一種數(shù)字式核探測(cè)器的狀態(tài)評(píng)估與保障維護(hù)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輻射探測(cè)與信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字式核探測(cè)器的狀態(tài) 評(píng)估與保障維護(hù)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)論是能譜儀、輻射計(jì)數(shù)器等輻射探測(cè)領(lǐng)域，還是正電子壽命譜儀、穆斯堡爾譜儀 等福射分析領(lǐng)域，又或是計(jì)算機(jī)斷層成像（Computed Tomography，簡(jiǎn)稱CT)、單光子發(fā)射斷 層成像（Single Positron Emission Computed Tomography，簡(jiǎn)稱SPECT)、以及正電子發(fā)射 斷層成像（Positron Emission Tomography，簡(jiǎn)稱PET)等核醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，其探測(cè)原理都是 通過探測(cè)器偵測(cè)單元將高能光子轉(zhuǎn)換為可測(cè)的脈沖電信號(hào)，然后再利用其電子學(xué)單元提取 蘊(yùn)含在脈沖信號(hào)中的特征點(diǎn)，進(jìn)而獲得滿足不同應(yīng)用環(huán)境需求的信息。
[0003] 核探測(cè)器作為上述核儀器設(shè)備的關(guān)鍵部件，是獲取各種輻射信息的源頭，其性能 的優(yōu)劣直接影響到核儀器設(shè)備的測(cè)量精度。由于核探測(cè)器輸出信號(hào)信噪比低，背景雜波強(qiáng)， 特別是在高溫、高壓、強(qiáng)輻射、強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境下，其性能會(huì)發(fā)生較大的變化，從而導(dǎo)致核儀器設(shè) 備測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重失真，甚至使儀器設(shè)備發(fā)生故障停止工作。例如，在輻射測(cè)井作業(yè)過程中， 井下高溫、高濕、強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境，往往使核探測(cè)器耦合性變差，導(dǎo)致輸出脈沖電信號(hào)幅度變?nèi)酰?光電子倍增管的坪區(qū)變窄和前移，以及晶體潮解引起能量分辨率變差等，這些現(xiàn)象都會(huì)使 核儀器設(shè)備的一致性、穩(wěn)定性、測(cè)量精度等性能變差。因此，實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)測(cè)核探測(cè)器性能 的變化，針對(duì)核探測(cè)器工作狀態(tài)做出正確的評(píng)估，適時(shí)采取有效的處理維護(hù)措施，對(duì)保障核 儀器設(shè)備的穩(wěn)定正常工作、降低設(shè)備維護(hù)成本、保證核安全具有十分重要的作用。
[0004] 目前，為了保證核儀器設(shè)備的可靠性、可維修性和安全性，例如核動(dòng)力裝置監(jiān)控系 統(tǒng)，通常以人工巡檢方式排查一些明顯的物理?yè)p壞，但是核探測(cè)器內(nèi)在的故障則無(wú)法檢測(cè) 到，且多數(shù)核探測(cè)器的安裝現(xiàn)場(chǎng)通常有較高的輻射量，單靠人工巡檢方式很難及時(shí)有效發(fā) 現(xiàn)和修復(fù)這些儀器故障，同時(shí)巡檢人員也極易受到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)輻射和有毒有害氣體的危 害。另外，正確甄別核儀器設(shè)備的故障種類、故障點(diǎn)和受損程度，往往要求巡檢人員具有豐 富的經(jīng)驗(yàn)，否則可能出現(xiàn)漏判、錯(cuò)判、誤操作，不能進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。
[0005] 為此，陳魯寧等人提出了一種核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障診斷裝置（陳魯寧，李 震，秦子凱等.一種核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障診斷裝置[P].中國(guó)發(fā)明專利，專利公布號(hào) CN103336209. A)，該裝置包括模擬輻射探測(cè)器和故障診斷儀，其中模擬輻射探測(cè)器用于對(duì) 輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)處理裝置進(jìn)行故障診斷，故障診斷儀用于對(duì)真實(shí)輻射探測(cè)器進(jìn)行故障分 析。該裝置雖然能夠快速定位故障發(fā)生點(diǎn)，但是一方面需要增加額外的硬件電路，如電源轉(zhuǎn) 換電路、高壓脈沖和低壓脈沖信號(hào)發(fā)生電路、電流發(fā)生電路、模擬量采樣電路，另一方面無(wú) 法實(shí)現(xiàn)探測(cè)器工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和評(píng)估。
[0006] 另外，顏擁軍等人也提出了核探測(cè)器的故障診斷方法及裝置（顏擁軍，周劍 良，王慶震等.核探測(cè)器的故障診斷方法及裝置[P].中國(guó)發(fā)明專利，專利公布號(hào) CN103983881. A)，但是該方法一方面仍然需要增加新的硬件設(shè)備，如D/A轉(zhuǎn)換器、高低壓電 壓檢測(cè)模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器等額外電路，無(wú)疑增加了核探測(cè)器的維修 成本；另一方面該方法雖然通過故障診斷裝置與輻射探測(cè)器相連，由故障診斷裝置在線采 集核輻射探測(cè)器成型電路、模擬放大電路及核探頭信號(hào)數(shù)據(jù)，并通過分析探測(cè)器信號(hào)的統(tǒng) 計(jì)指標(biāo)，時(shí)頻域指標(biāo)與故障數(shù)據(jù)庫(kù)的差異，能夠檢出一定的探測(cè)器故障異常，但是由于缺乏 對(duì)探測(cè)器本征特征信息的深入分析，無(wú)法對(duì)核探測(cè)器狀態(tài)的變化趨勢(shì)作出有效的預(yù)期，并 且故障診斷精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種數(shù)字式核探測(cè)器的狀態(tài)評(píng)估與保障維護(hù)方法及系 統(tǒng)，在不需要增加額外的硬件電路的情況下，能夠提高在線監(jiān)控的精度并作出有效的預(yù)期， 解決量化評(píng)估以及制定最優(yōu)的核探測(cè)器保障維護(hù)決策問題，降低核儀器設(shè)備的使用與維修 成本的同時(shí)有助于提升核儀器設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性和可用度。
[0008] 本發(fā)明的數(shù)字式核探測(cè)器的狀態(tài)評(píng)估與保障維護(hù)方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟一、首先根據(jù)待評(píng)估的數(shù)字式核探測(cè)器的應(yīng)用領(lǐng)域及其探測(cè)目標(biāo)要素，設(shè)置 探測(cè)器的類型屬性參數(shù)；然后根據(jù)探測(cè)器的類型屬性參數(shù)確定探測(cè)器的待評(píng)估的性能特征 參數(shù)；然后采集與待評(píng)估的性能特征參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)并生成列表式數(shù)據(jù)；其中，所述類型 屬性參數(shù)主要包括核探測(cè)器的應(yīng)用領(lǐng)域、型號(hào)、所能采集到的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù) 處理方法；所述列表式數(shù)據(jù)主要包括時(shí)間、能量、位置、編號(hào)、工作環(huán)境參數(shù)的一種或多種組 合；
[0010] 步驟二、利用步驟一采集的列表式數(shù)據(jù)，計(jì)算得到數(shù)字式核探測(cè)器的當(dāng)前性能特 征參數(shù)；
[0011] 步驟三、結(jié)合歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的歷史性能特征參數(shù)和當(dāng)前性能特征參數(shù)，評(píng)估 探測(cè)器的當(dāng)前性能水平，并評(píng)估性能特征參數(shù)的變化趨勢(shì)；將探測(cè)器的當(dāng)前性能水平和變 化趨勢(shì)作為探測(cè)器當(dāng)前健康狀態(tài)的量化指標(biāo)；其中，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)包含數(shù)字式核探測(cè)器出廠 時(shí)缺省的性能特征參數(shù)數(shù)據(jù)集、以及歷次狀態(tài)評(píng)估與保障維護(hù)過程中生成的健康狀態(tài)的性 能特征參數(shù)數(shù)據(jù)集；
[0012] 步驟四、查看步驟三得到的探測(cè)器的當(dāng)前健康狀態(tài)的量化指標(biāo)是否處于正常、校 正、故障或更換范圍內(nèi)，相應(yīng)地做出不改動(dòng)、校正與校準(zhǔn)、故障維修或部件更換的探測(cè)器保 障維護(hù)輔助決策。
[0013] 進(jìn)一步地，所述步驟三具體包括如下子步驟：
[0014] 步驟3. 1，針對(duì)歷史性能特征參數(shù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法獲得性能特征參數(shù)的分布模型 及分布模型的相關(guān)參數(shù)；
[0015] 步驟3. 2,結(jié)合步驟二獲得的當(dāng)前性能特征參數(shù)，以及步驟3. 1獲得的性能特征參 數(shù)分布模型，評(píng)估探測(cè)器的當(dāng)前性能水平；
[0016] 步驟3. 3,結(jié)合步驟二獲得的當(dāng)前性能特征參數(shù)，以及歷史性能特征參數(shù)，評(píng)估獲 得性能特征參數(shù)的變化趨勢(shì)；
[0017] 步驟3. 4,步驟3. 2獲得的探測(cè)器的當(dāng)前性能水平和步驟3. 3獲得的性能特征參數(shù) 的變化趨勢(shì)的組合作為探測(cè)器的當(dāng)前健康狀態(tài)的量化指標(biāo)。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟3. 1中，采用高斯模型作為性能特征參數(shù)分布模型，利用歷史 性能特征參數(shù)計(jì)算獲得高斯模型的協(xié)方差矩陣Σ和均值向量μ ;
[0019] 所述步驟3. 2中，采用相對(duì)誤差法計(jì)算探測(cè)器的當(dāng)前性能水平，即當(dāng)前性能狀態(tài) 水平E為
[0021] 其中，X為步驟二獲得的當(dāng)前性能特征參數(shù)；
[0022] 所述步驟3. 3中，采用支持向量機(jī)回歸算法計(jì)算性能特征參數(shù)的變化趨勢(shì)值Ρ，其 中，核函數(shù)選擇徑向基函數(shù)；
[0023] 所述步驟3. 4中，當(dāng)前健康狀態(tài)的量化指標(biāo)為探測(cè)器性能概率密度Σ、μ、當(dāng)前性 能水平E和變化趨勢(shì)Ρ，即[Σ，μ，Ε，Ρ]。
[0024] 進(jìn)一步地，所述步驟四中，采用決策樹方法形成保障維護(hù)輔助決策，具體包括如下 子步驟：
[0025] 步驟4. 1，評(píng)估探測(cè)器當(dāng)前性能水平是否在正常性能范圍內(nèi)，即判斷
大于0,如果大于0表明探測(cè)器當(dāng)前性能性能超出正常性能范圍，執(zhí)行步驟4. 3 ;否則表明探 測(cè)器當(dāng)前性能屬于正常性能范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟4. 2 ;其中，E為步驟3獲得的當(dāng)前性能水平； a為調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由實(shí)際的數(shù)據(jù)分析獲得；Σ為協(xié)方差矩陣；μ為均值；
[0026] 步驟4. 2,評(píng)估探測(cè)器特征參數(shù)的變化趨勢(shì)，即判斷
是否大于0， 如果大于0表明探測(cè)器需要進(jìn)行校正，執(zhí)行步驟4. 4 ;否則探測(cè)器處于健康狀態(tài)，將當(dāng)前性 能特征參數(shù)存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，評(píng)估結(jié)束；其中，d、e為調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由實(shí)際的數(shù)據(jù) 分析獲得；P為步驟三獲得的性能特征參數(shù)的變化趨勢(shì)向量；
[0027] 步驟4.