大氣氣溶膠放射性監測質量控制軟件研究

王 尹，鄔家龍，孫 衛，王 赟，白國棟

（甘肅省疾病預防控制中心，甘肅 蘭州 730000）

大氣氣溶膠放射性監測質量控制軟件研究

王 尹，鄔家龍，孫 衛，王 赟，白國棟

（甘肅省疾病預防控制中心，甘肅 蘭州 730000）

大氣氣溶膠；放射性監測；質量控制軟件

在實際工作中，大氣氣溶膠放射性監測過程通常是以人工樣品采集和測量的方式進行。然而，人工方式面臨無法全面系統地獲取采樣與分析過程中的設備狀態、環境溫濕度狀態以及樣品所處位置等相關數據的問題。尤其是進行長時間連續監測時，無法持續監控樣品在監測流程中的狀態，使得采樣、測量工作的質量控制失去了科學性和嚴密性。

我國計量認證以及實驗室認可所使用的《實驗室資質認定評審準則》和《檢測和校準實驗室能力認可準則》都強調對于質量管理工作中各種質量相關活動的記錄，要求做到有據可查。

為了保證檢測工作能依照質量體系的要求開展，我們結合采樣、測量工作的實際與質量控制體系的要求，與軟件公司共同開發了一套質量控制軟件，實現了監測過程的全程自動化數據采集和異常監測狀態的監測，解決了人工樣品采集和測量中無法解決的樣品和設備的環境數據同步收集的問題，極大地提高了采集數據的可靠性以及對監測質量的控制能力。通過一段時間的測試，系統運行穩定、可靠，證明其具有一定的應用價值。

1 控制軟件設計思路與功能

按照質量管理體系的要求，大氣氣溶膠放射性監測過程需要留下詳實的質量監測記錄，使整個監測過程具有可復現性。因此，我們在軟件的設計中對此予以充分的考慮，將大氣氣溶膠放射性監測流程與質量控制有機結合，形成一個環環相扣的時間邏輯鏈條，實現對樣品流程狀態的追蹤、管理，督促操作人員規范的完成監測工作，減少人為因素對監測質量的影響，自動化記錄各種質量控制信息，遠程監控系統運行狀態，使質量控制貫穿于整個監測流程的始終。

進行大氣氣溶膠放射性監測的流程為：將空白采樣濾膜置于大流量采樣器內連續采樣24 h，采樣后的濾膜使用專用模具在一定的壓力下，壓制成待檢測樣品，在進行檢測前，為減小樣品中氡的短壽命子體對結果的影響，要將樣品衰變24 h，然后使用高純鍺γ譜儀對樣品進行24 h測量。由于我們進行的是長期連續監測，因此在樣品進行氡子體衰變的同時，一個新的濾膜樣品同時進行24 h采樣，前一個樣品進行γ譜測量；次日，采集的樣品進入24 h的氡子體衰變過程，第3個新濾膜又進入采樣周期，衰變24 h的樣品進行測量（見圖1）。如此循環進行連續監測，每天同時有3個樣品分別處于采樣、衰變、測量階段。

圖1 監測流程

由于樣品采集與分析不在同一地點，需要對2地的工作情況同時進行控制，為此我們采用一套實時性分布式監控系統作為解決方案采用以太網，整體監控網絡，以各種傳感器（包括掃描裝置，狀態開關，氣壓、氣溫、風速、風向、降雨量感應傳感器等）為工具，通過使用計算機實現對分布于各處的監控點進行實時監控（見圖2）。使用的控制軟件具有實時性強、便于維護和升級的特點，軟件主要功能包括以下幾方面。

圖2 監測網絡

1.1 使用權限管理功能

對關鍵設備的軟件參數配置進行密碼權限控制。經過授權的儀器使用人員才能更改重要設備設置參數，可有效防止在非受控情況下的設備狀態改變。

1.2 監控儀器狀態、質控狀況、操作情況的功能

控制軟件可自動生成使用記錄，將設備操作、使用情況、測量數據、儀器狀態添加到質量記錄中，同時對監測到的會影響監測結果的儀器狀態改變、人員錯誤操作、環境變化進行提示，并保存錯誤信息內容、影響排除情況的記錄。

1.3 樣品流程跟蹤功能

通過控制軟件實現日常樣品、本底樣品、標準源、質控源的惟一性編碼管理與識別。其中，日常樣品的編碼由計算機自動生成，本底樣品、標準源、質控源的惟一性編碼由管理人員根據實驗室制訂的編碼規則事先編制，并和相關信息一起輸入到軟件中，使其受控。通過對系統關鍵設備設置條形碼掃描儀，掃描粘貼在被監控物上的條形碼確認其身份并記錄到質控記錄中，當未受控的樣品進入處理流程或者出現人為失誤放錯樣品位置的情況出現時，軟件可以自動報警提示并拒絕運行；若操作人員強行操作軟件進行工作，軟件會生成錯誤報告，操作人員可以在生成的錯誤報告中添加備注，說明錯誤報告產生的原因，便于管理人員進行質量管理。

1.4 監測結果網絡輸出功能

由于軟件在運行中需要記錄大量的監控數據及樣品分析數據，在軟件設計時就對數據的格式進行了規范，方便后續開發支持性軟件進行數據匯總分析，同時為軟件設計對外輸出接口，通過網絡傳輸軟件生成的各類報告，方便管理人員遠程監控系統工作情況，分析處理測量數據。

2 控制軟件設計構架

系統軟件由主控制程序和若干個相互獨立的子程序組件構成，具體軟件結構見圖3。采用這種架構的優點在于：（1）系統軟件在個別組件運行繁忙時仍然可以響應用戶的操作。（2）通過把整個系統的任務進行分拆，分別由幾個相互間可交換數據卻又獨立維護的組件承擔；通過嚴格定義的通信格式，可以根據系統硬件的變化在配置文件中進行相應的變化或單獨更新某個組件，方便系統設備升級、維護，極大地提高了系統的適應能力。（3）在某些組件運行失敗的情況下仍然保持其他組件的正常運行，并可以通過重新啟動某個組件來分析、判斷和排除故障。（4）便于根據工作需要不斷增加新的組件以擴充軟件功能。

圖3 軟件結構

3 軟件菜單結構

控制軟件有2級菜單，一級菜單包括: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、環境狀態、電源管理、氣象信息。在標識菜單的圖標下方顯示該菜單的主要信息以及該流程的進度。

3.1 采樣器控制

顯示采樣器的工作狀態、實時采樣流量、采樣總體積、采樣進度，為在氣溶膠采樣器中的樣品生成并打印惟一性編號條形碼，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，以固定的時間間隔對條形碼進行掃描，確認樣品在采樣周期中未被移動、更換，保證采樣質量。

3.2 衰變條形碼打印

為結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，增加了樣品采集時間、體積信息。

3.3 衰變控制

監控處于衰變期的樣品狀態及衰變進度。狀態監控通過位于衰變箱內的條形碼掃描儀，以固定的時間間隔對樣品條形碼進行掃描，若樣品在衰變期間被移動就會由軟件自動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、樣品測量進度、控制γ探測器工作、查看正在測量樣品的γ譜圖。γ探測器鉛屏蔽室的門上安裝有狀態傳感器，樣品在放入或取出時會觸發傳感器，啟動軟件提示操作人員對樣品編碼進行掃描確認，對未列入數據庫的編碼、或未經衰變周期而提前進行測量的樣品進行報警提示，若強行操作軟件進行測量，會自動生成告警信息提示質控管理人員。

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數據庫中管理的全部樣品的信息。包括樣品采樣、衰變、測量周期的開始和結束時間，樣品采集過程中采樣器所處室外環境中的氣壓、氣溫、風速、風向、降雨量信息，樣品的采集體積、樣品處于監控下的狀態信息、樣品γ譜數據的完整性等關鍵數據。

3.6 告警信息

顯示系統中出現的是需要操作人員、質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（按照預先設定，分為提示信息、操作錯誤警告、設備故障警告）、事件發生時間、事件具體內容。操作人員、質量控制人員可以對每個告警信息添加備注，便于以后對工作的開展情況進行分析總結。新的事件出現時會以閃爍的黃色驚嘆號提示操作人員及時處理。

3.7 郵件管理

顯示未發出的郵件數量、接收到的郵件數量、最后一次與郵件服務器連接的時間。軟件將各種信息可以以郵件的方式發送到管理人員指定的郵箱，并接收外部發來的郵件。

3.8 環境狀態

顯示γ譜測量實驗室內的環境溫度、濕度。可以查詢到軟件數據庫內以線圖形式顯示的歷史溫度、相對濕度數據，直觀的反映實驗室內的環境變化情況，便于操作人員進行測量環境控制。

3.9 電源管理

顯示當前的電力是由主電源提供還是由UPS電源提供以及UPS電源電池儲量。

3.10 氣象信息

顯示室外大氣氣溶膠采樣設備放置點的大氣壓強、溫度、相對濕度、風速、風向、降雨量。在子菜單中還可以查詢到軟件數據庫內的以線圖形式顯示的歷史氣壓、氣溫、風速、風向、降雨量等數據。

4 討論

（1）本控制軟件在使用中涉及工作人員較少，軟件權限設置分級數也較少。其他用戶在使用時可能會涉及更多操作人員，各操作者對于軟件控制權限的要求不同，因此可以進一步修改軟件權限管理功能，使軟件除最高權限外增加較低的權限，甚至由用戶自己設定不同使用者的權限，提供更為靈活的使用權限管理方式。

（2）現有軟件在自身運行狀態檢測方面還需完善。由于軟件構架的原因，各功能組件是通過主程序相互聯系卻又獨立運行的。這種構架的優點是方便系統設備升級、維護，提高了系統的適應能力，但也存在當某個組件失效時，軟件不能及時報警的缺點，需要進一步完善軟件的運行狀態檢測能力，提高運行可靠性。

（3）筆者認為，盡管現有軟件已能基本滿足大氣氣溶膠放射性監測的質量控制要求，但仍存在很大的功能提升空間。例如，在軟件的后續升級中，可以進一步加強測量質量控制能力（如加入測量系統本底測量、效率刻度控制功能，定期提示操作人員開展相應質控任務；在質量控制標準源測量中加入控制指標偏離度設定及偏離報警功能等）。

這里雖然只是介紹了大氣氣溶膠放射性監測控制軟件的設計開發指導思想、菜單結構和主要流程及模塊圖，但作為一款應用軟件，其設計思路同樣適用于開發設計其他實驗室測量分析系統儀器設備的控制軟件，希望能夠為同類軟件的開發與應用提供一個思路，讓智能軟件在實驗室監測及質量控制工作中發揮更大作用，通過自動化程度的提高，提升監測工作的效率，提高質量控制工作的科技含量。

[1]王履程，孫衛，譚筠梅.實時性分布式監控系統的設計與實現[J].蘭州交通大學學報，2005，24（1）：40～42.

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1671-1246（2011）06-0156-03