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[摘要]本文在WCM1000全身污染监测仪已有的结构设计上，重新针对多个方面进行改进，立足实际情况进行优化，进一步将该监测仪的各个机械结构设计为标准化、模块化，便于同类仪表通用替换，实现WCM1000型全身污染监测仪结构通用性研究，目前已成功实现市场化应用。
[关键词]全身污染监测仪 结构改进 核探测器
中图分类号：TH89 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0062-02
一.前言
随着国内三代核电的迅猛发展，辐射监测仪表国产化势在必行，当工作人员离开放射性区域时，全身表面污染监测仪能够快速对其全身各部位进行放射性表面污染测量，确定污染状况，控制污染水平，并有效隔离控制区。全身表面污染监测仪作为最后一道屏障，有着至关重要的作用，广泛应用于核电站或相关核设施厂房的放射性卫生出口处。之前设计的全身污染监测仪，栏杆结构采用电动推杆驱动的连杆结构，栏杆在0?-90?旋转时不能按要求达到指定位置；自动门采用电动推杆驱动、连杆连接的折叠门结构，影响被测人员的正常通过性；头部探测器不可升降，影响测量结果；整体机身材料采用不锈钢材质，加工难度大，成本高。机械优化设计包括为了提高机构性能的机构参数优化、为了减轻结构重量或降低结构成本或延长结构使用寿命的机械结构优化、各种传动系统的参数优化等多方面[1]。本文针对WCM1000全身污染监测仪，在已有结构设计基础上进行设计优化，同时详细描述各个结构的设计思路，并由此进行的改进。
二.整机外观与结构
2.1 整机结构
全身表面污染监测仪整体外壳采用Q235碳钢板材料，局部不锈钢304材料，表面喷塑处理，结构为分体式，可拆卸，内部含有10块屏蔽铅板，整机重800 kg左右。整機共分为四个部分：底座，顶盖，左柜，右柜。
2.2 结构详解
2.2.1顶盖部件
顶盖部件由自动门机构、头部升降机构、电器元件及走线槽布局规划3个部分组成。自动门机构用于控制设备出口门的开闭状态，由来自处理器的信号来判断是否满足放行条件，决定钢化玻璃门部件的开启与关闭，从而起到防止放射性物质外逸的作用。头部升降机构根据测量人员或者维护人员的实际身高，通过手动调节的方式进行高度上调节，利用高精度直线法兰轴承与高硬度光轴的配合，确保头部探测器可以在被测量人员头部上方做直线运动。而另一端配重片的增减可以使头部探测器部件与配重机构达到重力平衡，使得测量人员在测量操作时更加轻松。电器元件及走线槽布局规划主要用于顶盖内电路控制板的固定与电源线、信号线、网线的走向控制，对其进行的布局规划可以有效的提高设备内部操作空间及解决各种线缆之间缠绕引起的故障和安全隐患，开阔的设计便于设备安装与故障维护。
1）自动门机构包含电机齿轮、齿条、直线轴承滑块、光轴、光轴支架、可调限位机构、行程开关7个部分，通过各部分的配合动作实现设备出口门的开闭控制及到位信息反馈，具体结构详见图2。
原有设计中，配重结构采用不锈钢圆筒加内部灌砂，设计简单但不便于调节重力平衡，后采用配重片结构，通过增加和减少配重片的数量来调节重量，从而解决重力平衡问题。
3）顶盖电器元件及走线槽整体布局规划，以便于固定顶部控制电路板与各种线缆的走向控制。该部分设计主要考虑在顶盖内部需要增加走线槽，每根电缆线两端增加线号。出口位置与安装方式选择灵活，能满足各种地方出线的需要，在顶盖内部干净整洁的同时，也要方便安装和维修，也不会影响运动机构正常运行。具体结构详见图4。
2.2.2.右柜组件
右柜组件主要由栏杆机构、电器元件及走线槽、核辐射探测器组件3个部分构成。栏杆机构主要用于控制入口栏杆0?-90?旋转，由来自处理器的信号来控制。当人员进入仪器站到指定位置时，栏杆旋转至与地面平行，防止被测人员未测量完毕便从入口离开。右柜电器元件及走线槽整体布局规划，每根电缆线两端增加线号，以便于右柜内部电路控制板的固定与电源线、信号线、网线的走向控制，有效的提高设备有效空间及解决潜在隐患，也为了便于设备安装与故障维护。核辐射探测器组件采用的是塑料闪烁体加光电倍增管的方式。不带电的粒子（如γ射线）射入闪烁体时，利用次级效应所产生的带电粒子，使闪烁体的原子、分子电离和激发；闪烁体中激发态的原子、分子在退激过程中发射光子；发射的光子利用光导将大部分光子收集到光电倍增管的光阴极上，通过光电效应，在光阴极上打出光电子[2]。通过光电倍增管对光电子进行收集，将微弱光信号转换成电信号从而进行放射性的测量。而光电倍增管端窗与塑料闪烁体接触是否紧密，整体结构是否避光会直接影响到最后的测量结果。
1）栏杆机构包含栏杆电机、限位开关、栏杆电机安装板、栏杆机构安装板、栏杆、转轴、双轴承支座组件、限位开关接触片、可调限位座等9个部分，用于控制出口栏杆0?-90?旋转。此栏杆机构设计适用于已有其他的设备，所有零部件均可以通用，在便于安装和维修的同时，也减少零件采购种类。具体结构详见下图。
2）配重机构包含配重片、上下不锈钢托板、静音导向套、高硬度导向轴、配重片拉杆、铜夹等6个部分，配重片为Q235材料发黑处理，静音导向套为聚四氟乙烯材料，选用这种材料配重片机构沿高硬度导向轴运动可以降低噪音，增大摩擦力，其余结构件均为不锈钢材料。通过结构构思、头部探测器组件及升降机构重量参数计算、关键部位的受力分析，整体配重结构设计满足重力平衡要求，使得测量人员在测量操作时更加轻松。具体结构详见图6。
3）右柜电器元件及走线槽整体布局规划，用于电路板的固定与实现对电源线、信号线、网线等的保护与走向控制，采用封闭式槽道，具有较高的冲击韧性和良好的机械性能，保护线缆不受损伤，有效的提高设备有效空间及解决潜在隐患，也为了便于设备安装与故障维护。 4）探测器组件包含塑料闪烁体、探测器铝夹、光电倍增管套筒、套筒后盖、线缆接头、导向轴、光电倍增管等7个部分，原有光电倍增管与塑料闪烁体晶体结构设计是将塑料闪烁体与光电倍增管端窗直接连接，但是无法保证接触面完全接触与避光，直接影响探测效率，本次改进设计中，采用光电倍增管分压板后部加入弹性支撑，该处理使得倍增管窗口与探测器晶体接触更好，整个结构避光性也得到了进一步的提升。同时，对探测器外部铅板进行了外包不锈钢的处理，降低了生产、维护时可能的铅污染。
2.3 左柜组件与底座组件
左柜组件与底座组件均为探测器与铅板的固定，与右柜组件的结构一致，因此不再进行一一赘述。
一.结构改进特点
1）栏杆机构整体结构均采用不锈钢材质，电子机械双重限位设计，可以整体拆除或者替换，整体设计趋于标准化，模块化，便于同种需求的设备直接应用；
2）配重机构两边双V字轴承设计，降低摩擦力，使用过程顺畅。所配重量可根据实际需要进行调整，通过另一端重量增加或减少配重片的数量达到重力平衡；
3）核輻射探测器采用弹性支撑处理，防止光电倍增管端窗与探测器晶体接触面接触不完全，整个结构避光性也得到了进一步的提升，铅板外包不锈钢处理使人员不受重金属伤害；
4）整体框架采用碳钢板折弯焊接工艺，减轻重量的同时并保证机械强度。整机架体外表面喷塑处理使仪器在潮湿环境下有很强的防锈防腐蚀能力。为避免在使用过程中，底座人站立表面的喷塑涂层磨没导致生锈，将底座改成304不锈钢材质的钢板焊接而成，整体防腐蚀能力增强。
二.总结
本次设计改进在原有的设计基础上，重新针对顶盖部件、柜体结构、探测器结构等方面进行设计，立足实际情况进行优化，更进一步将各个机械结构趋向于标准化、模块化，在结构通用性上深入研究，目前该设备已经投入市场使用。
参考文献：
[1]黄海，汤升林，赵振华.最优化设计方法及其在机械设计中的应用[J].硅谷，2011（08）：149+146
[2]李坚. 门式放射性沾染检查仪测量方法研究[D].北京化工大学，2006.
作者简介：白宁（1986-），男，汉，辽宁省台安县，助理工程师，主要从事表面污染测量研究。
[关键词]全身污染监测仪 结构改进 核探测器
中图分类号：TH89 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0062-02
一.前言
随着国内三代核电的迅猛发展，辐射监测仪表国产化势在必行，当工作人员离开放射性区域时，全身表面污染监测仪能够快速对其全身各部位进行放射性表面污染测量，确定污染状况，控制污染水平，并有效隔离控制区。全身表面污染监测仪作为最后一道屏障，有着至关重要的作用，广泛应用于核电站或相关核设施厂房的放射性卫生出口处。之前设计的全身污染监测仪，栏杆结构采用电动推杆驱动的连杆结构，栏杆在0?-90?旋转时不能按要求达到指定位置；自动门采用电动推杆驱动、连杆连接的折叠门结构，影响被测人员的正常通过性；头部探测器不可升降，影响测量结果；整体机身材料采用不锈钢材质，加工难度大，成本高。机械优化设计包括为了提高机构性能的机构参数优化、为了减轻结构重量或降低结构成本或延长结构使用寿命的机械结构优化、各种传动系统的参数优化等多方面[1]。本文针对WCM1000全身污染监测仪，在已有结构设计基础上进行设计优化，同时详细描述各个结构的设计思路，并由此进行的改进。
二.整机外观与结构
2.1 整机结构
全身表面污染监测仪整体外壳采用Q235碳钢板材料，局部不锈钢304材料，表面喷塑处理，结构为分体式，可拆卸，内部含有10块屏蔽铅板，整机重800 kg左右。整機共分为四个部分：底座，顶盖，左柜，右柜。
2.2 结构详解
2.2.1顶盖部件
顶盖部件由自动门机构、头部升降机构、电器元件及走线槽布局规划3个部分组成。自动门机构用于控制设备出口门的开闭状态，由来自处理器的信号来判断是否满足放行条件，决定钢化玻璃门部件的开启与关闭，从而起到防止放射性物质外逸的作用。头部升降机构根据测量人员或者维护人员的实际身高，通过手动调节的方式进行高度上调节，利用高精度直线法兰轴承与高硬度光轴的配合，确保头部探测器可以在被测量人员头部上方做直线运动。而另一端配重片的增减可以使头部探测器部件与配重机构达到重力平衡，使得测量人员在测量操作时更加轻松。电器元件及走线槽布局规划主要用于顶盖内电路控制板的固定与电源线、信号线、网线的走向控制，对其进行的布局规划可以有效的提高设备内部操作空间及解决各种线缆之间缠绕引起的故障和安全隐患，开阔的设计便于设备安装与故障维护。
1）自动门机构包含电机齿轮、齿条、直线轴承滑块、光轴、光轴支架、可调限位机构、行程开关7个部分，通过各部分的配合动作实现设备出口门的开闭控制及到位信息反馈，具体结构详见图2。
原有设计中，配重结构采用不锈钢圆筒加内部灌砂，设计简单但不便于调节重力平衡，后采用配重片结构，通过增加和减少配重片的数量来调节重量，从而解决重力平衡问题。
3）顶盖电器元件及走线槽整体布局规划，以便于固定顶部控制电路板与各种线缆的走向控制。该部分设计主要考虑在顶盖内部需要增加走线槽，每根电缆线两端增加线号。出口位置与安装方式选择灵活，能满足各种地方出线的需要，在顶盖内部干净整洁的同时，也要方便安装和维修，也不会影响运动机构正常运行。具体结构详见图4。
2.2.2.右柜组件
右柜组件主要由栏杆机构、电器元件及走线槽、核辐射探测器组件3个部分构成。栏杆机构主要用于控制入口栏杆0?-90?旋转，由来自处理器的信号来控制。当人员进入仪器站到指定位置时，栏杆旋转至与地面平行，防止被测人员未测量完毕便从入口离开。右柜电器元件及走线槽整体布局规划，每根电缆线两端增加线号，以便于右柜内部电路控制板的固定与电源线、信号线、网线的走向控制，有效的提高设备有效空间及解决潜在隐患，也为了便于设备安装与故障维护。核辐射探测器组件采用的是塑料闪烁体加光电倍增管的方式。不带电的粒子（如γ射线）射入闪烁体时，利用次级效应所产生的带电粒子，使闪烁体的原子、分子电离和激发；闪烁体中激发态的原子、分子在退激过程中发射光子；发射的光子利用光导将大部分光子收集到光电倍增管的光阴极上，通过光电效应，在光阴极上打出光电子[2]。通过光电倍增管对光电子进行收集，将微弱光信号转换成电信号从而进行放射性的测量。而光电倍增管端窗与塑料闪烁体接触是否紧密，整体结构是否避光会直接影响到最后的测量结果。
1）栏杆机构包含栏杆电机、限位开关、栏杆电机安装板、栏杆机构安装板、栏杆、转轴、双轴承支座组件、限位开关接触片、可调限位座等9个部分，用于控制出口栏杆0?-90?旋转。此栏杆机构设计适用于已有其他的设备，所有零部件均可以通用，在便于安装和维修的同时，也减少零件采购种类。具体结构详见下图。
2）配重机构包含配重片、上下不锈钢托板、静音导向套、高硬度导向轴、配重片拉杆、铜夹等6个部分，配重片为Q235材料发黑处理，静音导向套为聚四氟乙烯材料，选用这种材料配重片机构沿高硬度导向轴运动可以降低噪音，增大摩擦力，其余结构件均为不锈钢材料。通过结构构思、头部探测器组件及升降机构重量参数计算、关键部位的受力分析，整体配重结构设计满足重力平衡要求，使得测量人员在测量操作时更加轻松。具体结构详见图6。
3）右柜电器元件及走线槽整体布局规划，用于电路板的固定与实现对电源线、信号线、网线等的保护与走向控制，采用封闭式槽道，具有较高的冲击韧性和良好的机械性能，保护线缆不受损伤，有效的提高设备有效空间及解决潜在隐患，也为了便于设备安装与故障维护。 4）探测器组件包含塑料闪烁体、探测器铝夹、光电倍增管套筒、套筒后盖、线缆接头、导向轴、光电倍增管等7个部分，原有光电倍增管与塑料闪烁体晶体结构设计是将塑料闪烁体与光电倍增管端窗直接连接，但是无法保证接触面完全接触与避光，直接影响探测效率，本次改进设计中，采用光电倍增管分压板后部加入弹性支撑，该处理使得倍增管窗口与探测器晶体接触更好，整个结构避光性也得到了进一步的提升。同时，对探测器外部铅板进行了外包不锈钢的处理，降低了生产、维护时可能的铅污染。
2.3 左柜组件与底座组件
左柜组件与底座组件均为探测器与铅板的固定，与右柜组件的结构一致，因此不再进行一一赘述。
一.结构改进特点
1）栏杆机构整体结构均采用不锈钢材质，电子机械双重限位设计，可以整体拆除或者替换，整体设计趋于标准化，模块化，便于同种需求的设备直接应用；
2）配重机构两边双V字轴承设计，降低摩擦力，使用过程顺畅。所配重量可根据实际需要进行调整，通过另一端重量增加或减少配重片的数量达到重力平衡；
3）核輻射探测器采用弹性支撑处理，防止光电倍增管端窗与探测器晶体接触面接触不完全，整个结构避光性也得到了进一步的提升，铅板外包不锈钢处理使人员不受重金属伤害；
4）整体框架采用碳钢板折弯焊接工艺，减轻重量的同时并保证机械强度。整机架体外表面喷塑处理使仪器在潮湿环境下有很强的防锈防腐蚀能力。为避免在使用过程中，底座人站立表面的喷塑涂层磨没导致生锈，将底座改成304不锈钢材质的钢板焊接而成，整体防腐蚀能力增强。
二.总结
本次设计改进在原有的设计基础上，重新针对顶盖部件、柜体结构、探测器结构等方面进行设计，立足实际情况进行优化，更进一步将各个机械结构趋向于标准化、模块化，在结构通用性上深入研究，目前该设备已经投入市场使用。
参考文献：
[1]黄海，汤升林，赵振华.最优化设计方法及其在机械设计中的应用[J].硅谷，2011（08）：149+146
[2]李坚. 门式放射性沾染检查仪测量方法研究[D].北京化工大学，2006.
作者简介：白宁（1986-），男，汉，辽宁省台安县，助理工程师，主要从事表面污染测量研究。