RO127690A2 - Sistem de monitorizare a nivelurilor de iradiere x, γ şi neutroni, cu teletransmisia datelor, pentru zone de risc radiologic - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un sistem de monitorizare a nivelelor de iradiere cu raze X, γ şi neutroni, cu teletransmisia datelor, care să contribuie la creşterea şi menţinerea siguranţei şi securităţii nucleare şi radioprotecţiei. Sistemul conform invenţiei este alcătuit dintr-un paratrăznet (1), un pilon (2) de susţinere, un panou (3) solar, o cutie (4) metalică, o sondă (5) de detecţie neutroni, o sondă (6) de detecţie raze X şi γ , un circuit (7) de împământare, o fundaţie (8) de beton şi o antenă (9) de comunicaţie prin radio cu un computer local sau central, ce are şi funcţie de dispecerat.

Description

SISTEM DE MONITORIZARE A NIVELELOR DE IRADIERE X, GAMMA SI NEUTRONI, CU TELETRANSMISIA DATELOR, PENTRU ZONE DE RISC RADIOLOGIC

Invenția se refera la realizarea unui sistem de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, care sa contribuie la creșterea si menținerea siguranței si securității nucleare si radioprotectiei.

Echipamentele realizate pe plan național si internațional, dedicate evaluării condițiilor de asigurare a radioprotectiei in unitati nucleare, depozite de tratare si stocare deșeuri radioactive, centre de prelucrare radioizotopi, instalații industriale radiometrice, instalații de iradiere medicala, halde de minereu, nu au fost concepute cu posibilitatea colectării automate si transmiterii la distanta a datelor. Datele sunt înregistrate manual, in mod aleator, ceea ce conduce la întârzieri in luarea de masuri pentru limitarea efectelor in caz de accidente/incidente nucleare sau urgente radiologice.

Sistemele de supraveghere realizate atat pe plan național cat si internațional alarmeaza in timp real numai la iradiere gamma nu si la radiație X sau neutronica. Echipamentele din import, nu sunt concepute cu posibilități de conectare la un sistem centralizat de masurare-alarmare din punct de vedere al radioprotectiei si nu permit crearea automata de baze de date, care daca ar exista ar putea fi utile la determinarea nivelului debitului echivalentului de doza sau doza acumulata.

Prin particularitățile sale de construcție si funcționare, sistemul de monitorizare care face obiectul prezentei invenții, prezintă fata de aparatura utilizata momentan in domeniu următoarele elemente de noutate:

-este un sistem ce funcționează independent de prezenta sau absenta rețelei de alimentare cu energie electrica.

- pune in evidenta posibila prezenta simultana in mediul înconjurător a mai multor tipuri de radiații (X, gamma, neutroni) masurand intensitățile câmpurilor generate de prezenta acestora. La nivel mondial nu exista construite sisteme care a aiba aceste funcțiuni simultan;

- a fost conceput sa masoare simultan debitele echivalentelor de doza in tesut ale radiațiilor X, gamma si neutroni, deoarece exista substanțe (materiale) emitatoare de radiație

Ο 1 Ο - Ο 1 2 7 5 - Ο 6 -12- 2010 neutronica fara a fi gamma emitatoare, ceea ce din punct de vedere al supravegherii mediului este extrem de important prin posibilitatea apariției situației in care populația sa fie expusa unui câmp de neutroni care sa nu poata fi in evidenta data fiind limitarea echipamentelor existente care pun in evidenta si masoara numai câmpuri de radiații gamma;

- este construit cu detectori de raditie X si gamma pe un domeniu extins de măsură (debite ale echivalentrului de doza in tesut cuprins in intervalul 0.1 pSv/h - 6 Sv/h) si domenii de energie in intervalul 50 keV - 3 MeV, ceea ce face posibila punerea in evidenta a prezentei substanțelor radioactive naturale sau sintetizate începând de la debite comparabile cu fondul natural (0.1 pSv/h) si pana la debite echivalente acidentelor radiologice sau exploziilor nucleare (mai mari de 1 Sv/h). Detectorul de neutroni masoara debite ale echivalentrului de doza in tesut in domeniul 0.1 pSv/h - 10 Sv/h, ceea ce permite punerea in evidenta a materialelor direct sau indirect emitatoare de neutroni.

- are posibilitatea sa semnaleze depășirea pragurilor de alarmare si sa-si faca autodiagnoza, ceea ce inseamna ca isi verifica singur funcționarea si semnalează dispeceratului eventualele defecte;

- permite transmiterea in timp real a valorilor debitelor echivalentului de doza a radiațiilor X, gamma si neutroni;

- are o soluție versatila de comunicație, ce poate fi dedicata specificului fiecărui tip de utilizator;

- este prevăzut cu comunicație bidirecționala, ceea ce inseamna ca si dispeceratul central poate trimite sistemului informații referitoare la modificarea anumitor parametri cum ar fi pragul de alarmare, setarea parametrilor de etalonare, modificarea timpului de măsurare, la ce interval de timp sa faca transferul de date.

In continuare se prezintă exemple de realizare a sistemului de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, care au rol explicativ, nu limitativ, in legătură cu figurile 1-7, care reprezintă:

- Fig. 1, vedere frontala a sistemului de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor;

- Fig. 2, schema bloc a sistemului de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor;

- Fig. 3, schema bloc a blocului electronic de achiziție (BEA);

^-2010-01275-0 6 -12- 2010

- F'g· 4, vedere laterala si in secțiune a sondei de detecție a radiației X si gamma > 25 keV;

- Fig. 5, vedere laterala si in secțiune a sondei de detecție a neutronilor;

- Fig. 6, sistem de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, format dintr-un singur punct de măsură conectat la un PC local;

- Fig. 7, rețea de sisteme de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, formata din doua puncte de măsură conectate la un PC local cu funcție de dispeceratul central;

Exemplul 1. Sistem de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, format dintr-un singur punct de măsură conectat la un PC local

Din Fig. 1, care reprezintă vederea frontala a sistemului de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, se observa ca acesta care este alcătuit din următoarele elemente: (1) paratraznet din CuZn39Pb2 cf. STAS 95-2000, (2) pilon de susținere din țeava OL37=10 cf. STAS 500/2-2000, (3) panou solar, (4) cutie metalica clasa de protecție IP 67 OL37 cf. STAS 500/2-2000 , (5) sonda de detecție neutroni, (6) sonda de detecție X si gamma, (7) circuit de impamantare, (8) fundație de beton B250 si (9) antena de comunicație prin radio cu un PC local sau central care are si funcție de dispecerat.

Din Fig. 2, care reprezintă schema bloc a sistemului de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, se obseva modul cum sunt conectate elementele active ale sistemului de monitorizare. Astfel, blocul electronic de achiziție (BEA) (1) care se afla ampalsat in cutia metalica (4) împreuna cu un acumulator (5) si un convertor de încărcare a acestuia (3), comunica direct cu sondele de detecție a radiațiilor X. gamma (7) si neutronilor (8), prin intermedul comunicației radio (2) cu un PC local (9) si prin intermediul comunicației (10) cu un calculator de service tip laptop (11) cu ajutorul caruia in caz de necesitate se poate reinstala softul de achiziție de date care a fost special dezvoltat pentru sistemul de monitorizare care reprezintă obiectul invenției. Sistemul este alimentat de la un panou solar (6).

Pentru realizarea sistemul de monitorizare care reprezintă obiectul prezentei invenții, s-au parcurs următoarele etape:

I) S-a realizat selectarea tipurilor de detectori ce urmau a fi utilizați pentru realizarea sistemului de monitorizare, astfel incat aceștia sa fie capabili sa masoare valori de debit echivalent de doza

CV2010-01275-- ft

6 -12- 2010 foarte ridicate, ce pot apare in condițiile unor urgente radiologice sau accidente nucleare. Din acest motiv, detectorii ce urmau a fi utilizați trebuiau fi capabili sa măsoare debite de doza de cel puțin lSv/h. Pentru selectarea detectorilor s-a tinut cont de domeniile de utilizare ale acestora si ca aceștia sa fie in concordanta cu scopul propus.

Astfel, pentru monitorizarea nivelelor de iradiere gamma si X, s-au analizat următoarele tipuri de detectori: detectori Geiger-Muller, detectori cu scintilație anorganici (Nai, Csl, etc), detectori cu scintilatori plastici, detectori cu camera de ionizare si detectori cu semiconductori. In urma analizei performantelor detectorilor relativ la necesitățile sistemului de monitorizare ce urma a fi realizat am decis utilizarea unui detector gamma cu scintilator plastic cuplat cu un fotomultiplicator. Timpul mort foate mic al scintilatorului, precum si amplificatorii foarte rapizi ai semnalelor de la fotomultiplicator, permit masurarea debitelor de doza pana la valori foarte mari (lOSv/h), întâlnite in cazuri de explozii nucleare sau accidente foarte grave. In același timp, sensibilitatea mare a tipului de detector ales, permite masurarea cu precizie a debitelor de doza mici, apropiate fondului natural, fiind foarte util in evaluarea efectelor iradiaerii in cazul incidentelor nucleare de gravitate mica. Detectorul permite masurarea radiațiilor gamma si X in domeniul energetic 25KeV-3MeV, acoperind întreg spectrul de energii ce poate prezenta pericol de iradiere in domeniile de aplicare al sistemului de monitorizare.

S-a ajuns la concluzia ca detectorul ce corespunde din toate punctele de vedere datelor de proectare este detectorul cu scintilator plastic BDKG-04, ce conține pe langa scintilator si fotomultiplicator toate elementele auxiliare pentru funcționarea acestui ansamblu (sursa de inalta tensiune, stabilizator termic, circuite de prelucrare a semnalului, numărătoare, microcontroler cu memorie nevolatila) si care are următoarele caracteristici tehnice: domeniul de debit de doza (0.05 pSv/h - 10 Sv/h), eroarea de baza (maximum ±20%), domeniul de energie al radiației gamma si X (!5keV - 3MeV), eroarea funcție de energie (intre 15keV - 60 keV, ±35% si intre 60keV - 3MeV, ±20%), sensibilitatea la radiația de baza Cs¹³⁷ (70(imp/s)/ (pSv/h)), temperatura de lucru (-30°C +50 °C), umiditate relativa maxima (98% la 35 °C), clasa de protecție (1P54), perturbatii radio (CEI/IEC CESPR 22:1997), compatibiliatate electromagnetica (CEI/IEC 610004-2:1995; IEC 61000-4-3:1995).

Din Fig. 3, care reprezintă o vedere laterala si in secțiune a sondei de detecție a radiației X si gamma > 25 keV, se observa elementele care intra in componenta acesteia. Astfel, scintilatorul din plastic (3), fotomultiplicatorul din sticla (4) care sunt despărțite de circuitul divizor realizat

Ον 2 0 1 0 - 0 1 2 7 5 - Ο 6 Ί2- 2010 din sticlotextolit (5) si placa circuitului imprimat realizata tot din stclotextolit (8) printr-o piesa de limitare de CuZn39Pb2 cf STAS 95-2000 (9), se afla amplasate intr-o teaca de protecție OL37 cf. STAS 500/2-2000 (7). Scintilatorul si fotomultiplicatoul sunt protejate de lumina printr-un capac (12) din policarbonat. Prinderea si fixarea lor in teca de protecție sunt realizate cu piulițe holender OL37 cf. STAS 500/2-2000 (2), șuruburi de fixare M3 (10) si arcuri de compresiune OLC 20 cf. STAS 795-2000 (11). Detectorul de radiație X si gamma este prevăzut cu un capac de protecție mecanica din policarbonat (1) si comunica cu blocul electronic de achiziție BEA printro mufa de alimentare (6).

Pentru monitorizarea nivelelor de iradiere cu neutroni, s-au analizat cele doua tipuri uzuale de detectori de neutroni: detectorii cu scintilatori cu sticla dopata cu Li, respectiv detectorii cu contori He³. Am decis ca pentru monitorizarea nivelelor de iradiere cu neutroni sa utilizam detectorii cu contori He³, cu strat de termalizare mai subțire, considerând ca este mai importanta detecția si alarmarea rapida decât stabilirea valorii exacte a debitului echivalent de doza. Detectorul utilizat este BDKN-01 de tipul „Smart Probe” si are următoarele caracteristici tehnice: domeniul de debit de doza (pentru energia de referința PuBe) (0,1 pSv/h 10 mSv/h), eroarea de baza (maximum ±15%), densitatatea de flux a neutronilor (0.1 - IO⁴ neutron/(cm² -s)), domeniul de energie al radiației (2.5-10'³ keV - 10 MeV), temperatura de lucru (-30°C -z ±50 °C), umiditate relativa maxima (98% la 35 °C), clasa de protecție (IP65), perturbatii radio (CE1/IEC CESPR 22:1997), compatibiliatate electromagnetica (CEI/IEC 61000-4-2:1995, IEC 61000-4-3:1995).

Din Fig. 5, care reprezintă o vedere laterala si in secțiune a sondei de detecție a neutronilor, se observa elementele care intra in componenta acesteia. Astfel, detectorul de neutroni (2) care este despărțit de circuitul de polarizare al acestuia realizat din sticlotextolit (3) si de circuitul imprimat realizat tot din sticlotextolit (6) printr-o piesa de limitare de CuZn39Pb2 cf STAS 95-2000 (7) se afla amplasate intr-o teaca de protecție OL37 cf. STAS 500/2-2000 (5). Detectorul de neutroni este protejat cu un strat de termalizare realizat din poliamida (1) care este fixat de teaca de protecție prin șuruburi de fixare M3 (8). Detectorul de neutroni comunica cu blocul electronic de achiziție BEA printr-o mufa de alimentare (4).

II) s -a stabilit soluția tehnica de alimentare cu energie electrica a sistemului de monitorizare, pornind de ia analiza judicioasa a tuturor posibilităților actuale de alimentare. S-a ales soluția unui sistem bazat numai pe panou solar, acesta prezentând cea mai mare tv2 01 Ο - Ο 1 2 7 5 - Ο 6 -12- 2010 flexibilitate in utilizare. Pe baza de calcul am stabilit ca un panou de 0,5m² acopera necesarul de energie tot timpul anului, in afara de luna decembrie. De acceea va trebui ca diferența de energie sa fie obtinuta in luna decembrie dintr-un acumulator tampon. Calculele au condus către o baterie de capacitate de 8OAh. Bateria nu necesita întreținere periodica si permite cicli de descărcare pana la o limita ce permite utilizarea eficienta a capacitatii acesteia. S-a Ies o baterie special proiectata pentru utilizarea in sisteme cu celule fotovoltaice, tip ROLLS DEEP C1CLE-MAR1NE model 24 HT 8OM, de 12V si 8OAh. S-au achiziționat panouri fotovoltaice performante, cu eficienta mare (16%) cu suprafața de 0,49m² produse de firma Kyocera. Panoul solar este conectai la o baterie tampon de 80Ah special conceputa pentru a lucra in coditiile de incarcare/descarcare specifice alimentarii cu panouri fotovoltaice. Conectarea se face printr-un modul inteligent de incarcare/supraveghere, tip PHOCOS CXN10 care are următoarele caracteristici tehnice si electrice: afișaj LCD a stării bateriei, starea de incarcare/descarcare, avertizare la deconectarea sarcinii (descărcare critica a bateriei), 5 algoritmi diferiți de deconectare a sarcinii, regulator PWM, compensare de temperatura integrate, curent de incarcare maxim - 10A, curent de sarcina maxim - 10A, tensiune de lucru -12/24V, curent consumat < 4mA, grad de protecție -IP22.

III) S-a procedat la alegerea modalității de afișare a datelor achiziționate, pornind de la analiza a doua variante de afișare a datelor: achiziția si memorarea temporara a datelor in blocul electronic de achiziție (BEA), transferul acestora printr-o interfața seriala intr-un calculator tip laptop si afișarea pe ecranul unui calculator local sau achiziția, memorarea datelor si afișarea pe un afisor LCD alfanumeric si transmisia lor pentru afișare si prelucare la calculator local si central. In urma analizării avantajelor si dezavantajelor celor doua metode s-a ales o varianta combinata: afișare locala pe afisorul LCD al BEA, cu transmisia acestora la calculator local sau central. La costructia sistemului de monitorizare s-a utilizat un afisor alfanumeric cu patru linii de 20 caractere, echipat cu taste funcționale, varianta ce permite introducerea datelor si vizualizarea facila a acestora. Afisorul utilizat, nou pe plan mondial este prevăzut cu interfața USB si posibilități de interconectare la programele Vindows Vista tip Sideshow, ce permit o prezentare mai flexibila a datelor afișate.

IV) S-a stabilit soluția tehnica pentru construcția mecanica a sistemului, ținând cont de faptul ca aparatul va fi utilizat si in condiții grele de mediu, vibrații si șocuri. Am optat pentru soluția conform careia sondele detectoare se vor monta separat fiind la radul lor închise in teci de

Ο 1 0 - Ο 1 2 7 5 - Ο 6 -12- 2010 protecție cu grad de protecție IP 67, iar blocul electronic de achizietie (BEA), bateria de acumulatori si elementele auxiliare se vor monta intr-o carcasa metalica etanșa de tip industrial cu grad de protecție IP67. Carcasa este prevăzută cu usa rabatabila, permițând accesul la elementele interne, in special la afisoru) LCD si tastele funcționale. Construcția mecanica este realizata intr-un mod ce permite amplasarea rapida si mutarea facila in alta locație pentru care se dorește monitorizarea nivelelor de iradiere. Nu exista legaturi fizice (cabluri de alimentare, cabluri de comunicație, suporți fixați in sol) ce ar îngreuna reamplasarea sistemului de monitorizare.

V) S-a realizat blocului electronic de achiziție de date (BEA). Blocul electronic s-a realizat ca un sistem modular, bazat pe un bus si conector standardizat, tip PCI04. Acest tip de bus este adoptat de majoritatea firmelor ce construiesc calculatoare miniatura. Utilizând acest un bus standard, se pot utiliza orice tip de module de pe piața, existând foarte multi fabricanți si tipuri de module pentru acest standard. S-a ales un modul de calculator tip TS7260. Baza blocului electronic o constituie un modul SBC cu un procesor puternic tip ARM, ce lucrează la 200Mhz. Consumul de putere al modulului pate fi redus pana la 0,5W prin reducerea frecventei de tact in momentele când nu se efectuează calcule intensive. Modulul conține o unitate de management ai memoriei ce permite rularea de sisteme de operare de nivel înalt ca Windows CE sau Linux. Posibilitatea utilizării unui sistem de operare de tip Einux aduce mari avantaje legate de programarea mai facila, mai ales la utilizarea de porturi USB, Ethernet, RS232, module de comunicație, etc, cu drivere deja implementate.

S-a utilizat un modul de baza ce cuprinde microprocesorul si elementele auxilizare ale acestuia, un modul ce comunicație seriala pentru conectarea sondelor detectoare si un modul de comunicație radio pentru transmiterea datelor la calculatorul local.

Din Fig. 3, care reprezintă schema bloc a blocului electronic de achiziție (BEA), se poate observa ca acesta conține elementele principale necesare achiziției de date de către un sistem de monitorizare ca cel care face obiectul invenției. BEA se afla amplasat in cutia metalica (1) si comunica direct cu sondele de detecție a radiațiilor X, gamma (7) si neutroni (8) si acumulatorul (5) . Elementele componente ale BEA sunt microcontrolerul de tip AVR RISC (10) afisorul LCD (6) , tastele (3) si patru circuite de interfața de tipul RS232 (9). De asemenea BEA este prevăzut cu mai multe intrări de tip analogic (4). Pe baza schemei bloc s-au elaborat schemele electronice (\-2 Ο 1 Ο - Ο 1 2 7 5 - Ο 6 -12- 2010 de principiu ale blocului de achiziție. S-au ales prin proiectare valorile componentelor pasive utilizate (rezistente, condensatori, termistori, etc). Schemele electrice au fost realizate prin proiectare asistata utilizând programe specializate de proiectare circuite imprimate (ORCAD), permițând o proiectare facila a circuitelor imprimate pornind de la aceste scheme de principiu.

S-a ales un microcontroler din noua generație AVR de la Atmel, cu arhitectura avansata RISC, tip ATMEGA644. Microcontrolerul conține 32 registre conectate direct la la unitatea aritmetica logica (ALU) permițând accesul a doua registre simultan intr-o singura instrucțiune executata intr-un sindur ciclu mașina. Din acest motiv, se obțin viteze de lucru de zece ori mai mari pentru aceeași frecventa de lucru decât cu arhitecturile convenționale CISC. Controlerul ATMEGA644 este prevăzut cu următoarele funcții: 64 kbtes de memorie programabila ISP (‘‘in system”), 4084 bytes de memoreie EEPROM, 4084 bytes de memorie SRAM, 32 de linii intrare/iesire programabile, 32 regiștri de lucru de 16 biți, interfața JTAG cu posibilitatea urmăririi funtionarii circuitului, trei circuite de numarare/temporizare de mare flexibilitate, doua interfețe programabile USART, interfața seriala I2C, 8 canale de conversie A/D pe 10 biții, circuit de supraveghere tip “watchdog”, 6 funtii de reducere a puterii consummate si circuit de ceas de timp real. Microcontrolerul (U3) gestionează, prin intermediul porturilor de intrare/iesire, funcționarea întregului sistem de măsurare. Semnalele RXD, TXD, RXD1, TXD1 (intrările si ieșirile circuitelor UART), precum si semnalele ON232S1, ON232S2, ON232_PC, ON232_M, /EN SI, /EN_S2, /EN_PC, /EN_M, RTS_PC, CTS_PC, RTS M, CTS M sunt utilizate pentru comunicația cu dispozitive externe prevăzute cu interfața seriala (cele doua sonde, PC de service, modem de comunicație, modul Bluetooth). Semnalele INI, IN2, 1N3, ΓΝ4 sunt semnale de intrare analogice sau digitale, ce pot fi utilizate pentru controlul de dispozitive externe (senzor ploaie, senzor usa, tensiune panou solar, etc). Gradul de incarcare al bateriei de acumulatori este masurat prin intrarea de conversie A/D, BATLEV. Software-ul intern ce va fi proiectat in cadrul următoarei faze va conține rutine de protecție a bateriei de acumulatori care, la scăderea tensiunii sub o anumita limita vor avertiza operatorul ca aparatul trebuie conectat la sistemul de incarcare si vor opri consumatorii daca tensiunea va scadea in continuare mult sub aceasta limita. Microcontrolerul este echipat cu doua oscilatoare cu cuart. Un oscilator pentru gestionarea funcționarii circuitelor interne, pe frecventa de I,843Mhz. Frecventa a fost astfel aleasa ca prin divizarea cu un număr întreg sa genereze frecvente (baud-rate) corespunzătoare standardului de comunicație RS232 (4800 bps, 9600 bps,19200bps, etc). S-a cautat o frecventa standard cat mai ^2010-01275-0 6 -12- 2010

joasa (implicit consum cat mai redus de energie) ce corespunde criteriului de mai sus, pentru care sa existe cristale de quart uzuale si a rezultat frecventa de l,843Mhz. Celalalt oscilator este utilizat pentru ceasul de timp real. Este necesara utilizarea acestui al doilea oscilator deoarece la intrarea in unele moduri de consum redus de putere, oscilatorul principal este oprit. Frecventa s-a ales pentru ca prin divizare sa se obțină intervale de o secunda, necesare ceasului precum si bazei de timp pentru achiziție. Semnalele UP, ENTER, PGM si RESET sunt utilizate si ca semnale de interfața pentru programarea in sistem a procesorului.

Interfețele sunt realizate cu circuite de tip MAX3222 (U1,U2,U6,U7) si permit conectarea celor doua sonde de radiații, a unui PC de service si a unui modul de comunicație radio sau GPRS. Circuitele furnizează semnalele standard de conexiune seriala RX, TX facand in același timp conversia de nivele logice de 5V la nivele de +/-15V utilizate de interfețele RS232. Fuctionarea circuitelor este controlata de către microcontroler. Semnalele /EN_S1, /EN_S2, /EN_M. /EN PC permit recepția semnalelelor RS232 de către circuitul selectat. Semnalele ON232S1, ON232S2, ON232_PC, ON232_M, permit transmisia de caractere spre ieșirea interfețelor selectate. Este necesara aceasta comutare, microcontrollerul fiind prevăzut doar cu doua circuite de interfate tip UART, fiind posibila transmisia/receptia simultana numai de la doua interfețe RS232. Capacitorii conectați pe intrările circuitelor de intefata sunt utilizați ca pompe de sarcina pentru obținerea de tensiuni de +/-I0V din tensiunea de alimentare de +5V. Tensiunile de +/-10V sunt nivele logice caracteristice acestor tipuri de interfețe.

Alimentarea sistemului se face de la o baterie de acumulatori tip acid-Pb, 12V. Unele elemente (cele doua sonde de radiații) lucrează la +6V, altele (microcontroller, interfețe seriale la +5V) facand necesara conversia si stabilizarea tensiunii la aceste valori. Pentru coborârea tensiunii de ia +12V la 6V s-a utilizat o sursa sabilizata, in comutație, comandata de circuitul specializat tip “step down” MAXI627. Eficienta convertorului este de aproximativ 85%, permițând reducerea consumului fata de o varianta de stabilizator liniar. Pentru inmagazinarea energiei in timpul conductiei tranzistorului mosfet Q4, s-a utilizat o inductanta de 22μΗ (valoare recomandata de producător). Tranzistorul de putere si bobina sunt de tip SMD, pentru a minimiza emisiiile electromagnetice ce apar la comutație. Stabilizarea tensiunii de +5V se face prin circuitul stabilizator low-drop U10. Comunicația cu un PC extern de service se poate face prin cablu serial, utilizând interfața seriala dedicata, descrisa mai sus. Comunicația fara fir este insa de preferat in condiții deploaie sau umiditate mare, când nu este recomandata deschiderea carcasei

etanșe in care sunt montate circuitele electronice. Operatorul poate lucra de asemenea in condiții mai bune printr-o interfața fara fir, toate operațiunile de testare, recalibrare, reprogramare putând fi realizate ditr-un autovehicul de service. Din acest motiv s-a considerat oportuna echiparea sistemului de achiziție si cu un modul de comunicație radio.

VI) S-a adoptat soluția cea mai buna pentru comunicația intre sistemul de monitorizare si calculatorul local. Condițiile de amplasare necesita comunicație pe o distanta mai mare decât distanta maxima a comunicației tip Bluetooth. S-a ales un modul radio ce permite comunicarea pana la 8 km distanta in linie dreapta, suficient pentru amplasamentul ales si pentru o eventuala reamplasare in zone apropiate. Acesta poate fi înlocuit si cu un modul de comunicație tip GPRS ce poate fi cu ușurința montat in locul modulul radio daca se dorește o amplasare la o distanta mult mai mare. Caracteristicile tehnice ale modulului de comunicație radio sunt următoarele: interfața radio transparenta prin portul serial, bus PCI04, drivere pentru sistem de operare Linux, adrese I/O selectabile prin jumperi, IRQ selectabile prin jumperi, rata de transmisie pana la 76,8 kbs. Pe acest modul s-a montat un transceiver tip AC4790 complet compatibil cu el. Caracteristicile tehnice ale dispozitivului transceiver sunt: distanta de comunicație maxima - 8km, fecventa de operare - 902-928Mhz, putere de emisie - lOOmW (200mW EIRP), tip de rețea - server/client, interfața standard USB, rata de transmisie maxima 115kbs. In statia locala se montează module de comunicație radio cu interfața USB conectabile direct la PC-ul local. Modul de lucru al modulului montat in calculatorul sistemului este identic cu cel al modulului de comunicație din statia locala.

Arhitectura tip Masterless realizează o comunicație tip peer-to-peer, în care oricvare modul care are de transmis date poate iniția o sesiune de comunicare cu un transceiver (e) din gama sa, efectuează transmiterea de date și poate ieși din sesiune. Aceasta arhitectura elimina nevoia de a avea un “mașter” care dictează controlul fluxului de date, conducând la reducerea componentelor suplimentare și creșterea eficienței. AC4790 are trei moduri diferite de funcționare: recepție, transmisie, mod de comanda. In cazul in care nu este necesara transmisia de date spre alt transceiver acesta va fi în modul activ receprie ascultare pentru o sincronizare cu impulsuri de la un alt transceiver. In cazul in care modulul stabilește ca este apelat de o alta statie va intra intr-o sesiune de comunicație cu aceasta statie. Un transceiver va intra in modul de transmisie sau modul de comanda daca blocul electronic de comanda (calculatorul) trimite date pe interfața seriala. Toate pachetele trimise prin RF sunt fie pachete adresate sau “Broadcast”. Pachetele (λτ 2 Ο 1 Ο - ο 1 2 7 5 - Ο 6 -12- 2010 “Broadcast” se adreseaza unui grup de receptori pe când cele adresate se trimit numai receptorului cu acea adresa. Diferența intre tipul Broadcast și adresat poate fi controlat dinamic cu “API Control byte” si comenzi corespunzătoare. Se poate interzice receptionarea pachetelor tip “Broadcast”prin activarea funtiei “Unicast” numai pot fi activate. Atunci când trimite o adresa de pachete, pachetul respectiv de date de RF este trimis doar la receptor specificate în adresa de destinație. Pentru a creste șansele de transmisie reușita, se utilizează transmisia repetata a datelor. Transmisia de date se face in mod transparent pentru suistemul de comanda (calculator) gazda. Daca statia de recepție primește pachetul de date fara erori va returna un semnal ce confirma acest lucru in timp de 50ms. Daca acest semnal nu este primit in timp util, statia de transmisie va reincerca transmisia pachetului si va repeta acest lucru pana la o recepție confirmata sau pana ce numărul de încercări (presetat) a fost depășit. Pachetul recepționat va fi trimis modulului de comanda (calculator) numai daca datele au fost primite fara erori. Atunci când se trimit pachete tip “Broadcast”, pachetele de RF sunt trimise la fiecare transceiver eligibil din rețea. Pentru a creste gradul de succes al recepției, in modul Broadcast se vor utiliza toate încercările posibile. Transparent pentru calculatorul gazdă, expedierea de radio va trimite pachete de RF la toate receptoartele. Nu se aștepta un semnal de confirmare a recepției de la stațiile apelate. In cazul in care o statie apelata recepționează de prima data fara erori pachetul de RF, ea va ignora celelalte încercări de transmisie. Un pachet eceptionat va fi trimis la modulul de comanda (calculatorul) gazda, in cazul in care este liber de erori. In cazul in care o statie dorește sa transmită date, ea emite intai un puls de sincronizare pentru a iniția o sesiune cu unul sau mai multe statii radio. Acest pulsd se sincoronizare de 25 ms in prima parte a fiecărui ciclu de 50 ms hamei si este transparent pentru calculatorul gazda. Odată ce o sesiune a fost a stabilita, statia care a initiat sesiunea va transmite date in restul de 25 ms ale ciclului curent. Statia va ramane in modul de transmisie pana expira sesiunea de comunicație respectiva. După ce iese din sesiunea de transmisie statia va reveni in modul implicit de primire/ascultare. In cazul în care un transceiver detectează o un puls de sincronizare in timp ce este in modul recepție, el va intra in sesiunea de comunicație, si va ramane in aceasta sesiune pana ce ea este finalizata.

VII) S-a realizat software-ul de comanda si achiziție al sistemului de monitorizare, care este compus din doua programe separate, aceast lucru mărind gradul de stabilitate si securitatea al aplicației. Prima aplicație este una de preluare a datelor de la stațiile din teren si de introducere in baza de date. Aceasta ruleaza in fundal si estelegata la stațiile locale prin intermediul GPRS sau

\-î O 1 0 - 01 1 Ί 5 - O 6 -12- 2010 primește datele printr-un VPN dedicat. A doua aplicație presupune preluarea datelor din baza de date creata anterior si prelucrarea lor intr-o interfața prietenoasa. Separare celor doua aplicații permite si schimbarea facila a tipului bazei de date. Pentru un număr mic de interogări si baze de date este mult mai buna implementarea unui sistem bazat pe MySQL. dar in cazul in care numărul de statii locale creste este utila trecerea la un sistem propietar ce suporta cantitati foarte mari de date precum Oracle. Stabilitatea si securitatea datelor este data si de sistemul de operare folosit pentru serverul central. Acesta este Linux, permițând un management mai bun al resurselor precum si o securitate sporita. Pentru o funcționare contiunua serverul central permite duplicarea datelor pe alt calculator aflat in aceeași locație, in cazul in care unul din ele se defectează celalalt preluând sarcina de server primar. Pentru a păstră datele se utilizează o matrice RAID cu 2 HDD-uri permițând donarea datelor. In acest fel datele se afla in același timp pe 4 HDD-uri aflate in 2 calculatore, redundanta fiind suficienta pentru acest tip de aplicație. Baza de date este compusa din următoarele tabele:

tabelul de utilizatori înregistrați - fiecărui utilizator ii va fi asociat un număr de identificare unic tabelul de permisiuni asociate fiecărui utilizator in parte - fiecare utilizator va avea un set de permisiuni putând citi/modifica anumite informații. Se vor face grupuri de utilizatori ce au un set similar de permisiuni tabelul de măsurători periodice si de evenimente - aici vor fi incluse toate tipurile de măsurători precum si alarmele si prealarmele din teren.

tabele de arhivare a informațiilor vechi

Pentru a mari viteza de interogare se pot folosi pentru fiecare tabel indecși după cum urmeaza: indexare după id-ul utilizatorului in cazul tabelului de utilizatori indexare după grupul de utilizatori si tipul permisiunii in cazul tabelului de permisiuni indexare după ora si id-ul locației in care s-a făcut masuratoarea in cazul tabelului de măsurători periodice si evenimente.

Interfața cu utilizatorul este făcută pentru a fi accesata intr-un browser de internet. Aceasta scutește utilizatorii locali de instalarea unui program separat numai pentru monitorizare si elimina necesitatea upgrade-ului local atunci când programul de la server se modifica. Upgrade-ul in acest caz este transparent si se face numai la server. Interfața permite vizualizarea &

^-2010-01275-0 6 -12- 2010 datelor provenite de la stațiile din teren si interpretarea acestora. Se pot trasa grafice de diferite tipuri indicând contaminarea si posibil mișcarea unui nor radioactiv pe harta.

Nivelele de permisiuni vor fi critice pentru modul in care diverși utilizatori vor putea accesa baza de date aflata la server. Exista un nivel de administrator care permite modificarea si citirea tuturor parametrilor din sistem, adaugarea si ștergerea de utilizatori, etc. Nivelul de acces de la stațiile locale este fi unul mai restrâns permițând vizualizarea tuturor datelor dar in cazul parametrilor nu vor permite modificarea acestora decât pentru statia locala. Nivelul de access public permite vizualizarea anumitor tipuri de date nepermitand modificarea nici unui parametru si nici vizualizarea graficelor mai avansate oferite de aplicație.

Interfața cu utilizatorul va fi dotata cu o harta a tarii permițând adaugarea si ștergerea de statii locale in funcție de coordonatele GPS ale acestora. Si in cazul harții utilizarea unui singur server central permite un cost mai scăzut de implementare al aplicației. In caz contrar, instalarea unei harți la fiecare statie locala ar fi însemnat o suma in plus. Harta aflata la serverul central permite adaugarea de statii locale fara costuri adiționale in afara de cele ale echipamentelor.

Interfața cu utilizatorul are următoarea structura: pagina de login in aplicație, pagina de vizualizare a harții, pagina de vizualizare a datelor unei statii locale, pagina de grafice, rapoarte si prelucrare a datelor obținute, pagina de administrare a parametrilor stațiilor locale, pagina de administrare a parametrilor aplicației (permisiuni, grupuri de utilizatori).

Exemplul 2. Sistem de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, format dintr-un singur punct de măsură conectat la un PC local.

In Fig. 6 este reprezentat un sistem de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, format dintr-un singur punct de măsură, care este compus din ansamblul reprezentat in vedere frontala in figura 1, care comunica prin radio cu un PC care are si funcția de dispecerat central, in care se realizează înregistrarea datelor si realizarea bazelor de date.

Exemplul 3. Rețea de sisteme de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, formata din doua puncte de măsură conectate la un PC local cu funcție de dispeceratul centra!

In Fig. 7 este reprezentata o rețea de sisteme de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, care este compusa din doua puncte de măsură conectate la un <^2010-01275-0 6 -12- 2010

PC local, care are funcția de dispecerat central. Fiecare dintre cele doua sisteme din rețea are toate caracteristicile celui prezentat la exemplul 1, funcționând independent unul de celalalt.

Claims (5)

1. Ansamblu de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, alcătuit din următoarele elemente: (1) paratraznet din CuZn39Pb2 cf. STAS 95-2000, (2) pilon de susținere din țeava 01.37=10 cf. STAS 500/2-2000, (3) panou solar, (4) cutie metalica clasa de protecție 1P 67 OL37 cf. STAS 500/2-2000 , (5) sonda de detecție neutroni, (6) sonda de detecție X si gamma, (7) circuit de impamantare, (8) fundație de beton B250 si (9) antena de comunicație prin radio cu un PC local sau central care are si funcție de dispecerat.

2. Sistem de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, format dintr-un singur punct de măsură conectat la un PC local. In punctul de măsură se afla amplasat un ansamblu de monitorizare ca cel descris la revendicarea 1.

3. Sistem de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, format din doua puncte de măsură conectat la un PC local. In fiacare dintre punctele de măsură se afla amplasat cate un ansamblu de monitorizare ca cel descris la revendicarea 1.

4. Procedeu de transmitere a datelor, achiziționate de către un ansamblu de monitorizare ca cel descris la revendicarea 1, la distanta utilizând o un sistem de comunicație ca cel descris la exemplul 1 (pct VI).

5. Software de comanda si achiziție al sistemului de monitorizare a nivelelor de iradiere X, gamma si neutroni cu teletransmisia datelor, compus din doua programe separate. O aplicație destinata preluării datelor de la stațiile din teren si de introducere in baza de date si a doua care presupune preluarea datelor din baza de date creata anterior si prelucrarea lor intr-o interfața prietenoasa. Modalitate de realizare a software-ului de comanda si achiziție al sistemului mărește gradul de stabilitate si securitatea al aplicației.