STHF型超高量程γ剂量率仪维修方法研究

易宇亿

摘   要：STHF型超高量程γ剂量率仪（以下简称STHF），在核电站大修期间测量核反应堆水池、高放射性废物收集桶和各类容器检修的环境剂量率，量程范围宽可远程获取测量数据。STHF直接接触一回路冷却剂，易造成与探测器相连电缆部分放射性污染，致仪表计数不符影响测量的准确性，针对STHF被沾污只能截去污染部分电缆，可采用增加一个可调节补偿电阻的方法，使探测器工作电压恢复到初始值，保持仪表计量性能稳定。

关键词：STHF  γ剂量率仪  维修  仪表计量

中图分类号：TP216                                 文献标识码：A                         文章编号：1674-098 X （2019）07（a）-0108-03

STHF型超高量程γ剂量率仪，主要在核电站大修期间测量核反应堆水池、高放射性废物收集桶和各类容器检修的环境剂量率，STHF量程范围宽，并且可以远程获取测量数据，所以使用频率频繁，由于STHF直接接触一回路冷却剂，很容易造成与探测器相连接的电缆部分沾污放射性污染，通常难以去污干净，导致仪表计数不符合实际情况，从而影响测量的准确性，成为核电站仪表维修的难题之一。

1  仪表简介

STHF型超高量程剂量率仪是美国CANBERRA公司生产的一款辐射测量产品，与同公司生产的便携式γ剂量率仪RADIAGEM相连，用于远程测量γ辐射，测量的量为周围剂量当量率H*（10），测量范围从10μSv/h到1000Sv/h，探测器最大累积剂量为 5000 Sv。

STHF型超高量程剂量率γ辐射测量探头主要由3部分组成：

（1）探测器组件，由半导体探测器及相关电子线路和不锈钢外壳组成的;

（2）探测器连接电缆及绕线盘;

（3）信号处理电路单元，安装于固定在电缆绕线盘侧面的铝制转接盒内。

如图1所示，探测器组件通过50m电缆与转接盒连接，转接盒通过另一条连接线连接到RADIAGEM主机。探头与连接电缆之间的连接具有防水功能，最大防水深度为水下80m，转接盒具有防水功能。所有信号处理过程均由安装在转接盒中的信号处理电路完成，RADIAGEM主机为STHF探头供电并作为测量结果显示单元。

2  故障分析

电站大修期间，1台STHF型超高量程水下探测器被放射性污染，经过专业去污后，靠近探测器端长约20m的连接电缆仍具有放射性污染，无法去除。随即仪表维修技术人员决定对污染部分电缆进行了切除，并将探测器组件重新安装到剩余连接电缆上。

送至电离辐射计量实验室，按照《JJG 393-2003 辐射防护用X、γ辐射剂量当量（率）仪和监测仪》仪表检定规程，对仪表进行验证，发现该仪表测量误差偏大，相对固有误差达到37.8%，超过了最大允许误差±20%的要求，检定不合格，无法再使用，试验结果见表1。

在未改变探测器和主板元件的情况下，仪表性能发生质变，初步怀疑切除电缆线对仪表计量性能造成了影响。该探头采用半导体探测器，探头输出信号为脉冲计数率，传输线缆的长度应该不会对脉冲计数率造成明显影响。为查明故障原因，绘制了信号处理单元的电路原理图，如图2所示。

探测器连接电缆通过接口J1与信号处理电路板相连，信号处理电路板通过接口J2与主机相连。

分析原理图可知，探测器脉冲信号经过MAX439放大成形后送入MAX907与阈值电压进行比较，比较结果送入MCU进行计数。理论上讲，电脉冲信号在电缆中的传输一般情况下（不考虑高频信号的传输）接收端接收到的脉冲计数率与传输电缆长度没有直接关系。而探头的脉冲信号频率和线缆长度都满足这样的要求，也就是说探测器的脉冲计数率在传输过程中不会因电缆长度的不同而变多或变少。

繼续分析电路图，信号转接板与探测器之间的连接线包括3条芯线，除其中一条用于传输探测器脉冲信号外，还有一条供电线和一条地线。供电线用于从接口板为探测器提供工作电压，地线作为供电电压和探测器脉冲信号的公共参考。绘制了探测器工作电压供电原理图，如图3所示。

电缆线长度虽对脉冲计数率没有影响，但可能对经过传输线供给探测器的工作电压产生影响，而工作电压的变化可能导致探测器计量性能的改变。为验证这一推论，将剪掉的电缆重新接入，分别测量断线接入前后J1接口供电电压以及经过电缆分压后探测器的实际工作电压，并在实验室中用γ射线检定装置进行辐照以检查仪表测量结果的示值误差，测量结果见表2。

实验结果表明上述推论成立：供电电压在电缆上的压降与电缆长度成正比，约0.5mV/m;电缆长度的不同导致探测器实际工作电压发生变化，而工作电压的变化导致半导体探测器灵敏度的改变，进而导致仪表测量示值的改变。

3  维修方法

根据问题分析，由于电缆截短后电阻变小导致探测器工作电压升高，从而可以在电路中相应加入一个适当的补偿电阻R-X，使探测器工作电压得以恢复。考虑探测器性能差异以及电缆长度的不同，需要的补偿电阻阻值也不同，采用了可调电阻，如图4所示。

为使补偿模型更加接近电缆的真实阻抗特性，将电缆视为均匀传输线，采用了均匀传输线的集中参数模型，加入分布电容参数C-X，如图5所示。

R-X和C-X代表被截去电缆的电阻和分布电容，大小根据电缆实际参数进行估量。实验中采用了0～100Ω的可调电阻和3nF的瓷片电容，如图6所示。

改造后，按照《JJG 393-2003 辐射防护用X、γ辐射剂量当量（率）仪和监测仪》仪表检定规程，对仪表性能进行验证，并通过调整R-X的阻值进行校准。当R-X阻值为100Ω时，仪表示值误差见表3。

由于R-X为0Ω时（未加补偿电阻前），仪表相对固有误差为30.8%;R-X为100Ω时，仪表相对固有误差为-0.41%，通过调整R-X的阻值可以使仪表的相对固有误差足够小，仪表性能满足规程要求。

4  结语

实验证明通过增加补偿电阻，调整探测器工作电压，可以使仪表性能发生改变，使用这种创新方法对STHF型超高量程γ剂量率是一种简单有效的维修方式，本次改进与创新对其他用户仪表维修具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 朱光衡.仪表维修技术基础[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 郭洪涛.彭明辰.电离辐射剂量学基础[M].北京：中国计量出版社，2011.

[3] JJG 393-2003 辐射防护用X、γ个人辐射剂量当量（率）仪和监测仪[S].2003.

[4] 黄继昌.常用电子元器件实用手册[M].北京：人民邮电出版社，2009.