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行李 安检 机械 毕业设计

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成都理工大学毕业设计（论文）行李包安检门设计作者姓名：唐舒 专业班级：机械五班 指导教师：胡波摘 要伴随科学的进步，新能源的崛起让核能成为全世界最有影响力的能源之一。各国对核能应用范围的扩大，也敲响了辐射防护的警钟。行包门放射性安全检测系统是通过对放射性物质和核材料的射线进行检测，并对携带放射性物质包裹通行事件进行自动报警的装置。该系统可有效防止放射性物质和核材料的非法扩散，是一种防止核材料扩散和防止放射性恐怖活动的有效装置。行包门产品在军用、民用两个领域均有广阔的应用前景，可用于核材料库、核电站等重要场所出入口，以及机场、港口等安防系统。通过了解基本原理及国内外产品对比，制作出安检门整体设计。首先制作放射性探测器、计算铅屏蔽、设计放射性探测器固定架以及铅屏蔽层，其次制作数据采集卡、信号处理卡、设计电路板安装板，然后制作声光报警装置、设计声光报警装置安装板、红外线固定架，最后将探测器接口与带有程序的板卡连接，并且将声光报警装置和红外与板卡连接，实现设备正常运转，通过各阶段固定架及安装板要求对安检门结构进行整体设计。系统测试内容是：当没有待测物通过安检门时红外线不被触发，设备工作于本底测量并且进行本底更新，测量到的本底会实时存储。当有待测物经过安检门时红外被触发，给中央处理单元一个指令：“开始检查待测物的放射性情况”和“待测物的行径速度”。若待测物携带有放射性物质，被放射性探测器收集，并转化为相应的电信号，电信号经过数据采集单元处理后转换为数字信号（A/D转换），由中央处理单元采集并处理，当放射性超标则控制报警单元声光报警，若无放射性物质则正常通过，当通过速度超标同样产生报警。关键词：本底测量、放射性探测器、数据采集、中央处理单元、红外声光报警IIIDesign of luggage security doorAbstract:Along with the progress of science, the emergence of new energy for nuclear power become one of the most influential energy in the world. For the scope of application of expanding nuclear power, also the radiation protection of the wake-up call. Transport door radioactive safety inspection system is based on the radiation and nuclear materials detect gamma rays, and to carry radioactive substances parcel traffic incident automatic alarm device. The system can effectively prevent the illegal diffusion, radiation and nuclear materials is a kind of non-proliferation of nuclear material and prevent radioactive terrorist activities effective device. Transport door products in military and civilian two fields have broad application prospects, and can be used for nuclear material, nuclear power plants and other important places entrances and exits, and airports, ports and other security systems.By understanding the basic principles of domestic and foreign products compared to produce the overall design of the security gate. First production of radioactive detectors, computing lead shielding, radiation detectors designed holder and lead shielding, secondly production data acquisition card, signal processing card, design the circuit board mounting plate, and then make a sound and light alarm device, designed to sound and light alarm installations plate, infrared holder, and finally the detector interfaced with the board with the program, and the sound and light alarm devices and infrared connections with the board to achieve normal operation of equipment, through the various stages of the holder and the mounting plate requirements for security doors the structure of the overall design.System test content is: when no through my torso infrared object under test is triggered, the equipment work was conducted in the background measurement and background update, the measured background will be stored in real time. When needs to be tested after my torso infrared is triggered, a command to the central processing unit: began to check the radioactivity of the object under test conditions and ACTS of speed of the object under test. If carry radioactive material object under test, collected by radioactive detector, and translated into corresponding electrical signals, electrical signal is converted to A digital signal after dealing with the data acquisition unit (A/D conversion), by the central processing unit acquisition and processing, when excessive radioactive control unit alarm sound and light alarm, without radioactive substance is normal by, when the speed exceeds bid also produce alarm.Keywords: background survey, radioactive detector, data acquisition, the central processing unit, infrared light and sound alarm.目录摘 要IAbstractII目 录.第1章 前 言1第2章 研究背景及研究目的和意义.2第3章 基本原理43.1射线与物质的相互作用43.2放射性检测原理4第4章 总体设计6 4.1行李包放射性安全检测系统总体设计6 4.2行李包放射性安全检测系统结构总体设计7第5章 结构设计9 5.1探测器结构设计95.2安检门机柜结构设计95.2.1 机柜设计95.2.3 加强筋设计115.2.3防水设计135.3机柜抗震分析15第6章 电路设计176.1 探测器设计176.2 信号处理216.3 数据采集处理226.4 红外报警装置236.5 开关电源25第7章 软件设计27第8章 技术指标测试288.1 误报警率试验288.2 灵敏度一致性试验288.3 探测灵敏度试验29结论31致谢32参考文献33附录A 报警灯电路图35附录B 测试实验国标要求36附录C 测试实验数据37第1章 前 言行李包安检门是通过辐射探测器对放射性物质进行检测的仪器，该仪器大致分为四个部分：安检门结构、放射性探测器、数据采集处理、红外声光报警；该仪器根据其特殊性分为了两种模式：1 单机模式不需要联网、独立工作，可独立检测判别待测物异常。2 联网模式仪器能够组网、并且多台能够同时监测，数据可通过串口/网络传输到电脑上从而进行实时监测并控制。行李包放射性安全检测系统设计的研究目的就是为了在生活的环境中，人流量较大的场所对过往的人和物品进行安全监测，通过安检门判断其是否带有放射性元素，防止放射性物质和核材料的非法大面积扩散，有效防止放射性恐怖活动事件的发生。同时，运用机械设计知识与放射性探测器、模数转换、数据采集、中央处理单元等方面知识的结合，形成一套完善的仪器设备也是对我大学四年学习的一次考验对于安检门首先应对放射性元素与物质关系进行深入了解。第2章 研究背景及研究目的和意义天然放射性本底与放射性核素的衰变，放射性是指某些核素所具有的自发地放出粒子或射线，或在发生轨道上俘获之后放出射线，或发生自发裂变的性质，具有这种特性的核素称为放射性核素。核素的质子数、中子数，特定的能态的一类原子或原子核都是确定的。核衰变中可分为衰变、衰变、衰变、内转换、裂变几种方式。例如：衰变有正负粒子衰变和电子俘获两种方式；衰变有跃迁和同质异能跃迁两种方式。衰变伴随有粒子和光子发射，但通常情况核衰变数与发射的粒子数并不一致。放射性活度是处于特定能态的一定量放射性核素，单位为Bq。1秒内发生了一次衰变即1Bq，安检门探测器用到的知识点就包含衰变产生的光子。对于天然放射性本底，是安检门识别放射性核素的一个指标，它是指在辐射测量中被测源之外的其它天然辐射源。安检门国内市场情况在中国国内，目前各大公共场所采用的安检门是一种监测人员有无携带金属物品的探测器，又称为金属探测门，用于人流较大公共场所，大部分专用安检门仅仅辨别是否携带金属物品。因此，辐射探测行包门的市场化较开阔，能够改变目前市场上安检门的单一性从而更加完善安检系统，保证公共场所人员安全。与国外相比，法国MGP instruments S.A公司开发的辐射监测尤为突出，在国内和国际都得到了广泛的应用。通过与国内同方威外设备性能的比较，如表格2-1，得出行李包安检门的目标是探测灵敏度达到最低能够探测到60Co（0.023Mbq）、137Cs（0.074MBq），从而实现在可靠度高的情况下探测到活度较低的放射源，并实现智能集成化。表2-1 指标对比项目现有技术同方威视威视RM1000探测器种类塑料闪烁体塑料闪烁体单个闪烁体有效体积（L）7.5升6L/15L探测器数目24(6L)、2（15L）探测能量范围30keV3000keV20 3000keV中子探测器（可选）可配置探测器种类He正比计数管He正比计数管中子管有效体积（mm）501110501110中子管数目1/2/41/2/4探测能量范围热中子14MeV热中子14MeV检测通道尺寸0.75m2m（宽高）/ 1.5m2m（宽高）/2m2m（宽高）1m2m（宽高）/ 1.5m2m（宽高）误报警率0.1%0.1%标准通过速度1.2米/秒1.2米/秒工作环境温度0。C55。C40+55重量500kg600kg探测灵敏度60Co 0.023Mbq137Cs 0.074MBq灵敏度一致性在探测区域的高度范围内，探测器灵敏度不超过30%其他功能本系统采用用户分级授权管理，共分为三级授权用户，其分别对应不同的应用权限。具有用户可调的友好界面在无人值守的情况下自动完成检测报警过程报警，实时的动态对本底监测，确保报警阈值随本底波动进行动态更新探测器LED自检功能，有效简化系统的校正工作可实现多点布控和远程操作第3章 基本原理3.1射线与物质的相互作用核辐射大部分是、三种射线。下面我将对三种射线进行介绍：射线是氦核、射线是电子流、是一种波长很短的电磁波。第一种射线穿透力低，但如果吸入人体内会造成好大伤害；第二种射线照射皮肤后有明显烧伤现象。这两种射线穿透力都很小、影响距离较近，如果辐射源不进入体内，对人体影响不大；第三种射线穿透力很强，是一种波长很短的电磁波，穿透力强、危害距离较远。粒子的能量一般在48兆电子伏围，初速度大约12108厘米/秒。一般能量的射线都能被人体的皮肤所阻挡，不会进入人体内部，对人体的损害可以忽略不计。 粒子的能量为04MeV，穿透能力比射线大约大100倍左右。 射线能量为几十个eV至几个MeV。 光电吸收、康普顿散射及形成电子对作用等几种形式都是射线与物质相互发生作用产生的。射线的穿透能力很强，对人体会造成极大危害。因此，探测器需包裹一层铅屏蔽进而减少自然本底对测定数据的干扰。在天然放射性核素的射线能量范围内，射线的吸收饱和层（物体将射线强度吸收掉99.9%以上的单位面积质量）一般在80140g/cm2范围。3.2放射性检测原理 核辐射探测器大致分为：气体电离探测器、半导体探测器、闪烁探测器、热释光探测器、径迹探测器、自给能探测器等。辐射探测主要制记录核辐射粒子数目，鉴别粒子的种类，测定它的注量率及确定核辐射的能量分布。因此辐射探测器是以直接或间接方法给出适用于测量入射辐射的一个或几个量的信息的部件、装置或材料。行李包检测门采用的闪烁探测器，是一种将闪烁体通过光电倍增管发生光耦合组成的核辐射探测器，闪烁体和光电倍增管都装在一个避光盒中。其检测原理为：a. 射线进入到闪烁体中与闪烁体相互作用，使闪烁体的原子、分子电离和激发；b. 被电离激发的原子、分子退激时，一部分电离、激发能量以光辐射的形式释放出来形成闪烁；c. 闪烁光的一部分被收集到光电倍增管的光阴极上；d. 光子被光电阴极吸收后，发射出光电子；e. 光电子在光电倍增管中倍增，倍增的电子束在阳极上被收集，产生输出信号，如图3-1。图3-1 闪烁探测器检测原理图电源电压提供5V前置放大器工作电压，12V高压模块工作电源。射线通过闪烁体产生光子，通过光电倍增管中打拿板，电子在分流电压产生的磁场中倍增，最后被收集通过前置放大器将信号放大输出。当没有待测物通过时，系统持续采集本底值（CPS），当待测物通过时红外被触碰，启动实际值采集。根据公式如: (3-1)则放射量超标系统启动声光报警装置，并将数据保存。第4章 总体设计4.1行李包放射性安全检测系统总体设计行李包安检门是一台监测放射性物质的专业仪器设备，系统应该满足以下功能：(1) 当监测系统监测到放射性物质时，采用红光闪烁提示并伴随报警声音，当监测系统出现系统故障、本底计数率异常等情况时，采用黄光闪烁提示并伴随报警声音。(2) 监测系统应能对由具有天然放射性物质引起的系统报警给出提示。(3) 监测系统应能独立使用，不受远程监控站的任何操作模式或故障的影响。(4) 监测系统应能提供本地及远程报警信号。(5) 在监测系统运行时，探测立柱和监测系统的数据采集分析单元可在100m内分开布置。(6) 应保证只有经过授权的人员才有权限对监测系统进行校正和对报警参数进行调整。(7) 监测系统应能实时提供系统的状态信息。(8) 监测系统应能存储数据、显示已存数据。(9) 监测系统应能识别待测物的通过次数 。(10) 监测系统应具备测量待测物通过速度的功能，同时具备超速报警设置和指示功能；制造厂应提供满足监测系统技术指标所需的最大通过速度；用户可以通过改变超速报警设置对最大速度设置进行调整。(11) 监测系统应能提供静态测量功能。(12) 监测系统应易于维护，且具有故障记录和故障提示功能。在满足以上系统功能要求下，安检门设计主要分为四个部分：放射性探测器、数据采集处理、红外声光报警、行包门结构设计。根据整套系统的工作原理，决定各元件在安检门结构中的安放位置，如图4-1为安检门系统总体设计方案。通道检测由探测器、数据采集处理卡、信号处理卡、移动物体传感器、通信接口、数据存储、就地报警盘和电源管理等部分组成。放射性探测器分为通道左右中子探测器和探测器两种，其中中子探测器为可选设备。辐射探测器由大面积塑料闪烁体探头和电子学处理电路组成，实时检测通行区域内的辐射强度，当有待检物体经过探测区域，移动物体传感器给数据采集卡发送指令，数据采集处理卡接收到指令后，就开始对探测区域内的实时辐射强度进行检测。采集到的数据经过处理后，如果有异常则触发就地报警盘报警，同时通过通信接口将数据和报警信息发送给控制中心进行显示和储存。并在通道检测设备中备用临时数据存储单元，以对数据进行可靠记录。图4-1 安检门系统总体设计方案原理框图4.2行李包放射性安全检测系统结构总体设计目前，在国内供给放射性安全检测系统的厂商有20多家，其中洋品牌占了2/3，如美国的ThermoFisher、MIRION Rados、AREVA Canberra、TSA等；加拿大的RadComm；法国的SAPHYMO；日本的富士电机株式会社；白俄罗斯的polimaster。国内厂商则有同方威视股份有限公司、新曼、上海EHC、中国人民解放军63973部队分别与四川省绵阳西南自动化研究所西安核仪器厂（国营二六二厂）、中国原子能科学研究院等。逐步取代了国外供应商在核电市场C1门的供货地位，并积极参与核电市场C2门的竞争。行李放射性物质安全检测系统系列产品国内外已有相当成熟的产品：国内的同方威视和公安部一所在行人放射性物质安全检测系统产品领域具有很高的市场占有率；国外的公司如MGP、Canbbera和Thermo等也有很成熟的产品。通过与同方威视的行人通道结构设计之间对比从而定下安检门结构设计方案。安检门机械及加工采用模块化结构设计，具有同型号的通用性、拆装方便等特点。机械加工主要包含人员放射性监测通道和车辆放射性监测通道的外观及内部模块结构设计两大部分。具体结构主要包括：核辐射探测器安装模块、框架安装模块、电子学模块。 监测系统可设计成由数据采集分析单元连接一个或多个探测立柱的形式，每个立柱中可包含一个或多个探测组件；探测立柱与数据采集分析单元可邻近布置或置于一定距离以外。所以在安全门结构设计时，根据设备需要对来往行李包进行放射性监测的特殊性，我们在结构设计时首先考虑安检门高度、宽度、长度。其次需要将探测器、红外安装在能够监测到放射性物质的范围内，行人监测系统应具备一个能够对待测物进行监测的探测区域，此探测区域的高度至少为谁被安装地上方0m2m，对于单侧探测立柱的监测系统，探测区域应至少覆盖垂直探测立柱表面1m的距离，如图2-2为安检门总体结构设计方案。 1-防水槽；2-报警装置；3-光电倍增管；4-塑料晶体；5-塑料晶体铅块；6-底座（含加强筋）；7-元件安装板（数据采集卡、电路板）；8-加强筋；9红外线；10-接口 图4-2行李包放射性安全监测系统的结构设计第5章 结构设计5.1探测器结构设计如图5-1所示，为行李包安检门的探测器模块结构图。探测器模块由探测器固定板、铅屏蔽板、光倍增管固定件和塑料闪烁体固定件等组成。探测器模块由采用遮光材料将塑料闪烁体全部密封封装，再用4mm铅屏蔽板包裹非探测面以降低环境干扰，最后塑料闪烁体安装在探测器固定板上组成一个辐射探测器模块。探测器模块安装在门的框架上，门的框架由1.5mm碳钢板折弯焊接整体成型，在门板内侧，焊有固定筋，避免因长时间悬挂探测器模块受力而发生变形。图 5-1 人员放射性检测通道探测器模块结构图5.2安检门机柜结构设计5.2.1 机柜设计安检门是一种监测过往人和行李是否含有放射性物质的仪器，在总体外部结构设计时应考虑测量范围，没有明确规定设备需要满足的尺寸条件，尺寸设计为：高度不低于1980mm、宽度不窄于710mm、深度不长于910mm。因为安检门主要用途对过往人行和行李包放射性物质进行监测，所以最终将安检门尺寸设计为：。结构设计中主要采用的材料为碳钢板和SUS314L钢，如图5-2。图5-2 安检门机柜底座采用SUS314L钢折弯、冲压成型，韧性好、利于加强筋焊接。利用底座的自身结构以及底座水泥钉固定孔可将整体机柜有效固定加强稳定性，防止其因撞击发生大幅度晃动，如图5-3。图5-3 机柜底座加固孔 为了对稳定性进行验证，在毫无加固的情况下，安检门所受推理F临界值。图5-4 安检门受力分析图 （5-1）从正面推安检门从侧面推安检门 5.2.3 加强筋设计加强肋是指如果在结构设计过程中出现结构体悬出面过大、跨度过大两种情况，结构件自身连接面能承受有限负荷，则需要在两结合体的公共垂直面上添加加强板，从而以增强结合面的强度。其作用是增强制品的强度和刚性以减轻重量、节约材料用量、降低成本并且能够克服制品歪扭变形。在没有加强筋的作用下，通过ansys软件对底座进行受力分析，从而进一步验证了加强筋的重要性，分析结果如图5-5，图5-6，图5-7。图5-5 等效应力分析等效应力分析是指一种应力作用效果可以逆转化成无数种特定的受力形式,这种应力作用效果对于这无数种特定的受力形式来说叫做等效应力。底座在无加强筋的情况下，假设由表面向下施加一个F=600N，等效应力范围1.8855MPa0.019901MPa。图5-6 受力变形分析受力变形，同样条件下假设由表面向下施加一个F=600N，加强筋变形范围3.2609mm0mm。图5-7 正向应力分析正应力表示零件内部相邻两截面间拉伸和压缩的作用假设由表面向下施加一个F=600N，正向应力范围4.4189MPa-3.5047MPa。为了克服正面和侧面所受力，因此必须加强底座设计，巩固稳定性以及外观美化，底座加强筋采用肋骨，如图5-8。图5-8 加强筋肋骨设计要求安检门加强筋肋骨厚度等于，肋骨之间距离为，满足加强筋肋骨设计要求，如图5-9。图5-9底座5.2.3防水设计结构产品及其组件结构件的外观表面应光洁平整、精确，不得有明显的凹凸不平或者机械划痕，也不得有裂纹、毛刺、破坏性压痕或者严重锈蚀等缺陷。在机构外形尺寸的极限偏差应符合：基本尺寸1760mm，极限偏差为；基本尺寸640mm，极限偏差为；基本尺寸150mm，极限偏差为；监测系统外壳防护等级应达到特定规定。安检门外壳防护等级为IP56。材料采用低碳钢冷轧板，根据机柜设计需要含碳量低的的材料，硬度低、韧性好、热加工切削、焊接性能良好。低碳钢含碳量，高碳钢含碳量。在机柜、防水槽加工时，采用钣金件折弯。钣金件展开尺寸计算公式： (5-2)L为钣金件展开尺寸，L1、L2为钣金件L型两边，n为折弯次数，K为折弯系数。折弯系数根据表10-1，如图5-10。图5-10 折弯系数参考表设计有防水槽，所以钣金件折弯次数为四次，折弯角度为，最小折弯边为4.7mm，因此。安检门内部有电路板、探测器等元件，在外部结构上设计时需要满足防水要求，防水区域主要是上下壳、电池门、传感器引出部分，而常用的防水方法有：打胶水、超声、装O型圈。在安检门设计中，机柜防水性尤其重要，采用矩型设计且不受门板压力，不会产生形变，如图5-11。图5-11 安检门机柜防水槽门板属于外壳部分，监测系统外观应完好，所有部件应安装正确、操作方便，系统各部分表面应平整光洁、色泽均匀、无明显机械损伤，且外壳标记和字迹应清晰可辨。所有装置的外盖板应便于安装和拆卸，框架等结构件应具有足够的强度和刚度，保证正常搬运后不发生明显变形。监测系统外壳防护等级应符合参考文献中规定，安检门板防护等级为IP56，防尘，较好的防尘效果，灰尘不会造成设备损坏或者大量堆积；防水，消除对各方向喷嘴强力喷射水流的有害影响，允许短暂放入可经受来自任何方向的低压水柱喷射。在门板内测边框使用密封垫，起防水、防尘作用，如图5-11。图5-11 安检门门板5.3机柜抗震分析根据ANSYS Workbench 14.0 仿真技术与工程实践，使用软件仿真过程：1） 启动软件创建随机振动分析项目；2） 确定材料参数，包括材料种类、材料弹性模量、泊松比、密度。安检门结构材料采用Q345B钢，弹性模量为2.1e+11Pa，泊松比为0.3，密度为7.85；3） 导入安检门几何模型；4） 进入Mechanical分析程序；5） 为几何模型分配材料属性；6） 划分网络；7） 施加边界条件；8） 设置需要的结果（静力变形），求解与结果显示；9） 随机振动设置，设置需要的结果，求解与结果显示；10） 保存退出；在此过程中，随机振动结果为-2.8512e-6mm0.3129mm，如图5-12。图5-12 机柜随机振动分析结构数据图第6章 电路设计6.1 探测器设计检门使用的放射性探测器又叫做“闪烁探测器”，是一种将闪烁体一一对于电离辐射灵敏的元件，直接或通过光导与光敏器件光耦合组成的核辐射探测器。由闪烁体、光电倍增管、相关电子仪器组成，探测器组成部分如图3-1。1-闪烁体；2-铅屏蔽层；3-光导；4-光电倍增管；5-底座（分压器、射极跟随器）；6-脉冲信号；7-低压电源；8-高压电源；9-线性放大器、多道分析仪图6-1 探测器组成部分安全门放射性探测器工作原理：（1） 当或者射线进入闪烁体时与闪烁体相互作用，在某一地点产生次级电子，使闪烁体分子电离和激发；（2） 退激时发出大量的光子，光子向四面八方发生出去，形成闪烁；（3） 闪烁光的一部分被收集，在闪烁体周围包以反射物质，使光子集中向光电倍增管方向射去，集中到光阴极上；（4） 光子被光电阴极吸收后，由于光电效应会产生光电子，这些光电子受极间电场加速和聚集，在各打拿上发生倍增，一个光电子最终可产生104-107个电子，最后被阳收集；（5） 光电子在光电倍增管中倍增，倍增的电子束在阳极上被收集，并且在阳极负载上建立起电信号（电压或电流脉冲），通过起阻抗匹配作用的射极跟随器送给放大器，放大后的脉冲由多道分析器采集获取数据。安检门探测器根据图6-1设计而得出实物，如图6-2。1-塑料闪烁晶体；2-铅屏蔽层；3-光电倍增管；4-连接线口（电源线和四芯屏蔽线）图6-2 安检门探测器组成部分闪烁体是闪烁探测器不可或缺的组成部分，根据物理形态可分为：固体闪烁体、液体闪烁体、气体闪烁体、固溶体闪烁体；以核性能特点可分为：无机晶体闪烁体、有机晶体闪烁体、塑料闪烁体、玻璃闪烁体、液体闪烁体与气体闪烁体；以化学成分可分为有机闪烁体和无机闪烁体，表6.1。表6-1 闪烁体化学结构分类有机闪烁体无机闪烁体蒽、茋、萘塑料闪烁体对联三苯液体闪烁体锗酸铋（BGO）、ZnS(Ag)硅酸铋（BSO）玻璃闪烁体、Xe气体闪烁体CsI（Na）等在安全门闪烁体选择时选取塑料闪烁体，考虑因素包括：（1） 塑料闪烁体为固体，方便安装在安全门内，保存方便。（2） 能够探测能量很低射线，为扩大监测范围，保证监测效果。（3） 形状、大小能够根据需求变化，方便制作。使用塑料闪烁体时，应在最外层加上黑胶布包裹，能有效避光使闪烁体与射线产生的光子能够更多的射向光电倍增光，如图6-3。图6-3 塑料闪烁体塑料闪烁体的类别很多，包括普通型、高/、空气等效、高发光效率、快时间、红光塑料闪烁体，这款塑料闪烁体选用EJ200型，EJ200是美国公司Eljen Techology的产品，表1，如图6-4。图6-4 EJ200型主要性能在误差范围内辐照前后闪烁体的发射谱基本没有变化，如图6-5。(a),(b),(c)为辐照前后发射谱；(d),(e),(f)为辐照前后透射谱图6-5 EJ200辐照前后对比图辐照前后发射峰位的透过率，EJ200透过率高，抗辐照性能好，如图6-6。图6-6 EJ200发射峰位透过率对比图光产额与辐照剂量关系曲线，当剂量超过时，都观察不到全能峰值，因为激发产生的闪烁光被闪烁体吸收了，如图6-7。图3-7 EJ200光产额与辐照剂量关系对比图优点在于：不潮解、耐辐照、透明度高、传输性好、性能稳定、便于加工成大体积、闪烁衰减时间短、价格实惠。目前为止市场上使用最广的一种探测器。光电倍增管是一种由光电阴极、电子光学输入系统、电子倍增器和阳极组成的真空光电器件，其工作原理基于光电效应、二次电子发射和电子光学工作过程：光子入射到光电极上产生光电子，光电子通过电子光学输入系统进入二次发射倍增器，电子数得到倍增，将电子收集在阳极上形成阳极电流或电压信号。具体工作流程：（1） 光电阴极是指接受光子而放出光电子的电极，一般有半透明端窗、四面窗阴极和不透明阴极两类。（2） 电子光学输入系统由光阴极和第一倍增极结构构成，使光子尽可能多地射到第一倍增极上。采用聚焦电极使电子光学输入系统的性能大大改善。（3） 电子倍增器由若干个倍增极组成，倍增极上递增的点位从光阴极发射的光电子被加速射到第一倍增极上产生一定数量的二次电子，二次电子在电场作用下又被加速而入射到一下个倍增极，依次类推，直到电子流被阳极收集。安检门光电倍增管中电子倍增器采用环形聚焦式，如图3-8，因为环形聚焦式小型而且快响应，符合安检门监测需求。1-信号输出接口；2-高压模块；3-分压板；4-光电倍增管；5-低压电源接口；6-前置放大器；7-分压器图6-8 环形聚焦式光电倍增管6.2信号处理图6-9 信号处理流程如图6-9所示，为每个监测通道的信号处理流程。该信号处理卡为通用模块，可以通用于人员通道监测和行李通道监测。模块同时实现通道中一个或两个探测器的信号转换和处理，主要包含探测器信号微分电路、主放大器、积分电路、信号甄别、脉宽处理和符合处理等几个主要部分。信号输出有每个探测器独立的输出信号和经过符合处理后的输出信号。6.3 数据采集处理为实现制作成本低、功能强大要求，数据采集处理板卡设计基于STM32单机为控制平台。主控板上数据采集处理板卡采用的是STM32F103型，在安检门检测系统中工作内容：（1） 采集探测器的数字脉冲信号（2） 网络通信：将数据传给电脑上位机软件，包括放射性数据、通过待测物数 量、待测物通过速度、报警次数（3） 串口通信（4） 报警控制（5） 高压采集（6） 红外数据读取图6-10 数据采集处理模块功能图如图6-10所示，为安检门数据采集处理模块功能图。该模块是每个通道的核心处理单元，主要功能包含移动物检测、信号采集、数据处理、报警算法、参数设置、数据存储、通信配置和电源管理等功能。设备启动后，先进行系统的初始化，初始化的工程中会对设备进行自检，如果自检有故障会通过报警算法进行处理，并触发相应的报警。自检完成并未故障信息，怎进行系统设备的参数设置和通信配置，最后设备进入正常运行状态，对监测区域进行数据采集并进行处理。6.4 红外报警装置安检门共设两个红外，分别安装于机柜正面左右两侧。红外线分漫反射型、反馈反射型（检测距离4m）、对射型（检测距离8m），安检门红外选择漫反射型，反射光线向各个方向都有，检测距离为70cm，一般都是表面不光滑的物体。当第一个红外被触发立即给中央处理单元一个指令：“开始检测待测物的放射性情况”，被触发的同时计时器开始计数，直到第二个红外被触发计时器停止计数，通过计算将得到待测物行径速度。每得到一次速度证明通过人数为一人。三色报警灯设计是通过焊接技术将灯闪烁区域分割成三层，使各层光在封闭区域类发光，在焊接框上下开有螺纹孔，安装三色报警灯装置及电路板。整个三色报警灯在安装之前调好频率，通过主控板继电器控制。三色灯电路图，见附件1。在三色报警灯装置中，通过NE555（Timer IC）8脚时基集成电路产生一个频率，通过输出端输出至NPN型三极管，导通时，电流通过电阻（限电流）使小灯泡点亮并且闪烁，闪烁的快慢由电阻电容控制。断路时，电路不通过小灯泡，小灯泡不亮不闪烁。选择报警灯，利用PWS2326型直流电源选取灯泡类型，根据灯亮度而折优选取，灯引脚长为正极、短为负极，检测选取如图6-11。图6-11 灯泡检测选取选取亮度较高的灯泡之后，参考电路图纸完成电路板与电子元件焊接。选择D1线路焊接，元件焊接之后需将电源线正负焊接在电路板中，为检测电路和调频使用，电路板背后焊接一个灯泡，待检测完毕之后再焊剩余灯泡，如图6-12。图6-12 三色灯电路板灯泡电流为310mA,一排电路有11个灯泡，用直流电源测得红、黄、绿三色灯最佳值，电路图见附录A。红灯：电压为、电流为0.007A、电阻 ；绿灯：电压为、电流为0.001A、电阻 ；黄灯：电压为、电流为0.005A、电阻 电阻在适当范围内越小，电流越大，灯就更亮。在电阻R4计算时，假设时间、固定电容值，电容C1起滤波作用，电容越大、阻抗越小、频率也越高（通高阻低），因此选取。电容值C2去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。电路中典型的去耦电容值是0.1F。按照电路图完成好电路板与元件焊接之后，通过TDS 3012C型示波器、PWS2326型直流电源，检测电路并且调节频率，根据公式，调节电位器电阻大小，改变频率大小。频率变化如图6-13。图6-13 电路检测及频率调节频率调节到设备要求之后，通过示波器截图作为后续电路板灯调频的参考，将剩余灯泡与电路板焊接，如图6-14。图6-14 三色灯电路板制作6.5开关电源转变电压接口：白线为+5V接口、黑线为公共端接口、红线为+12V接口、黄绿线为-5V接口，与控制电路板连接；低压开关电源接口：从左往右依次是接地线、零线、火线，与240V电源线连接，如图6-15。主要作用是将240V交流转为5V、12V的直流。1-转变电压接口；2-低压开关电源接口图6-15 低压开关电源41第7章 软件设计行李包安检门软件设计图：是否否是是否否超速报警报警获取本底数据是否超速是否已通过系统开始检查放射性，是否有放射性超标 是否有人通过硬件初始化、系统时钟/串口系统阈值、采集时间、系统ID、校正因子、滤波系数初始化第8章 技术指标测试8.1 误报警率试验可采取触发占用信号模拟实际被检测物体通过的方法进行误报警率试验，试验结果应该满足监测系统误报警率均不应大于0.1%（置信度95%）。每次模拟持续时间1s,间隔时间2s，每进行30次模拟，进行一次本底更新，每次本底更新时间为30s，最少进行3600次模拟，实验表格。表8-1 误报警率实验试验次数不同误报警率指标所允许的最大误报警次数（95%置信度）误报警率=1/1000误报警率=1/3600误报警率=1/1000036000-1000010-30000210100000-13表格中实验数据与国标要求对比，符合国标规定，并且满足拟定要求误报警率0.1%，国标要求见附录B。8.2 灵敏度一致性试验灵敏度的一致性可用源计数率的相对变化来表示，系统灵敏度一致性试验按下列方式进行：a) 测量并记录监测系统的本底计数率；b) 将相应的试验源放置在灵敏度一致性参考线上的探测区域的最低处；c) 测量并记录监测系统的总计数率；d) 计算并记录监测系统的源计数率；e) 将试验源沿灵敏度一致性参考线上移，每次上移0.25m，移动后重复进行步骤c)和d）；f) 分析并记录灵敏度一致性。行包门灵敏度一致性实验根据国标要求结果如图8-1，图8-2。图8-1 Cs139灵敏度一致性实验数据图8-2 Co60灵敏度一致性实验数据8.3 探测灵敏度试验放射性核素衰变的统计涨落性是服从正态分布或泊松分布，行李包安检门的示值或测量结果能否正确的反应这中分布是判断一起能够用来进行辐射测量的主要依据之一，在不同的照射量率情况下其正态特性表现是不同的，因此常规的检查的办法是在一定的照射量率下获得至少100个数据，然后作统计假设检验，根据此判断仪器的正态性。若仪器反映出正态或泊松分布则说明仪器性能好，可以适用于放射性测量工作。所用公式计数平均值： (8-1) 高斯分布标准误差： （8-2)其中反映了计数的涨落性大小，反映了核衰变的集中趋势，单次测量用式8-2表示，若有限次测量标准偏差： （8-3）见附件C，安检门测试数据表。对数据进行统计处理后做出曲线图，得出设备探测灵敏度实验数据，其中计数落在区间本底+3内的概率为100%（理论为99.7%），基本符合正态分布，如图8-3，图8-4。图8-3 探测时间300ms灵敏度实验数据图8-4 探测时间500ms灵敏度实验数据计数落在区间本底+3内的概率为100%（理论为99.7%），基本符合正态分布。结论本论文针对辐射探测器开发领域，研制了行李包安检门系统。设备尺寸，可以在人流量较大的公共场所进行快速的测量，能稳定探测到放射源并检测出待测物通过速度，探测灵敏度能够达到最低能探测到0.023Mbq的、0.074Mbq的，论文涵盖了机械设计、单片机技术、信息采集技术、A/D转换技术、核辐射测量方法、核辐射探测器等知识。涉及知识面广，通过这些知识很好的与所学知识机械设计相结合。设备主要取得的研究成果有：（1） 选用大面积闪烁晶体、光电倍增管作为安检门探测器，为了降低自然环境对本底的影响，在探测器外加了4mm厚的铅屏蔽层，能够屏蔽掉环境中90%本底射线；（2） 按照安检门板块进行结构设计，运用机械设计知识对安检门框架结构进行了三维建模、结构仿真分析、钣金件折弯计算、加强筋计算，为准确采集到放射源奠定了基础；（3） 通过红外线辅助作用，第一个红外被触碰到第二个红外被触碰之间相隔的时间作为待测物通过时间，红外距离固定，从而来计算待测物通过的速度；（4） 设计了一款简单的报警灯，由灯泡、电阻、电容、电位器、发光二极管、集成电路组成。（5） 采用STM32单机为控制平台，具有较强的中断处理能力、实时对脉冲信号采集，进一步降低功耗。（6） 从理论到设计与实验，测试出的数据充分说明了测量精度高，稳定性好，灵敏度好，数据存储完成。目前，系统能够在规定的环境下正常运行，并且探测效率、误报警率通过试验证明符合国家标准，设备防水防污级别也达到要求。通过对比还得出安检门缺点在于外观设计有待改进、铅屏蔽改善、设计更加优化的走线槽等，因此以后还将对闪烁体探测器进行改进，使设备能够达到更高要求。致谢在2015年年初，有幸参加了胡波老师拟定的毕业论文课题行李包安检门设计，按照胡波老师的任务计划、论文时间安排，从收集资料到开题报告答辩，再到论文初稿，最终到论文定稿。在与老师的交流中，体会到了老师付出的心血，他利用他的休息日毫无条件的与我们讨论论文事宜，让我深感体会。时光匆匆如流水，转眼大学四年的生活即将结束，古人云：“春梦秋云，聚散真容易”，即将离开学校，毕业论文的完成也随之进入了尾声。在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！参考文献1张君宝、任家富、陶永莉、林涛.通道式辐射检测系统的设计J.中国集成电路.2014.12, 总（187）2田利君、王强.通道式金属与放射性物质探测门的研制J.中国原子能科学研究院年报.2012 3李新军、张文良、甘霖.车载示放射性检测系统研制进展J.中国原子能科学研究院年报.20104杨璐、王国保等.放射性物质检测装置的研制J.同位素.2005.5,18(1-2):39-42-85安东、张瑞芬.门式辐射检测装置对于集装箱码头安全的影响J.2014.8,51(4):53-576裘文玮、杨振宇.入境快件放射性安全监测探讨J.检验检疫学刊.2010,(4)7王光艳、吴刚.基于红外对射技术的安全警示系统设计J.电子设计工程.2014.4,22(8)8苏琼、钟志垗、罗素明.塑料闪烁体反符合屏蔽低本底谱仪J9张承模、徐永忠.星载闪烁探测器荷电粒子屏蔽设计及标定J.核电子学与探测技术.1998.11,18(6):414-41910赖斯、卢秀玉.蒙特卡罗方法与拟蒙特卡罗方法解线性方程组J.东华大学学报.2010.4,36(2):225-22911季学荣、丁晓红.板壳结构加强筋优化设计方法J.机械强度.2012,34(5):692-69812李娜、李青、李福欣.钣金件折弯工艺分析J.农业装备与车辆工 程.2014.3,52(3):70-7413刘红霞.多功能安检门D.2014.1014汲长松.核辐射探测器及其试验技术手册M.北京：原子能出版社.1990.115电子设备机箱机柜控制台设计手册M.化学工业出版社.2012.216北京阿尔泰科技发展有限公司.PCI8622数据采集卡M.2013.717北京兆迪科技有限公司.Creo2.0高级应用编程M.机械工业出版社.2013.518陈华磊.ANSYS Workbench14.0仿真技术与工程实践M.北京：清华大学出版社.2013.419王建新.Lab Windows/CVI基础教程M.2013.520宋艳敏、冯国庄.电子技术基础M.成都：西南交通大学出版社，2006.1021胡益平.材料力学M.成都：四川大学出版社，2010.1222叶敏.分析力学M.天津：天津大学出版社，2001.423周竞欧、朱伯钦、许哲明.结构力学M.上海：同济大学出版社，1992.424中华人民共和国国家标准.放射性物质与特殊核材料监测系统GB/24246-2009.北京：中国标准出版社，2009.1125ZHOU Fan，JIAO Ke-jie，NIU Guo-zhuStudy on traffic recognition technology in human recognition systemJModern Electronics Technique，201226The U.S. Department of Energy National Nuclear Security Ad-ministration M. Radiation Detection System Design Guide-Vehicle Application，2008.附录A 报警灯电路图附录B 测试实验国标要求1、误报警率表格试验次数不同误报警率指标所允许的最大误报警次数（95%置信度）误报警率=1/1000误报警率=1/3600误报警率=1/1000036000-1000050-300002140100000-1952、灵敏度一致性试验灵敏度的一致性可用源计数率的相对变化来表示，系统灵敏度一致性试验按下列方式进行：a)测量并记录监测系统的本底计数率；b)将相应的试验源放置在灵敏度一致性参考线上的探测区域的最低处；c)测量并记录监测系统的总计数率；d)计算并记录监测系统的源计数率；e)将试验源沿灵敏度一致性参考线上移，每次上移0.25m，移动后重复进行步骤c)和d）；f)分析并记录灵敏度一致性。在探测区域的高度范围内，探测器灵敏度不超过30%。附录C 测试实验数据1、 本底计数表格本底计数300ms500ms1s2s5s1137188737613747100241144188737913747137211137186137913750174721139186137913746174721128188937973795188151128190338004905188701128190237856143189511122190237876143189921126191237877378190311123190538087563190311128190537957590189641128190637887600190311137190637887600189911146190637827600189721156190837827582189211165190137827564189211165189437997539188711165189538107539187751171189838317557187751184189838367557189292、 Co60计数表格Co60（活度：21123Bq）300ms500ms1s2s5s135122414427800620813135122494435886222435135122494435886222435137122274435894422382137722314439894