ПЕРЕДВИЖНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2015 года по МПК B60P3/00 G01W1/02 

Изобретение предназначено для использования при непрерывном экологическом контроле окружающей среды.

Известна установка дистанционного контроля загазованности рабочей зоны химически опасных объектов сильнодействующими ядовитыми веществами по патенту РФ №114532 (МПК G01N 21/35). Установка содержит в своем составе инфракрасный Фурье-спектрорадиометр среднего разрешения, систему термостатирования, комплект тепловых экранов, систему координатной привязки и наведения поля зрения спектрорадиометра на тепловые экраны, блок регистрации и обработки данных дистанционного зондирования, систему энергоснабжения. Обеспечивает снижение трудозатрат в связи с исключением из процесса мониторинга процедуры отбора проб воздуха в различных точках производственной зоны.

Однако оснащение системой термостатирования жидким азотом, комплектом тепловых экранов, необходимыми для данной установки, сложно реализовать вдали от крупных научных центров.

Известна лаборатория моторных масел по патенту РФ №127933 (МПК G01N 33/22). Лаборатория содержит теплоизолированный корпус, установленный посредством амортизаторов на раме транспортного средства; приборы, реактивы и материалы для определения качественного и количественного состава моторных масел, в том числе ИК-Фурье спектрометр, установленный на виброзащищенной платформе; информационно-вычислительный комплекс с базой данных, которая содержит библиотеку нормативных значений показателей качества и эталонные ИК-спектры моторных масел.

Однако данное устройство не удовлетворяет условиям измерения в воздухе концентраций примесей в мг/м³; мкг/м³, так как измерения примесей проводятся только в среде моторных масел.

Известна подвижная лаборатория ветеринарно-санитарной экспертизы по патенту РФ №73286 (МПК B60P 3/00). Лаборатория содержит смонтированное на транспортном средстве оборудование для проведения исследований в виде лабораторного оборудования и диагностических приборов, включающее оборудование для радиометрических исследований в виде дозиметра и радиометра-спектрометра, и дополнительно включает оборудование для физико-химических исследований. Оборудование для радиометрических исследований включает дозиметр, радиометр-спектрометр РСУ-01 «Сигнал-М». В состав оборудования для физико-химических исследований входят водяная баня с терморегулятором, группа приборов для исследования молочных продуктов, гомогенизатор, pH-метр.

Однако данная лаборатория не может быть использована для задач мониторинга из-за отсутствия оборудования, предназначенного для непрерывного контроля как загрязняющих веществ в воздухе, так и гамма-контроля. Кроме того, лаборатория не предоставляет возможности хранения измеренных массивов данных и их привязки к географическим координатам.

Известна передвижная комплексная лаборатория по патенту РФ №50175 (МПК B60P 3/32), измеряющая, помимо наличия радиоактивного загрязнения на местности и на различных поверхностях, также тип, процентное содержание аварийно-химических опасных веществ в окружающей среде. Передвижная лаборатория оснащена дозиметром-радиометром, который обеспечивает контроль радиационной обстановки, рентгено-флуоресцентным спектрометром для определения содержания токсичных элементов, измерителем массовой концентрации аэрозольных частиц различного происхождения и химического состава и компьютером для обеспечения оперативного оформления результатов анализов.

Однако данная лаборатория не может быть использована для задач мониторинга, т.к отсутствует непрерывный контроль загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (кроме газоанализатора окиси углерода). Кроме того, отсутствует возможность непрерывных автоматизированных радиационных измерений, ибо контроль радиационной обстановки осуществляется переносным радиометром-дозиметром.

Известна принятая за прототип лаборатория передвижная для экологического контроля окружающей среды по патенту РФ №57021 (МПК B60P 3/00), которая содержит автомобиль-носитель, в салоне которого смонтированы автоматизированное рабочее место оператора, снабженное столом оператора и компьютером с принтером и программным обеспечением, приборная стойка с контрольно-измерительной аппаратурой, снабженная амортизаторами, автономный энергоузел в виде бензинового двигателя с электрогенератором, средства жизнеобеспечения, средства отбора проб, технологическое и вспомогательное оборудование. На крыше автомобиля-носителя оборудованы воздухозаборное устройство и метеокомплекс, включающий блок датчиков скорости и направления ветра, блок датчиков температуры и относительной влажности и блок детектирования гамма- излучения, соединенный с подъемным устройством выдвижной метеомачты, которое установлено в тамбуре салона, при этом воздухозаборное устройство пневматически подключено к приборной стойке, а автоматизированное рабочее место оператора в салоне выполнено в виде кресла, размещенного между столом оператора и приборной стойкой, и оно дополнительно снабжено метеопультом с датчиком атмосферного давления и переговорным устройством. Кроме того, лаборатория содержит газоанализаторы оксидов азота, оксида углерода, диоксида серы, углеводородов, сероводорода, пневматически подключенные через коллектор распределения воздушной пробы к воздухозаборному устройству. Технологическое оборудование включает баллоны с газовыми смесями: NO/N₂, SO₂/N₂, CH₄/воздух, CO/воздух, диффузионные источники микропотоков NO₂, SO₂, H₂S; генератор газовых смесей, вентили, ротаметры, газовые магистрали, компас. Лаборатория содержит выносные средства отбора проб воздуха, донных отложений и почвы, природных и сточных вод, оснащена холодильником для хранения отобранных проб воздуха, воды, почвы и реактивов. Средства жизнеобеспечения содержат кондиционер, обогреватели, источник бесперебойного питания с комплектом внешних аккумуляторных батарей, вентиляторы, огнетушитель.

Однако данное устройство не позволяет определять колебания мощности излучения в пределах 1-2 мк³в у поверхности земли, так как расположенный на подъемном устройстве выдвижной метеомачты датчик гамма-излучения не улавливает меньшие дозы излучения, поглощенные металлическими частями автомобиля-носителя. Вероятность недостоверных измерений увеличивается также из-за невозможности сверять полученные показатели загрязнений в данный момент времени со статистической ошибкой выполнения измерений, что возможно лишь при наличии соответствующего программного обеспечения. Из-за отсутствия соответствующего оборудования данная лаборатория способна осуществлять непрерывный контроль только состояния атмосферного воздуха и только по 5 компонентам.

Задачей заявляемого устройства является создание мобильного измерительного устройства для оперативного и непрерывного максимально автоматизированного экологического контроля окружающей среды. Технический результат заключается в обеспечении непрерывного автоматизированного мониторинга как органических и неорганических загрязнений атмосферного воздуха, так и радиационных загрязнений окружающей среды по 20 и более одновременно измеряемым параметрам с фиксированием пространственных изменений измеряемых значений.

Технический результат достигается тем, что передвижная лаборатория мониторинга окружающей среды, содержащая автомобиль-носитель, в котором установлены: автоматизированное рабочее место, приборная стойка с контрольно-измерительной аппаратурой, снабженная амортизаторами, средства жизнеобеспечения, средства отбора проб, технологическое оборудование, воздухозаборное устройство, метеокомплекс, блок детектирования гамма-излучения, согласно заявляемому решению содержит навигационную систему на базе GPS и электронного компаса, расположенного на метеомачте; контрольно-измерительная аппаратура содержит оборудование для непрерывного дозиметрического измерения гамма-излучения, газоаналитическое и хроматографическое оборудование для непрерывного измерения химических токсикантов в воздухе атмосферы, оборудование для эпизодического измерения гамма-излучения, газоанализаторы для эпизодического измерения химических загрязнителей; при этом оборудование для непрерывного дозиметрического контроля гамма- излучения содержит: дозиметр, состоящий из внутреннего датчика для контроля гамма-фона внутри лаборатории и внешнего датчика для непрерывных измерений гамма-фона вне лаборатории во время движения автомобиля, связанный с сиреной, оповещающей водителя о превышении гамма-фона внутри и вне автомобиля; газоаналитическое оборудование для непрерывного измерения содержит снабженные системой виброгасителей газовый хроматограф, хемилюминесцентный газоанализатор, ИК-Фурье спектрометр, при этом ИК-Фурье спектрометр оборудован устройством ареттирования спектральной части и откалиброван для непрерывного измерения в воздухе не менее 20 химических веществ; лаборатория содержит программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий непрерывный режим мониторинга за счет синхронного управления работой контрольно-измерительной аппаратуры и навигационной системы, интеграцию химических и радиационных измерений в единую базу данных, информирование оператора о текущем состоянии окружающей среды, формирование аварийных сигналов и отчетных документов; лаборатория снабжена оборудованием для защиты персонала лаборатории; автоматизированное рабочее место содержит стол инженера-химика, оборудованный программно-аппаратным комплексом, стол инженера радиолога, стойку со шкафами для размещения газоаналитического оборудования, снабженную амортизаторами, поворотные кресла; технологическое оборудование содержит радиоустройства, сигнальную установку для трансляции речевых команд с пультом управления, световой модуль для подачи световых сигналов, аварийную осветительную установку.

Заявляемое решение поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена схема передвижной лаборатории вид слева, на Фиг.2 представлена схема передвижной лаборатории вид сверху.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - стол инженера - химика,

2 - кресло поворотное,

3 - стол инженера-радиолога,

4 - стол для оргтехники,

5 - стойка на амортизаторах,

6 - тумба-мойка с ЭВН,

7 - газовый хроматограф,

8 - хемилюминесцентный газоанализатор,

9 - источник бесперебойного питания (ИБП) с аккумуляторами,

10 - щит электропитания 220 В,

11 - щит управления,

12 - дозиметр-радиометр ЭКО-1М,

13 - датчик ВД2 внутренний,

14 - датчик ВД2 внешний,

15 - сирена «превышение уровня»,

16 - абонентская радиостанция «Гранит»,

17 - радиостанция ICOM F6023,

18 - пульт управления СГС-100К1,

19 - сигнальная установка СГС-100К1,

20 - световой модуль СМ-1,

21 - вентилятор на крыше автомобиля,

22 - отопитель АТ3930,

23 - зонд для забора воздуха Атмосфера 3М,

24 - блок пробооподготовки,

25 - баллон с азотом,

26 - ИК-Фурье спектрометр,

27 - вибропара ИК-Фурье спектрометра,

28 - аспиратор,

29 - регистратор данных,

30 - монитор,

31 - принтер,

32 - холодильник автомобильный,

33 - огнетушитель,

34 - перегородка технологического отсека,

35 - отсек метеомачты,

36 - подъемник пневматический МОС-220П,

37 - метеостанция,

38 - компас электронный,

39 - контейнер - комплект упаковочный транспортный для твердых радиоактивных отходов (УКТ-1А ЭЦ),

40 - контейнер сборный для сбора твердых радиоактивных отходов типа СТО-1-10-ОС (контейнер СТО-1-10-ОС),

41 - дыхательный аппарат,

42 - шкаф с защитной одеждой,

43 - электрогенератор,

44 - люк.

Передвижная лаборатория смонтирована на транспортном средстве с размещенной в нем контрольно-измерительной аппаратурой для непрерывного измерения радиационных и химических параметров окружающей среды.

В качестве транспортного средства может быть использован автомобиль-фургон на базе модификаций автомобиля Ford (ГАЗ и т.п.), внутреннее пространство которого содержит кабину водителя, лабораторный и технологический отсеки, разделенные перегородкой 34. Крыша автомобиля выполнена с вентилятором 21, с сигнальной установкой 19 и с люком 44, закрывающим отсек метеокомплекса.

Лабораторный отсек автомобиля укомплектован следующей мебелью.

По левому борту автомобиля установлены: расположенный в передней части салона со стороны кресла водителя стол инженера-химика 1 с компьютером и встроенной над столом полкой для комплектующих ИК-Фурье спектрометра; стол 4 для оргтехники; стойка 5, выполненная на амортизаторах, для размещения газоанализаторов и хроматографа на полках, которые снабжены виброгасителями. Каждый комплект виброгасителей (4 шт.) рассчитан на каждый из измерительных приборов. Кроме того, лабораторный отсек снабжен принтером 31 и широкоэкранным монитором 30, закрепленным над столом. Монитор 30 отображает все измеряемые параметры и отчеты о выполнении измерений, которые поступают по интернет-каналу в соответствующий электронный адрес. По правому борту автомобиля в лабораторном отсеке расположены: навесная полка; стол 3 инженера радиолога с компьютером, тумба-мойка 6 с зеркалом. В центральной части лабораторного отсека расположены два поворотных кресла 2.

Лаборатория оборудована следующими средствами жизнеобеспечения: электрогенератор инверторного типа 43, расположенный в технологическом отсеке; отопитель 22 (воздушный АТ3900), расположенный в передней части автомобиля; электроводонагреватель, расположенный в задней части лабораторного отсека; щит электропитания и электрозащиты 10, расположенный на стене правого борта лабораторного отсека; комплект из двух аккумуляторов и источников бесперебойного питания 9, расположенных в передней части лабораторного отсека; холодильник 32, расположенный по левому борту лабораторного отсека; щит управления 11 освещением и отопителем; два дыхательных аппарата 41, расположенные в технологическом отсеке; два огнетушителя 33. Электрогенератор 43 обеспечивает высокую энергоотдачу при минимальных массогабаритных характеристиках и используется как резервный источник энергии в случае разрядки аккумуляторов. Электрогенератор 43 снабжен складным трапом для перемещения электрогенератора из автомобиля при проведении измерений. Аккумуляторы и источник бесперебойного питания 9 обеспечивают питание аналитического оборудования в процессе движения автомобиля без подключения электрогенератора, создающего вибрации.

Технологическое оборудование лаборатории включает в себя: сигнальную установку 19 (модель СГС-100К1) для трансляции речевых команд и сообщений, установленную на крыше в передней части лабораторного отсека; установленный в кабине водителя пульт 18 управления сигнальной установкой 19; световой модуль 20 для подачи специальных световых сигналов, установленный на крыше технологического отсека; подъемник 36 пневматический телескопический (модель МОС-220П) для подъема метеокомплекса и датчика электронного компаса 38, расположенный в технологическом отсеке под люком 44; абонентскую радиостанцию «Гранит» 16 и радиостанцию модели ICOM 17, расположенные на приборной панели в кабине водителя, пульт управления лебедкой; клеммы подключения лебедки, расположенные на переднем капоте автомобиля; выключатель массы; баллон с азотом 25; аварийную осветительную установку «Световая башня», размещенную в технологическом отсеке. В качестве световой башни использована модель EL T5 1000, выполненная в виде надувной осветительной башни и предназначенная для экстренного развертывания на местности в случае природных или техногенных катастроф. Установка изготовлена из специальной воздухонепроницаемой ткани и в рабочем положении напоминает световой столб, выдерживающий высокие и низкие температуры. Площадь освещения аварийной световой башни более 12000 квадратных метров. Время развертывания надувной световой башни осветительной установки составляет 3-5 минут.

Оборудование для защиты персонала лаборатории

Для сбора и транспортировки радиоактивных и опасных веществ лаборатория оснащена специальным свинцовым контейнером; комплектом защитной одежды с дыхательными аппаратами 41 сжатого воздуха. Аппарат дыхательный 41 предназначен для индивидуальной защиты дыхания в токсичной и задымленной газовой среде при тушении пожаров и выполнения других видов аварийных работ в диапазоне температур окружающей среды от минус 40 до 60 градусов Цельсия.

Кроме того, лаборатория оснащена комплектом защитным модульного типа (ЗКМТ), предназначенным для защиты личного состава формирований, участвующих в ликвидации последствий аварий радиационного характера от ионизирующего излучения, РВ, АХОВ и кратковременно от воздействия открытого пламени и теплового потока в составе: фартук рентгенозащитный двухсторонний, шапочка рентгенозащитная, перчатки рентгенозащитные, очки рентгенозащитные, ручной захват, длина 1 м. Комплект размещен в технологическом отсеке на полке над электрогенератором 43.

Контрольно-измерительное оборудование лаборатории содержит:

1. Дозиметрическое оборудование для непрерывного и эпизодического контроля и поисковое оборудование.

2. Газоаналитическое оборудование.

3. Метеорологическое оборудование.

4. Оборудование и приспособления для отбора проб.

5. Программно-аппаратный комплекс.

1. Дозиметрическое оборудование для непрерывного и эпизодического контроля и поисковое оборудование

Лаборатория снабжена дозиметрическим оборудованием как для непрерывного, так и для эпизодического контроля, а также поисковым оборудованием.

Оборудование для непрерывного дозиметрического контроля включает: дозиметр 12 (марки «Эко-1М»), состоящий из двух датчиков - внутренний датчик гамма-контроля (ВД2) 13, установленный в технологическом отсеке и предназначенный для контроля гамма-фона внутри лаборатории при транспортировке радиоактивных образцов; внешний датчик гамма-контроля (ВД1) 14, установленный на внешней стороне кабины водителя не выше 1,5 м от поверхности земли и предназначенный для непрерывных измерений гамма-фона вне лаборатории во время движения автомобиля. Дозиметр 12 (марки «Эко-1M»), установленный в кабине за креслом водителя, связан посредством устройства коммутации с внешним датчиком 14, внутренним датчиком 13 и сиреной 15, оповещающей водителя о превышении гамма-фона внутри и вне автомобиля.

Посредством дозиметра 12 (марки «ЭКО-1М») в сочетании с широкоформатным монитором 30 и с помощью разработанного программного обеспечения лаборатория обеспечивает: визуализацию в реальном времени мощности дозы; звуковую и световую сигнализацию по установленному порогу мощности дозы; сохранение полученных значений в базе данных.

Оборудование для эпизодического контроля содержит спектрометр МКС-АТ6101С, размещенный в тумбе стола радиолога 3. Спектрометр представляет собой многофункциональный носимый прибор, состоящий из внешнего спектрометрического блока детектирования гамма-излучения БДКГ-11, блока поиска и идентификации гамма-излучающих радионуклидов, радиометрического блока и блоков детектирования нейтронного излучения, которые устанавливаются по желанию заказчика. Посредством спектрометра МКС-АТ6101С лаборатория обеспечивает идентификацию радионуклидов, в том числе промышленных: Am-241, Ba-133, Co-57, Co-60, Cs-137, Ir-192, Th-228, Na-22, Mn-54, Eu 152, Se-75, Cs-134, естественных: K-40, Th-232, Ra-226, и медицинских, мониторинг окружающей среды, территорий и объектов, контроль радиоактивных отходов, контроль за перемещением радиоактивных источников и веществ.

Хранение измеренных спектрометром МКС АТ6101С данных в базе данных лаборатории осуществляется посредством разработанного программного обеспечения.

В качестве поискового оборудования установлен дозиметр-радиометр модели МКС-АТ1117М, установленный также в тумбе стола радиолога 3. Посредством дозиметра

- радиометра МКС-АТ1117М лаборатория обеспечивает измерение альфа-, бета-, гамма-излучения, плотности потока альфа - и бета-частиц с загрязненных поверхностей, поиск источников излучений в объектах, недоступных для стационарного оборудования автомобиля (например, пунктах реализации продуктов питания, строительных материалов и др.) и проведения измерений:

- амбиентной дозы и мощности амбиентной дозы рентгеновского и гамма-излучения;

- экспозиционной дозы и мощности экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения;

- эквивалента направленной дозы Н ′(0.07) и мощности эквивалента направленной дозы Н&′(0.07) непрерывного рентгеновского и гамма-излучения;

- плотности потока и флюенса альфа-частиц и бета-частиц с загрязненных поверхностей;

- поверхностной активности альфа- и бета-частиц;

- оперативного поиска источников ионизирующих излучений и радиоактивных материалов.

При этом дозиметр-радиометр МКС-АТ1117М снабжен интеллектуальным блоком детектирования с компьютерным интерфейсом. Это обеспечивает передвижную лабораторию:

- эффективным поисковым режимом;

- возможностью использования оператора преобразования «Спектр-доза» для осуществления спектрометрического метода измерения мощности дозы;

- расширением диапазона измеряемой мощности дозы за счет счетчика Гейгера-Мюллера, встроенного в блок обработки информации дозиметра;

- возможностью автоматического вычитания фона при измерении мощности дозы и плотности потока;

- возможностью непрерывной автоматической светодиодной стабилизацией энергетической шкалы спектрометра, периодической настройкой энергетической шкалы спектрометра от контрольной пробы на основе KCl;

- возможностью цифровой термокомпенсации измерительного тракта от встроенного датчика температуры;

- звуковой и визуальной сигнализацией при поиске и идентификации гамма-излучающего радионуклида при превышении пороговых уровней по мощности дозы и плотности потока.

Хранение результатов измерений и их интегрирование в общую базу лаборатории данных обеспечивает разработанное программное обеспечение.

Таким образом, комплект измерительных устройств вместе с программным обеспечением образует измерительно-аналитический комплекс, позволяющий осуществлять мониторинг мощности дозы гамма-излучения в режиме реального времени, а именно: визуализацию в реальном времени мощности дозы; звуковую и световую сигнализацию по установленному порогу мощности дозы; сохранение полученных значений в базе данных; объединение измеренных данных, полученных от всех поисковых приборов и спектральных приборов радиационного контроля, в общую базу данных системы радиационного прогноза.

2. Газоаналитическое оборудование.

Газоаналитическое оборудование содержит газовый хроматограф 7 (марки GC955-616), хемилюминесцентный газоанализатор 8, ИК-Фурье спектрометр 26, а также переносные газоанализаторы для эпизодического измерения. Для защиты от вибраций в условиях передвижной лаборатории газовый хроматограф 7 и хемилюминесцентный газоанализатор 8 снабжены системой виброгасителей, при этом стойка 5, в шкафах которой размещены данные приборы, также снабжена амортизаторами. ИК-Фурье спектрометр 26 также снабжен вибропарой 27, установленной на столе 1 инженера-химика.

Газовый хроматограф 7 установлен в шкафу стойки 5 и предназначен для измерения методом газовой хроматографии очень низких концентраций токсичных веществ в атмосферном воздухе, относящихся к 1,2, 3 классу опасности, таких как: токсиканты атмосферного воздуха в мг/м³: фенол (0,008-0,62), формальдегид, хлороформ (0-0,863), ацетон (0-2,5), толуол (0-0,721), метанол (0,8-50), 1,2 дихлорэтан (0-0,775), ацетон (0-2,5), этилбензол (0-0,79), м-п-ксилол (0-0,309), о-ксилол (0-0,79). Возможность измерения низких концентраций токсичных веществ осуществлена благодаря встроенному в хроматограф концентратору. Добавив в состав лаборатории дополнительный хроматограф или делютер (разбавитель), можно расширить диапазон измерения и количество измеряемых компонентов.

Хемилюминесцентные газоанализаторы 8 размещены также в шкафу стойки 5 и предназначены для непрерывного измерения методом хемилюминесценции токсичных веществ 1-2-3 класса опасности в воздухе жилой зоны, в частности, таких как: неорганические газы: оксид, диоксид, аммиак, окись углерода, двуокись серы, сероводород. В лаборатории могут быть установлены от одного и более газоанализаторов разных моделей: Serinuc 44, Serinuc 51, Serinuc 30. При этом точность непрерывного измерения благодаря установленным моделям газоанализаторов достигает следующих значений: NO-NO_x-NO₂-NH₃ - в диапазоне 0-27 мг/м³, точность измерения 0,4ppb; SO2-H2S, диапазон измерения 0-20 мг/м³, точность 0,5 ppb; СО, диапазон измерения 0-200 ppm, точность 0,1 ppm.

ИК-Фурье спектрометр 26 (марки ФСМ-2202) установлен на столе 1 инженера химика и предназначен для непрерывного измерения концентрации загрязняющих веществ. Спектрометр оборудован устройством ареттирования спектральной части для защиты его от разрушения и ошибок измерений в условиях мобильной лаборатории. При этом ИК-Фурье спектрометр откалиброван для измерения следующих токсикантов: в воздухе атмосферы: монооксид углерода; бензол; толуол; аммиак; трихлорэтилен; в воздухе рабочей зоны: аммиак, ацетон, бензол, хлористый водород, дихлорэтан, кислота азотная, акрилонитрил, метанол, метил бромистый, метилхлорид, м-ксилол, сероуглерод, диоксид серы, диоксид углерода, фенол, этилбензол, окись азота, двуокись азота, окись этилена.

Вместе с ИК-Фурье спектрометром на столе 1 инженера-химика установлен регистратор данных 29 и аспиратор 28 для контроля скорости и объема потока азота особой чистоты с целью продува газовой кюветы ИК-Фурье спектрометра до и после проведения измерений.

Управление ИК-Фурье спектрометром, его тестирование, хранение и обработка спектров автоматизированы и осуществляются с помощью персонального компьютера, подключаемого через порт USB. Все операции реализуются с помощью базового программного обеспечения. ИК- спектрометр в сочетании с программным обеспечением позволяет проводить количественный анализ ИК-спектров, автоматизированные экспресс-измерения концентраций опасных газообразных химических веществ.

Благодаря установленному газоаналитическому оборудованию передвижная лаборатория обеспечивает непрерывное измерение загрязнений в следующих диапазонах: в атмосферном воздухе методами газовой хроматографии и хемилюминесценции - диапазон измерений от 0,001 мкг/м³ до 5-10 мг/м³; в воздухе рабочей зоны методом ИК-Фурье спектрометрии - диапазон измерения от 0,5 мг/м³ до 50-200 мг/м³.

Помимо ИК-Фурье-спектрометра, обеспечивающего одновременное экспресс-измерение не менее 20 химических веществ и их анализ, мобильный комплекс снабжен также газоанализаторами для эпизодического измерения наиболее распространенных загрязнителей воздуха рабочей зоны, таких как О₂, СО, H₂S, Cl₂, NH₃, СО₂, метан, углеводороды нефти, пары ртути. Переносные газоанализаторы расположены в тумбе стола 1 инженера-химика и предназначены для эпизодического измерения наиболее распространенных загрязнителей воздуха рабочей зоны, таких как О₂, СО, H₂S, Cl₂, NH₃, СО₂, метан, углеводороды нефти, пары ртути. В качестве датчиков эпизодического химического измерения использовано устройство марки «Газоанализатор МХ6». Благодаря переносным газоанализаторам передвижная лаборатория обеспечивает измерение загрязнений в воздухе рабочей зоны следующих газов: О₂ - 0…30%, СО - 0-999 ppm, H₂S - 0-500 ppm, Cl₂ - 0-99.9 ppm; NH₃ - 0-100 ppm, СО₂ - до 5 об.%.

В состав передвижной лаборатории включен также «Универсальный прибор газового контроля УПГК-ЛИМБ» для контроля сильнодействующих ядовитых веществ в воздухе рабочей зоны (СДЯВ), в том числе для замеров таких веществ, как зарин, зоман V-газы, иприт, фенол, формальдегид и др.

3. Метеорологическое оборудование.

Метеорологическое оборудование сосредоточено в технологическом отсеке лаборатории и содержит отсек метеомачты 35, метеостанцию 37, подъемник пневматический 36, электронный компас 38.

В качестве метеостанции 37 установлен мультисенсорный прибор марки «Метеокомплекс WXT520», который вместе с электронным компасом 38 расположен в отсеке 35 на пневматическом подъемнике 36. В качестве подъемника использована мачта пневматическая телескопическая марки МОС-220П.

Данные об измеренных метеопараметрах также синхронизируются ПО Лаборатории и поступают в единую базу данных для дальнейшего формирования прогнозов о распространении химико-радиационных загрязнений на исследуемой территории.

4. Оборудование и приспособления для отбора проб.

В оборудование входит: контейнер-комплект упаковочный транспортный для твердых радиоактивных отходов, установленный в технологическом отсеке; зонд 23 для забора воздуха, в качестве которого использован газозаборный зонд типа «Атмосфера», встроенный в крышу лабораторного отсека; блок пробооподготовки 24; контейнер сборный для сбора твердых радиоактивных отходов (СТО-1-10-ОС) 40. Устройство пробоподготовки 24 встроено в систему пробоотбора и предназначено для подогрева и осушки транспортируемой в ИК-Фурье спектрометр пробы воздуха и удаления конденсата. Система пробоотбора позволяет подвести пробу исследуемого воздуха непосредственно к ИК-Фурье спектрометру.

5. Программно-аппаратный комплекс

Комплекс измерительного аналитического оборудования связан центральным управляющим промышленным компьютером, оснащенным специальным программным обеспечением «Менеджмента Информации Аналитических Систем (МИАС)», который осуществляет функцию управляющего центра.

Компьютер имеет организованные связи с измерительными приборами, такими как: радиометр-дозиметр; ИК-Фурье спектрометр; метеостанция; gps-навигатор; хроматограф; газоанализаторы и т.д.

Программно-аппаратный комплекс предназначен для круглосуточного автоматического мониторинга показателей, передаваемых от измерительного оборудования лаборатории, информирования оператора о текущем состоянии; для формирования аварийных сигналов и выходных документов. Программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий непрерывный режим работы контрольно-измерительного оборудования, синхронное управление работой комплекса средств измерений и навигационной системой, состоит из профессионального компьютера, установленного на столе 1 инженера-химика, и специально разработанного программного обеспечения «Программное обеспечение менеджмента информации аналитических систем (далее ПО МИАС)». В состав технических средств программно-аппаратного комплекса передвижной лаборатории входит: IBM-совместимый персональный компьютер (ПЭВМ), включающий в себя: центральный процессор - Intel Pentium 4 с тактовой частотой 2 ГГц и более; оперативная память - 512 Мб и более; дисковая система - 80 Гб свободного дискового пространства; монитор - с разрешением 1024×768 пикселей.

Программное обеспечение менеджмента информации аналитических систем ПО «МИАС» предназначено для круглосуточного автоматического мониторинга показателей, передаваемых от внешних приборов; информирования оператора о текущем состоянии; формирования аварийных сигналов и выходных документов. ПО МИАС предназначено для эксплуатации в стационарных постах и передвижных лабораториях контроля газового состава атмосферного воздуха (фоновый экологический мониторинг), организованных выбросов (производственный экологический мониторинг); метеорологических показателей (метеорологический мониторинг); контроля радиационного фона (фоновый радиационный мониторинг).

С помощью ПО МИАС мобильная лаборатория осуществляет сбор информации от приборов путем циклического опроса; синхронное сохранение исходной (Raw Data) информации от приборов; усреднение значений в заданном интервале; сохранение обработанной информации; отображение информации от приборов в реальном времени: в виде общего графика; в виде набора индивидуальных для каждого канала данных графиков; отображение сохраненной информации за указанный период; формирование отчетных форм по шаблону; экспорт данных, отображение получаемой информации на изображениях географических карт с привязкой к реальным координатам.

Установленное в мобильной лаборатории программное обеспечение не только управляет и координирует работу измерительных приборов, но и осуществляет функцию базы собранных и измеренных данных, реализует соотнесение измеренных параметров с географическими координатами и с хранящейся библиотекой спектров.

Благодаря ПО МИАС на экране монитора одновременно представлены: график измерения сканирующего гамма-детектора, постоянная прямая - гамма-фона местности, где проводятся измерения; компас, указывающий направление движения автомобиля, данные по направлению и скорости ветра, влажности и давлению, место выполнения измерений на карте.

С помощью аппаратно-программного комплекса лаборатории осуществляется синхронизация данных от газоаналитического оборудования с данными радиационного контроля и данными навигационного оборудования и интеграция их в единую базу данных радиационно-химического контроля.

Оборудование, обеспечивающее текущее отображение передвижной лаборатории на карте местности

Навигационное оборудование представляет собой навигационную систему на базе GPS, которая в сочетании с электронным компасом 38 и программным обеспечением МИАС осуществляет текущее отображение передвижной лаборатории на карте местности.

Таким образом, мобильная лаборатория с помощью дозиметрического оборудования обеспечивает экспрессное обнаружение, локализацию источника радиоактивного излучения и идентификацию радионуклидов; фиксацию источника радиоактивного излучения изотопного состава в режиме реального времени; голосовое информирование оператора обо всех режимах результата измерений; идентификацию гамма-радионуклида, возможность включения измеренных данных в общую систему радиационого прогноза.

Непрерывный режим радиационного мониторинга обеспечен за счет обновления данных через 300 мс, визуализации мощности дозы в реальном времени, звуковой и световой сигнализации об установленном пороге мощности дозы. Установленное в мобильной лаборатории оборудование во взаимодействии с разработанным программным обеспечением обеспечивает сбор, хранение и синхронную обработку результатов сканирования на профессиональном компьютере и сохранение полученных значений в базе данных, возможность составления отчетов с точной привязкой результата измерений к карте местности.

Непрерывный и синхронный мониторинг радиационного состояния окружающей среды в единовременном режиме с непрерывным мониторингом химического состава воздуха обеспечен за счет наличия установленных в лаборатории дозиметрического и газоаналитического оборудования, программного обеспечения МИАС.

Автоматизированный режим непрерывного экологического мониторинга обеспечен за счет взаимодействия ПО МИАС с измерительным оборудованием.

Измеренные оборудованием лаборатории данные непрерывно сравнивают с предельно допустимыми концентрациями, среднестатистической ошибкой выполнения измерений, синхронно от всех средств измерения и навигации направляют в базу данных и формируют в отчеты (цифровые, графические). Каждый отчет сформирован по всем измеряемым или по любому количеству выбранных компонент и привязан к географической координате, карте местности, скорости и направлению ветра. Данные измерений от всех приборов, снимаемые каждые 10 сек, синхронизированы по времени.

Кроме того, заявляемое устройство позволяет фиксировать пространственные изменения измеряемых значений фона загрязнений на изометрических картах, что возможно только в условиях передвижного средства.

В результате заявляемое устройство обеспечивает измерение и анализ следующих показателей:

- амбиентная доза и мощность амбиентной дозы рентгеновского и гамма- излучения в широком диапазоне: доза от 10 мк³в - 13мк³в; мощность дозы: от 10 мк³в/ч до 100 м³в/ч;

- плотность потока альфа-частиц: 0,1-10⁵ частиц 239Pu, мин-1*см-² и флюенс альфа-частиц 239Pu от 1 - 3*10⁶ см-²; плотность потока бета-частиц с загрязненных поверхностей 1 - 5*10⁵ частиц, мин-1*см-²; флюенс бета-частиц - 1-3*10⁶ см-²;

- скорость счета импульсов;

- повышение оперативности определения дозы гамма-излучений в течение не более 5 сек;

- экспресс-измерения концентраций опасных газообразных химических веществ: измерения наиболее распространенных загрязнителей воздуха рабочей зоны по 55 компонентам, например, таких как O₂, CO, H₂S, Cl₂, NH₃, CO₂, метан, углеводороды нефти, пары ртути; а также таких веществ, как зарин, зоман V-газы, иприт, фенол, формальдегид;

обеспечение оперативности определения неорганических загрязнений хэмилюминесцентным методом - не более 3 минут, органических соединений методом хроматографии - не более 20 минут, токсикантов методом ИК Фурье анализа - не более 5 минут;

- метеопараметров, таких как температура, скорость ветра, атмосферное давление, влажность.

- обеспечение непрерывности автономного функционирования лаборатории до 24 часов.

Собранные оборудованием мобильной лаборатории данные могут храниться в памяти порядка 8 лет. Собранные в течение нескольких лет отчеты позволяют анализировать и прогнозировать развитие экологической ситуации в регионе действия лаборатории.

Программное обеспечение получает информацию в режиме on-line от GPS-навигатора, определяет координаты и фиксирует их на предварительно загруженной в программу карте местности. Так же в режиме on-line программа получает сведения о текущем состоянии климатических параметров: температуре, давлении, влажности, направлении и скорости ветра.

В соответствии с заданными интервалами, посредством адаптированных интерфейсных соединений, программа запускает процесс измерений на радиометр-дозиметр, ИК-Фурье спектрометр, хроматограф, газоанализатор и по истечению времени, требуемого для проведений измерений, компьютер путем циклического опроса приборов аккумулирует результаты измерений, обрабатывает их и размещает в формируемой Дата-базе.

Результаты измерений в виде отчетов РЗА 1, РЗА 2…РЗА 4 проецируются на экран с отражением значений всех измеряемых компонентов, отображением координат точки измерения и текущих метеопараметров в точке измерения.

В отчетах могут быть представлены выборки измерений за выбранный интервал времени: час, сутки, неделя, месяц, год с определенной среднестатистической погрешностью измерений, норм ПДК, превышением над ПДК.

Текущие измерения производятся в автоматическом режиме.

Аналитические отчеты, их интервалы задаются вручную.

Программное обеспечение МИАС обеспечивает через GSM или спутниковый канал связи передачу данных в центральный процессинговый центр эксплуатирующей организации.

Изобретение предназначено для использования при непрерывном экологическом контроле окружающей среды. Передвижная лаборатория мониторинга окружающей среды содержит автомобиль-носитель, навигационную систему на базе GPS и электронный компас, контрольно-измерительную аппаратуру, лабораторию, автоматизированное рабочее место и технологическое оборудование. Контрольно-измерительная аппаратура содержит оборудование для непрерывного дозиметрического измерения гамма-излучения, газоаналитическое и хроматографическое оборудование, оборудование для эпизодического измерения гамма-излучения и газоанализаторы. Газоаналитическое оборудование для непрерывного измерения содержит снабженное системой виброгасителей газовый хроматограф, хемилюминесцентный газоанализатор и ИК-Фурье спектрометр. Лаборатория содержит программно-аппаратный комплекс и снабжена оборудованием для защиты персонала лаборатории. Автоматизированное рабочее место содержит стол инженера-химика, стол инженера радиолога, стойку со шкафами для размещения газоаналитического оборудования и поворотные кресла. Технологическое оборудование содержит радиоустройства, сигнальную установку и пульт управления, световой модуль, аварийную осветительную установку. Достигается обеспечение непрерывного автоматизированного мониторинга органических и неорганических загрязнений атмосферного воздуха. 2 ил.

Передвижная лаборатория мониторинга окружающей среды, содержащая автомобиль-носитель, в котором установлены: автоматизированное рабочее место, приборная стойка с контрольно-измерительной аппаратурой, снабженная амортизаторами, средства жизнеобеспечения, средства отбора проб, технологическое оборудование, воздухозаборное устройство, метеокомплекс, блок детектирования гамма-излучения, отличающаяся тем, что содержит навигационную систему на базе GPS и электронного компаса, расположенного на метеомачте; контрольно-измерительная аппаратура содержит оборудование для непрерывного дозиметрического измерения гамма-излучения, газоаналитическое и хроматографическое оборудование для непрерывного измерения химических токсикантов в воздухе атмосферы, оборудование для эпизодического измерения гамма-излучения, газоанализаторы для эпизодического измерения химических загрязнителей; при этом оборудование для непрерывного дозиметрического контроля гамма- излучения содержит: дозиметр, состоящий из внутреннего датчика для контроля гамма-фона внутри лаборатории и внешнего датчика для непрерывных измерений гамма-фона вне лаборатории во время движения автомобиля, связанный с сиреной, оповещающей водителя о превышении гамма-фона внутри и вне автомобиля; газоаналитическое оборудование для непрерывного измерения содержит снабженные системой виброгасителей газовый хроматограф, хемилюминесцентный газоанализатор, ИК-Фурье спектрометр, при этом ИК-Фурье спектрометр оборудован устройством ареттирования спектральной части и откалиброван для непрерывного измерения в воздухе не менее 20 химических веществ; лаборатория содержит программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий непрерывный режим мониторинга за счет синхронного управления работой контрольно-измерительной аппаратуры и навигационной системы, интеграцию химических и радиационных измерений в единую базу данных, информирование оператора о текущем состоянии окружающей среды, формирование аварийных сигналов и отчетных документов; лаборатория снабжена оборудованием для защиты персонала лаборатории; автоматизированное рабочее место содержит стол инженера-химика, оборудованный программно-аппаратным комплексом, стол инженера радиолога, стойку со шкафами для размещения газоаналитического оборудования, снабженную амортизаторами, поворотные кресла; технологическое оборудование содержит радиоустройства, сигнальную установку для трансляции речевых команд с пультом управления, световой модуль для подачи световых сигналов, аварийную осветительную установку.