大氣氣溶膠放射性監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制軟件研究

王 尹，鄔家龍，孫 衛(wèi)，王 赟，白國(guó)棟

（甘肅省疾病預(yù)防控制中心，甘肅 蘭州 730000）

大氣氣溶膠放射性監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制軟件研究

王 尹，鄔家龍，孫 衛(wèi)，王 赟，白國(guó)棟

（甘肅省疾病預(yù)防控制中心，甘肅 蘭州 730000）

大氣氣溶膠；放射性監(jiān)測(cè)；質(zhì)量控制軟件

在實(shí)際工作中，大氣氣溶膠放射性監(jiān)測(cè)過程通常是以人工樣品采集和測(cè)量的方式進(jìn)行。然而，人工方式面臨無法全面系統(tǒng)地獲取采樣與分析過程中的設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境溫濕度狀態(tài)以及樣品所處位置等相關(guān)數(shù)據(jù)的問題。尤其是進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)，無法持續(xù)監(jiān)控樣品在監(jiān)測(cè)流程中的狀態(tài)，使得采樣、測(cè)量工作的質(zhì)量控制失去了科學(xué)性和嚴(yán)密性。

我國(guó)計(jì)量認(rèn)證以及實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可所使用的《實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定評(píng)審準(zhǔn)則》和《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》都強(qiáng)調(diào)對(duì)于質(zhì)量管理工作中各種質(zhì)量相關(guān)活動(dòng)的記錄，要求做到有據(jù)可查。

為了保證檢測(cè)工作能依照質(zhì)量體系的要求開展，我們結(jié)合采樣、測(cè)量工作的實(shí)際與質(zhì)量控制體系的要求，與軟件公司共同開發(fā)了一套質(zhì)量控制軟件，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)過程的全程自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和異常監(jiān)測(cè)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，解決了人工樣品采集和測(cè)量中無法解決的樣品和設(shè)備的環(huán)境數(shù)據(jù)同步收集的問題，極大地提高了采集數(shù)據(jù)的可靠性以及對(duì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量的控制能力。通過一段時(shí)間的測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，證明其具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 控制軟件設(shè)計(jì)思路與功能

按照質(zhì)量管理體系的要求，大氣氣溶膠放射性監(jiān)測(cè)過程需要留下詳實(shí)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)記錄，使整個(gè)監(jiān)測(cè)過程具有可復(fù)現(xiàn)性。因此，我們?cè)谲浖脑O(shè)計(jì)中對(duì)此予以充分的考慮，將大氣氣溶膠放射性監(jiān)測(cè)流程與質(zhì)量控制有機(jī)結(jié)合，形成一個(gè)環(huán)環(huán)相扣的時(shí)間邏輯鏈條，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品流程狀態(tài)的追蹤、管理，督促操作人員規(guī)范的完成監(jiān)測(cè)工作，減少人為因素對(duì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量的影響，自動(dòng)化記錄各種質(zhì)量控制信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，使質(zhì)量控制貫穿于整個(gè)監(jiān)測(cè)流程的始終。

進(jìn)行大氣氣溶膠放射性監(jiān)測(cè)的流程為：將空白采樣濾膜置于大流量采樣器內(nèi)連續(xù)采樣24 h，采樣后的濾膜使用專用模具在一定的壓力下，壓制成待檢測(cè)樣品，在進(jìn)行檢測(cè)前，為減小樣品中氡的短壽命子體對(duì)結(jié)果的影響，要將樣品衰變24 h，然后使用高純鍺γ譜儀對(duì)樣品進(jìn)行24 h測(cè)量。由于我們進(jìn)行的是長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，因此在樣品進(jìn)行氡子體衰變的同時(shí)，一個(gè)新的濾膜樣品同時(shí)進(jìn)行24 h采樣，前一個(gè)樣品進(jìn)行γ譜測(cè)量；次日，采集的樣品進(jìn)入24 h的氡子體衰變過程，第3個(gè)新濾膜又進(jìn)入采樣周期，衰變24 h的樣品進(jìn)行測(cè)量（見圖1）。如此循環(huán)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，每天同時(shí)有3個(gè)樣品分別處于采樣、衰變、測(cè)量階段。

圖1 監(jiān)測(cè)流程

由于樣品采集與分析不在同一地點(diǎn)，需要對(duì)2地的工作情況同時(shí)進(jìn)行控制，為此我們采用一套實(shí)時(shí)性分布式監(jiān)控系統(tǒng)作為解決方案采用以太網(wǎng)，整體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以各種傳感器（包括掃描裝置，狀態(tài)開關(guān)，氣壓、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量感應(yīng)傳感器等）為工具，通過使用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布于各處的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控（見圖2）。使用的控制軟件具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、便于維護(hù)和升級(jí)的特點(diǎn)，軟件主要功能包括以下幾方面。

圖2 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

1.1 使用權(quán)限管理功能

對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的軟件參數(shù)配置進(jìn)行密碼權(quán)限控制。經(jīng)過授權(quán)的儀器使用人員才能更改重要設(shè)備設(shè)置參數(shù)，可有效防止在非受控情況下的設(shè)備狀態(tài)改變。

1.2 監(jiān)控儀器狀態(tài)、質(zhì)控狀況、操作情況的功能

控制軟件可自動(dòng)生成使用記錄，將設(shè)備操作、使用情況、測(cè)量數(shù)據(jù)、儀器狀態(tài)添加到質(zhì)量記錄中，同時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)到的會(huì)影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的儀器狀態(tài)改變、人員錯(cuò)誤操作、環(huán)境變化進(jìn)行提示，并保存錯(cuò)誤信息內(nèi)容、影響排除情況的記錄。

1.3 樣品流程跟蹤功能

通過控制軟件實(shí)現(xiàn)日常樣品、本底樣品、標(biāo)準(zhǔn)源、質(zhì)控源的惟一性編碼管理與識(shí)別。其中，日常樣品的編碼由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成，本底樣品、標(biāo)準(zhǔn)源、質(zhì)控源的惟一性編碼由管理人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)室制訂的編碼規(guī)則事先編制，并和相關(guān)信息一起輸入到軟件中，使其受控。通過對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)置條形碼掃描儀，掃描粘貼在被監(jiān)控物上的條形碼確認(rèn)其身份并記錄到質(zhì)控記錄中，當(dāng)未受控的樣品進(jìn)入處理流程或者出現(xiàn)人為失誤放錯(cuò)樣品位置的情況出現(xiàn)時(shí)，軟件可以自動(dòng)報(bào)警提示并拒絕運(yùn)行；若操作人員強(qiáng)行操作軟件進(jìn)行工作，軟件會(huì)生成錯(cuò)誤報(bào)告，操作人員可以在生成的錯(cuò)誤報(bào)告中添加備注，說明錯(cuò)誤報(bào)告產(chǎn)生的原因，便于管理人員進(jìn)行質(zhì)量管理。

1.4 監(jiān)測(cè)結(jié)果網(wǎng)絡(luò)輸出功能

由于軟件在運(yùn)行中需要記錄大量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及樣品分析數(shù)據(jù)，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)就對(duì)數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行了規(guī)范，方便后續(xù)開發(fā)支持性軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總分析，同時(shí)為軟件設(shè)計(jì)對(duì)外輸出接口，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸軟件生成的各類報(bào)告，方便管理人員遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)工作情況，分析處理測(cè)量數(shù)據(jù)。

2 控制軟件設(shè)計(jì)構(gòu)架

系統(tǒng)軟件由主控制程序和若干個(gè)相互獨(dú)立的子程序組件構(gòu)成，具體軟件結(jié)構(gòu)見圖3。采用這種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）系統(tǒng)軟件在個(gè)別組件運(yùn)行繁忙時(shí)仍然可以響應(yīng)用戶的操作。（2）通過把整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)進(jìn)行分拆，分別由幾個(gè)相互間可交換數(shù)據(jù)卻又獨(dú)立維護(hù)的組件承擔(dān)；通過嚴(yán)格定義的通信格式，可以根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化在配置文件中進(jìn)行相應(yīng)的變化或單獨(dú)更新某個(gè)組件，方便系統(tǒng)設(shè)備升級(jí)、維護(hù)，極大地提高了系統(tǒng)的適應(yīng)能力。（3）在某些組件運(yùn)行失敗的情況下仍然保持其他組件的正常運(yùn)行，并可以通過重新啟動(dòng)某個(gè)組件來分析、判斷和排除故障。（4）便于根據(jù)工作需要不斷增加新的組件以擴(kuò)充軟件功能。

圖3 軟件結(jié)構(gòu)

3 軟件菜單結(jié)構(gòu)

控制軟件有2級(jí)菜單，一級(jí)菜單包括:采樣器控制、衰變條形碼打印、衰變控制、γ譜儀控制、樣品管理、告警信息、郵件管理、環(huán)境狀態(tài)、電源管理、氣象信息。在標(biāo)識(shí)菜單的圖標(biāo)下方顯示該菜單的主要信息以及該流程的進(jìn)度。

3.1 采樣器控制

顯示采樣器的工作狀態(tài)、實(shí)時(shí)采樣流量、采樣總體積、采樣進(jìn)度，為在氣溶膠采樣器中的樣品生成并打印惟一性編號(hào)條形碼，采樣濾膜粘貼上條形碼后放入采樣器，使條形碼位于采樣器條形碼掃描儀下，以固定的時(shí)間間隔對(duì)條形碼進(jìn)行掃描，確認(rèn)樣品在采樣周期中未被移動(dòng)、更換，保證采樣質(zhì)量。

3.2 衰變條形碼打印

為結(jié)束采樣并壓縮成型的樣品提供新的條形碼，該條形碼的樣品惟一性編碼不變，增加了樣品采集時(shí)間、體積信息。

3.3 衰變控制

監(jiān)控處于衰變期的樣品狀態(tài)及衰變進(jìn)度。狀態(tài)監(jiān)控通過位于衰變箱內(nèi)的條形碼掃描儀，以固定的時(shí)間間隔對(duì)樣品條形碼進(jìn)行掃描，若樣品在衰變期間被移動(dòng)就會(huì)由軟件自動(dòng)記錄并生成告警信息。

3.4 γ 譜儀控制

顯示γ譜儀工作狀態(tài)、樣品測(cè)量進(jìn)度、控制γ探測(cè)器工作、查看正在測(cè)量樣品的γ譜圖。γ探測(cè)器鉛屏蔽室的門上安裝有狀態(tài)傳感器，樣品在放入或取出時(shí)會(huì)觸發(fā)傳感器，啟動(dòng)軟件提示操作人員對(duì)樣品編碼進(jìn)行掃描確認(rèn)，對(duì)未列入數(shù)據(jù)庫(kù)的編碼、或未經(jīng)衰變周期而提前進(jìn)行測(cè)量的樣品進(jìn)行報(bào)警提示，若強(qiáng)行操作軟件進(jìn)行測(cè)量，會(huì)自動(dòng)生成告警信息提示質(zhì)控管理人員。

3.5 樣品管理

在此菜單中，通過樣品的惟一性編碼可以查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中管理的全部樣品的信息。包括樣品采樣、衰變、測(cè)量周期的開始和結(jié)束時(shí)間，樣品采集過程中采樣器所處室外環(huán)境中的氣壓、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量信息，樣品的采集體積、樣品處于監(jiān)控下的狀態(tài)信息、樣品γ譜數(shù)據(jù)的完整性等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

3.6 告警信息

顯示系統(tǒng)中出現(xiàn)的是需要操作人員、質(zhì)量控制人員處理和重視的異常情況。告警信息中包含告警信息類別（按照預(yù)先設(shè)定，分為提示信息、操作錯(cuò)誤警告、設(shè)備故障警告）、事件發(fā)生時(shí)間、事件具體內(nèi)容。操作人員、質(zhì)量控制人員可以對(duì)每個(gè)告警信息添加備注，便于以后對(duì)工作的開展情況進(jìn)行分析總結(jié)。新的事件出現(xiàn)時(shí)會(huì)以閃爍的黃色驚嘆號(hào)提示操作人員及時(shí)處理。

3.7 郵件管理

顯示未發(fā)出的郵件數(shù)量、接收到的郵件數(shù)量、最后一次與郵件服務(wù)器連接的時(shí)間。軟件將各種信息可以以郵件的方式發(fā)送到管理人員指定的郵箱，并接收外部發(fā)來的郵件。

3.8 環(huán)境狀態(tài)

顯示γ譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度?？梢圆樵兊杰浖?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)以線圖形式顯示的歷史溫度、相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，直觀的反映實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的環(huán)境變化情況，便于操作人員進(jìn)行測(cè)量環(huán)境控制。

3.9 電源管理

顯示當(dāng)前的電力是由主電源提供還是由UPS電源提供以及UPS電源電池儲(chǔ)量。

3.10 氣象信息

顯示室外大氣氣溶膠采樣設(shè)備放置點(diǎn)的大氣壓強(qiáng)、溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量。在子菜單中還可以查詢到軟件數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的以線圖形式顯示的歷史氣壓、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量等數(shù)據(jù)。

4 討論

（1）本控制軟件在使用中涉及工作人員較少，軟件權(quán)限設(shè)置分級(jí)數(shù)也較少。其他用戶在使用時(shí)可能會(huì)涉及更多操作人員，各操作者對(duì)于軟件控制權(quán)限的要求不同，因此可以進(jìn)一步修改軟件權(quán)限管理功能，使軟件除最高權(quán)限外增加較低的權(quán)限，甚至由用戶自己設(shè)定不同使用者的權(quán)限，提供更為靈活的使用權(quán)限管理方式。

（2）現(xiàn)有軟件在自身運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)方面還需完善。由于軟件構(gòu)架的原因，各功能組件是通過主程序相互聯(lián)系卻又獨(dú)立運(yùn)行的。這種構(gòu)架的優(yōu)點(diǎn)是方便系統(tǒng)設(shè)備升級(jí)、維護(hù)，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)能力，但也存在當(dāng)某個(gè)組件失效時(shí)，軟件不能及時(shí)報(bào)警的缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步完善軟件的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)能力，提高運(yùn)行可靠性。

（3）筆者認(rèn)為，盡管現(xiàn)有軟件已能基本滿足大氣氣溶膠放射性監(jiān)測(cè)的質(zhì)量控制要求，但仍存在很大的功能提升空間。例如，在軟件的后續(xù)升級(jí)中，可以進(jìn)一步加強(qiáng)測(cè)量質(zhì)量控制能力（如加入測(cè)量系統(tǒng)本底測(cè)量、效率刻度控制功能，定期提示操作人員開展相應(yīng)質(zhì)控任務(wù)；在質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)源測(cè)量中加入控制指標(biāo)偏離度設(shè)定及偏離報(bào)警功能等）。

這里雖然只是介紹了大氣氣溶膠放射性監(jiān)測(cè)控制軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)指導(dǎo)思想、菜單結(jié)構(gòu)和主要流程及模塊圖，但作為一款應(yīng)用軟件，其設(shè)計(jì)思路同樣適用于開發(fā)設(shè)計(jì)其他實(shí)驗(yàn)室測(cè)量分析系統(tǒng)儀器設(shè)備的控制軟件，希望能夠?yàn)橥愜浖拈_發(fā)與應(yīng)用提供一個(gè)思路，讓智能軟件在實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)及質(zhì)量控制工作中發(fā)揮更大作用，通過自動(dòng)化程度的提高，提升監(jiān)測(cè)工作的效率，提高質(zhì)量控制工作的科技含量。

[1]王履程，孫衛(wèi)，譚筠梅.實(shí)時(shí)性分布式監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（1）：40～42.

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