Система для моніторингу радіаційного стану довкілля та персональної дозиметрії

Реферат: Система для моніторингу радіаційного стану довкілля та персональної дозиметрії належить до області контрольних систем і може бути використана як система аварійного і екологічного контролю. Система містить щонайменше один переносний персональний дозиметр вимірювання випромінювання, серверні засоби накопичення та обробки інформації та канал зв'язку між ними. В неї додатково введена щонайменше одна робоча станція, з'єднана з серверними засобами накопичення та обробки інформації. Персональний дозиметр вимірювання випромінювання виконаний у вигляді двох окремих завершених складових частин, таких як інтелектуальний блок детектування та універсальний обчислювальний пристрій, такий як переносний комп'ютер або смартфон, що з'єднані між собою бездротовим інтерфейсом. При цьому переносний комп'ютер або смартфон містить пристрій для визначення координат на місцевості і за допомогою бездротового засобу передачі даних, такого як GPRS, з'єднаний з серверними засобами накопичення та обробки інформації. Система забезпечує підвищення достовірності оцінки розподілу рівня радіації в зоні моніторингу, розширення функціональних можливостей та області експлуатації при одночасному зменшенні апаратних затрат. UA 98093 C2 (12) UA 98093 C2 UA 98093 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області контрольних систем і може бути використаний при конструюванні систем аварійного і екологічного контролю, зокрема для радіаційного моніторингу навколишнього середовища. Відома автоматизована система радіаційного контролю навколишнього середовища, яка містить стаціонарні контрольні пости з детекторами вимірювання параметрів та характеристик навколишнього середовища, центральний контрольний пульт з блоком порівняння та керування, приймально-передавальний блок прямого та зворотного зв'язку контрольних постів з центральним контрольним постом [1]. Основним недоліком даної системи є відсутність у їх складі мобільних контрольних постів, що обмежує маневреність системи, не дозволяє оперативно визначати місця екологічної небезпеки, а також приводить до зниження достовірності оцінки розподілу рівня радіаційних полів. Відома автоматизована система аварійного та екологічного моніторингу навколишнього середовища регіону [2], яка містить стаціонарні контрольні пости з детекторами для вимірювання параметрів і характеристик навколишнього середовища, мобільні контрольні пости з детекторами, кожний з яких включає блок визначення місця знаходження, центральний контрольний пункт, блоки керування, приймально-передавальну апаратура прямого та оберненого зворотного зв'язку контрольних постів з центральним контрольним пунктом. Наявність мобільних контрольних постів, підвищує маневреність системи, що дозволяє оперативно визначати місця екологічної небезпеки, а також підвищити достовірність оцінки розподілу рівня радіаційних полів. Однак, в даній системі мобільні контрольні пости мають відносно великі габарити, що не дозволяє контролювати радіаційний стан у малодоступних місцях, закритих або невеликих приміщеннях, що приводить до низької точності оцінювання. Відомі системи контролю радіаційної обстановки і персональної дозиметрії [3] [4] [5], які містять щонайменше одну зональну станцію збору та обробки радіаційних даних, яка має в своєму складі приймально-передавальну радіостанцію, засоби обробки та зберігання даних, ряд персональних дозиметрів, в склад кожного з яких входить вимірювальний перетворювач. За рахунок використання персональних дозиметрів станції мають підвищену мобільність та вищу точність оцінювання радіаційної обстановки. Найбільш близькою за технічним задумом до запропонованої системи контролю радіаційної обстановки і персональної дозиметрії є система моніторингу радіації в реальному часі (RMS) та телепозиційний дозиметр радіації (TPD) [6], який містить один або декілька телепозиційних дозиметрів TPD, дата-центр з програмним забезпеченням та канал зв'язку, який забезпечує обмін інформацією між центром даних та TPD. TPD складається з пристрою цифрової обробки даних, пристрою для запам'ятовування, пристрою введення інформації, пристрою відображення інформації, пристрою детектування випромінювання, пристрою бездротового зв'язку з серверними засобами, пристрою для визначення координат на місцевості, пристрою зв'язку з серверними засобами місцевого рівня, пристрою сигналізації, пристрою живлення і пристрою підтримки режиму роботи. TPD являє собою компактний портативний спеціалізований пристрій, який вимірює характеристики радіаційного випромінювання, відображає результати вимірювання, зберігає їх, сигналізує про небезпечні ситуації, а також визначає координати на місцевості та передає всю цю інформацію в дата-центр. Всі складові частини TPD об'єднані в одному конструктиві, зі спільним джерелом живлення. Дата-центр з програмним забезпеченням призначений для отримання інформації від TPD, її збереження, обробки, відображення, а також управління TPD. Обмін інформацією центру даних з TPD відбувається за допомогою бездротових каналів зв'язку, таких як GSM, GPRS, CDMA, які у свою чергу з'єднані або можуть здійснювати обмін інформацією з іншими мережами передачі даних (комерційні сервісні провайдери, приватна мережа, інтернет тощо). Основним недоліком даної системи є обмежені функціональні можливості при одночасній значній складності реалізації TPD, як спеціалізованого пристрою, який з одного боку повинен мати засоби вимірювання характеристик радіаційного випромінювання, а з іншого значні ресурси для роботи з результатами вимірювання: високу швидкодію процесора, енергонезалежну пам'ять, графічний кольоровий дисплей, засоби вводу інформації, засоби визначення координат на місцевості, засоби комунікації по каналам зв'язку GSM, GPRS, CDMA та інших. Крім того, недоліком даної системи моніторингу радіації в реальному часі (RMS) та телепозиційний дозиметр радіації (TPD є неможливість доступу до даних, що зберігаються в дата-центрі, інших користувачів. 1 UA 98093 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В основу винаходу поставлено задачу удосконалити систему контролю радіаційної обстановки і персональної дозиметрії шляхом додаткового введення щонайменше однієї робочої станції, з'єднаної з серверними засобами та реалізації носимого персонального дозиметра вимірювання випромінювання у вигляді двох окремих завершених складових частин, інтелектуального блока детектування та універсального обчислювального пристрою, такого як переносний комп'ютер або смартфон, а це забезпечило б розширення функціональних можливостей та області експлуатації при одночасному зменшенні апаратних затрат. Поставлена задача вирішується тим, що в системі для моніторингу радіаційного стану довкілля та персональної дозиметрії, яка містить щонайменше один переносний персональний дозиметр вимірювання випромінювання, серверні засоби накопичення та обробки інформації та канал зв'язку між ними, згідно з винаходом, в неї додатково введена щонайменше одна робоча станція, з'єднана з серверними засобами накопичення та обробки інформації, а персональний дозиметр вимірювання випромінювання виконаний у вигляді двох окремих завершених складових частин, таких як інтелектуальний блок детектування та універсальний обчислювальний пристрій, такий як переносний комп'ютер або смартфон, що з'єднані між собою бездротовим інтерфейсом, при цьому переносний комп'ютер або смартфон містить пристрій для визначення координат на місцевості і за допомогою бездротового засобу передачі даних, такого як GPRS, з'єднаний з серверними засобами накопичення та обробки інформації. Наявність робочої станції (робочих станцій), з'єднаної з серверними засобами, дозволить користувачам, що не знаходяться безпосередньо біля серверних засобів, отримати доступ до інформації з серверних засобів, фактично, доступ може відбуватись з будь-якої точки світу, тобто розширити функціональні можливості. Інтелектуальний блок детектування виконує вимірювання характеристик радіаційного випромінювання, формує готовий результат вимірювання та передає його в переносний комп'ютер або смартфон. Переносний комп'ютер або смартфон забезпечує відображення та збереження результатів вимірювання з прив'язкою їх до географічних координат, передачу цієї інформації серверним засобам каналом GPRS, а також забезпечує сигналізування про небезпечні та аварійні ситуації. Використання конструктивно завершеного інтелектуального блока детектування дозволяє оптимізувати його конструктивне виконання під певні задачі вимірювання (наприклад, герметичне виконання для вимірювання забруднення води у водоймах, виконання з телескопічною штангою для більш зручного контролю забруднення поверхонь, малогабаритне виконання для зручності ношення при персональній дозиметрії), тобто розширити експлуатаційні можливості. Використання універсального обчислювального пристрою, такого як переносний комп'ютер або смартфон з графічним кольоровим дисплеєм, енергонезалежною пам'яттю великого об'єму, засобами вводу інформації, засобами визначення координат на місцевості, засобами комунікації по каналу зв'язку GPRS, дозволяє з мінімальними затратами отримати потужний засіб для ефективної роботи. А саме: - отримувати результати вимірювання від інтелектуального блока детектування та відображати їх у будь-якому зручному для користувача вигляді (цифровому, аналоговому чи іншому); - оперативно керувати роботою інтелектуального блока детектування та отримувати діагностичну інформацію про його стан; - визначати координати користувача на місцевості та відображати їх на карті; - зберігати у базі даних результати вимірювань разом з координатами на місцевості, виконувати пошук у базі даних, переглядати та обробляти інформацію з бази даних; - передавати результати вимірювання від інтелектуального блока детектування та координати користувача на місцевості в серверні засоби обробки, та отримувати команди на управління режимами роботи. Смартфон надає також можливість проводити голосовий зв'язок користувача з іншими абонентами, а також додавати звукові, фото- чи відеокоментарі об'єкта обстеження. На Фіг.1 зображено блок-схему системи для моніторингу радіаційного стану довкілля та персональної дозиметрії. На Фіг.2 зображено блок-схему носимого засобу вимірювання. Система для моніторингу радіаційного стану довкілля та персональної дозиметрії (Фіг.1), складається з щонайменше одного переносного засобу вимірювання 1, серверних засобів накопичення і обробки інформації 2, щонайменше однієї робочої станцій відображення інформації 3. Переносний засіб вимірювання 1, в свою чергу, складається з інтелектуального 2 UA 98093 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 блока детектування іонізуючого (гамма-, рентгенівського, альфа-, бета-, нейтронного) випромінювання 4 та переносного комп'ютера або смартфона 5, які з'єднані між собою дротовим або бездротовим інтерфейсом 6. Переносний комп'ютер або смартфон 5 містить навігаційний пристрій 7 для визначення координат на місцевості та комунікаційний пристрій 8 для обміну інформацією з серверними засобами накопичення і обробки інформації 2. Інтелектуальний блок детектування іонізуючого (гамма, рентгенівського, альфа, бета, нейтронного) випромінювання 4, складається (Фіг.2) з детектора іонізуючого (гамма-, рентгенівського, альфа-, бета-, нейтронного) випромінювання 9, схеми цифрової обробки 10, вузла інтерфейсу 11 та джерела живлення 12. Схема цифрової обробки 10, побудована на базі мікроконтролера. Серверні засоби 2 можуть бути підключені до глобальної або локальної інформаційної мережі. Доступ до інформації, що зберігається на серверних засобах, надається користувачам за допомогою робочих станцій 3, що підключені до цієї мережі. Система для моніторингу радіаційного стану довкілля та персональної дозиметрії працює наступним чином. Детектор 9 (Фіг.2) перетворює випромінювання, що реєструється, у потік імпульсів напруги. Схема цифрової обробки 10, що побудована на базі мікроконтролера, обробляє потік імпульсів від детектора 9 та перетворює його у характеристики випромінювання. Виміряні характеристики випромінювання передаються інтерфейсом 6 (Фіг.1) в переносний комп'ютер або смартфон 5 для подальшої обробки, збереження та відображення. Цим же інтерфейсом 6 переносний комп'ютер або смартфон 5 автоматично або відповідно до команд користувача управляє режимами роботи інтелектуального блока детектування 4. Якщо переносний комп'ютер або смартфон 5 обладнаний навігаційним пристроєм 7, то одночасно з проведенням вимірювання характеристик іонізуючого випромінювання може відбуватись і визначення координат місця проведення вимірювання. Кожен з переносних засобів вимірювання 1, що входять до складу комплексу, може передавати результати вимірювань та іншу інформацію у серверні засоби 2 для подальшої обробки та збереження, а також обмінюватись з серверними засобами управляючою інформацією за допомогою комунікаційного пристрою 7 переносного комп'ютера або смартфона 5. Серверні засоби 2 можуть бути підключені до глобальної або локальної інформаційної мережі. Доступ до інформації, що зберігається на серверних засобах 2, надається користувачам за допомогою робочих станцій 3, що підключені до цієї мережі. Переносні засоби вимірювання 1 можуть використовуватись також і автономно, без обміну інформацією з серверними засобами. Джерела інформації: 1 Патент РФ 2150126, G01T 1/169, 27.05.2000. 2. Патент РФ 2210095, G01W 1/00, 10.08.2003. 3. Викладена заявка ФРН 3618162, G01Т 1/169, 1987. 4. Заявка Франції 2660761, G01Т 1/10, 1991. 5. Патент РФ 2158010, G01T 1/169, 20.10.2000. 6. Патент US 2008/0217551 А1, 11.09.2008. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Система для моніторингу радіаційного стану довкілля та персональної дозиметрії, яка містить щонайменше один переносний персональний дозиметр вимірювання випромінювання, серверні засоби накопичення та обробки інформації та канал зв'язку між ними, яка відрізняється тим, що в неї додатково введена щонайменше одна робоча станція, з'єднана з серверними засобами накопичення та обробки інформації, а персональний дозиметр вимірювання випромінювання виконаний у вигляді двох окремих завершених складових частин, таких як інтелектуальний блок детектування та універсальний обчислювальний пристрій, такий як переносний комп'ютер або смартфон, що з'єднані між собою бездротовим інтерфейсом, при цьому переносний комп'ютер або смартфон містить пристрій для визначення координат на місцевості і за допомогою бездротового засобу передачі даних, такого як GPRS, з'єднаний з серверними засобами накопичення та обробки інформації. 3 UA 98093 C2 Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4