Подвод контрольного и высокого напряжения
Детекторы
• ионизационная камера с сеткой
• геометрические характеристики: 2p стерадиана
• максимальный диаметр пробы: 80 мм (площадь: 5000 мм2)
• шум фона < 2 импульса в час между 4 и 6 МэВ
• предел обнаружения (97,5 % доверительный интервал)
– 6,7 мБк (180 · 1015 Ки) через час
– 2,5 мБк (66 · 1015 Ки) через 5 часов
– 1,3 мБк (35 · 1015 Ки) через 15 часов
• время сбора: 0,5 мкс
• циркуляция газа аргона/метана (10 % СН4)
• рабочее давление: от 1 до 1,5 бар; измерено пьезоэлектрическим манометром
• скорость потока после предварительной очистки: 6 литров/час (40 л/час максимум при первом использовании)
• высокое напряжение = - 2000 В для аргона/метана
2.1.2. Предусилитель Ра IN 114
• полное сопротивление входного электрода (транзистор с управляемым полем):
> 1011 Q
• чувствительность: 1 мкВ/пара ион-электрон, 50 мВ/МэВ (альфа- излучение) для ионизационного потенциала аргона в 28 эВ
• шумовой коэффициент на входе: 0,6 мкВ
• шум на средней высоте: <17 кэВ
• эквивалентная мощность шума электронов входа: ~ 200
• полное выходное сопротивление: 50 W
• время нарастания: 0,5 мкс
• время спада: 30 мкс
• входные данные теста: (небольшой разъём для коаксиального кабеля): импульс отрицательной полярности шириной 50 мВ
2.1.3. Усилитель
• входит в состав модуля PAIN 114
• коэффициент направленного действия: 7, заданный
потенциометром при помощи лезвия отвёртки
• полное выходное сопротивление: 50 W
• положительный выход: 10 В максимум
• время нарастания: 2 мкс
• время спада: 10 мкс
• фильтр расположения полюсов и нулей задан заводом- изготовителем.
2.1.4. Источник высокого напряжения
• заземление отрицательного полюса
• устанавливаемое значение от 0 до–2000 В
• максимальный ток: 1 мА
• шум < 300 мкВ, среднеквадратичное значение
2.1.5. Панель управления и панель индикации
См. рисунок 3.
• 8-кнопочная панель задач
– открыть камеру (Chamber Opened)
– закрыть камеру (Chamber Closed)
– устройство автоматической смены проб, следующая проба (ChangerNextSample)
– устройство автоматической смены проб, запуск (ChangerStart)
– начать измерение (Measure Start)
– завершить измерение (Measure Stop)
– начать промывку (Flushing Start) о завершить промывку (Flushing Stop)
• панель управления активируется кнопкой (при смещении исключающей положение «дистанционное управление»)
• имитатор, передающий при помощи семи индикаторов состояние клапанов и высокого напряжения
• 6-знаковый дисплей:
– относительное давление измерительной камеры (3 цифры плюс знак: от - 1,00 до 3,00 бар)
– сообщение об ошибке: от 0 до 6.
2.1.6. Дистанционное управление
• две задачи:
– начать измерение (Start Measure)
– завершить измерение (Stop Measure)
Задачи активируются при помощи кнопки (устойчивое положение, исключающее команды, задаваемые панелью управления).
Входные характеристики:
– оптическая изоляция
– положительная или отрицательная логика 5 В (3 внутренних настройки реле)
– время отклика: минимум 1 мкс, активный передний фронт.
• выходные данные: StartAccum для многоканального анализатора.
2.1.7. Управление многоканальным анализатором
См. временные диаграммы сигналов в § 4.7.
Ионизационная камера с сеткой запускает измерение энергии, тогда как анализатор определяет период измерения.
выходные данные: StartAccum; контроль запуска измерений энергии
выходных характеристики StartAccum: оптическая изоляция
входящие данные: завершить измерение (StopMeasure); контроль завершения измерения
Остановка измерения (StopMeasure), входные характеристики: сравните с § 2.1.6.
2.1.8. Подача газа
• цилиндр:
– сжатый воздух или другой не вызывающий коррозии газ
– внешнее давление: от 1 до 1,5 бар о давление: 3,5 бар
– скорость потока: 6 л/час (максимум 40 л/час)
– расход: 1,8 л на одно измерение
– соединение на вводе: рильсановая полужёсткая труба 4x6
– входной соединитель привинчен к переходному соединению FESTO, для справки:
SCK-PK4
– измерительная головка:
– аргон/метан (90 % / 10 %)
– давление: с 1 до 1,5 бар
– величина расхода: 6 л/час
2.1.9. Вакуумный насос
• ротор, снабжённый обратным клапаном
• предельный вакуум: 0,13 бар
• сеть: 230В / 50 Гц или 110В / 60 Гц
2.1.10. Описание
• блок, снабжённый детектором и электронным оборудованием
• установка на материал, абсорбирующий колебания
• отдельный вакуумный насос
2.1.11. Размеры и вес
• ширина : 245мм
• глубина : 470мм
• высота : 590мм
• вес : 40 кг
2.1.12. Источник питания
• сеть: 230В / 50 Гц (либо 110В / 60 Гц)
• расход энергии:
– запуск насоса – 4000 В-А
– использование насоса – 400 В-А
– без насоса – 200 В-А
• предохранители:
– F2, F3: общая защита вакуума, электронных устройств и клапанов, 8 А для 230 В и 16 А для 110 В
– F1: защищает только электронные устройства (расположен ниже, чем F2, F3), 4 А для 230 В и 8 А для 110 в.
2.1.13. Рабочая температура
От + 10°С до + 45 °С
3. ОПИСАНИЕ И СБОРКА IN114
IN 114 состоит из двух основных частей (см. рисунок 1):
• детекторный модуль;
• управляющий блок отдельного насоса.
Детекторный модуль включает:
• детектор ионизационной камеры с сеткой;
• аналоговый электронный блок, содержащий:
– усилитель с низким уровнем помех;
– усилитель для альфа-спектрометрии, оба расположены под цилиндрической
обшивкой над детектором;
– высоковольтный источник питания с низким уровнем помех;
• пневматический цилиндр, который гарантирует закрытие камеры, а также размещает пробу внутри камеры, цилиндр расположен под панелью управления и за ней;
• снабжение газом для камеры измерений производится посредством пяти клапанов с электрическим управлением (цилиндр контролируется шестым), конструкция спроектирована таким образом, что данные операции не препятствуют другим процессам во вспомогательных устройствах;
• передняя панель (см. рисунок 3), которая включает:
– расходомер; о восемь клавиш управления;
– имитатор устройства с обозначениями, представляющими состояние устройств (высокое напряжение, клапаны и т.д.);
– шестизначный дисплей, отображающий значение давления внутри камеры;
• электронная панель управления, включающая:
– микропроцессор, приводящий в действие клапаны; о вакуумный насос;
– высоковольтный источник питания; о клавиатура; о дисплей; о датчик давления;
– пять сигналов для синхронизации и дистанционного управления;
• основание, на котором расположен детектор, предусилитель и усилитель, клапаны, низковольтный источник питания;
• шасси, на которых установлены управляющие электронные устройства и источник питания.
Клавиатура установлена на обшивке прибора вместе с расходометром.
|
Рисунок 7.
Цифрами на рисунке обозначены следующие позиции:
1 - регулировка высокого напряжения
2 - низкое напряжение
3 - дистанционное управление (оптоэлектронное)
4 - клапаны, 5 шт. (твердотельное реле)
5 - пьезоэлектрический манометр
6 - вакуумный насос (твердотельное реле)
IN 614 – это камера с сеткой с устройством автоматической смены проб на шесть позиций.
Шесть проб размещаются на шести катодных подставках, расположенных на круглом распределительном устройстве, приводимом в движение шаговым двигателем. Диалоговые сигналы обеспечивают интеллектуальное взаимодействие между IN 614 и многоканальным анализатором. Отсутствие пробы определяется датчиком присутствия, который отдаёт сигнал о переходе к следующей позиции.
3.1. Камера с сеткой
3.1.1. Описание
Электроды смонтированы внутри цилиндрического корпуса с толстыми стальными стенками. Рис. 5 дает схематическое представление о расположении электродов и соединений к ним.
Для облегчения помещения источника излучения в камеру, основание цилиндра (не показанного на рисунке) можно открыть и вынуть держатель пробы, который является также катодом. Катод соединен с отрицательным полюсом источника высоковольтного питания, так что анод (коллектор) можно напрямую соединить с предусилителем.
На рис. 5 показаны электрические соединения от источника высоковольтного питания к экранирующей сетке и катоду. R1C1 и R2C2 являются фильтрами, которые подавляют любой пробой, вызванный повреждениями изоляции или кистевыми разрядами. R2 и R3 имеют такое же назначение, поэтому потенциал экранирующего коллектора сетки составляет половину от потенциала катодного коллектора.
Катод состоит из держателя пробы и кольца, смонтированного на пружине, которая обеспечивает подачу отрицательного напряжения, только если камера закрыта.
Держатель пробы является самоцентрирующимся.
Стенки камеры, держатель проб, кронштейн для сетчатого электрода и коллектор покрыты никелевым соединением (Kanigen®) так, что его вклад в активность внутри камеры пренебрежительно мал, выделение газов снижено и очистка упрощена.
3.1.2. Принцип работы
Когда радиоактивный источник помещают между двумя вложенными параллельными пластинками в подходящую газовую среду, испускаемые частицы ионизируют газ, т.е. создают определенное количество пар заряженных частиц (электронов и положительных ионов).
Если на пластинки приложить электрический потенциал, получившееся поле заставляет заряженные частицы двигаться, электроны направляются к положительному электроду, а положительные ионы – к отрицательному электроду.
В случае альфа-излучения этот феномен ионизации быстро поглощает энергию частиц и среднее траектория ограничивается несколькими сантиметрами. Количество образовавшихся заряженных пар прямо пропорционально затраченной энергии. Собрав вместе положительные или отрицательные частицы и измерив затем собранное количество, можно узнать величину этой энергии. В таком газе, как аргон, средняя энергия ионизации которого равна 28эВ, одна альфа частица (например, 239Ри), имеющая энергию 5,15 МэВ, производит 5,15МэВ/28, т.е. примерно 184 000 пар электрон/ион.
Из-за относительной подвижности электронов и положительных ионов электроны быстрее (примерно, в 1000 раз) собираются, чем ионы; поэтому предпочтительнее использовать обнаружение электронов, чтобы получить большее разрешение по энергии.
Наличие нескольких десятков частей на миллион (ppm) кислорода в ионизируемом газе вызывает при рекомбинации заметное снижение количества собранных электронов. Этот феномен определяет качество газа. Однако небольшой процент содержания метана (10%), двуокиси углерода или азота существенно улучшает подвижность электронов и позволяет допустить наличие следов кислорода (появляющегося при выделении газов некоторыми веществами) в аргоне.
3.1.3. Выходной сигнал: форма и порядок величины
Рис. 8.
Что касается параллельных пластин, описанных в начале этой главы, если расстояние D между ними составляет несколько сантиметров (рис. 8а), а газ представляет собой аргонометановую смесь, то электроны собираются менее чем за микросекунду.
Если одна альфа-частица производит N пар ион-электрон на среднем расстоянии “d” от анода, то менее чем через одну микросекунду все электроны достигают электрода, накапливая заряд Ne, тогда как положительные ионы успевают пройти лишь незначительное расстояние в сторону катода. В результате на этом электроде возникает паразитный эффект, который достигает своего максимального потенциала только после того, как соберутся все ионы, т.е. через миллисекунду.
Однако, поскольку сигнал на аноде должен быть дифференцирован для улучшения соотношения сигнал - шум, соответствующая амплитуда напряжения ограничивается до:
V= 
Это значение зависит не только от энергии частицы, но и от точки, в которой происходит феномен ионизации.
Для противодействия паразитному сигналу между двумя главными электродами помещается экран, на котором поддерживается постоянный потенциал и который работает как электростатический экран (рис. 9а). Тогда ионизация происходит между катодом и экраном. Его потенциал, определяемый его геометрией и относительным положением электродов, таков, что он может захватывать лишь незначительное количество электронов.
Рис. 9.
В это время импульс достигает своего максимального значения Ne/C (Рис. 9Ь).
Альфа частица с энергией 5,15 МэВ производит N = 184000 пар ион/электрон, в этом случае, подставив С=20 пФ, получаем импульс на аноде около 1,5 мВ.
Если все указанные выше условия должным образом соблюдены, камера сможет подать на анод отрицательный сигнал, пропорциональный энергии излучения.
Поэтому задача состоит в измерении амплитуды с максимальной точностью, которой можно достичь с многоканальным анализатором.
Это измерение требует предварительного усиления импульса с помощью усилителя с очень низким уровнем шума и очень стабильным коэффициентом усиления. Необходимо отношение сигнал – шум более 1000, чтобы получить хорошее разрешение, соответствующее фоновому шуму на входе ниже 1 мкВ среднеквадратичного.
Для ограничения эффекта паразитной емкости между анодом и землей (корпусом), а также для уменьшения влияния внешних полей расстояние между камерой и предусилителем должно быть как можно меньше, а соединение соответствующим образом экранировано.
Поэтому предусилитель имеет все необходимые характеристики (низкий коэффициент шума, отсутствие микрофонного эффекта, низкое выходное полное сопротивление) и устанавливается прямо над камерой.
Усилитель, также являющейся составной частью прибора, помещается непосредственно над контуром предусилителя. Выход соединяется прямо с аналоговым входом внешнего анализатора.
Напряжение, прилагаемое к разным электродам, должно равняться 2000 В для аргон- метана для захвата всех электронов (рис. 10). Поскольку газовая смесь в камере должна быть максимально свободна от кислорода, необходимо откачать воздух, попавший в камеру вместе с пробой. На начальной стадии газ должен циркулировать быстро, чтобы компенсировать выделение газов и расход кислорода.
 |  | ||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||
 |
 |  | ||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||
| | |||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||
 |  |  |  | ||||||||||||||||||
Рис. 10.
3.2. Предусилитель IN 114
Предусилитель IN 114 состоит из печатной платы, соединенной самым коротким путем с клеммой анода. Цепь включает в себя также сопротивления смещения и конденсаторы для фильтров в делителе напряжения сетки. Он устанавливается над верхней частью детектора под цилиндрической крышкой вместе с альфа-спектрометрическим усилителем. Высоковольтное и низковольтное питание детектора и электронной схемы проходит через этот модуль, и электронные схемы подают сигнал для многоканального анализатора на блок объединения.
3.2.1. Входной сигнал
В ионизационной камере заряд “Q” образуется каждый раз, когда ионизирующая частица появляется в газе, и полностью поглощается детектором.
Необходима энергия №=28В, чтобы в аргон-метановой ионизационной камере образовалась пара положительный ион/электрон. Количество пар, образованных одной частицей с энергией Е, следует зависимости:
Заряд е каждой пары = 1,6·10–19С, следовательно заряд, генерируемый частицей, теряющей всю свою энергию Е в аргоне, равен:
Q=
Для плутония 239 (239Pu):
Q= х 1,6·10-19 =3·10-14С.
Выходное напряжение (VS) предусилителя зависит от заряда на входе:
Где CR - постоянная времени интегрирования предусилителя.
3.2.2.Фоновый шум. Существует два источника шума:
– параллельный источник: затвор полевого транзистора (затвор тока утечки и тока, возбуждаемого в затворе колебаниями тока в канале), детектор сопротивления цеш (низкое сопротивление);
– последовательный источник, возникающий между источником и стоком полевого транзистора (тепловой шум от канального сопротивления и низкочастотный шум из-за помех, вызванных фликер-эффектом).
При фильтрации с использованием дифференциации и интеграции шум становится минимальным, если доля параллельных и последовательных источников одинакова: следовательно, две временные константы фильтра должны быть одинаковыми.
3.2.3.Разрешение Разрешение ухудшается из-за:
– параллельных и последовательных источников шума, упомянутых выше;
– статистических флуктуаций в пределах феномена обнаружения частиц (конверсии кинетической энергии в ионизационную).
2 2 2. Это выражается: FWHM = (электронный шум) + (статистические флуктуации).
3.3. Усилитель
Прибор IN 114 имеет усилитель, адаптированный для альфа-спектрометрии. Он состоит и: печатной платы и установлен над верхней частью детектора под цилиндрической крышкой и над предусилителем.
Разъем для сигнального выхода предназначен для прямого соединения с аналоговым входом многоканального анализатора.
3.4. Цилиндр
Цилиндр двойного назначения расположен под детектором, за панелью управления. Ось цилиндра поднимает держатель пробы и катод вверх до нужного положения, а также закрывает камеру и обеспечивает герметичность измерительной головки.
Цилиндр управляется двумя клапанами с электрическим управлением (на рис. 6 помечены как EV0). Газ подается (закрывая камеру) и газ откачивается в атмосферу (открывая камеру).
В качестве газа может использоваться сжатый воздух или безокислительный газ. Давление, требующееся для герметичности, равно 3,5 бара на цилиндр. Герметичность сохраняется не менее 48 часов даже в отсутствие подачи сжатого воздуха.
Если при закрытой камере отключается сетевое напряжение, цилиндр остается под давлением и камера остается закрытой.
Держатель проб сконструирован так, чтобы обеспечивать правильное расположение (центровку) в закрытой камере, таким образом удается избегать внецентренных нагрузок на цилиндр.
3.5. Подача детекторного газа
На рис. 6 показаны 4 клапана, контролирующие подачу газа в камеру:
– вакуумная линия, контролируемая клапаном EV4, соединяет камеру с вакуум- проводом насоса;
– линия подачи газа, контролируемая клапаном EV1, соединена с газовым баллоном посредством двухступенчатого редуктора, который обеспечивает относительное давление 1,2 бар;
– линия измерения и выпуска газа из камеры включает в себя:
• пьезоэлектрический манометр, дающий аналоговое напряжение, представляющее относительное давление в детекторе
• клапан EV6 открывает и закрывает систему циркуляции газа
• регулятор расхода V6, связанный с шаровым расходомером, регулирует и контролирует циркуляцию газа в детекторе.
• клапан EV3 и регулятор расхода откачивают газ из камеры в атмосферу, прежде чем открыть ее.
3.6. Передняя панель
См. рис. 3.
Кроме расходомера и регулятора расхода, упомянутых выше, передняя панель прибора имеет панель управления с 8 сенсорными кнопками, 6-разрядный 7-сегментный дисплей и 12 светодиодов, которые, будучи связанными с упрощенной схемой, позволяют управлять прибором и операциями во время измерительных последовательностей, которые нужно контролировать.
Восемь индикаторов соответствуют 8 кнопкам панели управления, шесть показывают состояние клапанов, одна относится к вакуумному насосу, а двенадцатая показывает наличие высокого напряжения на детекторе.1
Примечание: клавиатуры IN 114 и IN 614 идентичны.
Шестиразрядный дисплей показывает давление в камере, а также разные сообщения об ошибках.
Подвод контрольного и высокого напряжения
Печатная плата, смонтированная в шасси, включает в себя:
– микропроцессор и программное обеспечение;
– сопряжение с блоком питания;
– аналого/цифровой конвертер для измерительного преобразователя давления (8 бит);
– измерительный преобразователь давления;
– защита от высокого напряжения, обеспечивающая отключение в случае случайного открытия камеры;
– интерфейсы дистанционного управления;
– малошумящий источник высокого напряжения с отрицательной полярностью.
Восьмибитовый микропроцессор 8039 с 128 байтами оперативной памяти предлагает два восьмибитовых порта для интерфейсов помимо ADC (аналого-цифровой преобразователь). Программа содержится в памяти 4К 2732 СППЗУ.
Аналого-цифровой преобразователь соединен с шиной данных микропроцессора, а защита от высокого напряжения обеспечивается амплитудным дискриминатором, напрямую контролирующим аналоговый выход преобразователя давления и отключающего высокое напряжения посредством реле. Они работают параллельно с микропроцессором, даже если оно или его периферия выходят из строя.
Низковольтное питание
Источник низковольтного питания состоит из 5 блоков, закрепленных на основной подложке.
Задняя панель
Рис. 11: Задняя панель
Она включает в себя:
– три разъема для газа;
– вход цилиндра;
– вход камеры;
– выход для газа;
– выключатель BKJ1/OTKJI для ионизационной камеры с сеткой и насоса и два плавких предохранителя (3,15А);
– разъем для блока управления насосом;
– разъем высоковольтного выхода;
– разъем дистанционного управления SUB В, 15-штырьковый, гнездовой, DB15S. 3.10.
Защита
– Защита оператора от высокого напряжения и защита полевого транзистора на входе предусилителя: подача высокого напряжения отключается, если разница давления внутри камеры по сравнению с атмосферным становится менее 0,11 бар. Дублирующий контур, не зависящий от микропроцессора, обеспечивает это отключение.
– Трехпозиционный ключ защищает оператора и измерения:
• блокируя все элементы управления (панели управления и пульта дистанционного управления)
•допуская только дистанционное управление
•периодически проверяя панель управления.
Все команды панели управления требуют использования обеих рук.
4. Эксплуатация
4.1. Монтаж
См. монтажные спецификации № 020 ST 69542 для EN 114 и № 020 ST 69545 для IN 614.
4.2. Меры предосторожности при эксплуатации
– Значения давления и расхода:
Обычно давление между 1 и 5 бара (1,25 бар) отлично подходит для любой газовой смеси (аргон/метан, аргон/двуокись углерода). Для данной энергии существует оптимальное давление, дающее наилучшее разрешение.
При первом использовании необходим расход до 30 или 40 л/ч для достижения эффекта дегазации. Это значение стремиться к нулю по мере использования камеры. После нескольких недель использования опыт показывает, что при отсутствии газового потока сбор в течение 2 или 3 часов дает хорошее разрешение.
– Выбор газа:
Измерения, полученные со смесями аргон/метан, аргон/двуокись углерода дают наиболее корректные результаты.
Похоже, что тенденция предпочтений пользователей, в общем, направлена явно в сторону аргон/метановой смеси (типа 90/10 или Р10), поскольку она дает лучшие результаты. Разрешение тоже может быть лучше для альфа частиц очень больших энергий (порядка 6-7 МэВ), но разница не велика; они одинаково подвержены воздействию использованных давления и напряжения. Получение оптимального результата - это вопрос опыта персонала и требует большого количества экспериментов.
– Значение высокого напряжения:
Снижение риска рекомбинации; рекомендуется работать на максимальном напряжении, скажем, 2000В в случае аргон/метановой смеси.
– Микрофонный эффект:
Камера стоит на резиновых ножках. Однако пользователь может позаботиться о том, чтобы вибрации не передавались ни через основание, ни через соединения (кабели, трубы и т.д.). Рекомендуется спокойная среда. Рекомендуется контролировать выход усилителя с помощью осциллоскопа, чтобы избежать этой проблемы.
Чувствительность этого прибора зависит от отсутствия вибрации, а его разрешение – от отсутствия загрязнений в камере.
– Защищайте камеру и все, что может быть помещено в нее, от пыли.
– Остерегайтесь табачного дыма.
– Не прикасайтесь непосредственно к держателю проб.
– После длительного периода простоя или после очистки прибор должен прокачиваться в течение длительного времени (5-6 часов или более, если необходимо). Процедура такова:
• Поместите в детектор источник известного разрешения.
• Проведите серию измерений, пока не будет получено корректное разрешение (критерий того, что прокачка закончена). Каждый цикл измерения состоит из следующей последовательности:
закрыть камеру начать промывку закончить промывку начать измерение закончить измерение открыть камеру
Между измерениями следует камеру открыть и закрыть, чтобы убедиться, что каждый цикл включает в себя образование вакуума.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:
Никогда не помещайте в камеру пробы пыли или порошка, не герметизировав их сначала (Последовательность измерения начинается с создания вакуума в камере!). Если камера с сеткой используется для измерения проб очень низкой активности, рекомендуется оставить калибровочный источник внутри измерительной камеры только на время, необходимое для измерения энергии, чтобы калибровать многоканальную систему спектрометрических измерений. Если нет, то нужно изменить фоновый шум камеры. При запуске сначала проведите измерение фоновой энергии в течение 24 часов, затем в течение нескольких минут измерение калибровочной энергии с помощью тройного (?) источника (tri-source2) с гальваническим покрытием, а затем снова измерение фоновой энергии в течение 24 часов, чтобы проверить ее стабильность.
4.3. Принцип использования камеры с сеткой
Ионизационная камера с сеткой выполняет измерительную последовательность автоматически. Таким образом, оператор освобождается от выполнения всех мелких операций перед и после каждого измерения.
– Закрывание и открывание детекционной камеры.
– Работа клапана: регулировка расхода, прокачки, повторного заполнения и вакуума.
– Запуск и останов вакуумного насоса.
– Стабилизация циркуляции газа и подачи высокого напряжения.
– Опрессовка камеры после использования
– И т.д.
Это выполняется посредством панели управления на передней панели прибора, которая снабжена 8 кнопками, разделенными на четыре группы (см. рис. 3).
КАМЕРА: ОТКРЫТА
ЗАКРЫТА
СМЕНЩИК: СЛЕДУЮЩАЯ ПРОБА
ПУСК
ИЗМЕРЕНИЕ: ПУСК
СТОП
ПРОМЫВКА: ПУСК
СТОП
Трехпозиционный ключ, расположенный под панелью управления, обеспечивает безопасность эксплуатации с точки зрения физической защиты оператора и оборудования.
Эти три позиции следующие:
— Включение панели управления: Clavier/Keyb.
— Блокировка: Ver./Lock
— Включение пульта дистанционного управления: Telecom./Remote control
Включение панели управления срабатывает при смещении позиции ключа.
Позиции блокировки и пульта дистанционного управления постоянны и позволяют вынуть ключ.
Таблица, приведенная ниже, обобщает режимы эксплуатации:
| Положение ключа | Панель управления | Пульт дистанционного управления |
| Clavier/Keyb. (смещен) | ДА | НЕТ |
| Ver./Lock | НЕТ | НЕТ |
| Telecom./Remote control | НЕТ | ДА |
4.3.1. Эксплуатация вручную
– Возьмите ключ в левую руку и вставьте его в положение Keyboard; в это же время нажмите одну из четырех контрольных кнопок. Таким образом, обе руки оказываются заняты и не смогут попасть под действие закрывающейся камеры (усилие, прилагаемое цилиндром, достаточно, чтобы сломать карандаш, помещенный на держатель проб).
– После нажатия кнопки освободите ключ, повернув его в положение Lock. Никакое последующее действие не повлияет на панель управления, если одновременно не будет повернут ключ.
Подобно этому, дистанционное управление не работает, если ключ в положении Lock.
– Выньте ключ, чтобы предотвратить любое другое действие во время измерения.
4.3.2. Дистанционное управление
– Подключите сигналы дистанционного управления к 15-штырьковом разъему SUB D, помеченному REMOTE CONTROL и размещенному на задней панели прибора (см. рис. 11).
Функции выводов для этого соединения приведены на рис. 12.
Е-: вход, положительная полярность S+: выход, положительная полярность
Рис. 12: Функции контактов дистанционного управления
Сигналы имеют две четкие цели:
– Синхронизация реализационного цикла многоканального анализатора и детекторной камеры:
Принцип: в этом режиме эксплуатации ионизационная камера с сеткой и анализатор связываются с помощью 2 сигналов. Нажатие START MEASURE на передней панели прибора вызывает начало реализационного цикла. После этого оборудование проводит цикл откачки и закачки (подробное описание см. в разделе 4.1.1.), затем передает на анализатор сигнал Start accum. Прибор остается в режиме измерения до тех пор, пока анализатор не отправит сигнал остановки измерения (stop measure), или пока не будет нажата клавиша STOP MEASURE на передней панели прибора.
Анализатор пошлет сигнал остановки измерения, если он находится в автоматическом режиме (реализация прекращается, когда истекает предустановленное время или достигнуто предустановленное значение анализатора), или если запоминание данных прерывается вручную.
Интерфейсы:
Смотрите:
– функции выводов разъема (рис. 12)
– принципиальные схемы (рис. 13)
– выбор положительной/отрицательной конвенции.
Сигнал Sart Accum передается посредством оптического изолятора, а плата IN 2250/LOGIC+HV должна быть настроена на сигналы положительной либо отрицательной логики.
Разветвитель находится в п.5 на чертеже LOGIC+H.V.
Выбор между положительной и отрицательной логикой производится с помощью SW2.
Продолжительность: 1 секунда.
Выход разветвителя защищен последовательным резистором 470м (R9). Это выход может быть смещен посредством подачи положительного LV (низкое напряжение - прим. переводчика), внутреннего или внешнего, на прибор, подключенный посредством нагрузочного резистора (R32), смонтированного на опорных пальцах для упрощения замены, значение которого при изготовлении установлено на 47 Ом.
Сигнал STOP MEASURE посылается анализатором и получается прибором посредством оптического изолятора.
Выход с разветвителя может быть в положительной или отрицательной логике в соответствии с установками переключателя на плате IN 2250/LOGIC+HV.
Выбор между положительной и отрицательной логикой производится с помощью SW4.
Продолжительность: минимум 1мкс, запускаемая фронтом.
Выход разветвителя защищен резистором 4700м (R19), подключенным последовательно с
диодом с обратным смещением (D4). Резистор смонтирован на розетке для облегчения его замены.
Рис. 13: Интерфейсы синхронизации и дистанционного контроля
1 - настраиваемое сопротивление, нулевая позиция в соответствии с опцией
2 - не смогли расшифровать, очень плохой английский вперемешку с французским - прим. переводчика
– Полное дистанционное управление функциями панели управления ионизационной камеры с сеткой.
Принцип: Ионизационная камера с сеткой может полностью управляться дистанционно посредством электрических сигналов, которые заменяют кнопки управления, когда ключ на передней панели находится в положении REMOTE CONTROL (см. главу 3).
Главное управляющее устройство управляет ионизационной камерой, посылая две команды:
– начать измерение (start measure);
– закончить измерение (stop measure) (это тот же сигнал, который был описан для синхронизации реализационного цикла).
В свою очередь прибор посылает в ответ START ACCUM, когда подготовительная часть измерительной последовательности завершена (тот же сигнал, который был описан для синхронизации реализационного цикла).
Интерфейсы: В сравнении с теми, которые использовались для синхронизации многоканального анализатора; дополнительные 3 интерфейса являются входами и они идентичны входу STOP MEASURE.
Два входа и один выход могут работать независимо либо в положительной, либо в отрицательной логике. Предустановку переключателей и соединения см. на рис. 12 и 13.
– Включите прибор и поставьте ключ в положение REMOTE CONTROL.
Опасно: В положении дистанционного управления следует обязательно предотвращать доступ к детектору (с помощью экрана или колпака), чтобы сделать невозможным случайное попадание рук или предметов между держателем проб и камерой.
– Выньте ключ, чтобы предотвратить любые действия во время дистанционно управляемых измерений.
– Передавайте сигналы дистанционного управления.
4.4. Управление
При выполнении разных последовательностей индикаторы на передней панели (рис. 14) показывают состояние команд, отправленных на клапаны, вакуумный насос и источник высокого напряжения.
Индикатор “ON” означает:
– команда открытия клапана (промежуточное) или
– запуск насоса или
– включение высокого напряжения.
Цифровой дисплей показывает относительное давление внутри детектора в барах.
Используемые принципы автоматизации:
1) Корректная работа разных устройств, таких как цилиндр, клапаны и насос, определяется относительным давлением внутри камеры.
Диапазон измерения пьезоэлектронного манометра составляет от -1 бар до +3 бар относительно атмосферного давления и имеет разрешение 8 бит, т.е. значение квантования равно 15,625 мбар (4 бара/256).
Определены пять пороговых значений давления:
| Наименование порога давления | Значение относительного давления | |
| мбар | Шестнадцатиричная система | |
| Вакуум | -970 | |
| Минимальное атмосферное | -110 | |
| Максимальное атмосферное | +110 | |
| Минимальное измерительное | +950 | 7D |
| Максимальное измерительное | +2000 | СО |
Значения мбар, показанные выше, приблизительные
2) Обнаружение и индикация ошибок.
Если через 15 секунд работы микропроцессор обнаруживает ошибку, соответствующую одному из указанных ниже случаев:
Избыточное давление Давление больше максимального измерительного
Низкое давление Давление меньше минимального измерительного
Вакуума нет Давление больше вакуумного давления
Ошибка в достижении Давление меньше минимального атмосферного
или
атмосферного давления или Давление больше максимального атмосферного, то автоматически выполняется последовательность STOP MEASUREMENT (эквивалентная команде с локального пульта управления или дистанционного сигнала STOP MEASURE) и на дисплее выводится сообщение Err с соответствующим номером от 1 до 4.
Еще может быть две ошибки:
№0 = нажата кнопка, которая запрещена во время измерительного цикла (начать промывку, открыть камеру, закрыть камеру).
№5 = ошибка давления (давление MIN MEASUREMENT) обнаруживается контуром «высоковольтной безопасности», работающим независимо от программы микропроцессора и действующим прямо на контур высокого давления, даже если выходят из строя запрограммированные контуры автоматического управления.
| Номер ошибки | Значение |
| Запрещенная команда | |
| Давление слишком высокое | |
| Вакуум недостижим | |
| Измерительное давление недостижимо | |
| Атмосферное давление недостижимо | |
| Ошибка давления, обнаруженная системой безопасности, не зависящей от микропроцессора и действующей напрямую |
3) Если последовательности Start flushing, Start measure или Close chamber не прерываются, просто нажмите кнопку STOP MEASURE (подтвердив должным образом с помощью ключа, установленного в положении Keyboard). Это действие будет принято микропроцессором во время паузы (период ожидания или задержки, во время которого давление достигает данного порога); в этот момент выполняемая последовательность будет прервана и выполнена команда останова.
4.4.1 Локальный или дистанционный сигнал: START MEASUREMENT (НАЧАТЬ
ИЗМЕРЕНИЕ)
Данная функция осуществляет автоматическое выполнение следующего цикла измерений:
- закрытие камеры.
- вакуум в течение одной минуты, если P<MIN MEASUREMENT (минимальное
измерительное давление)
- Повторное заполнение (газ) и использование высокого напряжения.
- считывание энергетических показателей.
Подробное описание данных операций приводится в Таблице 1.
Таблица 1: Цикл STARTMEASUREMENT (начать измерение)
|
В случае, если камера уже закрыта в тот момент, когда дается команда начать цикл измерений (критерием будет являться тот факт, что давление будет равно или меньше значения MINMEASUREMENT (минимальное измерительное измерение)), цикл измерения будет следующим:
– Повторное заполнение (газ) и использование высокого напряжения
– Считывание показаний энергии,
что соответствует этапам 19-27 (см. Таблицу 1). Цикл измерения будет идентичным в случае, если команда Start measure (начать измерение) дается после команды Stop measure (остановить измерение), а камера при этом остается открытой, и нет никаких утечек.
Примечание:
Управление клапанами происходит с задержкой по времени в 1 секунду, не указанной в описании.
Длительность:
Предварительный цикл до начала измерения энергии частиц длится около 3 минут, если камера открыта и 1 минуту, если она уже закрыта.
Полный цикл включает в себя прокачку детектора (два вакуумных цикла, каждый из которых длится минимальный период времени, плюс 15 секунд и отделяется от следующего повторным заполнением), установление газового потока и включение высоковольтного источника питания, после которого следует период ожидания продолжительностью одна минута для стабилизации.
При коротком цикле сразу происходит установка циркуляции газа, затем включается высоковольтный источник питания, затем следует период ожидания продолжительностью одна минута, также как для полного цикла.
Если при выполнении измерения нарушается давление (см. раздел 4.4.2), запускается цикл Stop measure (остановить измерения).
Ручное управление многоканальным анализатором: на последнем этапе цикла Start (запуск) происходит включение высокого напряжения, которое пользователь может контролировать с помощью анализатора, по истечении обычного времени ожидания 1 минута (при необходимости можно выбрать другое значение).
Примечание: Камера остается закрытой, поток газа сохраняется, высокое напряжение включено до тех пор, пока не поступит команда Stop measure (Прекратить измерение) (локальное или дистанционное управление).
4.4.2 Сигнал локального или дистанционного управления: «STOP MEASUREMENT» (ОСТАНОВИТЬ ИЗМЕРЕНИЕ)
Данная команда автоматически запускает следующий цикл:
– поток газа останавливается;
– высокое напряжение отключается Камера остается закрытой и под давлением Параметры цикла представлены в Таблице 2.
Длительность около 2 секунд.
Для прекращения выполнения любой из пяти других команд (см. раздел 4.4.3) можно использовать клавишу Stop measure (Прекратить измерение).
| Цикл STOPMEASUREMENT (остановить измерение) | Действие | Соответствующее устройство |
| Остановка циркуляции газа | 1) Закройте клапан повторного | EV1 |
| Отключение высокого | заполнения | |
| напряжения | 2) Закройте клапан-регулятор | EV6 |
| потока | ||
| 3) Отключите высокое напряжение | НУ |
| Таблица 2: Цикл STOP MEASUREMENT (прекратить измерение) |
4.4.3 Сигнал локального или дистанционного управления: «OPEN CHAMBER» (Открыть камеру)
Данная команда:
- снижает давление в детекторе до атмосферного;
- открывает камеру.
Она может выполняться только после команды Stop measurement (прекратить измерение), т.е., когда произойдет отключение потока газа и высокого напряжения. Если это не так, сигнал управления (локальный или дистанционный) Open chamber (открыть камеру) игнорируется.
В таблице 3 приводятся характеристики цикла «Открыть камеру». Он длится около 20 секунд.
| Открыть камеру | Действие | Соответствующее устройство |
| Снижение давления и открытие | 1) Откройте клапан прокачки 2) Дождитесь установления максимального атмосферного давления 3) Подождите 5 секунд 4) Открыть камеру 5) Подождите 7 секунд, пока камера откроется | EV3 Пьезоэлектрический манометр EV0 – Цилиндр |
| Таблица 3: Цикл OPENCHAMBER (Открыть камеру). |
4.4.4 Сигнал локального или дистанционного управления: «CLOSECHAMBER» (Закрыть камеру)
Данная команда:
- закрывает камеру,
- разрежает, а затем повторно заполняет камеру.
Устройство повторно заполняется газом для того, чтобы избежать возможного воздействия коррозионной или загрязняющей среды, которая образуется в детекторе во время хранения.
В таблице приводится описание цикла закрытия камеры. Продолжительность цикла около 30 секунд.
| Цикл закрытия камеры | Действие | Соответствующее устройство |
| Закрытие | 1.закройте камеру; 2.подождите 5 секунд, пока камера закроется. | EV0 - Цилиндр |
| Разрежение и повторное заполнение | 3) Закройте клапан-регулятор потока 4) Закройте клапан прокачки 5) Закройте клапан повторного заполнения 6) Включите насос 7) Откройте вакуумный клапан 8) Дождитесь установления вакуумметрического давления 9) Подождите 1 минуту 10) Закройте вакуумный клапан 11) Открой клапан повторного заполнения 12) Дождитесь установления минимального измерительного давления 13) Затем подождите 5 секунд 14) Выключите насос 15) Закрой клапан повторного заполнения | EV6 EV3 EV1 Вакуумный насос EV4 Пьезоэлектрический манометр EV4 EV1 Пьезоэлектрический манометр Вакуумный насос EV1 |
| Таблица 4: Цикл CLOSE CHAMBER (ЗАКРЫТИЕ КАМЕРЫ) |
4.4.5 Локальное управление «START FLUSHING» (НАЧАТЬ ПРОМЫВКУ)
Данная функция контролирует:
- закрытие камеры в случае необходимости,
- разрежение в камере.
Оператор задает длительность цикла путем нажатия клавиши Stop flushing(OcTaHOBHTb промывку).
| Начало промывки | Действие |
| 1) Закройте камеру 2) Подождите 5 секунд до полного закрытия 3) Закройте клапан-регулятор потока 4) Закройте клапан прокачки 5) Закройте клапан повторного заполнения 6) Включите насос 7) Откройте вакуумный клапан 8) Проверьте, что Р< вакуумметрического давления |
| Таблица 5: Цикл STARTFLUSHING(Ha4aTb промывку) |
4.4.6 Локальное управление «STOP FLUSHING» (Закончить промывку) Прекращает вакуумирование камеры:
- промывка, затем вакуумирование камеры,
- повторное заполнение камеры,
- работа ионизационной камеры с сеткой.
| Остановка промывки | Действие |
| 1) Закройте вакуумный клапан 2) Откройте клапан повторного заполнения 3) Дождитесь установления MINMEASUREPRESSURE (минимального измерительного давления) 4) Подождите 5 секунд 5) Закройте клапан повторного заполнения 6) Откройте вакуумный клапан 7) Дождитесь установления вакуумметрического давления 8) Подождите 15 секунд 9) Закройте вакуумный клапан 10) Откройте клапан повторного заполнения 11) Дождитесь установления MINMEASUREPRESSURE (минимального измерительного давления) 12) Остановите насос 13) Закройте клапан повторного заполнения |
| Таблица 6: цикл STOP FLUSHING (остановка промывки) |
4.5 Использование камеры IN 114
4.5.1 Порядок действий После установки прибора:
1) Включите газовый баллон
2) Включите подачу сжатого воздуха
3) Включите прибор в сеть с помощью выключателя, который находится на задней панели устройства
4) Отрегулируйте редуктор давления и расходомер следующим образом:
Начните цикл измерений: нажмите START(3anycK).
Настройте редуктор давления так, чтобы установилось нужное давление, указанное на нем.
Откройте регулятор потока V6 (можно сделать на передней панели) и установите нужную скорость потока. В случае необходимости перенастройте редуктор давления. Регулировки давления и скорости потока могут влиять друг на друга, поэтому могут понадобиться точные настройки.
5) Проведите несколько операций по прокачке, см. раздел 4.2.
6) Откройте камеру: нажмите OPENED (открыто).
7) Установите пробу, которую необходимо измерить, в держатель для пробы.
Затем возможны три варианта действий:
8) Вы можете начать цикл измерений, нажав START MEASURE (начать измерение), а затем в конце прокачки нажать STOP MEASURE (остановить измерение).
9) Вы также можете закрыть камеру, нажав клавишу CLOSED CHAMBER (камера закрыта) и начать цикл измерений позже, нажав START (начать).
10) Вы также можете провести полуавтоматическую прокачку, нажав START FLUSHING (начать промывку). Продолжительность данного цикла ограничена и выбирается пользователем. Этот цикл можно прервать, нажав STOP FLUSHING (остановить промывку).
По окончании измерений возможны два варианта действий:
11) Режим дистанционного управления: анализатор посылает сигнал STOP MEASURE (прекратить измерение), когда получение данных завершено, в результате чего поток газа и высокое напряжение отключаются автоматически.
12) Или в ручном (локальном) режиме: оператор должен нажать клавишу STOP MEASURE (прекратить измерение) на панели управления после того, как анализатор закончит измерение.
Если необходимо произвести еще одно измерение на той же самой пробе:
13) Нажмите START MEASURE (как в пункте 8), при этом запускается короткий цикл, т.к. между двумя измерениями камера не открывалась.
Если повторного изменения не требуется:
14) Нажмите OPENED CHAMBER (камера открыта)
15) Затем, когда камера откроется, снимите пробу с держателя проб.
16) Закройте камеру после использования, нажав CLOSED CHAMBER (камера закрыта).
Для прекращения выполнения одной из трех команд: START MEASURE, OPENED или CLOSED (начать измерение, открытие, закрытие).
17) Нажмите клавишу STOP MEASURE (прекратить измерение) (см. раздел 4.4.2) Если в работе оборудования обнаружены нарушения:
18) Закройте камеру (как в пункте 16).
19) Установите удерживающую пластину под держатель проб с помощью двух барашковых винтов.
Для прекращения выполнения команды START FLUSHING (начать промывку):
20) Нажмите клавишу STOP FLUSHING (остановить промывку).
| Номер ошибки | Описание |
| Запрещенная команда | |
| Слишком высокое давление | |
| Невозможно достичь состояния вакуума | |
| Невозможно достичь давления для измерений | |
| Невозможно достичь атмосферного давления | |
| Ошибка давления, выявленная системой защиты независимо от микропроцессора |
4.5.2 Индикация ошибок
4.6 Использование блока работы с пробами IN 614
4.6.1 Описание
- На клавишном пульте управления находятся две новые клавиши (см. раздел 4.6.2), которые связаны с работой с пробами:
• клавиша CHANGER NEXT SAMPLE (СМЕНЩИК СЛЕДУЮЩАЯ ПРОБА)
• клавиша CHANGER START (ЗАПУСК СМЕНЩИКА)
Описание работы устройства приводится далее. Остальные шесть клавиш управления остаются без изменений.
- четыре датчика присутствия обеспечивают эффективное выполнение операций. Они определяют соответственно:
• положение цилиндра,
• индикация позиций (всего 6),
• индикация для пробы № 1,
(Следует отметить, что на пластине есть одно привилегированное местоположение, выделенное металлической полосой и названное «позицией №1»).
• наличие пробы в позиции.
Если один из датчиков обнаруживает какое-либо несоответствие, микропроцессор выдает сообщение об ошибке. Подробное описание этих сообщений приводится в разделе 4.6.4.
4.6.2 «Ручной» режим управления
«Ручной» режим идентичен режиму работы ионизационной камеры за исключением действия клавиши START MEASURE (начать измерение).
Когда нажата клавиша CHANGER NEXT SAMPLE (Сменщик, следующая проба), пластина поворачивается и останавливается на первой позиции. Если пластина и так находится в этой позиции (и если камера открыта), она поворачивается до следующей позиции.
Если камера закрыта, необходимо предварительно открыть камеру вручную.
- Когда нажата клавиша CHANGER START SAMPLE (Сменщик, Начало работы с пробой), начинается реализационный цикл (начать измерение в IN 114) с пробой, расположенной под камерой.
- Когда клавиша START MEASURE нажата, и камера открыта, пластина
поворачивается, пока не будет достигнута позиция № 1 (если в ней находится проба), затем начинается реализационный цикл с этой пробой (или с другой пробой, которая установлена в позиции, следующей за позицией №1).
4.6.3 «Дистанционный» режим управления
См. Раздел 4.7.
В режиме дистанционного управления:
- Start Measure (начать измерение): начало цикла измерения
- Stop Меа8иге(закончить измерение): открытие камеры, затем начало измерения (CHANGER START (запуск сменщика)) для следующей пробы, если это необходимо, или закрытие исполнительного механизма на следующей пробе.
4.6.4 Сообщения об ошибках № ошибки
| Не срабатывает механизм подачи пластины; ее заблокировало в одной позиции | |
| Пластину заблокировало между двумя позициями | |
| Точка «Позиция №1» не может быть найдена | |
| Позиция некорректно установлена при открытии или закрытии камеры (после нормального вращения пластины) | |
| А | После полного вращения пластины пробы не обнаружены (или нет проб при начале измерений в ручном режиме) |
| В | Держатель проб не возвращается (при возникновении данной ошибки цикл останавливается при дистанционном управлении, а в ручном режиме происходит только упоминание ошибки) |
| D | Проблема выполнения реализационного цикла (появление команды «stop» (стоп) до окончания цикла “start” (запуск)) |
| Е | Исполнительный механизм находится в поднятом положении, когда поступает команда, требующая поворота пластины. |
4.7 Дистанционное управление приборами IN 114 (IN 116) с помощью анализатора
4.7.1 Общая информация
Дистанционное управление приборами IN 114 (IN 116) с помощью анализатора происходит с помощью трех сигналов:
- двух входных сигналов, поступающих на IN 114 (IN 116), соответствующих клавишам START MEASURE (начать измерение) или STOP MEASURE (прекратить измерение).
- исходящий сигнал START ACCUM от IN 114 (IN 116), который действует в качестве подтверждения вышеупомянутых сигналов. Он посылается, когда IN 114 (IN 116) выполнил предшествующий порядок операций.
Описание данных сигналов приводится в разделе 2.1.6.
Далее приводится описание цикла, выполняемого при получении сигнала STARTCYCLE (начать цикл).