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, zde s aktivním režimem experimentu (svítí modrá dioda)

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 a také symbolem kolečka na displeji - viz následující obrázek.

Obr.3: Fixní stanička RAMESIS - vlevo normální režim, vpravo s aktivním experimentálním režimem. Pozn. dioda Run bliká, proto na některých obrázcích svítí a na jiných ne

Zobrazování výsledků měření

Obr.4: Čelní panel staničky s displejem

Displej staničky zobrazuje:

Obr.5: Popis informací na displeji staničky

- hodnoty dávkového příkonu záření gama v microSv/h

- hodnoty četnosti měřených impulzů v CPM (počet impulzů za minutu, tj. naměřený počet impulzů za 5s interval vynásobený dvanácti)

- 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

Obr.6: Fixní stanička RAMESIS při aktivaci alarmu - svítí dioda Alarm a na displeji se zobrazí varovný symbol

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.7: 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.

Technické parametry

Pouzdro staničky je plastové, vnějších rozměrů přibližně 12 x 12 x 6 cm a je vybavené očky pro zavěšení na zeď.

Obr.8: Fixní stanička RAMESIS - technický nákres

Napájení, připojení k Internetu

Konektory na napájení i připojení k internetu jsou umístěny na spodní straně staničky. Napájení je realizováno dodaným napájecím adaptérem 5V DC. Adaptér se zapojí do klasické zásuvky, do staničky se připojí kablíkem se standardním konektorem typu jack. Pro připojení k internetu slouží běžně používaný Ethernet (RJ45) kabel.

Obr.9: Fixní stanička RAMESIS - spodní strana s datovým konektorem (vlevo) a napájecím konektorem (vpravo)

Obr.10: Fixní stanička RAMESIS - datový kabel typu Ethernet (RJ45) a napájecí síťový adaptér

Doporučené umístění staničky

Staničku je pro standardní měření vhodné umístit v budově, na zeď poblíž okna - optimálně aby co nejvíce “viděla” venkovní prostor - do výšky cca 1,5 nad zemí. Je potřeba vzít v úvahu, že detektor je umístěn na přední straně staničky a že při umístění staničky dále od okna bude stanička tedy měřit spíše dávkový příkon uvnitř místnosti než zvenku z okolního prostředí. Staničku je vhodné případně zastínit před dlouhodobým přímým slunečním světlem, zejména v letních měsících, aby nebyla vystavena vysokým teplotám. Umístění staničky pro standardní měření by mělo být pokud možno neměnné, aby výsledky měření bylo možné použít pro zobrazení časového průběhu dávkového příkonu.