Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет “Львівська політехніка”

УДК 621.317

ЗАСОБИ ОПРАЦЮВАННЯ СИГНАЛІВ ДОЗИМЕТРИЧНИХ ДЕТЕКТОРІВ

05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та

систем керування

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Лопачак Олег Миколайович

Львів - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Максимович Володимир Миколайович

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор Грицьків Зенон Дмитрович, завідувач кафедри радіоелектронних пристроїв та систем Інституту телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки Національного університету “Львівська політехніка” МОН України, м.Львів,

доктор технічних наук, професор Воробель Роман Антонович, завідувач відділу обчислювальних методів і систем перетворення інформації Фізико-механічного інституту ім.Г.В.Карпенка НАН України, м.Львів

Провідна установа - Вінницький державний технічний університет МОН України, м.Вінниця, кафедра обчислювальної техніки

Захист дисертації відбудеться “28” листопада 2003 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.08 у Національному університеті “Львівська політехніка” (79013, Львів-13, вул.С.Бандери,12, ауд. 226 головного корпусу).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” за адресою: 79013, Львів, вул.Професорська,1

Автореферат розісланий “28” жовтня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д.т.н., проф. Луцик Я.Т.



АНОТАЦІЯ

Лопачак О.М. Засоби опрацювання сигналів дозиметричних детекторів. - Рукопис. імпульсний дозиметричний детектор іонізуючий

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. - Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2003.

Дисертація присвячена розробленню нових засобів опрацювання сигналів дозиметричних детекторів із покращеними метрологічними характеристиками на базі число-імпульсних функціональних перетворювачів.

На основі отриманих виразів запропоновано схеми для апаратної компенсації мертвого часу детекторів іонізуючих випромінювань, наведено основні співвідношення для розрахунку параметрів схем. Розроблено методику оцінки основних похибок розроблених засобів та програму для моделювання результуючих похибок цих засобів.

Запропоновано схему для апаратної компенсації енергетичної залежності детекторів іонізуючих випромінювань. Розроблено оптимізований алгоритм роботи дозиметричних приладів із низькочутливими детекторами іонізуючих випромінювань.

Запропоновано структурні схеми дозиметричних приладів різного призначення та проведена оцінка їх похибок.

Ключові слова: іонізуючі випромінювання, дозиметри, функціональні перетворювачі, мертвий час детекторів, енергетична залежність детекторів.



АННОТАЦИЯ

Лопачак О.Н. Средства обработки сигналов дозиметрических детекторов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. - Национальный университет “Львивска политехника”, г.Львов, 2003.

Диссертация посвящена разработке новых средств обработки сигналов дозиметрических детекторов с улучшенными метрологическими характеристиками на базе число-импульсных функциональных преобразователей.

В диссертации описаны основные параметры ионизирующих излучений (ИИ). Особое внимание уделено тем параметрам ИИ, которые используются в дозиметрии ИИ. Среди них особое внимание уделено измерению эквивалентной дозы и мощности эквивалентной дозы.

Составляющие основной погрешности, которая возникает при измерении параметров ИИ - погрешность дискретизации, погрешность обусловленная мертвым временем детектора, погрешность обусловленная энергетической зависимостью чувствительности детектора ИИ и погрешность обусловленная неравномерностью потока квантов ИИ.

В диссертации приведены схемы для аппаратной компенсации мертвого времени детекторов ИИ, формулы для расчета основных параметров и метрологических характеристик предложенных схем. Показано, что с использованием предложенных схем погрешность, обусловленная мертвым временем детектора может быть уменьшена на один или два порядка.

Погрешность, обусловленная энергетической зависимостью чувствительности детекторов ИИ, может быть уменьшена с использованием различных физических фильтров. Однако, применение одних только физических фильтров не всегда дает приемлемые результаты. Кроме того, для каждого типа применяемых детекторов должен разрабатываться свой тип фильтра, что сопряжено с большими материальными и временными затратами. Поэтому в диссертации предложено схему аппаратной компенсации погрешности обусловленной энергетической зависимостью чувствительности детектора. Применение этой схемы позволяет снизить погрешность, обусловленную энергетической зависимостью чувствительности детекторов ИИ, до приемлемого значения. Это особенно актуально для полупроводниковых детекторов.

Погрешность обусловленная неравномерностью потока квантов ИИ определяется статистическим законом радиационного распада. Как известно, эта погрешность обратно пропорциональна квадратному корню количества зарегистрированных радиоактивных частиц. Из вышесказанного следует, что для более точных измерений нужно более длительное время измерения, что не всегда приемлемо. В связи с этим, предложен оптимизированный алгоритм работы прибора, который учитывая значения предыдущих измерений, позволит уменьшить время последующих измерений.

На основе проведенных практических и теоретических исследований разработаны структурные схемы различных типов дозиметрических приборов.

Ключевые слова: ионизирующие излучения, дозиметры, функциональные преобразователи, мертвое время детекторов, энергетическая зависимость детекторов.



SUMMARY

Lopachak O.M. Dosimetric detectors' signal processing facilities. - Manuscript.

Thesis for a Candidate of Science degree in speciality 05.13.05 - Elements and Units of Computer Technique and Control Systems. - Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2003.

The dissertation is dedicated to the development of new dosimetric detectors' signal facilities with improved metrological characteristics based on unit-counting functional converters.

On the basis of the obtained expression, there have been proposed hardware-based compensation schemes of dead time ionizing rays detectors and presented basic relations for the scheme parameters calculation. There has been developed a procedure and techniques of evaluating the major errors of these facilities and a program for simulating the resulting errors.

There has been proposed a hardware-based scheme for ionizing rays detectors energy dependency compensation. There has been developed an optimized performance algorithm for dosimetric devices with low sensitive ionizing rays detectors.

Structural schemes of dosimetric devices for various applications are suggested and errors of these schemes are evaluated.

Key words: ionizing rays, dosimeters, functional converter, detectors' dead time, detectors' energy dependency.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Гостра потреба в приладах дозиметричного контролю з'явилась одночасно з пуском перших атомних реакторів у 40-х роках 20 ст. З цього часу використання радіоактивних матеріалів та ізотопів у промисловості та техніці постійно розширюється. Це викликало потребу оцінки впливу іонізуючих випромінювань на людину, що привело до створення перших дозиметричних приладів. Події 11 вересня 2001 року у Нью-Йорку та активізація різного роду екстремістських та терористичних організацій у цілому світі ставить на порядок денний посилення контролю за переміщенням радіоактивних матеріалів як всередині держав, так і через кордони країн, у тому числі посилення контролю за їх переміщенням через морські порти та аеропорти. Це ставить нові вимоги до підвищення точності, швидкості та надійності дозиметричних вимірів.

Однією з тенденцій розвитку дозиметричних пристроїв є оснащення блоків детектування засобами попереднього оброблення інформації. Це дозволяє прискорити та спростити оброблення отриманої з блоків детектування інформації, розвантажити мікропроцесор, який входить у склад системи.

При використанні апаратних засобів обробки інформації, отриманої від блоків детектування іонізуючих випромінювань (ІВ) із частотним та імпульсним виходом, зручно використовувати число-імпульсний код (ЧІК).

За допомогою число-імпульсних функціональних перетворювачів (ЧІФП) ЧІК може бути певним чином оброблений при його перетворенні в позиційний код. Ця обробка може включати в себе масштабування, додавання, віднімання, кусково-лінійну, кусково-нелінійну апроксимації та функціональну обробку. Позиційний код у двійковому чи двійково-десятковому представленні є зручним для подальшої обробки в мікропроцесорних засобах. Крім того, використання ЧІК і апаратних засобів його попередньої обробки та перетворення в позиційний код дозволяє використовувати один мікропроцесор при одночасній роботі з кількома блоками детектування іонізуючих випромінювань. Процесор при цьому має змогу обробляти інформацію, яка надходить кожним каналом у реальному масштабі часу без пропускання імпульсів.

При побудові дозиметрів усе ще існує ряд проблем, зокрема необхідність покращення метрологічних характеристик при компенсації мертвого часу (часу нечутливості детектора після реєстрації кванту ІВ) детекторів іонізуючих випромінювань, при врахуванні їх енергетичної залежності та ін. Вирішення цих проблем дозволить розширити динамічний діапазон дозиметричних приладів та підвищити точність вимірювань параметрів іонізуючих випромінювань.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основний зміст дисертаційної роботи складають результати теоретичних і практичних розробок, проведених автором при виконанні робіт згідно з галузевим тематичним планом впровадження дослідно-конструкторських робіт із створення апаратури радіаційного контролю, розділ “Системи радіаційного контролю” за 2001 р.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розроблення нових засобів опрацювання сигналів дозиметричних детекторів із покращеними метрологічними характеристиками на базі число-імпульсних функціональних перетворювачів.

Згідно з поставленою метою задачами дослідження є:

розроблення засобів для компенсації мертвого часу детекторів іонізуючих випромінювань;

розроблення засобів врахування енергетичної залежності детекторів іонізуючих випромінювань (зміни чутливості в залежності від енергії зареєстрованих частинок чи квантів іонізуючих випромінювань);

створення дозиметричних приладів із використанням засобів для компенсації мертвого часу та врахування енергетичної залежності детекторів іонізуючих випромінювань;

аналіз метрологічних характеристик розроблених засобів.

Об'єкт дослідження - процес опрацювання вихідних сигналів дозиметричних детекторів.

Предмет дослідження - апаратні засоби та алгоритми для покращення метрологічних характеристик дозиметричних приладів.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на використанні основних положень математичного аналізу, теорії цифрових обчислювальних структур, теорії ймовірності, теорії похибок. Для підтвердження вірогідності теоретичних досліджень використано методи комп'ютерного та фізичного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів:

проведено дослідження принципів побудови програмних і апаратних засобів компенсації мертвого часу дозиметричних детекторів, що дозволило створити нові засоби і алгоритми з покращеними метрологічними характеристиками;

запропоновано новий підхід до врахування мертвого часу та енергетичної характеристики детекторів, в результаті чого стало можливим створення універсальних пристроїв, розрахованих на роботу з різними типами блоків детектування та підвищенням точності в розширеному діапазоні енергій іонізуючого випромінювання;

запропоновано новий алгоритм опрацювання вихідних сигналів детекторів низької чутливості, що дозволило створювати прилади з врахуванням необхідного співвідношення точності і часу вимірювання;

вдосконалено методику оцінки технічних характеристик дозиметрів із врахуванням нерівномірності імпульсних потоків частинок іонізуючого випромінювання.

Практичне значення одержаних результатів:

розроблено алгоритми роботи дозиметричних пристроїв із врахуванням компенсації мертвого часу детекторів іонізуючих випромінювань та з оптимізацією часу вимірювання;

розроблено пристрій для апаратного врахування енергетичної залежності чутливості дозиметричних детекторів, що дозволило забезпечити роботу дозиметричних приладів із детекторами різних типів;

створено базові цифрові блоки, які можуть використовуватись в дозиметрах різного призначення;

запропоновано апаратні і програмні засоби, що адаптовані до сучасної елементної бази: програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС) і мікропроцесорних засобів.

Особистий внесок. Основний зміст роботи, усі теоретичні положення, висновки та рекомендації виконані та розроблені автором особисто на основі досліджень, проведених на кафедрі “Автоматика та телемеханіка” Національного університету “Львівська політехніка”. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, автору належать: [1] - методика оцінки швидкодії число-імпульсних функціональних перетворювачів; [2] - схема для компенсації енергетичної залежності детекторів іонізуючого випромінювання; [3] - один із пристроїв компенсації мертвого часу детекторів іонізуючих випромінювань; [4] - алгоритм роботи дозиметрів із блоками детектування низької чутливості; [5] - загальна структурна схема багатофункціонального приладу та структурна схема каналу вимірювання дози; [6] - алгоритм функціонування дозиметричного приладу, який при своїй роботі використовує метод залежної лічби.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на 9-ій міжнародній науково-технічній конференції “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” (ВОТТП-9-2002) (Хмельницький-Головчинці, травень-червень 2002 р.), 9-му міжнародному семінарі метрологів “Методи і техніка перетворення сигналів у фізичних вимірюваннях” (Жешув, Польща, жовтень 2001 р.).

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури з 137 найменувань та 2 додатків. Загальний обсяг роботи становить 146 сторінок, в тому числі 110 сторінок основного тексту, 42 ілюстрацій та 7 таблиць.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 6 наукових праць, серед яких 4 статті у фахових виданнях, 2 - у збірниках матеріалів та в тезах конференцій.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, проведено аналіз стану проблеми, сформульовано мету та задачі досліджень, наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, а також описано структуру дисертації та наведено дані про апробацію роботи і публікації.

Перший розділ присвячено опису основних параметрів ІВ та детекторів ІВ, класифікації засобів опрацювання сигналів дозиметричних детекторів, розгляду основних фізичних величин, що використовуються в дозиметрії - дози опромінення та потужності (інтенсивності) дози. На основі проведеного огляду науково-технічної інформації обґрунтовано мету та завдання досліджень.

У другому розділі запропоновано засоби апаратної компенсації мертвого часу дозиметричних детекторів ІВ та способи врахування їх енергетичної залежності, а також розширення динамічного діапазону вимірювань потужності еквівалентної дози (ПЕД) та еквівалентної дози (ЕД) іонізуючих випромінювань за допомогою двоканальних вимірювачів. Виконані розрахунки основних параметрів цих засобів.

При вимірюванні параметрів ІВ складовими частинами основної похибки є похибка дискретизації, похибка зумовлена мертвим часом детектора, похибка зумовлена енергетичною залежністю чутливості детектора ІВ та похибка зумовлена нерівномірністю потоку квантів ІВ.

Наявність у детектора ІВ мертвого часу призводить до короткочасної втрати чутливості детектором після реєстрації кожного кванта ІВ. Внаслідок цього вихідна характеристика детектора ІВ стає нелінійною. При зростанні ПЕД вимірюваного ІВ зростає відносна похибка від нелінійності вихідної харак-теристики детектора. Лінеаризація вихідної характеристики детектора дозволяє розширити його динамічний діапазон і зменшити похибку нелінійності [3].

Середня частота імпульсів на виході детектора пов'язана з інтенсивністю (потужністю експозиційної дози) іонізуючого випромінювання наступною залежністю

,

де - інтенсивність ПЕД іонізуючого випромінювання; - чутливість детектора; - мертвий час детектора.

Для компенсації мертвого часу детектора Д (рис.1) компенсуючий блок КБ повинен мати передаточну функцію

,

де n - кількість двійкових розрядів структурних елементів ЧІФП; f - частота імпульсів на виході детектора іонізуючих випромінювань.

При використанні в якості КБ ЧІФП передаточна функція набуде вигляду:

.



Оскільки мертвий час детекторів одного типу змінюється в певних межах, то засоби компенсації мертвого часу повинні мати можливість налаштування на конкретний детектор.

Запропоновано два варіанти схем апаратної компенсації мертвого часу детекторів іонізуючих випромінювань - для випадку, коли с, та коли с. Розроблено методику розрахунку основних параметрів цих схем. На рис.2 зображено схему для компенсації мертвого часу детекторів ІВ для випадку, коли с.

Схема функціонує наступним чином. Комбінаційний суматор КС1, регістр Рг1, логічний елемент “І” І1, елемент затримки ЕЗ1 та схема додавання імпульсів СД1 складають нагромаджуючий суматор з імпульсним додатним зворотнім зв'язком, який, використовуючи двійковий код , здійснює масштабування вхідного імпульсного потоку. Кількість імпульсів за час підраховується лічильником Лч1. Цій кількості імпульсів відповідає код на виході лічильника, який в кінці часу записується в регістр Рг2. Після цього лічильник Лч1 обнулюється. Числове значення коду визначається виразом

,

де f - частота імпульсів на виході одновібратора ОВ; m - кількість двійкових розрядів КС1 та Рг1.

Кількість імпульсів на виході логічного елемента І2 дорівнює

,

де - час вимірювання.



Схема додавання імпульсів СД2, регістр Рг3, комбінаційний суматор КС2, логічний елемент “І” І3 та елемент затримки ЕЗ2 складають нагромаджуючий суматор з імпульсним додатним зворотним зв'язком, який, використовуючи отриманий раніше код , компенсує зникнення імпульсів, зумовлену мертвим часом детектора ІВ. Результат вимірювання підраховується лічильником Лч2.

Залежність відносної похибки вимірювання від потужності еквівалентної дози іонізуючого випромінювання без компенсації мертвого часу та з компенсацією мертвого часу відповідно.

Перевагою запропонованої схеми є можливість її застосування з різними детекторами, незалежно від значення їх мертвого часу. Налаштування на потрібний мертвий час здійснюється за допомогою задання відповідного коду . В наведеній вище схемі використання нагромаджуючого суматора не приводить до збільшення мертвого часу самого детектора, оскільки формування пачки імпульсів здійснюється в “тілі” вихідного імпульса детектора.

Як відомо, чутливість напівпровідникових детекторів у діапазоні енергій реєстрованих частинок (0,06 - 3) МеВ змінюється в десятки разів. Ця зміна може бути зменшена при використанні складних фізичних фільтрів. Однак, фізичні фільтри не дозволяють скоректувати енергетичну характеристику достатньо для досягнення необхіднї точності. Крім того, фізичні фільтри повинні розроблятись індивідуально для кожного нового детектора, що, зрозуміло, створює певні незручності. Тому обов'язковою умовою використання напівпровідникових детекторів при вимірюванні потужності експозиційної дози є корекція енергетичної характеристики [2].

Для компенсації енергетичної залежності детекторів іонізуючого випромінювання запропоновано використовувати пристрій.

В склад пристрою входять компаратори напруги КН1 - КН6, D-тригери Т1 - Т6, перетворювач кодів ПК, одновібратор ОВ, елемент затримки ЕЗ, мультиплексор МП, комбінаційний суматор КС, регістр Рг, лічильник Лч і логічні елементи І1 і І2.

Робота вхідної частини пояснюється часовими діаграмами, наведеними на рис.6. Вхідний імпульсний сигнал надходить одночасно на перші входи компараторів КН1 - КН6, на других входах яких встановлюються порогові рівні напруги , , , , , .

Кількість компараторів і значення порогових рівнів повинні вибиратись у відповідності до енергетичної характеристики детектора і заданої точності вимірювання потужності експозиційної дози. Вихідні імпульси F вхідної частини пристрою формуються одновібратором ОВ. Імпульси з виходу елемента затримки ЕЗ скидають тригери Т1 - Т6 в початковий стан, що підготовлює схему до надходження чергового вхідного імпульсу. Код із блоку ПК подається у вимірювальну частину дозиметричного пристрою на мультиплексор МП, який, в залежності від кількості тригерів, що спрацювали, встановлює на своєму виході потрібний масштабуючий коефіцієнт.

Перевагами запропонованої схеми є робота в реальному масштабі часу та можливість отримання результату в заданих одиницях вимірювання без додаткового масштабування та можливість налаштування на конкретну характеристику енергетичної залежності чутливості детектора ІВ. Описану вище схему можна застосовувати з різними типами детекторів.

Динамічний діапазон одного детектора часто є недостатнім для побудови широкодіапазонних дозиметричних приладів. Тому при їх побудові необхідно використовувати багатоканальні (зокрема двоканальні) вимірювачі. В цьому розділі запропоновано схеми двоканальних вимірювачів та основні співвідношення для їх розрахунку. В третьому розділі розглянуто вплив нерівномірності потоку квантів ІВ на точність вимірювання його параметрів. Потік квантів ІВ при низьких значеннях потужності еквівалентної дози має розподіл близький до розподілу Пуассона



,

де p(x) - ймовірність реєстрації приладом рівно x частинок чи квантів ІВ;

- середнє значення кількості зареєстрованих частинок чи квантів ІВ.

При високих значеннях ПЕД цей потік має розподіл близький до нормального розподілу

.

Для оцінки похибки вимірювання параметрів ІВ користуються довірчим інтервалом d, довірчою ймовірністю p та середньоквадратичним відхиленням . Для нормального розподілу та розподілу Пуассона .

Відносну похибку, зумовлену нерівномірністю потоку частинок та квантів ІВ, можна обчислити за формулою:

.

Керуючись наведеними вище міркуваннями, при побудові широкодіапазонних дозиметричних приладів із фіксованими часами вимірювання ПЕД ІВ, критерієм перемикання з одного часу вимірювання на інший є задана максимальна відносна похибка, зумовлена нерівномірністю потоку частинок та квантів ІВ.

Зменшити відносну похибку, зумовлену флуктуацією потоку частинок та квантів ІВ, можна, збільшуючи кількість частинок та квантів, які враховуються при обчисленні результату вимірювання. Однак просте збільшення кількості цих частинок та квантів приводить до збільшення часу вимірювання. Особливо гостро ця проблема постає при вимірюванні фонових значень ПЕД ІВ.

Основним недоліком вимірювань фонових значень ПЕД ІВ є великий час вимірювання. Очевидно, що просте зменшення часу вимірювання приводить до зменшення точності вимірювання. Однак, існує можливість формування результатів вимірювання за менший час із врахуванням попередніх інтервалів часу [4]. При цьому необхідно враховувати особливості роботи дозиметра на початковому етапі після вмикання живлення, а також при зміні потужності експозиційної дози, що вимірюється. Нижче запропоновано один із запропонованих алгоритмів, що враховує вищезгадані обставини.

Для зручності опису алгоритму введемо поняття моменту поновлення - моменту часу, в який здійснюється обчислення та індикація нових результатів вимірювання.

Моменти поновлення формуються за двома правилами.

Правило 1. Кожний наступний момент поновлення формується через наперед визначений фіксований час після попереднього моменту поновлення за умови що за час між цими моментами зафіксовано менше ніж імпульсів із виходу блоку детектування.

Правило 2. Якщо умова правила 1 не виконується, наступний момент поновлення формується в момент фіксацій -го імпульсу з виходу блоку детектування. Однак, інтервал часу до наступного моменту поновлення не може бути меншим часу, необхідного для зчитування результату з індикатора. В цьому випадку кількість імпульсів із виходу блоку детектування між двома моментами поновлення може бути більшою від .

Саме число вибирається з умови забезпечення потрібної максимальної відносної похибки, зумовленої флуктуацією потоку частинок та квантів ІВ.

Між кожними моментами поновлення підраховуються кількості вихідних імпульсів блоку детектування та вимірюються відповідні їм інтервали часу . В пам'яті зберігаються останні M значень та (після початку роботи пристрою або після моментів часу, що прирівнюються до початкових, кількості значень та , що зберігаються в пам'яті, можуть бути меншими від M).

Обчислення результату вимірювання здійснюються наступним чином. Нехай у результаті першого вимірювання (перший момент поновлення після початкового моменту) зафіксовано значення і . Тоді:

,

де - чутливість блоку детектування;

- потужність експозиційної дози.

Нехай після другого вимірювання зафіксовані значення і . Тоді

, якщо ;

, якщо .

Нехай для К-го () вимірювання зафіксовані значення і . Тоді

, якщо ;

, якщо і ;

, якщо і ;

, якщо і ;

, якщо .

Запропонований алгоритм роботи дозиметричних пристроїв пристосований для реалізації на мікропроцесорних засобах.

В дисертації розглянуто роботу дозиметричного приладу з запропонованим алгоритмом роботи у трьох режимах - перехідному усталеному та при стрибкоподібній зміні вимірюваного параметра.

Описаний алгоритм є достатньо універсіальним, оскільки дозволяє забезпечити задані точність, час вимірювання та час реєстрації в широких межах, як для статичного, так і для динамічного режимів роботи.

В четвертому розділі подано розроблені структурні схеми дозиметричних приладів різного призначення [6]: багатофункціонального дозиметричного приладу [4], індивідуального та пошукового дозиметрів. Проведено аналіз похибок розроблених приладів.

В його склад входять: канал вимірювання дози КД, блок комутації каналів вимірювання БККВ, блок вибору каналу вимірювання БВКВ, блок вибору типу детектора БВТД, блок вибору режиму БВР, блок хронізатора БХ, мультиплексор МП, логічний елемент І, помножувач частоти ПЧ, блок управління БУ, блок вибору часу вимірювання БВЧВ, таймер Т, основний лічильник ОЛч, регістр Рг, блок перетворення БП, блок озвучення БО і блок керування підсвіткою БКП.

За допомогою блоків БВТД, БВКВ і БККВ на вихід останнього підключається один із боків детектування випромінювання або один із блоків , чи n випромінювання. Вихідні сигнали БККВ надходять на блок БВЧВ, який з допомогою блока управління БУ реалізує автоматичне визначення часу вимірювання ПЕД - . Робота БВЧВ відбувається в паузі між вимірюваннями ПЕД.

Логічний елемент І відкривається на час вимірювання , що формується на одному з виходів БУ, і пропускає вихідні імпульси детектора на помножувач частоти ПЧ, який забезпечує масштабування імпульсного потоку з метою отримання результатів вимірювання в заданих одиницях. Мультиплексор МП комутує масштабуючі коди N відповідно до типу підключеного детектора. Результат вимірювання формується блоком ОЛч і в кінці вимірювання запам'ятовується регістром Рг. Блок БП перетворює інформацію для виводу її на індикатор. Блок БВР задає один із режимів роботи дозиметра - інтенсиметр, еквівалентна доза, таймер. Підрахунок часу накопичення дози здійснюється блоком Т. Блок БО озвучує кожен квант чи частинку вимірюваного випромінювання. Блок БКП керує підсвіткою індикатора приладу. Еквівалентна доза випромінювання вимірюється блоком КД.

Розроблений багатофункціональний дозиметричний пристрій пристосований для реалізації на сучасній елементній базі, зокрема на програмованих логічних інтегральних схемах.

У висновках сформульовані основні результати дисертаційних досліджень.



ОСНОВНІ ВИСНОВКИ РОБОТИ

Використання в дозиметрії ІВ різних типів детекторів ІВ спричиняє необхідність розроблення універсальних засобів опрацювання вихідних сигналів цих детекторів, які мали б можливість налаштування на конкретну вихідну характеристику детектора ІВ.

Для покращення метрологічних характеристик засобів опрацювання вихідних сигналів детекторів ІВ доцільно використовувати ЧІФП, оскільки вони забезпечують роботу в реальному масштабі часу.

Показано, що компенсація мертвого часу детекторів ІВ може бути реалізована на базі ЧІФП з додатними зворотними зв'язками, що здійснюють опрацювання сигналу в “тілі” вихідного імпульсу детектора в реальному масштабі часу та є універсальними, оскільки дозволяють, за допомогою зміни своїх внутрішніх параметрів, налаштовуватись на роботу з різними детекторами ІВ, залежно від величин їх мертвого часу і чутливості.

Доведено, що компенсація енергетичної залежності чутливості детекторів ІВ може бути здійснена апаратними засобами на базі двійково-десяткових ЧІФП. Такий принцип компенсації може бути використаний для роботи з детекторами ІВ, що мають різну енергетичну залежність. Розроблена схема має можливість отримання результату в реальному масштабі часу в заданих одиницях без додаткового масштабування.

У випадках, коли динамічний діапазон одного детектора, з врахуванням його розширення за рахунок компенсації мертвого часу, є недостатнім, доцільно використовувати багатоканальні, зокрема двоканальні, дозиметричні пристрої. З цією метою розроблені схеми двоканальних вимірювачів, призначених для роботи з дозиметричними пристроями, реалізованими за допомогою як апаратних так і мікропроцесорних засобів.

Показано, що основним недоліком вимірювання малих значень ПЕД ІВ, із забезпеченням заданої точності, є великий час вимірювання, що зумовило необхідність розробки алгоритмів роботи пристроїв з малим часом реєстрації і з врахуванням попередніх результатів вимірювання. Розроблено алгоритм функціонування дозиметричних приладів, що дозволило забезпечити задані точність, час вимірювання та час реєстрації як для статичного, так і для динамічного режимів роботи приладів.

В результаті виконаних теоретичних досліджень розроблені цифрові базові блоки дозиметричних пристроїв, зокрема багатофункціонального дозиметра та базові блоки та алгоритми для індивідуального і пошукового дозиметрів. На цій основі можуть бути створені прилади для вимірювання різних типів іонізаційного випромінювання, що використовують різні типи детекторів.

Розроблені схеми є адаптованими до реалізації на програмованих логічних інтегральних схемах (ПЛІС) або мікропроцесорних засобах.



СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Клименко В.В., Лопачак О.М., Максимович В.М. Оцінка швидкодії число-імпульсних функціональних перетворювачів // Автоматика, вимірювання та керування. Вісник НУ “Львівська політехніка”. - Львів, 2001. - №420. - с. 57-66.

Лопачак О.М., Максимович В.М. Корекція енергетичної характеристики напівпровідникових детекторів у дозиметричних пристроях // Автоматика, вимірювання та керування. Вісник НУ “Львівська політехніка”. - Львів, 2002. - №445. - с. 83-86.

Лопачак О., Максимович В., Сторонський Ю. Пристрої для компенсації мертвого часу детекторів іонізуючого випромінювання // Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології. Вісник НУ “Львівська політехніка”. - Львів, 2001. - №433. - с. 41-47.

Лопачак О., Максимович В. Алгоритм роботи дозиметричних пристроїв з блоками детектування низької чутливості // Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології. Вісник НУ “Львівська політехніка”. - Львів, 2002. - №450. - с. 161-165.

Лопачак О.М., Максимович В.М., Сторонський Ю.Б. Багатофункціональний дозиметричний пристрій // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: Збірник наукових праць. - Хмельницький: ТУП. - 2002. - Том 1, №9. - с. 179-183.

Dudykevych V., Lopachak O., Maksymovych V., Storonsky Y. The use of dependent count method in dosimeters design // Elektrotechnika. Metody i technika przetwarzania sygnalow w pomiarach fizycznych. Materialy IX miedzynarodowego seminarium metrologow. - Rzeszow (Poland). - 2002. - NR 192, z.22. - p. 51-55.

Размещено на Allbest.ru

...