γ射线子弹炮弹缺失检测系统研发

摘要

γ射线子弹炮弹缺失检测系统是军工企业、仓库管理迫切需要开发的检测仪器，对保障人民生命财产、社会安定具有重要作用。一方面，我国有大量子弹、炮弹生产线，每年生产出大量子弹和炮弹，其产品成品箱需要检验。另一方面，军火库中储存有大量的弹药，如何快速地检验成品箱中的子弹、炮弹的完整性是一个迫切问题，也是提高仓储管理水平、防止弹药失窃、保障弹药库安全的重要手段。 本论文设计并研制了一种新的γ射线子弹炮弹缺失检测系统，本系统利用核辐射射线穿透金属材料时能量和照射量率衰减的特性来检测子弹炮弹缺失的无损检测方法。该检测系统融合了γ射线探测技术和γ能谱分析技术，通过标准样的自动标定和多方位测量方式，模拟出密闭弹箱内子弹、炮弹分布情况，进而发现缺失弹箱以及缺失数目。该检测系统具有检测灵敏、体积小，移动方便的特点，适用于子弹、炮弹的生产过程中装箱质量检测和已入库弹箱进行的抽检，能准确检测弹箱内弹药的缺损情况，发现异常，检测设备自动发出报警信号，检测出有数目缺失的弹箱。 论文的主要研究成果表现在： (1)设计并研制了γ射线子弹炮弹缺失检测系统的硬件系统。该系统由γ射线源、γ射线探测器、核电子线路单元、屏蔽与准直器和弹箱传输带组成。其中，γ射线源选用137Cs放射源，其放出单能0.661MeV的γ射线；γ射线探测器采用6个NaI(Tl)闪烁计数器组成一阵列式探测器；屏蔽与准直器主要以铅为屏蔽体，形成2mm线状窄缝；弹药箱传输带电机带动的链条传动装置，传送速度为0-10cm/s可调；核电子线路单元主要由探测器（其中包括：NaI(Tl)晶体、光电倍增管、高压电源）、前置放大器、脉冲幅度甄别器、16位的计数器、多路选择器、单片机控制系统、上位机等组成。其中，脉冲幅度甄别器是本硬件系统设计的一个主要点，同时也是本硬件系统设计的一个创新点。传统的幅度甄别器都是由分离器件采用模拟与数字相结合的方法实现，电路一般比较复杂，而本设计中的甄别器全是由数字电路构成（比较器部分除外），而且将六通道的数字运算处理部分全部集中在了一片CPLD内，大大减小了系统的复杂程度，提供了系统的可靠性。本硬件系统可实现模拟脉冲信号的放大处理与数字化。 (2)根据系统需求，开发了适合本检测系统的软件平台。该软件可实现以下功能：文件处理：主要是针对数据文件，格式有“.dat”和“.txt ”，完成数据文件的自动存储，打开、退出；参数设置：主要设置参数有，各个探测器的灵敏度设置、弹箱传送快慢设置、探测器采样时间设置，及其串口设置；数据显示：可以实时显示六个探测器采集的数据，并进行相应的数据处理。显示位置可以改变；仪器矫正：通过标准弹箱的检测数据，自动得到一个矫正因子进行矫正，并将矫正因子自动保存，待下次使用；问题报警：当检测到弹药箱子弹炮弹缺失，通过界面上的6个LED闪烁报警，来指示出现问题的位置，并返回信息处理。 (3)通过长期静态与动态实验，表明本检测系统的硬件、软件长期稳定性良好。 (4)通过对某弹药库弹药箱缺失进行实际检测，表明本检测系统可实现单包及以上数目子弹缺失情况的检测。