Модуль накопления для задач многомерной мессбауэровской спектрометрии

-  корпуса системного блока и внешних устройств должны быть заземлены радиально с одной общей точкой;

-  для отключения компьютерного оборудования должны использоваться отдельный щит с автоматами защиты и общим рубильником;

-  все соединения ПК и внешнего оборудования должны производится при отключенном электропитании.

Использование этих средств в различных сочетаниях обеспечивает защиту людей от прикосновения к токоведущим частям и от опасности перехода напряжения на металлические нетоковедущие части.

В соответствие с ГОСТ 12.1.030-81 в помещении лаборатории приняты следующие меры защиты от поражения электрическим током. Трехфазная электрическая сеть имеет глухозаземленную нейтраль. В помещении лаборатории проложены шины зануляющего контура и имеются автоматы для защиты от токов короткого замыкания. Силовая электрическая сеть проложена в металлических трубах, которые сварным соединением связаны с контуром зануления.

Для экстренного отключения предусмотрено автоматическое устройство, которое обеспечивает отключение потребителя при возникновении короткого замыкания и при значительном превышении уровня потребляемого тока.

6.2.3.Защита от шума

Шумом принято называть всякий нежелательный для человека звук, мешающий восприятию полезных сигналов. Шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков различной интенсивности и частоты.

Действие шума приводит к снижению работоспособности человека, снижается качество восприятия им информации, также шум может вызвать перестройку функционирования определенных физиологических систем организма человека. Его воздействие может привести к заметным сдвигам не только физиологических функций, но и психических. Воздействие шумов приводит к снижению скорости и точности сенсомоторных процессов, особенно заметно страдают сложно - координируемые действия. Под влиянием шума уменьшается скорость решения умственных задач, ухудшается концентрация внимания, возрастает число ошибок.

Основным источником шума в лаборатории является экспериментальное оборудование. Акустический шум производит система вентиляции крейтов КАМАК, механические узлы мессбауэровского спектрометра.

Персональный компьютер также является источником шумов акустического происхождения (шумы дисководов, вентиляторов, винчестеров и др.) и электромагнитных колебаний. рациональное размещение рабочих мест и оборудования (с учетом шумовой карты помещения);

Для защиты от шума необходимо использовать следующие меры:

-  рациональное размещение рабочих мест и оборудования, учёт шумовой карты помещения;

-  создание шумозащищённых зон;

-  применение средств шумоизоляции и шумопоглощения.

Уровень шума на рабочем месте составляет 14 дБ, что удовлетворяет требованиям ГОСТа [11].

6.2.4 Защита от электростатического поля

Вследствие воздействия электронного пучка на слой люминофора поверхность экрана приобретает электростатический заряд. Сильное электростатическое поле вредно для человеческого организма. На расстоянии 50 см влияние электростатического поля уменьшается до безопасного для человека уровня /6/. Применение специальных защитных фильтров позволяет свести его к нулю. Но при работе монитора электризуется не только его экран, но и воздух в помещении. Причем он приобретает положительный заряд, а положительно наэлектризованные молекулы кислорода не воспринимаются организмом как кислород, и заставляют легкие работать впустую, а также приносят в них микроскопические частицы пыли.

Для защиты применяется:

-  внешний экран, с металлическим напылением, заземленный на общую шину;

-  экран монитора, имеющий антистатическую поверхность, что исключает притягивание пыли;

-  частое проветривание помещения.

Покрытие пола следует выполнять из гладких, прочных, обладающих антистатическими свойствами материалов, что обеспечивает сток и отвод статического электричества.

6.3 Условия труда в лаборатории

6.3.1 Микроклимат помещения

Общее состояние и производительность труда в значительной степени зависят от микроклимата помещения. Нормы производственного микроклимата устанавливаются в ГОСТ 12.1.005–88 [10].на основании гигиенических и технико–экономических принципов.

Средняя температура воздуха в кабинете составляет +20 оС; колебания температуры воздуха ±3 оС; относительная влажность - 45 %; атмосферное давление - 745 мм. pт. ст.; содержание пыли - не более 10 мг/м3воздуха рабочего места; максимальные размеры частиц - 3 мкм.

Метрологические условия – оптимальные и допустимые температуры, относительная влажность и скорость движения воздуха – устанавливаются для рабочей зоны помещений в соответствии с требованиями ГОСТ [24]. Сравнение требуемых параметров и полученных значений приведено в таблице 4.

Таблица 4. Микроклимат кабинета.

Микроклимат соответствует оптимальным условиям для рабочего помещения ГОСТ 12.1.005-88 [18]. Установлена местная вытяжная вентиляция с 21,5-кратным обменом в час, а также центральная (факультетская) приточная вентиляция с 2,1-кратным обменом в час.

Для поддержания микроклимата в кабинете предусмотрены вентиляция и отопление кабинета в теплое и холодное время года.

6.3.2 Освещенность рабочего места

Одним из важных элементов, влияющих на условия труда работающих, является производственное освещение. Освещение необходимо не только для выполнения производственного задания, оно также влияет на психическое и физическое состояние человека.

Освещенность характеризуется количественными и качественными показателями.

Количественные показатели: освещенность. яркость. световой поток, сила света.

Качественные показатели: фон, контраст объекта с фоном, видимость, показатель ослепленности, коэффициент пульсации освещённости.

Освещение может быть искусственным, естественным и совмещенным. В помещении, где находится рабочее место оператора, используется смешанное освещение, т.е. сочетание естественного и искусственного освещения. В качестве естественного – боковое освещение через окна.

Для расчета естественной и искусственной освещенности в лаборатории в светлое время суток имеются следующие данные:

Расчет необходимой площади окон производим по формуле:

где Sп - площадь пола в кабинете, Sп=24,6 м2;

Кз - коэффициент запаса. Его принимаем равным 1,2;

Кзд - коэффициент затенения помещения, Кзд=1,2;

No - световая характеристика окон. Здесь понимается коэффициент световой активности проема, No=0,57;

To - коэффициент светопpопускания, To=0,29;

R1 - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря отражению света от стен и потолка, R1=0,15.

Подставив данные в формулу (1) получим, что необходима площадь окон 18,75 м2, а имеется всего 3,6 м2. Возникает необходимость в искусственном освещении.

Для искусственного освещения используются люминесцентные лампы ЛБ-80, мощностью 80 Вт.

Рассчитаем требуемое количество ламп по формуле (2).

где En - нормированная освещенность, En=500 лк;

Sп - площадь пола помещения, Sп=24,6 м2;

Z - коэффициент, учитывающий освещение помещения люминесцентными лампами, Z=1,15;

Кз - коэффициент запаса, Кз=1,2;

КПД - коэффициент полезного действия люминесцентной лампы, КПД=35%;

Фсв - световой поток одного светильника. В светильнике находятся 2 лампы ЛБ - 80. Световой поток лампы ЛБ - 80 Фл=12480 лм, поэтому Фсв=2*Фл и получается Фсв=24960 лм;

Кт - коэффициент затенения, Кт=0,9.

Подставив данные в формулу (2) получим, что для освещения помещения достаточно 2 светильника, а в кабинете установлено 4 светильника. Значит, требуемая освещенность достигается и соответствует нормам СНиП [18]. Для проверки правильности расчета используем неравенство (3):

где N - число светильников, N=4;

Lсв - длина светильника, Lсв=1,2 м;

A - длина помещения, A=6 м.

Подставив значения в формулу (3) убеждаемся, что неравенство истинно.

6.3.3 Эргономика рабочего места

Эргономика изучает функциональные возможности человека в процессе деятельности с целью создания таких условий, которые делают деятельность эффективной и обеспечивают комфорт для человека. Т.е. речь идет о совместимостях характеристик человека и характеристик среды.

Под рабочим местом условно понимают зону, оснащенную необходимыми техническими средствами, где работник или группа работников постоянно или временно выполняют одну работу или операцию.

Производительность труда оператора ПК главным образом зависит от правильной организации рабочего места.

Организация рабочего места на каждой машине имеет свои специфические особенности, зависящие от модели машины, метода работы на ней, характера выполняемой работы, квалификации оператора.

Специфика труда оператора ПЭВМ заключается в больших зрительных нагрузках в сочетании с малой двигательной нагрузкой, монотонностью выполняемых операций, вынужденной рабочей позой.

Информационная совместимость обеспечивается интерактивным видом диалога оператора с ЭВМ, так как ЭВМ выполняет действия только после инициирования его оператором, а также требует подтверждения решения оператора в особо ответственных случаях. На рабочем месте оператора имеется специальный стул, позволяющий оператору выбрать наиболее удобное для него положение, а также конструкция стола обеспечивает необходимое расстояние между экраном дисплея и глазами оператора [20]. Для защиты глаз оператора применяются поляризационные экраны. ЭВМ выполнена в строгих формах обеспечивающих техническую эстетику [20].

Оценка эргономики рабочего места по размерам рабочего места включена в таблице 5.

Таблица 5. Размеры рабочего места

На рабочем месте оператора достигается выполнение всех эргономических требований которые к нему предъявляет ГОСТ и СНиП [20].

Эргономические характеристики персональных компьютеров основаны на создании максимальных удобств оператору. Монитор лабораторного компьютера имеет размер диагонали видимой части экрана – 15 дюймов, что достаточно для комфортной работы. Подставка монитора позволяет менять угол ориентации экрана на необходимую величину. Клавиатура ПК имеет стандартную раскладку из 104 клавиш. Также имеется манипулятор типа «мышь», с его помощью можно эффективно работать в системах с графическим интерфейсом. Расположение системного блока на столе позволяет беспрепятственно производить смену дискет и компакт-дисков в дисководах.

Таким образом, рабочее место можно охарактеризовать, как удовлетворяющее всем эргономическим требованиям.

6.4 Экологичность рабочего места

Рабочее место находилось в лаборатории “Мессбауэровской спектрометрии”, которая находится в здании Физико-технического факультета УГТУ-УПИ, расположенного в восточной части г. Екатеринбурга. Город лежит на восточных склонах Уральского горного хребта, в верховьях реки Исети.

6.4.1 Состояние воздушного бассейна

Состояние атмосферного воздуха в г.Екатеринбурге имеет большое значение в формировании комплекса факторов , оказывающих влияние на здоровье населения. В настоящее время ситуация с загрязнением атмосферного воздуха складывается следующим образом. Всего в атмосферу поступает более 80% тыс.тонн/год вредных веществ. На долю автотранспорта приходится - 65% , промпредприятий - 35%. Наблюдение за состоянием атмосферного воздуха осуществляется на 8 стационарных постах Уральского территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС), 1 ведомственном (РТИ).

По данным УГМС общий уровень загрязнения атмосферного воздуха за последние годы по ряду вредных веществ стабилизировался, оставаясь при этом повышенным. Однако отмечается рост загрязнения атмосферного воздуха по веществам , содержащимся в выбросах автотранспорта - диоксиду азота, аммиаку, акролеину, что связано с ростом автомобильного парка.

С учетом токсичности выбрасываемых веществ от стационарных источников наибольшую экологическую опасность представляют процессы сжигания топлива для производственных целей и , особенно, для отопления и горячего водоснабжения на крупнейших теплоэлектростанциях города: Свердловская ТЭЦ, Ново-Свердловская ТЭЦ, АО «Уралмаш», АО «ВИЗ», АО «Турбомоторный завод», АО «Уралэлектротяжмаш», «Шинный завод», АООТ «Резино-технических изделий», «Шабровский тальковый комбинат», «Шарташский каменно-щебеночный карьер».

6.4.2 Радиационная обстановка

Основными факторами, определяющими радиационную обстановку на территории г. Екатеринбурга являются:

Наличие радиационно-опасных объектов (РОО): Белоярская АЭС и Свердловское ПЗРО «Радон».

Вторичная ветровая миграция радиоактивной пыли, образующейся на территориях, загрязненных в результате аварий на ПО «Маяк» в 1957 и 1967 гг.

Глобальные выпадения искусственных радионуклидов - результат медленного процесса выведения из стратосферы продуктов испытания ядерного оружия, проводившихся ранее в атмосфере на полигонах планеты.

Природный (естественный) радиационный фон, обусловленный естественными радионуклидами (U, Th, и продукты их распада; 40К, 14С, 3Н и другие радионуклиды; космическое излучение, γ-излучение почвы.)

Радиационная обстановка в городе в последние годы остается стабильной. Среднее значение радиационного фона местности составляет 10 мкР/час с колебанием в отдельные дни от 8 до 13 мкР/ч, что не превышает норм радиационной безопасности. Исследование содержания естественных радионуклидов (ЕРН) в строительных материалах и продукции, выпускаемой предприятиями стройиндустрии города, не выявили содержания ЕРН выше установленных норм.

Основными источниками шума на территории жилой застройки города являются автомобильный, железнодорожный и авиационный транспорт. Вклад промышленных предприятий в суммарную шумовую нагрузку на население незначителен.

6.4.3 Поверхностные воды

Поверхностные воды на территории г. Екатеринбурга представлены стоком реки Исеть и озерами Шарташ, Шувакиш, Чусовское и др.

Река Исеть на протяжении ряда лет является одной из наиболее загрязненных рек на территории России. Качество воды в р.Исети остается крайне неудовлетворительным и принимает хронически опасный характер. Отмечается систематическое загрязнение соединениями азота, органическими веществами, нефтепродуктами, тяжелыми металлами. Характерным является последовательное увеличение содержания этих ингредиентов от фонового створа, расположенного выше города, к замыкающему, ниже города. Среднегодовые концентрации тяжелых металлов (меди, цинка, железа), нефтепродуктов превышают допустимую норму в десятки раз.

Качество воды ниже города ухудшается в результате поступления сточных вод предприятий, в том числе с загрязненными водами р.Патрушиха и стока с загрязненных почв поймы. В р.Патрушиха среднегодовое содержание меди превышает норму в 18 раз, цинка , железа, нефтепродуктов от 3 до 6 раз.

Общий сброс сточных вод в водные объекты города в 1999 г составил 257,3 млн.м3, в т.ч. недостаточно очищенных 239,4 млн.м3.

На формирование химического состава значительное влияние оказывает зарегулированность реки прудами и водохранилищами. Очевидно, что находящиеся на р. Исеть водоемы выполняют роль отстойников.

6.4.4 Промышленные и бытовые отходы

В городе отмечаются значительные объемы накопления (более 6 млн.т) отходов 4 класса опасности и нетоксичных промышленных отходов. Наибольшую опасность представляют из себя отходы 1, 2 классов опасности, которых ежегодно образуется более десяти тонн, а также отработанные ртутьсодержащие лампы (около 600 тыс.штук в год).

Отходы гальванических производств в течение многих десятков лет загрязняют тяжелыми металлами территорию города. В настоящее время ртутьсодержащие отходы обезвреживаются в муниципальном центре демеркуризации. Для большинства промышленных отходов разрабатываются технологии по утилизации их в цементном производстве (до 95%).

Согласно прогнозам к 2015 г ожидается увеличение количества образованных отходов на 10%.

Около 90% ТБО поступает на 2 полигона города; остальные, в основном, попадают на несанкционированные свалки.

К особому виду отходов относятся медицинские отходы. По предварительным данным, в лечебно-профилактических учреждениях г.Екатеринбурга образуется 7750 тонн отходов в год, в т.ч. :

-  неопасные отходы - 76,69%;

-  опасные и чрезвычайно опасные отходы - 13,1%;

-  отходы, по своему составу близкие к промышленным - 10%;

-  радиоактивные отходы - 0,01%.

На сегодняшний день в Екатеринбурге отсутствует план долгосрочной стратегии дальнейшего развития обращения с бытовыми отходами города, который может дать четкое представление на будущее: цели, задачи по улучшению услуг, согласованные меры по их достижению и выполнению, а также определение источников финансирования.

6.4.5 Анализ возможных чрезвычайных ситуаций

Выброс радиоактивных веществ может произойти из-за аварии на Белоярской АЭС, вследствие чего произойдет радиационное загрязнение окружающей среды. В этом случае необходимо оповещение и эвакуация населения. Руководит ликвидацией последствий комиссия ЧС.

Опасность выброса отравляющих веществобусловлена наличием в районе УГТУ опасных в химическом отношении предприятий. При возникновении ЧС необходимо оповестить население. Способ защиты: эвакуация. Руководит ликвидацией последствий комиссия по ЧС.

Территория Среднего Урала является сейсмоопасной. Вследствие землятресения может произойти полное или частичное разрушение здания. При толчках и других признаках деформаций и разрушений необходимо немедленно покинуть здание, а при полной невозможности выхода - укрыться в дверных проемах или встать к капитальной стене.

На территории Свердловской области могут возникнуть ураганы, смерчи и наводнения. При приближении смерчей и ураганов люди могут укрыться в любых заглубленных помещениях (подполах, погребах, овощехранилищах и т.п.). При угрозе наводнения и затопления население эвакуируют в безопасные районы, а при непосредственной угрозе необходимо укрыться на верхних этажах зданий, крышах, деревьях и др. возвышениях.

6.5 Пожарная безопасность

Пожар – это неконтролируемое горение вне специального очага, которое наносит материальный ущерб и создает угрозу жизни, здоровью людей.

Горение – быстропротекающая химическая реакция соединения горючего вещества с окислителем.

Опасными факторами пожара являются:

-  открытый огонь и искры;

-  повышенная температура воздуха и окружающих предметов;

-  токсичные продукты горения;

-  пониженная концентрация кислорода в воздухе;

-  обрушение и повреждение зданий, сооружений, установок.

Для тушения пожаров на ранней стадии необходимо использовать огнетушители.

В современной экспериментальной технике и в ПК очень высока плотность размещения элементов электронных схем. В непосредственной близости друг от друга располагаются соединительные провода, коммуникационные соединения. При протекании по ним электрического тока, выделяется значительное количество теплоты, что может привести к повышению температуры отдельных узлов до 80-100°С. При этом возможно оглавление изоляции соединительных проводов, их оголение, и, как следствие, короткое замыкание, сопровождающееся искрением, которое ведет к недопустимым перегрузкам элементов электронных схем. Они, перегреваясь, сгорают, разбрызгивая искры, которые, в свою очередь, могут привести к возгоранию горючих материалов.

Помещение, в котором находится лаборатория мессбауэровской спектрометрии, по категории взрывопожарной опасности к категории Д и характеризуется наличием в помещении только несгораемых веществ и материалов в холодном состоянии [11]. Стены и перекрытия помещения выполнены из бетона и относятся к несгораемым. Противопожарная защита помещения обеспечивается применением автоматической установки пожарной сигнализации, наличием средств первичного пожаротушения (два порошковых огнетушителя ОП-2 модели 01).

При возникновении пожарной ситуации все сотрудники, находящиеся в лаборатории организованно согласно имеющемуся плану эвакуации должны покинуть помещение.

Организационно-технические мероприятия включают организацию обучения сотрудников лаборатории правилам пожарной безопасности.

В процессе выполнения данного дипломного проекта проведён анализ основных требований предъявляемых к системам накопления с позиции многомерной параметрической мессбауэровской спектрометрии, в результате чего была предложена функциональная и принципиальная схема модуля накопления.

Разработанный модуль позволяет накапливать и хранить мессбауэровские спектры от двух синхронизованных трактов регистрации. Данные накапливаются в виде 24-разрядных массивов, при этом может быть задано необходимое число каналов накопления.

Использование ПЛИС даёт возможность минимизировать количество корпусов микросхем необходимых для реализации готового устройства. Разработка дизайн-проекта ПЛИС осуществлена с помощью специализированной САПР. Проведено тестирование проекта.

Интерфейс модуля выполнен в стандарте ISA, что при соответствующем конструктивном исполнении позволит встраивать его в электронно-модульные системы с магистралью ISA.

Применение модуля накопления позволит значительно расширить экспериментальные возможности.

Приложение 1

Назначение контактов разъема 8-разрядной шины ISA

Приложение 2

БЛОК-СХЕМА ПРОГРАММНОГО АЛГОРИТМА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5