Алгоритмы обработки измерительной информации для информационно-измерительных систем обнаружения азотосодержащих веществ на основе гамма-спектрометрии

• Автор: Радченко, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Содержание

Перечень используемых сокращений

Введение (Обнаружение азотосодержащих веществ гамма-спектрометрическим методом)

1. Аналитический обзор современного состояния проблемы контроля состава веществ применительно к задаче обнаружения азотосодержащих веществ | у

1.1 Средства обработки масс-спектров

1.2. Обнаружение взрывчатых веществ

1.2.1. Контактные методы обнаружения ВВ

1.2.2. Бесконтактные методы обнаружения ВВ

1.2.2.1. Методы на основе применения

рентгеновского излучения

1.2.2.2. Электромагнитные методы
1.2.2.3. Методы на основе применения радаров
1.2.2.4. Методы на основе применения
широкополосного терагерцового излучения

1.2.2.5. Методы на основе применения нейтронного излучения
1.2.2.6. Методы на основе применения гамма-излучения
1.3. Выводы '
2. Модели гамма-излучения и формулировка задачи обнаружения азотосодержащих веществ
2.1. Выбор и обоснование модели спектра гамма-излучения

2.2. Представление спектра в ортонормированием полном базисе
2.2.1. Построение ортонормированного базиса
2.2.2. Представление спектра в ортонормированном базисе
2.2.3. Оптимизация параметров аппроксимации
2.2.4. Применение аппроксимации спектра в ортонормированном базисе
2.3. Признаки различия гамма-спектров различных веществ и формулировка задачи обнаружения повышенного содержания
азота в анализируемой пробе
2.4. Выводы
3. Алгоритмы обнаружения азотосодержащих веществ в условиях
априорной неопределенности спектра гамма-излучения
3.1. Алгоритм обнаружения азотосодержащих веществ на основе
сравнения интенсивностей спектральных линий
3.2. Контрастный алгоритм обнаружения азотосодержащих
веществ '*’
3.3. Характеристики эффективности алгоритмов
3.4. Выводы
4. Оценка параметров спектральных линий'

4.1. Оценка интенсивности спектральных линий
4.2. Оценка ширины спектральных линий
4.3. Анализ погрешностей оценок
і і »
4.4. Выводы
5. Оценка практической реализуемости разработанных алгоритмов
5.1. Разработка программной реализации алгоритмов обнаружения повышенного содержания азота в объектах
5.1.1. Обнаружение повышенной концентрации азота по одному спектру
5.1.2. Контрастное обнаружение повышенного содержания азота
5.1.3. Аппроксимация спектра в ортонормированном полном базисе
5.2. Разработка модуля принятия решений о присутствии повышенных концентраций азота
5.2.1. Оценка быстродействия устройства
5.2.2. Выбор и обоснование элементной базы
5.2.2.1. Выбор микроконтроллера
Ъ.2.2.2. Питание устройства
5.2.2.3. Индикация режимов работы
5.2.2.4. Интерфейсы ввода-вывода
5.3. Выводы Заключение Список литературы Приложение

118 118 120

3. Дополнительное сканирование необходимых участков объекта для принятия решения о наличии либо отсутствии ВВ.
К достоинствам предлагаемой методики необходимо отнести высокую чувствительность, а также низкий уровень радиационного облучения окружающей среды и сканируемых объектов: на один порядок ниже облучения, происходящего при использовании рентгеновского излучения, и на два порядка ниже, чем при облучении быстрыми нейтронами.
Потенциально достижимое пространственное разрешение, получаемое при использовании метода, составляет 0.1-1.0 см, что делает его идеальным для обследования грузов.
Нетрудно видеть, что зачастую использование похожих источников сканирующих излучений, работа в одинаковых энергетических участках, а также сходство других параметров эксперимента, могут, несмотря на совпадение множества параметров, сопровождаться существенно различающимися алгоритмами и методиками. К примеру, в работе [3] используется методика, сходная с [1] и [2], в то время как новизна заключается в сравнении резонансной и нерезонансной спектральных линий.
Для генерации гамма-квантов с резонансной энергией используется обратная поглощению ядерная реакция С13(р, у)1М14, когда ускоренным до 1,75 МэВ пучком протонов бомбардируется мишень, обогащенная изотопом С13, при этом образуются возбужденные ядра И14, излучающие в полёте гамма-кванты с энергией 9,17 МэВ. Из-за влияния эффекта Доплера резонансной энергией обладают’ только те гамма-кванты, угол вылета которых составляет 80,7°±0,1 к оси пучка протонов. Исследуемый объект и сцинтилляционный детектор гамма-квантов находятся за коллиматорами, которые задерживают все гамма-кванты, угол вылета которых отличается от резонансного. Схема эксперимента приведена на рис. 1.6. В спектре гамма-квантов, регистрируемых детектором, кроме пика с энергией 9,17 МэВ присутствуют пики с меньшей энергией, так как возбужденное ядро азота