Содержание к диссертации
Стр
Основные сокращения и обозначения, принятые в тексте Введение Глава 1 Комплексы и системы для радиационных измерений
-
Распределение "интеллекта" в измерительных приборах и системах
-
Измерительные аппаратурные комплексы для радиационных измерений в космическом пространстве
-
Информационно-измерительные системы технологического контроля и контроля радиационной обстановки
-
Основные задачи построения "интеллектуальных" устройств нижнего уровня
-
Выбор микроконтроллеров для программно-управляемых устройств нижнего уровня
Выводы Глава 2 Построение программно-управляемых устройств детектирования
-
Организация накоплен ия данных
-
Снижение погрешности измерений
-
Выполнение вычислительных операций
-
Использование адаптивной техники
-
Регистрация моментов прихода частиц или возникновения событий
-
Выбор режимов, построение контроллеров и управляющих программ
-
Организация самодиагностирования
-
Организация градуировки программно-управляемых устройств детектирования
Выводы Глава 3 Построение программно-управляемых устройств сигнализации и предварительной обработки информации для стационарных систем
-
Построение управляющих программ для устройств сигнализации стационарных систем
-
Предварительная обработка информации Выводы
Глава 4 Организация обмена данными с программно-управляемыми устройствами детектирования
-
Обмен данными с бортовыми устройствами
-
Выбор канала обмена данными с устройствами детектирования в стационарных системах
4.3 Выбор протокола обмена данными с устройствами детектирования в стационарных информационно-измерительных системах
4.4
4.5
Глава 5
5.1 52
5.3
5.4
Сохранение данных при нарушении нормального обмена Обмен данными с устройствами детектирования в локальных измерительных приборах Выводы
Повышение помехозащищенности и радиационной прочности
Аппаратно-конструкциояные способы защиты от действия электромагнитного поля
Использование токоразвязывающих компонентов в линиях передачи данных от устройств нижнего уровня Программно-аппаратные методы защиты от сбоев Обеспечение устойчивости устройств детектирования стационарных систем при динамических изменениях напряжения электропитания
5.5
Снижение влияния воздействия ионизирующих излучений Выводы
Глава 6
6.1
Выполнение измерительных комплексов с «интеллектуальными» устройствами детектирования для радиационных измерений с космических аппаратов Приборы для измерения ионизирующих излучений в космическом пространстве
6.2
Приборные комплексы для радиационных измерений по проекту «Интербол» Выводы
Глава 7
7.1
7.2 7.3
Выполнение стационарных информационно-измерительных систем контроля радиационной обстановки
Реализация предложенных решений в системах контроля радиационной обстановки
7.4
Построение контроллеров устройств детектирования Построение устройств предупредительной и аварийной сигнализации для стационарных информационно-измерительных систем
Организация сбора данных с программно-управляемых устройств детектирования Выводы
Заключение
Список литературы
Основные сокращения и обозначения, принятые в тексте
АЦП АЭС
сени
УНО, УПОИ
УОД УСЗ УСС ЭВМ ЕЕР ROM
Kan Knd
Ки Лі Xt
т t
и а
Аналого-цифровой преобразователь
Атомная электростанция
Блок детектирования
Блок контроллера
Информационно-измерительная система
Космический аппарат
Контроль радиационной обстановки
Комплекс технических средств
Мощность эквивалентной дозы
Персональный компьютер
Система сбора научной информации КА
Устройство верхнего уровня
Устройство детектирования
Устройство накопления и обработки информации
Устройство обмена данными
Устройство сигнализации звуковое
Устройство сигнализации световое
Электронная вычислительная машина
Электрически перепрограммируемое постоянное
запоминающее устройство
Коэффициент преобразования измеряемой величины в
число импульсов
Коэффициент преобразования числа импульсов в
измеряемую (физическую) величину
Коэффициенты корректировки показаний
Число импульсов
Пороговое число импульсов
Число импульсов при регистрации фона
Время
Экспозиция измерения
Температура
Напряжение питания
Напряжение в какой-либо точке схемы
Среднее квадратическое отклонение
Введение к работе
Совершенствование электронно-вычислительной техники, разработка и производство универсальных и специализированных ЭВМ способствовали созданию на их основе более совершенной измерительной аппаратуры — локальных приборов, измерительных комплексов и информационно-измерительных и управляющих систем различного назначения с развитыми вычислительно-управляющими возможностями для различных областей науки и техники. Такие приборы, комплексы и системы позволили проводить измерения и осуществлять контроль значений физических величин одновременно во многих точках предприятия или объекта и их изменения во времени, ускорить реакцию аппаратуры на изменение этих значений, повысить достоверность выполняемых измерений, производить различную обработку получаемых данных, подчас достаточно сложную, представлять полученную информацию в виде, наиболее удобном для оператора, архивировать накопленную информацию, передавать ее в системы более высокого уровня и т.п.
Многие виды такой аппаратуры были выполнены и для измерения и контроля характеристик ионизирующих излучений.
Аппаратура для измерения характеристик радиационных потоков имеет определенную специфику по сравнению с измерительной аппаратурой, используемой в других областях науки и техники. Это определяется особенностями взаимодействия ионизирующего излучения с веществом, статистическим распределением появляющихся сигналов во времени и необходимостью накопления этих сигналов за определенное время (нередко, довольно значительное), разнообразием физических величин и протяженностью диапазонов значений величин, подлежащих измерению, необходимостью измерять определенные виды излучений или излучения в определенных интервалах энергии на фоне других ("мешающих") излучений.
На базе бортовых ЭВМ были созданы и успешно использовались приборы и аппаратурные комплексы для измерения характеристик радиационных потоков в околоземном космическом пространстве, размещавшиеся на искусственных спутниках Земли, орбитальных научных лабораториях, межпланетных научных станциях (далее в работе именуемые бортовыми). Для такой аппаратуры существенно, что диапазон измеряемых величин весьма значителен и не всегда может быть априори правильно задан. Кроме того, из-за использования канала связи с ограниченной пропускной способностью приходится сокращать объем передаваемых данных, полученных в результате эксперимента.
Повышение эффективности работы таких систем весьма важно, поскольку стоимость космических экспериментов, в которых измерительная аппаратура играет ключевую роль, довольно высока, а многие эксперименты имеют уникальный характер (например, встреча с кометой Галлея, наблюдение за образованием новых внегалактических объектов и т.п.). Выход из строя аппаратуры для космических исследований или неэффективная ее работа сводят на нет большие финансовые, трудовые и интеллектуальные затраты.
На основе промышленных ЭВМ был выполнен ряд информационно-измерительных систем контроля радиационной безопасности предприятий, на которых осуществляется переработка делящихся материалов, используются техногенные источники ионизирующих излучений и т. п (далее в работе такая аппаратура именуется стационарной). Исключительно важна потенциальная опасность ионизирующих излучений для персонала, населения, окружающей среды и технических средств, что принуждает сокращать запаздывание реакции измерительных устройств (устройств контроля) на изменение уровня радиации. Авария на Чернобыльской АЭС подчеркнула важность создания надежных и эффективных систем контроля радиационной обстановки и необходимость работ, направленных на их совершенствование.
Как правило, информационно-измерительные системы и комплексы выполнялись по двух- или трехуровневой структуре, по которой на нижнем уровне находились устройства детектирования, осуществляющие преобразование измеряемой величины в электрические сигналы, накопление результатов измерений за определенное время (экспозицию), их сравнение с уставками и т.п., а также некоторые дополнительные устройства, в том числе устройства световой и звуковой сигнализации, а на верхнем уровне — устройства, управляющие работой детекторов, их опросом, преобразованием данных, полученных от устройств детектирования в значение физической величины, осуществляющих представление оператору или исследователю результатов измерений или передачу в системы более высокого уровня и т.д. или в аппаратуре для космических исследований передававших накопленные данные на Землю по телеметрическому каналу связи.
Следовательно, при создании аппаратуры для измерения ионизирующих излучений, и в частности, информационно-измерительных комплексов и систем, возникает необходимость решения значительного круга задач, которые можно объединить как проблему улучшения измерительных характеристик этой аппаратуры. Для информационно-измерительных систем и измерительных комплексов эффективным путем решения указанной проблемы, приводящим к качественному улучшению характеристик измерительной аппаратуры, является выполнение устройств детектирования устройств нижнего уровня — первичных измерительных преобразователей и связанных с ними дополнительных устройств программно-управляемыми, т.е. построение их со встроенным "интеллектом", а самих информационно-измерительных систем и измерительных комплексов — с "распределенным интеллектом" между устройствами нижнего и верхнего уровня. Объективной предпосылкой успешного решения указанной проблемы является промышленный выпуск в настоящее время, как за рубежом, так и в Российской Федерации, микроконтроллеров с все более высокими параметрами.
Среди задач, которые необходимо решить в связи с построением "интеллектуальных" устройств детектирования ионизирующих излучений и устройств сигнализации для систем и комплексов радиационного контроля с "распределенным интеллектом" можно выделить выбор оптимальной элементной базы (микроконтроллеров и интерфейсных элементов), выбор режимов работы первичных измерительных преобразователей — устройств детектирования, определение системы управляющих команд, выбор и отработку методов улучшения измерительных характеристик (снижение погрешности измерения, расширение диапазона измерения, снижение влияния фона и т.п.), создание методов отбора значащей информации и сокращения загрузки каналов обмена данными, выбор оптимальной организации управляющих программ устройств детектирования и дополнительных устройств, выбор протокола обмена данными между устройствами верхнего и нижнего уровня, проработку методов помехозащищенности и защиты от сбоев и т.д.
Решению указанной проблемы и посвящена настоящая диссертация. Она основана на работах, которые были выполнены под руководством автора и при его непосредственном участии в Научно-инженерном центре «СНИИП» в 1978 — 2000 годах.
