Вступ

Розвиток методів і засобів вимірювання параметрів іонізуючих випромінювань і, відповідно, методів і засобів опрацювання вихідних сигналів ДД зумовлені: необхідністю комплексного покращення основних метрологічних та споживацьких характеристик ДП різного призначення для задоволення щораз вищих вимог до вимірювання параметрів радіаційних випромінювань; необхідністю поліпшення інформаційно-сервісних якостей пристроїв під час створення систем моніторингу за радіаційними параметрами навколишнього середовища. Сучасні вимоги до ДП можуть реалізуватись завдяки: можливості, на підставі нових принципів опрацювання вихідних сигналів ДД, істотного розширення динамічного діапазону вимірювання ПЕД гамма- та рентгенівського випромінювань (відповідно густини потоків бета-, альфа-частинок чи нейтронів) для пристроїв, орієнтованих на використання традиційних типів ДД, зокрема лічильників Гейгера–Мюллера; можливості урахування особливостей напівпровідникових і сцинтиляційних ДД під час розроблення відповідних схемотехнічних рішень опрацювання сигналів.
Опрацювання вихідних сигналів ДД може здійснюватись різними засобами, які можна поділити на апаратні (що реалізуються на “жорсткій логіці”) і програмні (що реалізуються на мікропроцесорах і мікроконтролерах). Останні є універсальнішими, гнучкішими, такими, що можуть забезпечити розроблення цілої низки ДП різного призначення при відповідній зміні алгоритмів опрацювання. Переваги апаратних засобів проявляються у разі: необхідності відновлення імпульсного потоку на виході ДД для покращення динамічних параметрів ДП, необхідності урахування енергетичної характеристики ДД, організації багатоканальних вимірювань, роботи з імпульсними потоками високої частоти. Апаратні і програмні засоби часто доповнюють одні одних і можуть поєднуватись при реалізації ДП.
Основними завданнями, що вирішуються під час вимірювань експозиційної дози (ЕД), ПЕД та густини потоків іонізуючих частинок, є: масштабування вимірюваної величини з метою отримання результату в заданих фізичних одиницях; урахування мертвого часу ДД; компенсація енергетичної характеристики ДД; розширення динамічного діапазону ДП; оптимізація, автоматичний вибір і корекція часу вимірювання для досягнення заданої точності і швидкодії; цифрова фільтрація часткових вимірювань, якщо необхідне виявлення короткочасних змін інтенсивності дози [1–4].
Деякі зі сформульованих завдань можуть вирішуватись за допомогою число-імпульсних функціональних перетворювачів (ЧІФП), які дають змогу опрацьовувати вхідні імпульсні потоки (число-імпульсні коди) в реальному масштабі часу [5–12]. Однак невирішеними залишаються завдання вибору оптимальних структур ЧІФП для забезпечення заданих статичних і статистичних характеристик у широкому діапазоні значень вимірюваних величин.
Розширення динамічного діапазону ДП може бути забезпечене відновленням вихідного імпульсного потоку ДД. При цьому необхідно, щоб інтенсивність імпульсів на виході детектора в реальному часі якомога пропорційніше повторяла хід інтенсивності випромінювань в якомога ширшому динамічному діапазоні за якомога більшої чутливості [13–16]. Такий підхід, окрім того, дає можливість отримувати інформацію про динаміку випромінювання протягом часу вимірювання, що може сприяти істотному покращенню метрологічних характеристик пошукових ДП. Дослідження показали можливості подальшого удосконалення цього підходу, адаптації його до розв’язання актуальних задач створення пошукових і широкодіапазонних ДП.
Опрацьовуючи вихідні сигнали ДД програмними методами, необхідно враховувати як параметри самих детекторів, так і параметри ДП загалом, що мають бути забезпечені у ході проектування. При цьому виникає низка теоретичних задач, пов’язаних, зокрема, з описом імпульсних потоків на виході детектора, які через наявність мертвого часу детектора не підпорядковуються пуассонівському закону розподілу. Окремим завданням є створення алгоритмів роботи ДП з детекторами низької чутливості. Певні результати, отримані в цьому напрямі [17], є недостатніми.
Проектування засобів опрацювання вихідних сигналів ДД, а також дослідження їхніх метрологічних характеристик можуть здійснюватись аналітичними методами, з використанням фізичних і математичних імітаційних моделей. Останні, зважаючи на імовірнісний характер розподілу в часі квантів і частинок іонізуючих випромінювань і, відповідно, імовірнісний характер імпульсних послідовностей на виході ДД, можуть вважатись основними під час проектування ДП. Отже, необхідне створення моделей джерел випромінювань, детекторів, алгоритмів і структур опрацювання вихідних сигналів ДД.
Ця робота, метою якої є вирішення низки вищезазначених проблем, є результатом співпраці науковців Національного університету “Львівська політехніка”, Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій і приватного підприємства “Науково-виробниче приватне підприємство “Спаринг-Віст Центр”.

Посилання на джерела

1. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – К.: Вища школа, 1983. – 455 с.
2. Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике / Ю.К. Акимов, О.В. Игнатьев, А.И. Калинин, В.Ф. Кушнирук. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 344 с.
3. Westphal G. On the performance of loss-free counting a method for real-time compensation of dead-time and pile-up losses in nuclear spectroscopy // Nucl. Instrum Meth., 1979, v. 163, p. 189.
4. Засоби та методи вимірювань неелектричних величин / Є.С. Поліщук, М.М. Дорожовець, Б.І. Стадник, О.В. Івахів, Т.Г. Бойко, А. Ковальчик. – Львів: Бескид Біт, 2008. – 618 с.
5. Данчеев В.П. Цифро-частотные вычислительные устройства. – М.: Энергия, 1976. – 176 с.
6. Данчеев В.П., Кинкладзе К.К. Развертывающие цифровые функциональные преобразователи: Гибкое использование памяти. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 120 с.
7. Мельников А.А., Рыжевский А.Г., Трифонов Е.Ф. Обработка частотных и временных импульсных сигналов. – М.: Энергия, 1976. – 136 с.
8. Оберман Р.М.М. Счет и счетчики: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1984. – 176 с.
9. Дудыкевич В.Б. Число-импульсные измерительные преобразователи кодов: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Львов, 1991. – 36 с.
10. Лопачак О.М. Засоби опрацювання сигналів дозиметричних детекторів: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Львів, 2003. – 18 с.
11. Maksymovych V., Dudykevych V., Gorpeniuk A. New hardware for pulse fluxes processing // Proceedings of the X Polish national conference “Application of microprocessors in automatic control and measurements”, v.2. – Warsaw, Poland, 1996. – P. 150–157.
12. Максимович В.М. Теорія аналізу та синтезу число-імпульсних функціональних перетворювачів. Автореф. дис. … докт. техн. наук. – Львів, 2007. – 33 с.
13. Способ определения интенсивности излучения. А.с. СССР № 1364009, МКИ4G01T1/16. / А.Н. Галушка – Рег. 11.12.85. – 4 с.
14. Способ определения интенсивности излучения. А.с. СССР № 1496490, МКИ4G01T1/16. / А.Н. Галушка – Рег. 01.06.87. – 6 с.
15. Галушка А.Н., Фоминых В.И. Описание пуассоновских процессов. – М.: Атомная энергия. – Т. 79. – Вып. 6. – С. 836.
16. Галушка А.М., Каденко І.М., Єрмоленко Р.В. Застосування диференціального підходу для оцінки характеристик пуассонівських потоків // Вісник Київського національного університету. – 1999. – № 3. – С. 369–377.
17. Лопачак О.М., Максимович В.М. Алгоритм роботи дозиметричних пристроїв з блоками детектування низької чутливості // Вісник Нац. ун-ту “Львівська політехніка” – “Комп’ютерна інженерія та інформаційні технології”. – 2002. – № 450. – С. 161–165.