一种数字式核探测器的状态评估与保障维护方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数字式核探测器的状态评估与保障维护方法及系统。使用本发明专利技术能够在不增加额外的硬件电路的情况下，给出了核探测器的评估和保障维护的量化指标，能够实现在线监控并作出有效的预期，降低核探测器的使用与维修成本，提升核探测器的可靠性、稳定性和可用度。本发明专利技术首先设置探测器的类型属性参数，确定探测器的待评估的性能特征参数，采集与待评估的性能特征参数相关的数据并生成列表式数据；然后利用列表式数据计算得到核探测器的当前性能特征参数；然后结合历史数据，分析评估探测器的当前性能水平及其变化趋势，获得当前健康状态的量化指标，最后根据量化指标状态给出探测器的保障维护辅助决策。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辐射探测与信号处理
，具体涉及一种数字式核探测器的状态 评估与保障维护方法及系统。
技术介绍
无论是能谱仪、辐射计数器等辐射探测领域，还是正电子寿命谱仪、穆斯堡尔谱仪 等福射分析领域，又或是计算机断层成像（Computed Tomography，简称CT)、单光子发射断 层成像（Single Positron Emission Computed Tomography，简称SPECT)、以及正电子发射 断层成像（Positron Emission Tomography，简称PET)等核医学影像领域，其探测原理都是 通过探测器侦测单元将高能光子转换为可测的脉冲电信号，然后再利用其电子学单元提取 蕴含在脉冲信号中的特征点，进而获得满足不同应用环境需求的信息。 核探测器作为上述核仪器设备的关键部件，是获取各种辐射信息的源头，其性能 的优劣直接影响到核仪器设备的测量精度。由于核探测器输出信号信噪比低，背景杂波强， 特别是在高温、高压、强辐射、强震动环境下，其性能会发生较大的变化，从而导致核仪器设 备测量结果严重失真，甚至使仪器设备发生故障停止工作。例如，在辐射测井作业过程中， 井下高温、高湿、强震动环境，往往使核探测器耦合性变差，导致输出脉冲电信号幅度变弱， 光电子倍增管的坪区变窄和前移，以及晶体潮解引起能量分辨率变差等，这些现象都会使 核仪器设备的一致性、稳定性、测量精度等性能变差。因此，实时跟踪和监测核探测器性能 的变化，针对核探测器工作状态做出正确的评估，适时采取有效的处理维护措施，对保障核 仪器设备的稳定正常工作、降低设备维护成本、保证核安全具有十分重要的作用。 目前，为了保证核仪器设备的可靠性、可维修性和安全性，例如核动力装置监控系 统，通常以人工巡检方式排查一些明显的物理损坏，但是核探测器内在的故障则无法检测 到，且多数核探测器的安装现场通常有较高的辐射量，单靠人工巡检方式很难及时有效发 现和修复这些仪器故障，同时巡检人员也极易受到生产现场强辐射和有毒有害气体的危 害。另外，正确甄别核仪器设备的故障种类、故障点和受损程度，往往要求巡检人员具有丰 富的经验，否则可能出现漏判、错判、误操作，不能进行在线监测。 为此，陈鲁宁等人提出了一种核辐射监测系统的故障诊断装置（陈鲁宁，李 震，秦子凯等.一种核辐射监测系统的故障诊断装置.中国专利技术专利，专利公布号 CN103336209. A)，该装置包括模拟辐射探测器和故障诊断仪，其中模拟辐射探测器用于对 辐射监测系统信号处理装置进行故障诊断，故障诊断仪用于对真实辐射探测器进行故障分 析。该装置虽然能够快速定位故障发生点，但是一方面需要增加额外的硬件电路，如电源转 换电路、高压脉冲和低压脉冲信号发生电路、电流发生电路、模拟量采样电路，另一方面无 法实现探测器工作状态的在线监测和评估。 另外，颜拥军等人也提出了核探测器的故障诊断方法及装置（颜拥军，周剑 良，王庆震等.核探测器的故障诊断方法及装置.中国专利技术专利，专利公布号 CN103983881. A)，但是该方法一方面仍然需要增加新的硬件设备，如D/A转换器、高低压电 压检测模块、基准电压模块、多路开关、A/D转换器等额外电路，无疑增加了核探测器的维修 成本；另一方面该方法虽然通过故障诊断装置与辐射探测器相连，由故障诊断装置在线采 集核辐射探测器成型电路、模拟放大电路及核探头信号数据，并通过分析探测器信号的统 计指标，时频域指标与故障数据库的差异，能够检出一定的探测器故障异常，但是由于缺乏 对探测器本征特征信息的深入分析，无法对核探测器状态的变化趋势作出有效的预期，并 且故障诊断精度不高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种数字式核探测器的状态评估与保障维护方法及系 统，在不需要增加额外的硬件电路的情况下，能够提高在线监控的精度并作出有效的预期， 解决量化评估以及制定最优的核探测器保障维护决策问题，降低核仪器设备的使用与维修 成本的同时有助于提升核仪器设备的可靠性、稳定性和可用度。 本专利技术的数字式核探测器的状态评估与保障维护方法，包括以下步骤： 步骤一、首先根据待评估的数字式核探测器的应用领域及其探测目标要素，设置 探测器的类型属性参数；然后根据探测器的类型属性参数确定探测器的待评估的性能特征 参数；然后采集与待评估的性能特征参数相关的数据并生成列表式数据；其中，所述类型 属性参数主要包括核探测器的应用领域、型号、所能采集到的数据类型、数据帧结构和数据 处理方法；所述列表式数据主要包括时间、能量、位置、编号、工作环境参数的一种或多种组 合； 步骤二、利用步骤一采集的列表式数据，计算得到数字式核探测器的当前性能特 征参数； 步骤三、结合历史数据库中存储的历史性能特征参数和当前性能特征参数，评估 探测器的当前性能水平，并评估性能特征参数的变化趋势；将探测器的当前性能水平和变 化趋势作为探测器当前健康状态的量化指标；其中，历史数据库包含数字式核探测器出厂 时缺省的性能特征参数数据集、以及历次状态评估与保障维护过程中生成的健康状态的性 能特征参数数据集； 步骤四、查看步骤三得到的探测器的当前健康状态的量化指标是否处于正常、校 正、故障或更换范围内，相应地做出不改动、校正与校准、故障维修或部件更换的探测器保 障维护辅助决策。 进一步地，所述步骤三具体包括如下子步骤： 步骤3. 1，针对历史性能特征参数，运用统计学方法获得性能特征参数的分布模型 及分布模型的相关参数； 步骤3. 2,结合步骤二获得的当前性能特征参数，以及步骤3. 1获得的性能特征参 数分布模型，评估探测器的当前性能水平； 步骤3. 3,结合步骤二获得的当前性能特征参数，以及历史性能特征参数，评估获 得性能特征参数的变化趋势； 步骤3. 4,步骤3. 2获得的探测器的当前性能水平和步骤3. 3获得的性能特征参数 的变化趋势的组合作为探测器的当前健康状态的量化指标。 进一步地，所述步骤3. 1中，采用高斯模型作为性能特征参数分布模型，利用历史 性能特征参数计算获得高斯模型的协方差矩阵Σ和均值向量μ ; 所述步骤3. 2中，采用相对误差法计算探测器的当前性能水平，即当前性能状态 水平E为 其中，X为步骤二获得的当前性能特征参数； 所述步骤3. 3中，采用支持向量机回归算法计算性能特征参数的变化趋势值Ρ，其 中，核函数选择径向基函数； 所述步骤3. 4中，当前健康状态的量化指标为探测器性能概率密度Σ、μ、当前性 能水平E和变化趋势Ρ，即。 进一步地，所述步骤四中，采用决策树方法形成保障维护辅助决策，具体包括如下 子步骤： 步骤4. 1，评估探测器当前性能水平是否在正常性能范围内，即判断大于0,如果大于0表明探测器当前性能性能超出正常性能范围，执行步骤4. 3 ;否则表明探 测器当前性能属于正常性能范围内，执行步骤4. 2 ;其中，E为步骤3获得的当前性能水平； a为调节参数，根据经验由实际的数据分析获得；Σ为协方差矩阵；μ为均值； 步骤4. 2,评估探测器特征参数的变化趋势，即判断是否大于0， 如果大于0表明探测器需要进行校正，执行步骤4. 4 ;否则探测器处于健康状态，将当前性 能特征参数存入历史数据库中，评估结束；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字式核探测器的状态评估与保障维护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、首先根据待评估的数字式核探测器的应用领域及其探测目标要素，设置探测器的类型属性参数；然后根据探测器的类型属性参数确定探测器的待评估的性能特征参数；然后采集与待评估的性能特征参数相关的数据并生成列表式数据；其中，所述类型属性参数主要包括核探测器的应用领域、型号、所能采集到的数据类型、数据帧结构和数据处理方法；所述列表式数据主要包括时间、能量、位置、编号、工作环境参数的一种或多种组合；步骤二、利用步骤一采集的列表式数据，计算得到数字式核探测器的当前性能特征参数；步骤三、结合历史数据库中存储的历史性能特征参数和当前性能特征参数，评估探测器的当前性能水平，并评估性能特征参数的变化趋势；将探测器的当前性能水平和变化趋势作为探测器当前健康状态的量化指标；其中，历史数据库包含数字式核探测器出厂时缺省的性能特征参数数据集、以及历次状态评估与保障维护过程中生成的健康状态的性能特征参数数据集；步骤四、查看步骤三得到的探测器的当前健康状态的量化指标是否处于正常、校正、故障或更换范围内，相应地做出不改动、校正与校准、故障维修或部件更换的探测器保障维护辅助决策。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈源宝，吕云飞，陈忻，刘志宏，佘亚军，蔡勇，周丽莞，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42