專利名稱：熱釋光劑量元件(tld)自動(dòng)退火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種用于對熱釋光劑量元件(TLD)自動(dòng)退火，消除元件中吸收的β、γ、X射線能量的裝置。
近年來，國內(nèi)外用熱釋光劑量元件進(jìn)行核輻射、X光輻射累計(jì)吸收劑量監(jiān)測的日益廣泛，但是，與其配套的退火爐具卻不能滿足其需要，目前國內(nèi)現(xiàn)有爐具主要存在以下不足a、測溫精度低，爐溫過沖大，爐溫分布不均勻，因此，不能滿足新型高靈敏度熱釋光劑量元件退火要求；b、工作溫度范圍窄，只能滿足部分退火溫度較低的熱釋光劑量元件的退火需要；c、自動(dòng)化程度低，溫度控制、恒溫定時(shí)等均需手工調(diào)節(jié)和卡秒表計(jì)時(shí)等手工操作。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能有效克服上述不足，滿足絕大多數(shù)熱釋光劑量元件退火要求的新型裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型由爐溫自動(dòng)控制器、爐體和冷卻散熱器組成，爐溫自動(dòng)控制器按裝固定在爐體正上方左側(cè)，該控制器機(jī)箱底面與爐體上表面之間存在空隙，該控制器機(jī)箱兩側(cè)面開有通風(fēng)孔；冷卻散熱器由托盤架和電風(fēng)扇組成，托盤架按裝固定在爐體上表面右側(cè)處，電風(fēng)扇位于托盤架正上方，并通過金屬框架與爐體固定連接。爐溫自動(dòng)控制器是以單片機(jī)為主要控制部件，在相應(yīng)軟件控制下，對爐體的加熱、控溫、防過沖、定時(shí)、報(bào)警實(shí)施有效控制。在爐體處于高溫退火工作狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)冷卻散熱器中的電風(fēng)扇可在一定程度上防止?fàn)t體高溫對于爐溫控制器的影響，因?yàn)闋t溫控制器機(jī)箱與爐體上表面之間有空隙、機(jī)箱兩側(cè)也有通風(fēng)散熱孔；托盤架用來放置剛剛從爐膛內(nèi)取出的托盤，使托盤內(nèi)的熱釋光劑量元件在電風(fēng)扇風(fēng)力作用下迅速冷卻，以滿足退火的要求。
爐溫自動(dòng)控制器是達(dá)到本實(shí)用新型目的的關(guān)鍵部分，爐溫自動(dòng)控制器由控制主體單元、測溫通道單元、功率控制單元、報(bào)警單元和電源單元構(gòu)成，其中A、控制主體單元包括有8031單片機(jī)、地址鎖存器、程序存儲(chǔ)器、顯示器電路、鍵盤電路；B、測溫通道單元包括有溫度測量元件、混合集成線性化模塊、A／D轉(zhuǎn)換器、接口電路及基準(zhǔn)電壓電源；C、功率控制單元包括有三極管驅(qū)動(dòng)電路和固態(tài)繼電器控制電路；D、報(bào)警單元包括有與非門驅(qū)動(dòng)電路和蜂鳴器。8031單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線上接地址鎖存器、程序存儲(chǔ)器，8031總線的低四位接顯示器的驅(qū)動(dòng)電路，8031的P1.0－P1.3接鍵盤輸入電路，8031的P1.4經(jīng)過與非門電路和蜂響鳴器連接，8031的P3.0、P3.1分別接至D觸發(fā)器的一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，8031的P1.5與驅(qū)動(dòng)三極管電路輸入端相連接，該驅(qū)動(dòng)三極管輸出端則與固態(tài)繼電器控制信號(hào)輸入端相連接，固態(tài)繼電器的輸出回路控制加熱元件供電回路的通斷，溫度測量元件的電信號(hào)輸出端與混合集成線性化模塊的輸入端相連接，該模塊的輸出端則與A／D轉(zhuǎn)換器相連接，A／D轉(zhuǎn)換器的輸出端經(jīng)接口電路與8031的數(shù)據(jù)總線相連接，另外，A／D轉(zhuǎn)換器控制信號(hào)端與D觸發(fā)器另一個(gè)輸入端相連接，A／D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)端與基準(zhǔn)電壓電源輸出端相連接。
爐溫自動(dòng)控制器的一個(gè)設(shè)計(jì)思想是在較簡單的硬件電路上使用靈活方便的軟件，以實(shí)現(xiàn)退火裝置獨(dú)特、復(fù)雜的溫控模式，完成裝置的全部技術(shù)指標(biāo)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于一是功能齊全，適用范圍廣。由于裝置的工作溫度上限達(dá)500℃，可滿足絕大多數(shù)熱釋光劑量元件(除幾種CaF2元件外)退火的各種需要；二是采用技術(shù)途徑先進(jìn)，性能穩(wěn)定可靠。裝置運(yùn)用了最新智能化儀器的設(shè)計(jì)理論，采用軟、硬件結(jié)合的控制方法，該裝置能根據(jù)設(shè)置的不同工作爐溫，自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)纳郎啬Ｊ剑ＷC爐溫在達(dá)到要求的工作溫度前使其工作爐膛內(nèi)溫度達(dá)到平衡，有效地解決了溫度過沖等技術(shù)難點(diǎn)，保證了測溫精度、爐溫均勻性及其它性能的穩(wěn)定性；三是自動(dòng)化程度高，操作使用方便。裝置只需在開機(jī)時(shí)輸入所需的工作溫度和定時(shí)時(shí)間即可，其它均由裝置自動(dòng)完成。當(dāng)達(dá)到預(yù)置參數(shù)時(shí)能發(fā)出音響報(bào)警，提示用戶及時(shí)處理。同時(shí)裝置還具有自診斷功能，保證裝置始終處于正常工作狀態(tài)。另外，該裝置設(shè)置了熱釋光劑量元件退火后的速冷及爐體高溫散熱的功能，使其成為一種工作溫度范圍寬、測溫、控溫精度高，功能齊全，適用范圍廣，具有一定自動(dòng)化、智能化功能，操作使用方便的熱釋光劑量元件退火裝置。
以下結(jié)合附圖介紹本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例。
附


圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是本實(shí)用新型中爐溫自動(dòng)控制器原理框圖。
附圖3是爐溫控制器中測溫通道單元及相關(guān)電路的電原理圖。
附圖4是爐溫控制器中功率控制單元電原理圖。
實(shí)施例一
本實(shí)例各部分結(jié)構(gòu)形式參見附
圖1。該圖中，(1)是爐溫自動(dòng)控制器，(2)是顯示器，(3)是通風(fēng)孔，(4)是指示燈，(5)是鍵盤，(6)是爐體，(7)是電風(fēng)扇，(8)是金屬支架，(9)是托盤架。
本實(shí)例中的爐體部分采用三方位電熱絲加熱其目的是為減少爐腔內(nèi)的溫度，避免遠(yuǎn)紅外的輻射影響，提高爐腔內(nèi)的熱均勻性。在爐腔較小的情況下，使加熱體與腔內(nèi)壁構(gòu)成一體，使其產(chǎn)生爐體溫度平衡的效果。爐體采用雙門結(jié)構(gòu)，也起到減少爐腔內(nèi)前后方向上的溫度梯度的作用。加之，選取合適的保溫材料和保溫層，保證了爐腔內(nèi)部的熱均勻性。該爐體能滿足現(xiàn)有的各種型號(hào)的熱釋光劑量元件退火的熱均勻性要求。該爐體還設(shè)有向爐腔內(nèi)通入保護(hù)氣體(如氮?dú)?的導(dǎo)氣孔，不但可滿足部分需在保護(hù)氣體中退火的熱釋光劑量元件退火需要，還可利用通氣的方式進(jìn)一步改善爐腔內(nèi)溫度的均勻性。
附圖2給出本實(shí)例中的爐溫自動(dòng)控制器原理框圖?？刂浦黧w單元包括有一片8031單片機(jī)芯片(10)、一片LS373地址鎖存器(11)、一片MC2764程序存儲(chǔ)器(12)一個(gè)4位LCD顯示器與一片ICM7211構(gòu)成的顯示電路(13)和一個(gè)用作I／O鍵盤電路(14)，其中鍵盤由一片74LS08與上位電阻構(gòu)成門陣列，產(chǎn)生鍵盤中斷號(hào)，由8031的P1.0－P1.3讀回鍵值；顯示內(nèi)容由8031數(shù)據(jù)總線的低四位送入7211。
附圖3給出了爐溫自動(dòng)控制器中測溫通道單元的電路構(gòu)成。測溫通道由溫度測量元件(15)熱電偶或鉑電阻(Pt100)、混合集成熱電偶(阻)線性化模塊(16)SG204K11及MC14433A／D轉(zhuǎn)換器(17)構(gòu)成。由熱電偶(阻)測得的溫度信號(hào)，必須經(jīng)前置放大和線性化處理后才能使用，SG204K11模塊對感溫信號(hào)放大、線性化處理后，輸出1mv／℃的溫度測量信號(hào)。對熱電偶而言，模塊內(nèi)部還設(shè)有冷端補(bǔ)償電路。通道測量精度可達(dá)0.4％。經(jīng)線性化處理后的信號(hào)，送入A／D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)模／數(shù)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)由74LS244構(gòu)成的接口電路(18)，送入8031的數(shù)據(jù)總線，由8031讀回后進(jìn)行處理。另外，A／D轉(zhuǎn)換器控制信號(hào)端與D觸發(fā)器(22)另一個(gè)輸入端相連接，A／D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)端與基準(zhǔn)電壓電源(23)輸出端相連接。
附圖4給出功率控制單元的電原理圖。功率控制單元由固態(tài)繼電器(19)JGA－210B和驅(qū)動(dòng)三極管(20)構(gòu)成?？刂菩盘?hào)由8031的P1.5端給出。當(dāng)P1.5輸出高電平時(shí)，固態(tài)繼電器接通加熱元件(21)電源電路；輸出低電平時(shí)關(guān)閉電源。音響報(bào)警電路，由74LS02與非門電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，由8031單片機(jī)的P1.4端控制。定時(shí)電路直接利用8031單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)例工作過程為裝置開機(jī)后，由軟件控制，通過鍵盤接收工作參數(shù)，并通過計(jì)算，確定采取的升溫方式。如要求的工作溫度小于80℃(該值隨要求的工作溫度不同而不同)，則采用間斷加熱模式，邊加熱，邊等待爐溫平衡。如要求的工作溫度大于80℃，則首先采用快速連續(xù)升溫模式，直至爐溫達(dá)到離要求的工作溫度還差80℃時(shí)，再采用間斷加熱模式，等待爐溫平衡，當(dāng)達(dá)到離要求工作溫度約20－40℃時(shí)，完全停止加熱，讓爐溫自由上沖，通過軟件判別爐溫不再上沖時(shí)，再將實(shí)測溫度與要求的工作溫度進(jìn)行比較運(yùn)算取其差值的一半，作為下次的升溫值，如此反復(fù)比較運(yùn)算，則可使?fàn)t溫逐漸逼近要求的工作溫度，而又避免爐溫過沖。當(dāng)爐溫達(dá)到預(yù)置溫度時(shí)，發(fā)出音響報(bào)警信號(hào)，告知使用者，可進(jìn)行下一步操作。。當(dāng)所需退火處理的樣品置于爐腔后，仍通過軟件判別爐溫下沖及爐溫上沖過程，當(dāng)確定爐溫不再上沖，而且尚未達(dá)到要求的工作溫度后，仍采用間斷加熱的方式，使?fàn)t溫逐漸達(dá)到要求的溫度。當(dāng)爐溫再次達(dá)到預(yù)置溫度后，軟件轉(zhuǎn)去執(zhí)行恒溫部分。同時(shí)，開啟8031內(nèi)部的計(jì)數(shù)／定時(shí)器1，以中斷形式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定時(shí)功能。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，第二次發(fā)出音響信號(hào)，告知使用者退火工作結(jié)束。恒溫控制階段，對爐體的加熱，采用間斷加熱和延時(shí)禁止加熱的方式，避免由爐體升溫惰性引起過大的爐溫波動(dòng)。加溫、恒溫過程中，可開啟電風(fēng)扇以使?fàn)t體的溫度自動(dòng)控制器的正常工作。最后將經(jīng)高溫處理過的的劑量元件從爐體內(nèi)取出放置于托盤架上，用電風(fēng)扇迅速冷卻，以達(dá)到劑量元件退火的要求。
以上各階段的間斷加熱過程中，所用加熱時(shí)間常數(shù)、停止等待的時(shí)間常數(shù)，均由實(shí)驗(yàn)得出，由軟件自動(dòng)查表求出并代入。
由于本裝置的工作溫度上限確定為500℃，因此，由軟件限制其測溫通道只在室溫至500℃范圍內(nèi)工作。如要求裝置的工作溫度超過這一范圍，則裝置不予接受，且給出錯(cuò)誤提示。但是，實(shí)際的測溫通道具有0－1999℃的測溫能力，通過軟件即可使其得到擴(kuò)展。其方法是取消軟件限制；取消顯示功能指示符號(hào)位，使顯示器擴(kuò)展到具有4位數(shù)據(jù)顯示能力即可。測溫功能范圍加寬后，裝置的控制部分可與其它高溫爐具配套，并且可按不同需要設(shè)計(jì)多組不同的工作溫度值、多組恒溫定時(shí)值，按要求的工作模式實(shí)現(xiàn)程式升溫、恒溫等功能。另外，裝置中目前的定時(shí)時(shí)間范圍為1－1999分鐘，亦可通過軟件擴(kuò)展至1－9999分鐘(166.6小時(shí))。擴(kuò)展方法與測溫范圍擴(kuò)展類似。
權(quán)利要求1.一種熱釋光劑量元件(TLD)自動(dòng)退火裝置，它由爐溫自動(dòng)控制器、爐體和冷卻散熱器組成，其特征在于爐溫自動(dòng)控制器按裝固定在爐體正上方左側(cè)，該控制器機(jī)箱底面與爐體上表面之間存在空隙，該控制器機(jī)箱兩側(cè)面開有通風(fēng)孔；冷卻散熱器由托盤架和電風(fēng)扇組成，托盤架按裝固定在爐體上表面右側(cè)處，電風(fēng)扇位于托盤架正上方，并通過金屬框架與爐體固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱釋光劑量元件(TLD)自動(dòng)退火裝置，其特征在于爐溫自動(dòng)控制器由控制主體單元、測溫通道單元、功率控制單元、報(bào)警單元和電源單元構(gòu)成，其中A、控制主體單元包括有8031單片機(jī)、地址鎖存器、程序存儲(chǔ)器、顯示器電路、鍵盤電路；B、測溫通道單元包括有溫度測量元件、混合集成線性化模塊、A／D轉(zhuǎn)換器、接口電路及基準(zhǔn)電壓電源；C、功率控制單元包括有三極管驅(qū)動(dòng)電路和固態(tài)繼電器控制電路；D、報(bào)警單元包括有與非門驅(qū)動(dòng)電路和蜂鳴器；8031單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線上接地址鎖存器、程序存儲(chǔ)器，8031總線的低四位接顯示器的驅(qū)動(dòng)電路，8031的P1.0－P1.3接鍵盤輸入電路，8031的P1.4經(jīng)過與非門電路和蜂響鳴器連接，8031的P3.0、P3.1分別接至D觸發(fā)器的一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，8031的P1.5與驅(qū)動(dòng)三極管電路輸入端相連接，該驅(qū)動(dòng)三極管輸出端則與固態(tài)繼電器控制信號(hào)輸入端相連接，固態(tài)繼電器的輸出回路控制加熱元件供電回路的通斷，溫度測量元件的電信號(hào)輸出端與混合集成線性化模塊的輸入端相連接，該模塊的輸出端則與A／D轉(zhuǎn)換器相連接，A／D轉(zhuǎn)換器的輸出端經(jīng)接口電路與8031的數(shù)據(jù)總線相連接，另外，A／D轉(zhuǎn)換器控制信號(hào)端與D觸發(fā)器另一個(gè)輸入端相連接，A／D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)端與基準(zhǔn)電壓電源輸出端相連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種智能化烘烤爐，用于對熱釋光劑量元件(TLD)的退火。其主要特點(diǎn)是爐溫自動(dòng)控制單元的硬件是以8031單片機(jī)構(gòu)成的實(shí)用微機(jī)小系統(tǒng)作為控制主體，以熱電偶(或鉑電阻)、線性化處理、A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成測溫通道單元，以固態(tài)繼電器構(gòu)成功率控制單元，蜂鳴器及控制電路構(gòu)成報(bào)警單元。該裝置利用單片機(jī)自身的軟、硬件資源，有效、精確、方便的滿足了絕大多數(shù)熱釋光劑量元件實(shí)際退火的需要。
文檔編號(hào)F27B19/00GK2205950SQ9423172
公開日1995年8月23日 申請日期1994年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月23日
發(fā)明者韓益利, 郭旭欣 申請人:南京軍區(qū)司令部防化技術(shù)研究所