Nghiên cứu, chế tạo hệ đo gamma đơn kênh không dây ứng dụng trong công nghiệp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu, chế tạo hệ đo gamma đơn kênh không dây ứng dụng trong công nghiệp trình bày kết quả nghiên cứu, chế tạo hệ đo gamma đơn kênh điều khiển và thu nhận tín hiệu bằng truyền phát không dây ứng dụng trong công nghiệp soi gamma khảo sát tháp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu, chế tạo hệ đo gamma đơn kênh không dây ứng dụng trong công nghiệp

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ ĐO GAMMA ĐƠN KÊNH KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP LẠI VIẾT HẢI, VƯƠNG ĐỨC PHỤNG Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp,Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam Email: hailv@canti.vn, phungvd@canti.vn Tóm tắt: Báo cáo này trình bày kết quả nghiên cứu, chế tạo hệ đo gamma đơn kênh điều khiển và thu nhận tín hiệu bằng truyền phát không dây ứng dụng trong công nghiệp soi gamma khảo sát tháp. Kết quả thực nghiệm đo phổ gamma của các nguồn 22Na, 137Cs và 60 Co được ghi nhận ở khoảng cách khoảng 230 m (khoảng cách này vượt quá khoảng cách chung trong các ứng dụng soi tháp) qua bộ truyền phát không dây cho thấy độ phân giải năng lượng, độ ổn định phổ theo thời gian của chúng nằm trong phạm vi của các hệ thống thương mại phổ biến. . Độ phân giải năng lượng của các nguồn 22Na, 137Cs và 60Co lần lượt là 10,48 ± 1,74% , 11,39 ± 0,67% , 6,08 ± 0,31% , 6,21 ± 0,37% ; độ trôi phổ của nguồn 137Cs là khoảng 4,34% sau 8 giờ hoạt động. Từ khóa: hệ đo gamma đơn kênh, truyền phát không dây. I. MỞ ĐẦU Kỹ thuật soi gamma nổi tiếng là một trong những ứng dụng của phương pháp gamma truyền qua để xác định mật độ vật liệu bên trong các tháp và đường ống công nghiệp. Chùm tia gamma từ một nguồn (chẳng hạn như 137Cs hoặc 60Co) đi qua đối tượng cần khảo sát được ghi nhận bởi hệ đo. Sự suy giảm của chùm tia phụ thuộc vào năng lượng, mật độ và độ dày của vật liệu theo định luật của Beer-Lambert. Hiện nay, hầu hết các hệ đo gamma công nghiệp đều sử dụng dây cáp để truyền tín hiệu từ đầu dò đến máy đo, dẫn đến nhiều khó khăn trong việc lắp đặt và vận hành hệ đo trong điều kiện hiện trường. Để cải thiện các ứng dụng kỹ thuật soi gamma trong lĩnh vực này, nhóm tác giả đã triển khai nghiên cứu chế tạo hệ đo gamma đơn kênh sử dụng bộ truyền phát không dây Zigbee trong điều khiển, thu nhận và xử lý tín hiệu. II. NỘI DUNG II.1. Thiết kế, chế tạo hệ đo Sơ đồ khối của Hệ đo gamma đơn kênh được đưa ra trong Hình 1. Hệ đo sử dụng đầu dò NaI (Tl) của hãng Ludlum Measurements (Model M44-10) với kích thước tinh thể là 2 inch x 2 inch có điện áp hoạt động từ 500 V - 1200 V và dải năng lượng 30 KeV - 3 MeV. Các xung điện sau đó đi vào bộ khuếch đại bao gồm mạch tiền khuếch đại, mạch vi phân và mạch tích phân để khuếch đại biên độ và tạo thành xung dạng Gauss. Sau khi qua Khối cắt ngưỡng, các xung Gauss được chuyển đổi thành các xung vuông theo chuẩn TTL. Bộ vi điều khiển sử dụng module Arduino Mega 2560 Pro có chức năng đếm xung theo thời gian, điều khiển và đo cao thế, đo giá trị điện áp ngưỡng cũng như giao tiếp với bộ truyền phát không dây (Module RF) thông qua giao thức UART để nhận lệnh điều khiển và truyền giá trị đo về máy tính. Module RF sử dụng mạch thu phát RF Zigbee UART CC2530 PA V2, kết hợp với tầng khuếch đại công suất PA CC2591 cho khoảng cách truyền số liệu có thể đạt tới 1000 m trong điều kiện lý tưởng. Máy tính có chức năng kiểm soát, nhận và lưu trữ các giá trị đo thông qua phần mềm điều khiển tự thiết kế.
Hình 1. Sơ đồ khối hệ đo gamma đơn kênh không dây II.2. Xây dựng phần mềm điều khiển, thu nhận và xử lý thông tin Phần mềm điều khiển, thu nhận và xử lý thông tin được lập trình bằng ngôn ngữ C++ với các chức năng như kiểm tra phổ vi phân tự động, kiểm tra cao thế tự động, thiết lập các thông số điển hình của hệ thống đo (cao thế, ngưỡng trên, ngưỡng dưới, thời gian đo). Bên cạnh đó, phần mềm cũng cho phép lưu trữ và vẽ đồ thị dữ liệu. Giao diện phần mềm được minh họa trong Hình 2. Hình 2. Giao diện phần mềm Hình 3. Hệ đo gamma không dây hoàn chỉnh
II.3. Kết quả và thảo luận Hệ đo sau khi xây dựng được khảo sát độ phân giải năng lượng và độ ổn định sử dụng nguồn chuẩn 22Na-1mCi, 137Cs – 10,89µCi và 60Co – 1µCi. Thông số thí nghiệm được trình bày trong Bảng 1. Bảng 1. Thông số thí nghiệm khảo sát hệ đo Thông số Giá trị Cao thế áp vào đầu dò 1000 V Độ rộng cửa sổ 25 mV Thời gian mỗi lần dịch chuyển cửa sổ 3s Khoảng cách truyền phát 230 m Kết quả khảo sát độ phân giải năng lượng của hệ đo được trình bày trên Hình 3. Trong đó, độ phân giải năng lượng của nguồn 22Na, 137Cs và 60Co lần lượt là 10, 48 ± 1, 74(%) , 11,39 ± 0, 67(%) , 6, 08 ± 0,31(%) , 6, 21 ± 0,37(%) . 137 Độ ổn định của hệ đo khảo sát trên phổ năng lượng của nguồn Cs trong thời gian 8 giờ được chỉ ra trong Hình 4. Kết quả cho thấy phổ bị lệch 4,34%. Kết quả thu nhận số đếm trung bình ở các khoảng cách khác nhau (230m và 0,15m) khi đo phổ gamma của nguồn 137Cs được chỉ ra trong Hình 5: - Trường hợp đầu thu cách đầu dò 0,15m: 1,81 % - Trường hợp đầu thu cách đầu dò 230 m: 2,00 % Độ chênh lệch trung bình giữa hai trường hợp đầu thu gần đầu dò và đầu thu cách đầu dò 230m: 0,19 %. Nguyên nhân có sự chênh lệch này là do sự thăng giáng thống kê, trong soi gamma độ lệch này không ảnh hưởng nhiều đến kết quả. Hình 4. Kết quả đo phổ gamma của nguồn 22Na, 137Cs và 60Co
Hình 5. Độ lệch của phổ năng lượng nguồn 137Cs trước và sau 8 giờ Hình 6. Kết quả khảo sát số đếm theo thời gian và khoảng cách Ngoài ra, hệ đo gamma đơn kênh không dây được sử dụng để khảo sát trên tháp mô hình nhằm xác định khả năng ứng dụng trong kỹ thuật soi tháp. Tháp mô hình mô phỏng theo tháp chưng cất trong nhà máy lọc hóa dầu với chiều cao gần 6m và chiều rộng khoảng 0,57m. Mô hình tháp chứa các khay nước và sỏi xây dựng. Nguồn phóng xạ dùng để khảo sát là nguồn 137Cs 1mCi. Các kết quả được so sánh với hệ đo Ludlum trình bày trong Bảng 2 và Hình 6.
Bảng 2. So sánh giữa hệ đo gamma đơn kênh không dây và hệ đo M2200 của Ludlum Hệ đo gamma đơn kênh Thông số Hệ đo M2200 của Ludlum không dây Loại dây cáp sử dụng Không dây Cáp đồng trục 230m (trong trường hợp lý Tối đa 150m Khoảng cách truyền phát tưởng có thể lên đến 1000m) Thời gian hoạt động Trên 8 giờ (dùng pin) 1 giờ (dùng pin) Điều khiển từ xa qua phần Điều khiển cơ học thông qua Cơ chế điều khiển mềm các biến trở và công tắc %FWHM( 137Cs) 11,39 ± 0, 67(%) 9, 45 ± 1, 64(%) Đồ thị số đếm của hệ đo gamma đơn kênh không dây thể hiện sự thăng giáng đúng với sự thay đổi vật liệu bên trong tháp. Kết quả đo từ hệ gamma đơn kênh không dây cho thấy tương đồng với kết quả thu được sử dụng hệ đo Ludlum với sai số căn quân phương chuẩn hóa (NRMSE) là 21,39%. Hình 7. Mô hình tháp chưng cất trong công nghiệp và kết quả kiểm tra bằng kỹ thuật soi gamma.
III. KẾT LUẬN Hệ đo gamma đơn kênh không dây được thiết kế, chế tạo thành công với độ phân giải năng lượng của các nguồn 22Na, 137Cs và 60Co lần lượt là 10, 48 ± 1, 74(%) , 11,39 ± 0, 67(%) , 6, 08 ± 0,31(%) , 6, 21 ± 0,37(%) ; độ trôi phổ của nguồn 137Cs là khoảng 4,34% sau 8 giờ hoạt động. Các thông số như cao thế, độ rộng cửa sổ đều được điều khiển từ xa thông qua phần mềm. Việc chế tạo thành công hệ đo gamma đơn kênh không dây đã khắc phục được những nhược điểm của các hệ đo gamma sử dụng dây cáp, giúp phát huy những ưu điểm của kỹ thuật soi gamma nói riêng và kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp nói chung. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lại Viết Hải và các cộng sự, Báo cáo tổng kết đề tài, Đà Lạt tháng 12/2019. [2]. https://ludlums.com/images/product_manuals/M2200.pdf [3]. https://ludlums.com/images/product_manuals/M44-10.pdf [4]. https://robotdyn.com/mega-2560-pro-embed-ch340g-atmega2560-16au.html [5]. https://ti.com/lit/ds/symlink/cc2530.pdf
RESEARCH ON THE MANUFACTURING OF WIRELESS SINGLE- CHANNEL GAMMA ANALYZER FOR INDUSTRIAL APPLICATION (COLUMN SCANNING) LAI VIET HAI, VUONG DUC PHUNG Centre for Applications of Nuclear Technique in Industry, Vietnam Atomic Energy Institute. Email: hailv@canti.vn, phungvd@canti.vn Abstract: This report presents the results of research on the design and fabrication of a single- channel gamma analyzer system to control and receive signals by wireless transmitting for industrial applications such as gamma column scans. The system consists of electronic units such as high-voltage supply, amplifier, discriminator, microcontroller, and wireless transmitter. Some experiments in the measurement of the gamma spectrum of 22Na, 137Cs, and 60Co sources were carried out to evaluate the technical specifications of the system at a distance of about 230 m, which is over common distance in gamma column scanning applications. The factors which represent the quality and stability in operation of the system such as energy resolution, spectrum stability were also investigated. The results show that the full width at half maximum corresponding to the energy peaks is respectively FWHM511KeV= 10.48 ± 1.74(%) , FWHM662KeV= 11.39 ± 0.67(%) , FWHM1173KeV= 6.08 ± 0.31(%) , and FWHM1332KeV= 6.21 ± 0.37(%) ; the peak energy drift of the 137Cs source is about 4.34% in 8 hours operation. The values of those factors are almost in range of the values of the common commercial systems. Từ khóa: single-channel gamma analyzer system, wireless transmitting.