (Т₂) УОН БД (5).

АРКТ (см. фиг. 1) содержит последовательно соединенные БД (1) и БУП (2). БУП (2) содержит УП (3) с УОН УП (4) и УОН БД (5). УП (3) соединен с БП (7). БУП (2) содержит управляющий выход (6а) и диагностические выходы (6б) и (6в).

УП (3) содержит входной цифровой счетчик импульсов (8), а также генератор тактовой частоты Г (9) и делитель частоты Д₁ (10), последовательно соединенные друг с другом, таймерный цифровой счетчик импульсов (11), вход которого подсоединен к выходу делителя частоты Д₁ (10), а выход подсоединен ко входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (8), и пороговый RS-триггер Τ₁ (12), выполненный с возможностью формирования сигнала о превышении порога, вход R которого подсоединен к выходу входного цифрового счетчика импульсов (8) и входу сброса таймерного цифрового счетчика импульсов (11), а вход S подсоединен к входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (8) и выходу таймерного цифрового счетчика импульсов (11).

УОН УП (4) содержит первую, вторую, третью и четвертую логические схемы И₁ (13), И₂ (14), И₃ (15), И₄ (16) соответственно, логическую схему ИЛИ (17), входы 1 и 2 которой соединены с выходами первой и третьей логических схем И₁ (13), И₃ (14) соответственно, а выход подсоединен ко входу входного цифрового счетчика импульсов (8), а также первую логическую схему инвертора HE₁ (18), выход которой подключен ко второму входу третьей логической схемы И₃ (15), вторую и третью логические схемы инверторов НЕ₂ (19), НЕ₃ (20) соответственно, пересчетную схему Π₁ (21) УОН УП, дешифратор (22), вход которого соединен с выходом пересчетной схемы Π₁ (21) УОН УП, а выход соединен со вторым входом четвертой логической схемы И₄ (16), входом третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20), вторым входом первой логической схемы И₁ (13), входом первой логической схемы инвертора HE₁ (18); и делитель частоты Д₃ (23) УОН УП, выход которого соединен со входом пересчетной схемы Π₁ (21) УОН УП, а вход подсоединен к выходу генератора тактовой частоты (9), к которому подсоединен первый вход третьей логической схемы И₃ (15).

При этом первая логическая схема И₁ (13) подсоединена по первому входу к выходу БД (1). Выход второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19) соединен со вторым входом второй логической схемы И₂ (14), выход которой является диагностическим выходом БУП (2).

Выход порогового RS-триггера (12) соединен с первым входом четвертой логической схемы И₄ (16), выход которой является управляющим выходом БУП (2), и с входом второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19). Выход третьей логической схемы НЕ₃ (20) соединен с первым входом второй логической схемы И₂ (14).

На выходе БУП (2) может быть установлено реле P₁ (на чертеже не показано).

Узел УОН БД (5) содержит делитель частоты Д₂ (24), вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты Г (9), пересчетную схему П₂ (25), вход которой соединен с выходом делителя частоты Д₂ (24) УОН БД (5), RS-триггер Т₂ (26) УОН БД (5) (триггер неисправности БД (1) и/или кабеля), вход S которого соединен с выходом пересчетной схемы П₂ (25) УОН БД (5), а вход R - с выходом БД(1).

Осуществление изобретения

Емкость входного цифрового счетчика импульсов (8) была выбрана из условия, чтобы время, при котором достигается его полное заполнение импульсами, поступающими на его вход с выхода БД (1) со средней частотой следования, соответствующей пороговому значению контролируемого радиационного параметра, было равно или меньше значения времени выработки управляющего сигнала при достижении контролируемым радиационным параметром порогового уровня, установленных в соответствии с требованиями проектной документации.

Емкость таймерного цифрового счетчика импульсов (11) была выбрана так, чтобы время его полного заполнения поступающими на его вход импульсами было равно (с погрешностью, не превышающей погрешность проведения измерения величины контролируемого радиационного параметра) времени полного заполнения входного цифрового счетчика (8) импульсами, поступающими на его вход с выхода БД (1), со средней частотой следования, соответствующей пороговому значению контролируемого радиационного параметра. В частном случае емкость таймерного цифрового счетчика импульсов (11) и частота импульсов, формируемых генератором Г (9) и делителем Д₁ (10) и подаваемых на его вход, могут быть установлены равными соответственно емкости входного цифрового счетчика импульсов (8) и частоте импульсов, поступающих на вход цифрового счетчика импульсов (8) с выхода БД (1), со средней частотой следования, соответствующей пороговому значению контролируемого радиационного параметра.

Заявленная АРКТ работает следующим образом.

БД (1) размещали, в соответствии с проектной документацией, вблизи контролируемого объекта, который являлся действующим или потенциальным источником изменяющегося значения мощности дозы гамма-излучения, или в помещении или во внешнем пространстве, в которых имелось или была возможность воздействия на БД (1) гамма-излучения. К БД (1) подключали соединительным кабелем БУП (2).

Частотный сигнал с выхода БД (1), вырабатываемый им при преобразовании воздействующего на него контролируемого значения мощности дозы, передавался на вход БУП.

Управляющий выход БУП подключали к оборудованию или исполнительному механизму, в котором необходимо произвести управляющее воздействие, чтобы организовать осуществление технологического процесса в соответствии с алгоритмами, заложенными в проектной документации.

Выработка управляющего сигнала при эксплуатации заявленной АРКТ осуществлялась следующим образом.

БД (1) преобразовывает воздействующий на него радиационный параметр в частотный импульсный сигнал. Импульсы с выхода БД (1) через первую логическую схему И₁ (13) и логическую схему ИЛИ (18) непрерывно поступали на вход цифрового счетчика импульсов (8) УП (3) БУП. При заполнении входного цифрового счетчика импульсов (8) импульс с него поступал на R вход порогового RS-триггера (12) и на вход сброс таймерного цифрового счетчика импульсов (11). Одновременно с этим импульсы от генератора тактовой частоты (9), частота следования которых регулировалась с помощью делителя частоты Д₁ (10) и была установлена равной пороговой частоте, непрерывно поступали на вход таймерного цифрового счетчика импульсов (11). При заполнении таймерного цифрового счетчика импульсов (11) импульс от него поступал на S вход порогового RS-триггера (12) и на вход сброс входного цифрового счетчика импульсов (8). Пороговый RS-триггер (12) в процессе работы устанавливался в то или иное состояние, в зависимости от того, по какому входу приходил первый импульс переполнения. Если первым приходил импульс переполнения от таймерного цифрового счетчика импульсов (11) на S вход порогового RS-триггера (12) и на вход сброс входного цифрового счетчика импульсов (8), то это означало, что частота импульсов, поступающих с выхода БД (1) на входной цифровой счетчик импульсов (8) была меньше пороговой частоты. В этом случае превышения порогового уровня не происходило, управляющий сигнал не вырабатывался, а пороговый RS-триггер (12) устанавливался по входу S. При этом происходил сброс входного (8) и таймерного (11) цифровых счетчиков импульсов в исходное нулевое состояние, и начинался новый цикл измерения. Если же первым появлялся импульс переполнения от входного цифрового счетчика импульсов (8), то это означало, что частота импульсов, поступающих с выхода БД (1) на вход цифрового счетчика импульсов (8), была больше установленной пороговой частоты импульсов. В этом случае пороговый RS-триггер импульсов (12) устанавливался по входу R, что свидетельствовало о превышении текущим значением контролируемой мощности дозы гамма-излучения порогового уровня, и вырабатывался управляющий сигнал, который поступал на 1-ый вход логического элемента И₄ (16) и далее с его выхода на управляющий выход УП (3). На управляющем выходе УП (3) появлялся управляющий сигнал. Одновременно с этим происходил сброс таймерного (11) и входного (8) цифровых счетчиков импульсов в исходное нулевое состояние, и начинался новый цикл измерения.

В качестве примера рассмотрим вариант выполнения БУП АРКТ со следующими параметрами:

- Т_п - время выработки управляющего сигнала при достижении значения мощности дозы гамма-излучения порогового уровня, установленное в соответствии с требованиями проектной документации (время реакции БУП), с;

- F_п - частота на выходе БД (1), численно равная пороговой частоте, вырабатываемой БД (1) при достижении значения мощности дозы гамма-излучения порогового значения, установленного в проектной документации, при достижении которой формируется управляющий сигнал, с^-1;

- N_вх - емкость (в импульсах) входного счетчика импульсов, которую можно рассчитать из соотношения N_вх=F_п T_п;

- Ν_т - емкость таймерного счетчика импульсов (11) (в импульсах), на вход которого от генератора тактовой частоты Г₁ (9) через делитель Д₁ (10) подается частотный импульсный сигнал, частота которого с точностью до погрешности, не превышающей погрешность измерения мощности дозы, равна пороговой частоте F_п, с^-1;

- К_п - коэффициент пересчета делителя Д₁ (10), при котором частота, подаваемая на вход делителя Д₁ (10) с выхода генератора тактовой частоты Г (9), наиболее близка к значению пороговой частоты Fп, которую можно рассчитать по следующей формуле:

где F_г - частота с выхода генератора тактовой частоты Γ₁ (9), с^-1.

Емкость таймерного счетчика Ν_т с точностью до погрешности, не превышающей погрешность измерения радиационного параметра, выбрана равной емкости входного счетчика Ν_вх:

где Δ - погрешность измерения мощности дозы с помощью БД (1), отн. ед;

Значение пороговой частоты F_п может быть рассчитано двумя способами:

- из соотношения:

где:

Р_п - пороговое значение радиационного параметра, при воздействии которого на БД (1) БУП, должен выработать управляющий сигнал;

S_БД - чувствительность БД (1) к радиационному параметру;

F_ф - фоновая частота на выходе БД (1), с-¹;

Т_м - значение мертвого времени для БД (1), с,

- или из соотношения:

где:

F - частота на выходе БД (1) при одновременном воздействие на него фона и дозы гамма-излучения, величина мощности которой равна пороговому значению Р_п.

Проведение автоматической диагностики УП (3) БУП (2) при эксплуатации АРКТ осуществлялось следующим образом.

На управляющем выходе БУП сигнал может отсутствовать по нескольким причинам:

- если значение радиационного параметра, воздействующего на БД (1), меньше порога чувствительности БД (1);

- если значение радиационного параметра, воздействующего на БД (1), меньше порогового значения;

- если УП (3) работает неисправно.

Поскольку отсутствие сигнала на управляющем выходе БУП, как было отмечено ранее, может являться следствием нескольких причин, в том числе и при исправной работе УП (3), то неисправная работа УП (3) является скрытым дефектом и не может быть выявлена без специальной проверки работоспособности УП (3).

Для выявления неисправной работы УП (3) используется автоматическая диагностика его исправности.

Автоматическая диагностика исправности УП (3) осуществлялась посредством УОН УП (4), в котором периодически через интервал времени Тд (в сек), задаваемый генератором тактовой частоты Г (9), с выхода генератора тактовой частоты Г (9) на вход пересчетной схемы Π₁ (21) УОН УП через делитель частоты Д₃ (23) УОН УП поступали импульсы, частота следования которых регулировалась с помощью делителя частоты Д₃ (23) УОН УП (4).

Значения коэффициента деления Кд делителя Д₃ (23) УОН УП и емкости Nд, пересчетной схемы Π₁ (21) (выполненной на основе счетчика импульсов) УОН УП, при которых достигается необходимый период Тд проведения автоматической диагностики исправности УП (3), можно определить из следующего соотношения:

где F_г - частота с выхода генератора тактовой частоты Γ₁ (9), с^-1.

В исходном положении на выходе дешифратора (22) имелся потенциал (логическая единица). С выхода генератора тактовой частоты Г (9) через делитель Д₃ (23) УОН УП на вход пересчетной схемы Π₁ (21) УОН УП непрерывно поступали импульсы. Через интервал времени Тд происходило полное заполнение пересчетной схемы Π₁ (21) УОН УП, после чего с ее выхода поступал короткий по длительности (~3 с) импульс на вход дешифратора (22), который на время его прохождения сбрасывал потенциал на выходе дешифратора (22) (логическую единицу) до нуля (логический ноль). После прохождения вышеупомянутого импульса пересчетная схема Π₁ (21) УОН УП сбрасывалась в начальное положение (обнулялась), после чего потенциал выходе дешифратора (22) (логическая единица) восстанавливался и цикл периодической автоматической диагностики начинался снова.

Поскольку в исходном положении на выходе дешифратора (22) имелся потенциал (логическая единица), то это создавало на втором входе логической схемы И₁ (13), на входе первой логической схемы инвертора HE₁ (18), на входе третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) и на втором входе логической схемы И₄ (16) также потенциал (логическую единицу), вследствие чего на выходе первой логической схемы инвертора HE₁ (18) и третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) присутствовал нулевой потенциал (логический ноль). Присутствие нулевого потенциала (логического нуля) на выходе первой логической схемы инвертора HE₁ (18) обеспечивало блокировку третьей логической схемы И₃ (15) и, следовательно, блокировалось прохождение частотного сигнала с выхода генератора тактовой частоты Г (9) на выход логической схемы И₃ (15), в то время как частотный сигнал с выхода БД (1) свободно проходил на выход первой логической схемы И₁ (13) и далее поступал на первый вход логической схемы ИЛИ (17).

Далее при исправной работе УОН УП частотный сигнал с выхода БД (1) поступал через первый вход логической схемы ИЛИ (17) на вход входного счетчика импульсов (8). Если УП (3) работал исправно, то при превышении радиационным параметром порогового значения на выходе входного счетчика импульсов (8) формировался управляющий сигнал (логическая единица) в результате чего с выхода RS-триггера Τ₁ (12) на первый вход четвертой логической схемы И₄ (16) и вход второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19) поступал потенциал (логическая единица). В результате на выходе логической схемы инвертора НЕ₂ (19) появлялся сигнал логический ноль. Поскольку на втором входе четвертой логической схемы И₄ (16) имелся потенциал (логическая единица), вырабатываемая дешифратором (22), а на выходе третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) и соответственно на первом входе второй логической схемы И₂ (14) присутствовал сигнал логический ноль, то соответственно на выходе четвертой логической схемы И₄ (16) появлялся управляющий сигнал превышения пороговой уставки, а вторая логическая схема И₂ (14) оставалась в первоначальном положении т.е. на ее выходе признак состояния неисправной работы УОН УП отсутствовал.

Когда УП (3) работал исправно, но радиационный параметр не превышал порогового значения, то на выходе входного счетчика импульсов (8) управляющий сигнал (логическая единица) не формировался, в результате чего на выходе RS-триггера Т₁ (12) оставался неизменным сигнал логический ноль, который воздействовал на первый вход четвертой логической схемы И₄ (16) и на вход второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19). В результате на выходе логической схемы инвертора НЕ₂ (19) оставался неизменным сигнал логическая единица. Поскольку на втором входе четвертой логической схемы И₄ (16) имелся потенциал (логическая единица), вырабатываемый дешифратором (22), а на выходе третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) и, соответственно, на первом входе второй логической схемы И₂ (14) присутствовал сигнал логический ноль, то состояния четвертой логической схемы И₄ (16) и второй логической схемы И₂ (14) оставались неизменными, т.е. признаки соответственно превышения пороговой уставки на выходе логической схемы И₄ (16) и состояния неисправной работы УОН УП отсутствовали.

Периодически через интервал времени Tд осуществлялась автоматическая диагностика исправности работы УП (3) путем формирования короткого по длительности импульса, который, как было отмечено выше, на время его прохождения сбрасывал потенциал на выходе дешифратора (22) (логическую единицу) до нуля, формируя сигнал (логический ноль), что приводило соответственно к появлению на входе третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20), на втором входе первой логической схемы И₁ (13), на входе первой логической схемы инвертора HE₁ (18) и на втором входе четвертой логической схемы И₄ (16) также логического нуля. В результате логическая схема И₁ (13) блокировала прохождение частотного сигнала от БД (1), а логическая схема инвертора HE₁ (18), логическая схема И₃ (14) и логическая схема ИЛИ (17) обеспечивали поступление частотного импульсного сигнала с выхода генератора тактовой частоты Г (9) на вход входного счетчика импульсов (8). Если УП (3) работал исправно, то, поскольку частота импульсного сигнала с выхода генератора тактовой частоты Г (9) многократно превышает пороговую частоту, при исправной работе УОН УП на выходе RS-триггера Т₁ (12) появлялся сигнал (логическая единица), который с его выхода поступал на первый вход логической схемы И₄(16) и на вход второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19). В результате на выходе логической схемы инвертора НЕ₂ (19) и, соответственно, на втором входе второй логической схемы И₂ (14) формировался сигнал логический ноль. Поскольку на втором входе четвертой логической схемы И₄ (16) имелся потенциал (логический ноль), вырабатываемый дешифратором (22), а на ее первом входе логическая единица, то изменение состояния логической схемы И₄ (16) на время проведения диагностики УП (3) блокировалось, т.е. признак превышения пороговой уставки на выходе логической схемы И₄ (16) отсутствовал.

При этом, так как на входе третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) на время прохождения импульса формировался сигнал логический ноль, вырабатываемый дешифратором (22), то на выходе логической схемы инвертора НЕ₃ (20) и соответственно на первом входе второй логической схемы И₂ (14) формировался сигнал логическая единица. Поскольку на первом входе логической схемы И₂ (14) сформирован сигнал логический ноль, а на втором входе логическая единица, то состояние второй логической схемы И₂ (14), выход которой является диагностическим выходом БУП, оставалось неизменным, т.е. признак состояния неисправной работы УОН УП отсутствовал.

Если в работе УОН УП имелась неисправность, то частотный сигнал с выхода генератора тактовой частоты Г (9) не вызывал срабатывания RS-триггера Τ₁ (12), и с его выхода на первый вход логической схемы И₄ (16) и на вход второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19) сигнал не поступал, что эквивалентно наличию на этих входах логического нуля. Поскольку на втором входе логической схемы И₄(16) также был сформирован сигнал логический ноль, вырабатываемый дешифратором (22), то изменение состояния логической схемы И₄ (16) на время проведения диагностики УП (3) блокировалось, т.е. признак превышения пороговой уставки на выходе логической схемы И₄ (16) отсутствовал.

Поскольку на входах логических схем инверторов НЕ₂ (19) и НЕ₃ (20) на время проведения диагностики УП (3) сформированы сигналы логических нулей, то на их выходах формировались сигналы логических единиц, которые поступали соответственно на первый и второй входы логической схемы И₂ (14), формируя таким образом диагностический сигнал состояния неисправной работы УОН УП

Таким образом, вышеописанный процесс автоматической диагностики исправности УОН УП проводился периодически через интервалы времени Тд.

Автоматическая диагностика неисправности БД и/или кабеля связи между БД и БУП, происходит следующим образом.

Частотный импульсный сигнал, поступающий с выхода БД (1), обусловлен воздействием фонового сигнала и контролируемого радиационного параметра. Таким образом, даже при отсутствии воздействия контролируемого радиационного параметра, исправный БД (1) непрерывно вырабатывал частотные импульсные сигналы, обусловленные воздействием фона в месте размещения БД (1). Импульсы, поступающие с выхода БД (1), постоянно сбрасывали RS-триггер (12) по входу R и пересчетную схему П₂ (25) УОН БД в нулевое состояние. При неисправности кабеля связи между БД (1) и БУП (2) или неисправности БД (1) импульсы с выхода БД (1) по кабелю, соединяющему БД (1) и БУП (2), не поступали, и сброса пересчетной схемы П₂ (25) узла определения неисправности БД (1) не происходило, поэтому она начинала пересчитывать импульсы от генератора тактовой частоты (9). Частота следования импульсов, подаваемая на вход пересчетной схемы П₂ (25) УОН БД (5) от генератора тактовой частоты (9), регулировалась с помощью делителя Д₂ (24). Импульс переполнения на выходе пересчетной схемы П₂ (25) устанавливал RS-триггер (26) в единичное состояние, что говорило о прекращении поступления импульсов на вход БУП. При этом на выходе RS-триггера (26), который является диагностическим выходом БУП, формировался статусный сигнал о неисправности БД (1) и/или кабеля связи между БД (1) и БУП.

Временной интервал T_БД (с) проведения автоматической диагностики исправности БД (1) и/или кабеля связи, после истечения которого RS-триггер (26) УОН БД вырабатывает статусный сигнал об отсутствии частотного сигнала на входе входного цифрового счетчика импульсов (6), если на R-вход RS-триггера (26) УОН БД за этот интервал времени не поступит хотя бы один импульс, задается с помощью выбора емкости N_БД (в импульсах), пересчетной схемы П₂ (25) и коэффициента деления K_БД делителя частоты Д₂ (24).

Значения коэффициента деления K_БД делителя Д₂ (24) УОН БД и емкости N_БД, пересчетной схемы П₂ (25) УОН БД, при которых достигается необходимый период T_БД проведения автоматической диагностики исправности БД (1) и/или кабеля связи, можно определить из следующего соотношения:

где F_г - частота с выхода генератора тактовой частоты Г (9), с^-1.

Импульс переполнения на выходе пересчетной схемы П₂ (25) устанавливает RS-триггер (26) в единичное состояние, что говорит о прекращении поступления импульсов на вход БУП. При этом на выходе RS-триггера (26), который является диагностическим выходом БУП, формируется статусный сигнал о неисправности БД (1) и/или кабеля связи между БД (1) и БУП.

Примеры конкретной реализации

Пример 1

В качестве примера рассмотрим применение заявленного АРКТ для контроля течи из первого контура в парогенератор АЭС.

АРКТ применялась для измерения мощности поглощенной дозы гамма-излучения в воздухе (далее - мощности дозы) от контролируемых технологических объектов АЭС, выработки инициирующего сигнала управления при превышении порогового уровня (уставки срабатывания) мощности дозы в управляющих системах безопасности АЭС.

АРКТ содержит блок детектирования мощности дозы гамма-излучения БДМГ-И100Д, размещенный в свинцовой защите с коллиматором, соединенный с БУП.

Регистрация гамма-излучения блоком БДМГ-И100Д осуществляется с помощью входящего в его состав газоразрядного счетчика «Гамма-6».

БУП, содержащий БП, обеспечивает низковольтное питание его элементов обработку импульсных сигналов, поступающих с выхода БДМГ-И100Д, формирование сигнала управления при превышении текущим значением мощности дозы порогового значения, измерение мощности дозы от контролируемых объектов, автоматическую диагностику исправности работы аппаратуры, передачу данных в информационный канал и преобразование измеренного уровня мощности дозы в токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА.

В соответствии с проектной документацией, на строительство АЭС блоки БДМГ-И100Д в свинцовых защитах с коллиматорами размещали рядом с соответствующими паропроводами парогенераторов так, чтобы коллиматор был направлен в сторону паропровода. Если парогенератор герметичен, то генерируемый им пар не содержит радионуклидов, и блок БДМГ-И100Д регистрирует только гамма-излучение внешнего фона. При разгерметизации парогенератора теплоноситель первого контура, содержащий радионуклиды, поступает в котловую воду парогенератора, а затем в пар. Далее пар проходит в паропровод. Таким образом, на блок БДМГ-И100Д, размещенный рядом с паропроводом негерметичного парогенератора, будет воздействовать одновременно гамма-фон и гамма-излучение от радионуклидов, содержащихся в паре. Частотный импульсный сигнал с выхода БДМГ-И100Д, обусловленный воздействием на него гамма-излучения, передается по кабелю связи на вход БУП.

В описываемом случае радиационным параметром, установленным проектной документацией, является мощность поглощенной дозы гамма-излучения, выраженная в единицах «Гр/ч». Проектной документацией также определены следующие параметры: пороговый уровень мощности поглощенной дозы, равный 1 мкГр/ч, и время реакции АРКТ (БУП) (время выработки управляющего сигнала) на возникновение аварийной ситуации, когда текущее значение мощности поглощенной дозы превысит пороговое значение в 1 мкГр/ч, равное 7 с. При превышении текущим значением мощности поглощенной дозы т порогового значения, АРКТ (БУП) должна выдать управляющий сигнал в управляющую систему безопасности АЭС на включение аварийной защиты реакторной установки.

Таким образом, при разработке АРКТ учитывались следующие проектные данные и технические данные блока БДМГ-И1000Д:

- время выработки управляющего сигнала (время реакции) Т_п=7 с;

- пороговая уставка Р_п=1 мкГр/ч;

- чувствительность блока БДМГ-И100Д S_БД=4,5 (имп/с)/(мкГр/ч);

- средний фоновый сигнал блока БДМГ-И100Д F_ф составляет 0,2 имп/с:

- мертвое время блока БДМГ-И100Д Т_м=1,8⋅10^-5 с;

- соответственно пороговая частота Fп, рассчитанная по формуле (7) составит: F_п=4,5 имп/с;

- основная погрешность блока БДМГ-И100Д Δ=25% (0,25, в отн. ед.);

- частота на выходе кварцевого генератора тактовой частоты Fг=337290 имп/с.

Тогда, используя формулы (5) и (6) рассчитаем коэффициент пересчета K_п делителя Д₁ (10) и емкости входного N_вх и таймерного Ν_Т счетчиков, в импульсах, счетчиков импульсов (8) соответственно:

- K_п=74953;

- Ν_вх=Ν_Т=31(1±0,25) имп.

Значения коэффициента деления K_д делителя Д₃ (23) УОН УП и емкости Ν_д пересчетной схемы Π₁ (21) УОН УП, при которых достигается необходимый период Т_д проведения периодической автоматической диагностики исправности УОН УП, определяются из соотношения (9). Для практических целей достаточно времени Т_д проведения автоматической диагностики, равного 6 ч, что составляет 21600 с. Тогда, если выбрать коэффициента деления К_д делителя Д₃ (23) УОН УП равным 10000, то емкость N_д пересчетной схемы Π₁ (21) УОН УП будет равна 728546 имп.

Аналогично значения коэффициента деления K_БД делителя Д₂ (24) УОН БД и емкости N_БД, пересчетной схемы П₂ (25) УОН БД, при которых достигается необходимый период Т_БД проведения автоматической диагностики исправности БД (1) и/или кабеля связи, можно определить из соотношения (10).

Для практических целей достаточно времени Т_д проведения автоматической диагностики, равного 60 с. Тогда, если выбрать коэффициент деления K_БД делителя Д₂ (24) УОН БД, равный 10000, то емкость N_БД, пересчетной схемы П₂ (25) УОН БД будет равна 2024 имп.

Пример 2

Для контроля технологического процесса использовали АРКТ, обеспечивающую выработку управляющего сигнала при изменении мощности дозы в диапазоне от 0,85⋅10^-6 до 1,0⋅10^-3 Гр/ч и регистрирует гамма-излучение в диапазоне энергии от 0,1 до 3,0 МэВ.

АРКТ обеспечивал задание порогового значения мощности дозы выходного контактного реле (уставки срабатывания) с дискретностью не более ±1,0% от установленного значения в диапазоне от 0,85⋅10^-6 до 1,0⋅10^-3 Гр/ч. Время отклика (время реакции) АРКТ при установившемся значении мощности дозы на уровне уставки срабатывания 0,85⋅10^-6 Гр/ч не превышает 10 с.

Перенастройка уставки срабатывания АРКТ лежала в диапазоне от 0,85⋅10^-6 до 1,0⋅10^-3 Гр/ч.

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает возможность создания эффективной АРКТ, предназначенной для обработки входных частотных сигналов, поступающих от БД; надежной и оперативной выработки сигнала управления режимом работы контролируемого объекта, технологического оборудования или процесса за счет использования одновременного подключения входного и таймерного цифровых счетчиков импульсов, выполненных на элементах «жесткой» логики без применения программируемых процессоров, к разным входам порогового RS-триггера и ко входам сброса друг друга, а также за счет своевременного выявления и устранения отказов в работе БД и БУП за счет проведения автоматической диагностики возможного наличия неисправности БД и/или кабеля связи и неисправности БУП, и за счет проведения диагностики УП, что в итоге обеспечивает повышение безопасности контролируемого объекта, технологического оборудования или процесса и эксплуатационных характеристик БУП.

Изобретение относится к аппаратуре, используемой для радиационного контроля технологических процессов. Аппаратура радиационного контроля технологических процессов содержит блок детектирования, соединенный с узлом пороговым, состоящим из входного цифрового счетчика импульсов; генератора тактовой частоты, таймерного цифрового счетчика импульсов, вход которого подсоединен к выходу генератора тактовой частоты, а выход подсоединен ко входу сброса входного цифрового счетчика импульсов; порогового RS-триггера, вход R которого подсоединен к выходу входного цифрового счетчика импульсов и входу сброса таймерного цифрового счетчика импульсов, вход S подсоединен к входу сброса входного цифрового счетчика импульсов и к выходу таймерного цифрового счетчика импульсов, а выход является управляющим выходом порогового блока управления. Пороговый RS-триггер выполнен с возможностью выработки управляющего сигнала при превышении значения входного частотного сигнала пороговой частоты, причем управляющий сигнал предназначен для передачи его на исполнительные механизмы или технологическое оборудование. Аппаратура также содержит узел определения неисправности узла порогового и узел определения неисправности блока детектирования для периодического проведения диагностики. Технический результат – повышение безопасности осуществления технологического процесса за счет одновременного повышения быстродействия реакции на аварию и надежности аппаратуры радиационного контроля. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Аппаратура радиационного контроля технологического процесса, характеризующаяся тем, что содержит блок детектирования (1), преобразующий воздействующий на него радиационный параметр в частотный сигнал, и пороговый блок управления (2) режимом работы исполнительного механизма или технологического оборудования, необходимых для осуществления технологического процесса, соединенный с выходом блока детектирования (1), где пороговый блок управления (2) включает в себя узел пороговый (3), узел определения его неисправности (4) и узел (5) определения неисправности блока детектирования (1) и/или кабеля связи между блоком детектирования (1) и пороговым блоком управления (2),

причем узел пороговый (3) содержит:

входной цифровой счетчик импульсов (8);

генератор тактовой частоты (9), выполненный с возможностью вырабатывания частотного импульсного сигнала,

и делитель частоты (10), вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты (9), выполненный с возможностью регулировки значения частоты сигнала, поступающего от генератора тактовой частоты (9);

таймерный цифровой счетчик импульсов (11), вход которого подсоединен к выходу делителя частоты (10), а выход подсоединен ко входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (8);

пороговый RS-триггер (12), вход R которого подсоединен к выходу входного цифрового счетчика импульсов (8) и входу сброса таймерного цифрового счетчика импульсов (11), вход S подсоединен к входу сброса входного цифрового счетчика импульсов (8) и к выходу таймерного цифрового счетчика импульсов (11), причем пороговый RS-триггер (12) выполнен с возможностью выработки управляющего сигнала при превышении значения входного частотного сигнала, поступающего с выхода блока детектирования (1) на вход блока управления порогового (2), значения пороговой частоты;

узел определения неисправности узла порогового (4) содержит:

первую, вторую, третью и четвертую логические схемы И₁ (13), И₂ (14), И₃ (15), И₄ (16) соответственно;

логическую схему ИЛИ (17), первый и второй входы которой соединены с выходами первой и третьей логических схем И₁ (13), И₃ (15) соответственно, а выход подсоединен ко входу входного цифрового счетчика импульсов (8);

первую логическую схему инвертора НЕ₁ (18), выход которой подключен ко второму входу третьей логической схемы И₃ (15);

вторую и третью логические схемы инверторов НЕ₂ (19), НЕ₃ (20) соответственно;

пересчетную схему (21);

дешифратор (22), вход которого соединен с выходом пересчетной схемы (21), а выход - с входом третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20), вторым входом четвертой логической схемы И₄ (16), вторым входом первой логической схемы И₁ (13) и входом первой логической схемы инвертора HE₁ (18);

и делитель частоты (23), выход которого соединен со входом упомянутой пересчетной схемы (21), а вход подсоединен к выходу генератора тактовой частоты (9), к которому также подсоединен первый вход третьей логической схемы И₃ (15);

причем делитель частоты (23) выполнен с возможностью регулировки значения частоты сигнала, поступающего от генератора тактовой частоты (9);

первый вход первой логической схемы И₁ (13) соединен с выходом блока детектирования (1);

выход второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19) соединен со вторым входом второй логической схемы И₂ (14), выход которой является диагностическим выходом порогового блока управления (2);

выход порогового RS-триггера (12) соединен с первым входом четвертой логической схемы И₄ (16), выход которой является управляющим выходом порогового блока управления (2), и с входом второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19);

выход третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) соединен с первым входом второй логической схемы И₂ (14);

таймерный цифровой счетчик импульсов (11) выполнен с возможностью установки его емкости так, чтобы время его полного заполнения было с заданной погрешностью равно времени полного заполнения входного цифрового счетчика импульсов (8) при поступлении на его вход с выхода блока детектирования (1) через первую логическую схему И₁ (13) и логическую схему ИЛИ (17) частотного сигнала с частотой импульсов, соответствующей пороговому значению сигнала и с заданной погрешностью равной пороговой частоте;

последовательно соединенные делитель частоты (23), пересчетная схема (21) и дешифратор (22) выполнены с возможностью проведения периодической автоматической диагностики работоспособности узла порогового (3) и задания временного периода для ее проведения;

вторая логическая схема И₂ (14) выполнена с возможностью выработки статусного сигнала о наличии неисправности узла порогового (3) по результатам диагностики его работоспособности;

а логическая схема И₄ (16) выполнена с возможностью выработки, в случае работоспособности узла порогового (3) и при превышении значения входного частотного сигнала пороговой частоты, выходного управляющего сигнала, предназначенного для передачи его на исполнительный механизм или на технологическое оборудование для снижения радиационного параметра до нормативного значения, или для сигнального оповещения, или для изменения режима работы исполнительного механизма или технологического оборудования в соответствии с заданным технологическим процессом,

узел (5) определения неисправности блока детектирования (1) и/или кабеля связи между блоком детектирования (1) и пороговым блоком управления (2) содержит:

делитель частоты (24), вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты (9), выполненный с возможностью регулировки значения частоты сигнала, поступающего от генератора тактовой частоты (9);

пересчетную схему (25), вход которой соединен с выходом делителя частоты (24) и вход сброса которой соединен с выходом блока детектирования (1);

RS-триггер (26), вход S которого соединен с выходом пересчетной схемы (25), вход R соединен с выходом блока детектирования (1), а выход является диагностическим выходом порогового блока управления (2),

причем пересчетная схема (25) и соединенный с ней делитель частоты (24) выполнены с возможностью задания интервала времени, по истечении которого RS-триггер (26) вырабатывает статусный сигнал об отсутствии частотного сигнала на входе узла порогового (3), если на R-вход RS-триггера (26) за этот интервал времени не поступит хотя бы один импульс, что свидетельствует о неисправности блока детектирования (1) и/или кабеля связи между блоком детектирования (1) и пороговым блоком управления (2).

2. Аппаратура радиационного контроля по п. 1, характеризующаяся тем, что блок детектирования (1) размещен в свинцовой защите.

3. Аппаратура радиационного контроля по п. 1, характеризующаяся тем, что генератор тактовой частоты (9) выполнен с возможностью выработки сигнала с частотой импульсов, соответствующей пороговому значению радиационного параметра, и с заданной погрешностью, равной пороговой частоте, а емкость таймерного счетчика импульсов (11) равна емкости цифрового счетчика импульсов (8).

4. Аппаратура радиационного контроля по п. 1, характеризующаяся тем, что узел пороговый (4) содержит управляющее реле, вход которого подсоединен к выходу четвертой логической схемы И₄ (16), выполненное с возможностью срабатывания при поступлении на первый вход четвертой логической схемы И₄ (16) сигнала с выхода порогового RS-триггера (12), поступающего на его вход R с выхода входного цифрового счетчика (8).

5. Аппаратура радиационного контроля по п. 1, характеризующаяся тем, что узел определения неисправности узла порогового (4) содержит статусное реле, вход которого подсоединен к выходу второй логической схемы И₂ (14), выполненное с возможностью срабатывания при отсутствии во время проведения периодической автоматической диагностики поступления сигнала на вход третьей логической схемы инвертора НЕ₃ (20) с выхода дешифратора (22) и одновременном отсутствии поступления сигнала с выхода порогового RS-триггера (12) на вход второй логической схемы инвертора НЕ₂ (19), что свидетельствует о неисправности узла порогового (3).

6. Аппаратура радиационного контроля по п. 1, характеризующаяся тем, что узел (5) определения неисправности блока детектирования (1) и/или кабеля связи между блоком детектирования (1) и пороговым блоком управления (2) содержит статусное реле, вход которого подсоединен к выходу RS-триггера (26) упомянутого узла (5) и которое выполнено с возможностью срабатывания при поступлении на него статусного сигнала с выхода RS-триггера (26) об отсутствии частотного сигнала на входе входного цифрового счетчика импульсов (8).

7. Аппаратура радиационного контроля по п. 1, характеризующаяся тем, что дополнительно содержит блок питания (7), соединенный с узлом пороговым (3).

8. Аппаратура радиационного контроля по п. 1, характеризующаяся тем, что применяется для контроля герметичности технологического оборудования или участия в управлении технологическими процессами.

9. Аппаратура радиационного контроля по п. 8, характеризующаяся тем, что применяется для контроля герметичности парогенераторов, теплообменников и управления очисткой радиоактивной среды с помощью выпарных аппаратов или ионообменных фильтров;

10. Аппаратура радиационного контроля по п. 8, характеризующаяся тем, что применяется для контроля за нераспространением радиоактивных веществ на проходных и транспортных воротах на промышленных объектах или контроля несанкционированного проноса радиоактивных источников на входах и выходах медицинских помещений, где используются радиоактивные источники, а также на входах и выходах вокзалов, складов.

11. Аппаратура радиационного контроля по пп. 1-10, характеризующаяся тем, что преобразованным блоком детектирования (1) радиационным параметром является, по меньшей мере, один из следующей группы: мощность дозы гамма-излучения, активность вещества, поверхностная активность, объемная или удельная активность среды, плотность потока ионизирующих частиц или поток ионизирующего излучения.