Введение к работе
з
Актуальность. Методы низкофонового радиометрического анализа нашли широкое применение в океанологии при решении широкого круга проблем, важнейшими из которых являются: 1)изучение потоков и скоростей переноса вещества через основные геохимические барьеры; 2)онределение возраста и скоростей накопления осадков для реконструкции условий накопления в прошлые эпохи; 3)экологические исследования, связанные с изучением распределения, механизма переноса и захоронения на дне техногенных радиоактивных элементов, поступающих в океан при испытаниях ядерного оружия и при работе ядерных энергетических установок.
К настоящему времени разработаны методы химического выделения нескольких десятков естественно-радиоактивных, космогенных и техногенных элементов и достаточно эффективные радиометрические установки, позволяющие измерять низкие уровни активности этих изотопов. Комплекс этих установок включает: полупроводниковые альфа- и сцинтилляционные гамма-спектрометры, низкофоновые бета-счетчики с тонкими пленками пластического сцинтиллятора в качестве детектора, жидкостные бета-счетчики, эманационные детекторы. Успешное использование этих установок наталкивается на серьезные трудности с их эксплуатацией. Увеличение чувствительности достигается наиболее эффективно за счет увеличения времени измерений, которые целесообразно проводить круглосуточно, в этом режиме обеспечивается и наибольшая стабильность работы аппаратуры.
Увеличение производительности наиболее реально достигается за счет увеличения количества установок. Поэтому автоматизация измерений является практически единственным реальным путем эффективного внедрения радиометрических методов в практику лабораторных и экспедиционных исследований.
Цель работы состоит в разработке, создании, практическом опробывании и широком внедрении специализированной информационно-измерительной микропроцессорной системы сбора и обработки информации с комплекса радиометрических установок для определения массовых определений содержания естественно-радиоактивных, космогенных и техногенных изотопов в экспедиционных условиях на научно-исследовательских судах и в условиях стационарных лабораторий. Система должна обладать высокой надежностью, высокой помехоустойчивостью, низкой стоимостью, малым энергопотреблением, простотой обслужігеания, иметь малые габариты и вес.
Основные задачи.решаемые в работе: -предварительный анализ основных выходных параметров радиометрических установок;
-проведение анализа состояния и тенденций развития современной элементной базы и принципов структурной организации;
-исследование путей сокращения числа функциональных связей и аппаратурных затрат;
-повышение помехоустойчивости комплекса;
-анализ возможностей и разработка новых способов снижения энергопотребления модулей для системы сбора данных с радиометрических установок; -разработка интерфейса для обмена информацией с персональным компьютером; -практическое опробывание системы в условиях стационарной лаборатории и ввод в эксплуатацию в экспедициях на научно-исследовательских судах.
Научная новизна работы заключается в следующем: -предложен новый способ построения измерительно-управляющих комплексов, основанный на использовании принципа программно-импульсного питания, применение данного решения при реализации системы сбора данных с радиометрических установок обеспечило снижение энергопотребления на два порядка;
-на основании анализа выходных параметров радиометрических установок, технико-экономических параметров электронных модулей предложена оригинальная структура многосчетчиковой системы, позволившая существенно (в 16 раз) сократить количество счетных триггеров, снизив в соответствующее число раз аппаратурные затраты;
-предложены схемные решения основных компонентов системы сбора, обеспечившие высокую помехоустойчивость, высокую емкость системы памяти, низкую себестоимость;
-разработана система сопряжения с персональным компьютером; -предложена и отработана методика проведения измерений;
-эффективность работы системы продемонстрирована ее успешным использованием в девяти экспедициях Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН и эксплуатацией в условиях стационарной лаборатории в течении восьми лет.
Практическая значимость. Разработанный комплекс автоматизированного сбора информации с радиометрических установок внедрен в практшсу экспедиционных исследований и успешно использовался в экспедициях на научно-исследовательских судах Института океанологии им.П.П.Ширшова РАН:
5 "Дмитрий Менделеев", "Витязь", "Академик Мстислав Келдыш" в самых отдаленных частях океана от Арктики до Антарктики, круглосуточно, нередко в самых суровых условиях погоды. Комплекс в ходе исследований постоянно совершенствовался, в результате создана надежная и удобная система, необходимая для современных исследований в океане. Изотопные методы используются для решения широкого круга проблем, связанных с переносом вещества в океане, палеоклиматическими реконструкциями, исследованиями современного рудообразования в рифтовых зонах.
Вклад автора. На основе детального и тщательного анализа выходных параметров комплекса радиометрических установок автором сформулированы основные требования к системе сбора и предварительной обработки информации, обоснована структурная схема, разработаны отдельные узлы, произведена отладка. Практическое опробывание системы успешно проведено автором непосредственно в трех экспедициях, для шести экспедиций на основе поставленных задач применительно к конкретным условиям проведена настройка и отладка аппаратуры, позволившие успешно выполнить эти задачи. На протяжении восьми лет практически постоянной эксплуатации системы проводилась модернизация установки и улучшение ее выходных параметров.
Материалы для исследований. Па автоматизированной системе сбора информации проводились определения содержания естественно-радиоактивных, космогенных и техногенных изотопов в образцах воздушной и водной взвеси, атмосферном воздухе, водах океана, донных отложениях в девяти экспедициях Института океанологии им.П.П.Ширшова РАН: 1986 г.-12-й рейс нис "Академик Мстислав Келдыш", продолжительность экспедиции 4,5 месяца; 1988 г.-15-й рейс нис "Академик Мстислав Келдыш", продолжительность экспедиции 4 месяца; 1989 г.-18-й рейс нис "Академик Мстислав Келдыш", продолжительность экспедиции 3 месяца; 1989 г.- 24-й рейс нис "Профессор Штокман", продолжительность экспедиции 2 месяца; 1990 г.- 20-й рейс нис "Академик Мстислав Келдыш", продолжительность экспедиции 3,5 месяца; 1990 г.-21-й рейс нис "Академик Мстислав Келдыш", продолжительность экспедиции 3,5 месяца; 1990 г.-20-й рейс нис "Витязь", продолжительность рейса 4 месяца; 1991 г. рейс нис"Яков Смирницкий", продолжительность экспедиции 2 месяца; 1993г. 49-й рейс нис "Дмитрий Менделеев", продолжительность экспедиции 2 месяца.
Апробация работы и публикации по теме диссертации.Отдельные разделы диссертации докладывались на Всесоюзной школе по автоматизации научных исследований в 1987 г., на Всесоюзной школе по техническим средствам и методам освоения океанов и морей в 1987 г., на Восьмой Всесоюзной школе по геологии
6 океанов и морей в 1988 г. По теме диссертации опубликовано 11 работ , в том числе два авторских свидетельства на изобретения.
Структура диссертации.Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 208 наименований, в том числе 72 наименования из иностранных изданий.
Автор приносит благодарность своим руководителям Утякову Л.Л. и Купцову В.М. за постановку задачи и постоянное внимание к работе; Амбросимову А.К. за ценные методологические замечания, Василевскому А.К.- за ценные советы в процессе реализации работы; Приходченко Ю.И.- за большую практическую помощь по монтажу и наладке системы сбора; Шашкову Н.Л.- за ценные практические советы, Осечинскому СИ.- за значительный вклад в реализацию программного обеспечения.
Похожие диссертации на Автоматизированная система сбора и обработки информации с радиометрических установок для определения потоков вещества в океане
