Stacionární měření - fixní staničky RAMESIS

Vývoj staniček

V rámci projektu bylo spoluřešitelem ÚTEF (Ústav technické a experimentální fyziky ČVUT v Praze) zkonstruováno a otestováno několik detektorů na bázi Si diod různých typů a velikostí, spolu s příslušnou vyhodnocovací elektronikou.

Obr.1: Ukázka detektorů vyvíjených ÚTEF

Výsledky těchto detektorů bohužel nesplnily očekávání hlavně co se týče citlivosti v oblasti nízkých hodnot dávkových příkonů na úrovni běžného přírodního pozadí, takže nakonec bylo upřednostněno řešení na bázi plastového scintilátoru a křemíkového fotonásobiče (SiPM).

Fixní staničky RAMESIS

Úvod

Měřič příkonu záření gama pro stacionární měření je kompaktní zařízení (viz Obr. 2) určené pro kontinuální měření s automatickým ukládáním dat do vnitřní paměti a jejich předáváním do centrální databáze RAMESIS, výsledky měření jsou rovněž zobrazovány na displeji měřiče. Měřicí rozsah příkonu je od hodnot příkonu na úrovni běžného přírodního pozadí v ČR do cca desítek mSv/h. Měřič je primárně určen pro fixní montáž uvnitř budov (např. škol apod.) pro práci v kontinuálním režimu měření s automatickým předáváním dat vyžaduje připojení k el. napájení (standardní napájecí adaptér do zásuvky) a přístup k internetu pro předávání dat.

Obr.2: Fixní stanička RAMESIS, bez ochranného krytu

Měřič dále umožňuje i práci v tzv. experimentálním režimu – např. pro provádění fyzikálních pokusů, školních demonstrací apod. - kdy data jsou pouze zobrazována na displeji a ukládána do vnitřní paměti s možností jejich načtení do připojeného PC. Měřič není navržen pro venkovní použití a není odolný vůči nepřízni počasí - extrémní teploty (mráz, teploty nad 40°C), vlhkost, prašnost apod. mohou vést až k nevratnému poškození staničky, stanička nemá ani nijak mechanicky zodolněnou konstrukci.

Popis měřiče

Měřič je modulární, sestávající z měřicího modulu a řídícího modulu pro zpracování naměřených hodnot, jejich zobrazování a předávání do centrální databáze.

Měřicí modul

je vybaven detekční jednotkou na bázi plastového scintilátoru o rozměrech 18 x 15 x 10mm s křemíkovým fotonásobičem (SiPM) a příslušnými moduly pro napájení.

Řídící modul

Řídící modul používá mikropočítač platformy ARM s operačním systémem GNU/Linux, který zajišťuje práci modulu v plně automatickém režimu měření, zobrazování a ukládání naměřených hodnot do vnitřní paměti modulu a jejich předávání do centrální databáze. Stanička disponuje grafickým černobílým LCD displejem k zobrazení hodnot a doplňkových informací a několika LED kontrolkami k indikaci stavu. Obslužná aplikace měřiče (firmware) staničky je naprogramována v jazyce C++ s využitím standardních systémových knihoven. Pravidelné bezpečnostní aktualizace firmware (včetně systémových knihoven zajišťujících zabezpečený datový přenos) se provádějí 1x týdně z oficiálních linuxových repozitářů podepsaných certifikátem. Řídící modul zabezpečuje i časovou synchronizaci pomocí NTP protokolu.

Režimy provozu staničky

Standardní / stacionární měření

V tomto režimu měří stanička průběžně a naměřené hodnoty za 10-minutový měřicí interval automaticky předává (přes internet) na server RAMESIS. Data jsou na serveru ukládána, zpracována a prezentována ve webové aplikaci RAMESIS. (pozn.: stanička je dodávána už plně zkonfigurovaná) 

Experimentální měření

Přepnutím páčky “Režim experimentu” z polohy “VYP” na “ZAP” se aktivuje režim vhodný např. pro různá laboratorní cvičení / experimenty. Data jsou v experimentálním režimu ukládána do paměti staničky a je možné je později stáhnout v uživatelsky čitelném formátu. Na server se tato data nepředávají. Aktivní režim experimentu je indikován svítící modrou LED diodou na staničce.

Zobrazování výsledků měření

Obr.3: Čelní panel staničky s displejem

Displej staničky zobrazuje:

- hodnoty dávkového příkonu záření gama v microSv/h

- hodnoty četnosti měřených impulzů v CPM (počet impulzů za minutu)

- doplňkové a diagnostické informace

- indikaci stavu pomocí barevných LED

• STAV (zelená) – měřič pracuje – rozsvítí se na 1s po každém 5s měřicím cyklu
• ALARM (červená) – překročení nastavené úrovně příkonu
• REŽIM (modrá) – režim experimentu zapnutý

Ukládání výsledků měření

Naměřené hodnoty jsou ukládány do vnitřní paměti měřiče do souborů ve formátu CSV, ukládají se výsledky jednotlivých 5ti-sekundových měření (data pro ladění a experimenty) a 1-minutové akumulované hodnoty (data pro předávání do centrální databáze).

Předávání dat

a) na server RAMESIS do centrální databáze

Měřič průběžně předává výsledky měření na server RAMESIS, kde jsou zpracovávány, ukládány a prezentovány. Přenos dat probíhá automaticky v 1-minutových intervalech, případné chyby komunikace jsou zobrazeny na displeji.

Obr.4: Schéma zpracování dat z fixní staničky v režimu standardního měření

K předávání dat využívá stanička běžné kabelové připojení. K internetu se připojuje standardním kabelem Ethernet (RJ45). Pro komunikaci se serverem RAMESIS je nutná přípojku s nastaveným DHCP a bez proxy (pozn.: sítě vyžadující statickou IP nebo proxy či jiný způsob autentizace nelze použít). Data jsou předávána na server prostřednictvím protokolu SOAP přes SSL připojení. Připojení měřiče je zabezpečeno uživatelským jménem a heslem.

b) stažení experimentálních dat do lokálně připojeného PC

Stažení dat získaných v experimentálním režimu (tato data se neodesílají na server RAMESIS) probíhá prostřednictvím sdílené složky protokolem SMB / CIFS (Samba). Složka je chráněna přihlašovacím jménem a heslem a je “viditelná” pouze v rámci lokální sítě. (pozn.: z internetu není složka ani stanička obecně nijak přístupná). Stažení dat bylo úspěšně otestováno na PC s operačním systémem MS Windows 7 a Kubuntu linux. Data jsou ukládána v textovém formátu CSV, takže je lze zobrazit a zpracovat v množství aplikací.