2131241行李包安检 论文答辩

行李包安检门设计 集成 智能 小型 胡波老师指导 唐舒 机械五班 研究背景 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 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 研究思路 前言 研究背景 目的及意义 基本原理 1 3章 结构设计 5章 软件设计技术指标测试 7 8章 总体设计方案 4章 电路设计 6章 前言 01 02 03 04 仪器设备定位 仪器设备工作模式 仪器设备设计预案 仪器设备分析 原理知识 本底 放射性活度 放射源检测原理 目的 完成设备自定技术指标并实现创新点 意义 有效 稳定检测到本底及放射性物质 行李包安检门同方威视RM1000 放射性活度 它是处在特定能态的一定量放射性核素在给定时刻的放射性活度A dN dt 活度的单位为Bq 1Bq表示放射性核素在1秒内发生了一次衰变 探测器 塑料闪烁体 误报警率 0 1 标准通过速度1 2米 秒 工作环境温度0 55 探测灵敏度 60Co 0 023Mbq 137Cs 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 探测能量范围 30keV 3000keV 安检门技术指标 射线与物质作用 探测器工作原理 核辐射主要是 三种射线 射线是氦核 只要用一张纸就能挡住 但吸入体内危害大 射线是电子流 照射皮肤后烧伤明显 这两种射线由于穿透力小 影响距离比较近 只要辐射源不进入体内 影响不会太大 射线的穿透力很强 是一种波长很短的电磁波 辐射和X射线相似 能穿透人体和建筑物 危害距离远 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 基本原理 基本原理 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 根据公式如果 则放射量超标系统启动声光报警装置 并将数据保 计算方法 安检门系统总体设计方案原理框图 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 系统设计原理 一个监测系统可设计成由一个数据采集分析单元连接一个或几个探测立柱的形式 每个探测立柱中可包含一个或几个探测组件 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0m 2m 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 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 结构总体设计 结构设计 机柜设计 02 加强筋设计 03 防水设计 04 抗震分析 05 探测器结构设计 01 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 探测器结构设计 安检门机柜 底部加固孔 机柜受力分析图 机柜尺寸设计 主要采用的材料为碳钢板和SUS314L钢 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 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 从正面推安检门从侧面推安检门 机柜设计 仿真分析 加强筋肋骨设计要求 底座 加强筋 在结构设计过程中 可能出现结构体悬出面过大 或跨度过大的情况 结构件本身的连接面能承受的负荷有限 则在两结合体的公共垂直面上增加一块加强板 俗称加强肋 以增强结合面的强度 其作用是在不加大制品壁厚的条件下 增强制品的强度和刚性以节约材料用量 减轻重量 降低成本并且能够克服制品因壁厚差别带来的应力不均所造成的制品歪扭变形 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 加强筋设计 机柜防水槽 机柜门板 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 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 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 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 参考折弯系数参考表 防护等级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 防水设计 随机振动分析 根据ANSYSWorkbench14 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 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 6mm 0 3129mm 抗震分析 电路设计 01 03 02 0405 探测器设计 数据采集处理 信号处理 红外报警处置 开关电源 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 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 01 EJ200辐射前后对比图 EJ200发射峰位透过率对比图 EJ200光产额与辐照剂量关系对比图 在误差范围内辐照前后闪烁体的发射谱基本没有变化 辐照前后发射峰位的透过率 EJ200透过率高 抗辐照性能好 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 透明度高 传输性能好 易于造成大体积 具有不潮解 性能稳定 耐辐照 闪烁衰减时间短与价格低廉等优点 是当今应用最广的一种探测器 塑料闪烁体选择 01 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 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 安检门光电倍增管中电子倍增器采用环形聚焦式 因为环形聚焦式小型而且快响应 符合安检门监测需求 光电倍增管形成电流 电流通过负载R产生电压 以电压的形式传输模拟电信号 主控板中芯片MAX987位比较器 将芯片引脚二接参考电压 引脚三接输入电信号 若引脚三电压大于引脚二电压则输出高电频反之低电频 输出的高低电频 数字 脉冲信号 进入上位机 通过计数器计数 探测器组成部分 01 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 02 信号处理流程 数据采集处理板卡 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 STM32系列基于专为高性能 低成本 低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex M3内核 其工作内容 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 03 报警灯选取 电路计算并制作 频率调节 报警装置制作 红外报警装置 04 1 转变电压接口2 低压开关电源接口 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