专利名称：热释光剂量元件(tld)自动退火装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于对热释光剂量元件(TLD)自动退火，消除元件中吸收的β、γ、X射线能量的装置。
近年来，国内外用热释光剂量元件进行核辐射、X光辐射累计吸收剂量监测的日益广泛，但是，与其配套的退火炉具却不能满足其需要，目前国内现有炉具主要存在以下不足a、测温精度低，炉温过冲大，炉温分布不均匀，因此，不能满足新型高灵敏度热释光剂量元件退火要求；b、工作温度范围窄，只能满足部分退火温度较低的热释光剂量元件的退火需要；c、自动化程度低，温度控制、恒温定时等均需手工调节和卡秒表计时等手工操作。
本实用新型的目的在于提供一种能有效克服上述不足，满足绝大多数热释光剂量元件退火要求的新型装置。
为实现上述目的，本实用新型由炉温自动控制器、炉体和冷却散热器组成，炉温自动控制器按装固定在炉体正上方左侧，该控制器机箱底面与炉体上表面之间存在空隙，该控制器机箱两侧面开有通风孔；冷却散热器由托盘架和电风扇组成，托盘架按装固定在炉体上表面右侧处，电风扇位于托盘架正上方，并通过金属框架与炉体固定连接。炉温自动控制器是以单片机为主要控制部件，在相应软件控制下，对炉体的加热、控温、防过冲、定时、报警实施有效控制。在炉体处于高温退火工作状态时，启动冷却散热器中的电风扇可在一定程度上防止炉体高温对于炉温控制器的影响，因为炉温控制器机箱与炉体上表面之间有空隙、机箱两侧也有通风散热孔；托盘架用来放置刚刚从炉膛内取出的托盘，使托盘内的热释光剂量元件在电风扇风力作用下迅速冷却，以满足退火的要求。
炉温自动控制器是达到本实用新型目的的关键部分，炉温自动控制器由控制主体单元、测温通道单元、功率控制单元、报警单元和电源单元构成，其中A、控制主体单元包括有8031单片机、地址锁存器、程序存储器、显示器电路、键盘电路；B、测温通道单元包括有温度测量元件、混合集成线性化模块、A／D转换器、接口电路及基准电压电源；C、功率控制单元包括有三极管驱动电路和固态继电器控制电路；D、报警单元包括有与非门驱动电路和蜂鸣器。8031单片机的数据总线上接地址锁存器、程序存储器，8031总线的低四位接显示器的驱动电路，8031的P1.0－P1.3接键盘输入电路，8031的P1.4经过与非门电路和蜂响鸣器连接，8031的P3.0、P3.1分别接至D触发器的一个输入端和一个输出端，8031的P1.5与驱动三极管电路输入端相连接，该驱动三极管输出端则与固态继电器控制信号输入端相连接，固态继电器的输出回路控制加热元件供电回路的通断，温度测量元件的电信号输出端与混合集成线性化模块的输入端相连接，该模块的输出端则与A／D转换器相连接，A／D转换器的输出端经接口电路与8031的数据总线相连接，另外，A／D转换器控制信号端与D触发器另一个输入端相连接，A／D转换器的基准端与基准电压电源输出端相连接。
炉温自动控制器的一个设计思想是在较简单的硬件电路上使用灵活方便的软件，以实现退火装置独特、复杂的温控模式，完成装置的全部技术指标。
本实用新型的优点在于一是功能齐全，适用范围广。由于装置的工作温度上限达500℃，可满足绝大多数热释光剂量元件(除几种CaF2元件外)退火的各种需要；二是采用技术途径先进，性能稳定可靠。装置运用了最新智能化仪器的设计理论，采用软、硬件结合的控制方法，该装置能根据设置的不同工作炉温，自动选择适当的升温模式，保证炉温在达到要求的工作温度前使其工作炉膛内温度达到平衡，有效地解决了温度过冲等技术难点，保证了测温精度、炉温均匀性及其它性能的稳定性；三是自动化程度高，操作使用方便。装置只需在开机时输入所需的工作温度和定时时间即可，其它均由装置自动完成。当达到预置参数时能发出音响报警，提示用户及时处理。同时装置还具有自诊断功能，保证装置始终处于正常工作状态。另外，该装置设置了热释光剂量元件退火后的速冷及炉体高温散热的功能，使其成为一种工作温度范围宽、测温、控温精度高，功能齐全，适用范围广，具有一定自动化、智能化功能，操作使用方便的热释光剂量元件退火装置。
以下结合附图介绍本实用新型的一个实施例。
附
图1是本实用新型的整体结构示意图。
附图2是本实用新型中炉温自动控制器原理框图。
附图3是炉温控制器中测温通道单元及相关电路的电原理图。
附图4是炉温控制器中功率控制单元电原理图。
实施例一
本实例各部分结构形式参见附
图1。该图中，(1)是炉温自动控制器，(2)是显示器，(3)是通风孔，(4)是指示灯，(5)是键盘，(6)是炉体，(7)是电风扇，(8)是金属支架，(9)是托盘架。
本实例中的炉体部分采用三方位电热丝加热其目的是为减少炉腔内的温度，避免远红外的辐射影响，提高炉腔内的热均匀性。在炉腔较小的情况下，使加热体与腔内壁构成一体，使其产生炉体温度平衡的效果。炉体采用双门结构，也起到减少炉腔内前后方向上的温度梯度的作用。加之，选取合适的保温材料和保温层，保证了炉腔内部的热均匀性。该炉体能满足现有的各种型号的热释光剂量元件退火的热均匀性要求。该炉体还设有向炉腔内通入保护气体(如氮气)的导气孔，不但可满足部分需在保护气体中退火的热释光剂量元件退火需要，还可利用通气的方式进一步改善炉腔内温度的均匀性。
附图2给出本实例中的炉温自动控制器原理框图。控制主体单元包括有一片8031单片机芯片(10)、一片LS373地址锁存器(11)、一片MC2764程序存储器(12)一个4位LCD显示器与一片ICM7211构成的显示电路(13)和一个用作I／O键盘电路(14)，其中键盘由一片74LS08与上位电阻构成门阵列，产生键盘中断号，由8031的P1.0－P1.3读回键值；显示内容由8031数据总线的低四位送入7211。
附图3给出了炉温自动控制器中测温通道单元的电路构成。测温通道由温度测量元件(15)热电偶或铂电阻(Pt100)、混合集成热电偶(阻)线性化模块(16)SG204K11及MC14433A／D转换器(17)构成。由热电偶(阻)测得的温度信号，必须经前置放大和线性化处理后才能使用，SG204K11模块对感温信号放大、线性化处理后，输出1mv／℃的温度测量信号。对热电偶而言，模块内部还设有冷端补偿电路。通道测量精度可达0.4％。经线性化处理后的信号，送入A／D转换器，实现模／数转换后，再经由74LS244构成的接口电路(18)，送入8031的数据总线，由8031读回后进行处理。另外，A／D转换器控制信号端与D触发器(22)另一个输入端相连接，A／D转换器的基准端与基准电压电源(23)输出端相连接。
附图4给出功率控制单元的电原理图。功率控制单元由固态继电器(19)JGA－210B和驱动三极管(20)构成。控制信号由8031的P1.5端给出。当P1.5输出高电平时，固态继电器接通加热元件(21)电源电路；输出低电平时关闭电源。音响报警电路，由74LS02与非门电路驱动蜂鸣器实现，由8031单片机的P1.4端控制。定时电路直接利用8031单片机内部的定时计数器实现。
本实例工作过程为装置开机后，由软件控制，通过键盘接收工作参数，并通过计算，确定采取的升温方式。如要求的工作温度小于80℃(该值随要求的工作温度不同而不同)，则采用间断加热模式，边加热，边等待炉温平衡。如要求的工作温度大于80℃，则首先采用快速连续升温模式，直至炉温达到离要求的工作温度还差80℃时，再采用间断加热模式，等待炉温平衡，当达到离要求工作温度约20－40℃时，完全停止加热，让炉温自由上冲，通过软件判别炉温不再上冲时，再将实测温度与要求的工作温度进行比较运算取其差值的一半，作为下次的升温值，如此反复比较运算，则可使炉温逐渐逼近要求的工作温度，而又避免炉温过冲。当炉温达到预置温度时，发出音响报警信号，告知使用者，可进行下一步操作。。当所需退火处理的样品置于炉腔后，仍通过软件判别炉温下冲及炉温上冲过程，当确定炉温不再上冲，而且尚未达到要求的工作温度后，仍采用间断加热的方式，使炉温逐渐达到要求的温度。当炉温再次达到预置温度后，软件转去执行恒温部分。同时，开启8031内部的计数／定时器1，以中断形式实现自动定时功能。当定时时间到后，第二次发出音响信号，告知使用者退火工作结束。恒温控制阶段，对炉体的加热，采用间断加热和延时禁止加热的方式，避免由炉体升温惰性引起过大的炉温波动。加温、恒温过程中，可开启电风扇以使炉体的温度自动控制器的正常工作。最后将经高温处理过的的剂量元件从炉体内取出放置于托盘架上，用电风扇迅速冷却，以达到剂量元件退火的要求。
以上各阶段的间断加热过程中，所用加热时间常数、停止等待的时间常数，均由实验得出，由软件自动查表求出并代入。
由于本装置的工作温度上限确定为500℃，因此，由软件限制其测温通道只在室温至500℃范围内工作。如要求装置的工作温度超过这一范围，则装置不予接受，且给出错误提示。但是，实际的测温通道具有0－1999℃的测温能力，通过软件即可使其得到扩展。其方法是取消软件限制；取消显示功能指示符号位，使显示器扩展到具有4位数据显示能力即可。测温功能范围加宽后，装置的控制部分可与其它高温炉具配套，并且可按不同需要设计多组不同的工作温度值、多组恒温定时值，按要求的工作模式实现程式升温、恒温等功能。另外，装置中目前的定时时间范围为1－1999分钟，亦可通过软件扩展至1－9999分钟(166.6小时)。扩展方法与测温范围扩展类似。
权利要求1.一种热释光剂量元件(TLD)自动退火装置，它由炉温自动控制器、炉体和冷却散热器组成，其特征在于炉温自动控制器按装固定在炉体正上方左侧，该控制器机箱底面与炉体上表面之间存在空隙，该控制器机箱两侧面开有通风孔；冷却散热器由托盘架和电风扇组成，托盘架按装固定在炉体上表面右侧处，电风扇位于托盘架正上方，并通过金属框架与炉体固定连接。
2.根据权利要求1所述的热释光剂量元件(TLD)自动退火装置，其特征在于炉温自动控制器由控制主体单元、测温通道单元、功率控制单元、报警单元和电源单元构成，其中A、控制主体单元包括有8031单片机、地址锁存器、程序存储器、显示器电路、键盘电路；B、测温通道单元包括有温度测量元件、混合集成线性化模块、A／D转换器、接口电路及基准电压电源；C、功率控制单元包括有三极管驱动电路和固态继电器控制电路；D、报警单元包括有与非门驱动电路和蜂鸣器；8031单片机的数据总线上接地址锁存器、程序存储器，8031总线的低四位接显示器的驱动电路，8031的P1.0－P1.3接键盘输入电路，8031的P1.4经过与非门电路和蜂响鸣器连接，8031的P3.0、P3.1分别接至D触发器的一个输入端和一个输出端，8031的P1.5与驱动三极管电路输入端相连接，该驱动三极管输出端则与固态继电器控制信号输入端相连接，固态继电器的输出回路控制加热元件供电回路的通断，温度测量元件的电信号输出端与混合集成线性化模块的输入端相连接，该模块的输出端则与A／D转换器相连接，A／D转换器的输出端经接口电路与8031的数据总线相连接，另外，A／D转换器控制信号端与D触发器另一个输入端相连接，A／D转换器的基准端与基准电压电源输出端相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种智能化烘烤炉，用于对热释光剂量元件(TLD)的退火。其主要特点是炉温自动控制单元的硬件是以8031单片机构成的实用微机小系统作为控制主体，以热电偶(或铂电阻)、线性化处理、A/D转换器构成测温通道单元，以固态继电器构成功率控制单元，蜂鸣器及控制电路构成报警单元。该装置利用单片机自身的软、硬件资源，有效、精确、方便的满足了绝大多数热释光剂量元件实际退火的需要。
文档编号F27B19/00GK2205950SQ9423172
公开日1995年8月23日 申请日期1994年12月23日 优先权日1994年12月23日
发明者韩益利, 郭旭欣 申请人:南京军区司令部防化技术研究所