王 尹，邬家龙，孙 卫，王 赟，白国栋

（甘肃省疾病预防控制中心，甘肃 兰州 730000）

大气气溶胶放射性监测质量控制软件研究

王 尹，邬家龙，孙 卫，王 赟，白国栋

（甘肃省疾病预防控制中心，甘肃 兰州 730000）

大气气溶胶；放射性监测；质量控制软件

在实际工作中，大气气溶胶放射性监测过程通常是以人工样品采集和测量的方式进行。然而，人工方式面临无法全面系统地获取采样与分析过程中的设备状态、环境温湿度状态以及样品所处位置等相关数据的问题。尤其是进行长时间连续监测时，无法持续监控样品在监测流程中的状态，使得采样、测量工作的质量控制失去了科学性和严密性。

我国计量认证以及实验室认可所使用的《实验室资质认定评审准则》和《检测和校准实验室能力认可准则》都强调对于质量管理工作中各种质量相关活动的记录，要求做到有据可查。

为了保证检测工作能依照质量体系的要求开展，我们结合采样、测量工作的实际与质量控制体系的要求，与软件公司共同开发了一套质量控制软件，实现了监测过程的全程自动化数据采集和异常监测状态的监测，解决了人工样品采集和测量中无法解决的样品和设备的环境数据同步收集的问题，极大地提高了采集数据的可靠性以及对监测质量的控制能力。通过一段时间的测试，系统运行稳定、可靠，证明其具有一定的应用价值。

1 控制软件设计思路与功能

按照质量管理体系的要求，大气气溶胶放射性监测过程需要留下详实的质量监测记录，使整个监测过程具有可复现性。因此，我们在软件的设计中对此予以充分的考虑，将大气气溶胶放射性监测流程与质量控制有机结合，形成一个环环相扣的时间逻辑链条，实现对样品流程状态的追踪、管理，督促操作人员规范的完成监测工作，减少人为因素对监测质量的影响，自动化记录各种质量控制信息，远程监控系统运行状态，使质量控制贯穿于整个监测流程的始终。

进行大气气溶胶放射性监测的流程为：将空白采样滤膜置于大流量采样器内连续采样24 h，采样后的滤膜使用专用模具在一定的压力下，压制成待检测样品，在进行检测前，为减小样品中氡的短寿命子体对结果的影响，要将样品衰变24 h，然后使用高纯锗γ谱仪对样品进行24 h测量。由于我们进行的是长期连续监测，因此在样品进行氡子体衰变的同时，一个新的滤膜样品同时进行24 h采样，前一个样品进行γ谱测量；次日，采集的样品进入24 h的氡子体衰变过程，第3个新滤膜又进入采样周期，衰变24 h的样品进行测量（见图1）。如此循环进行连续监测，每天同时有3个样品分别处于采样、衰变、测量阶段。

图1 监测流程

由于样品采集与分析不在同一地点，需要对2地的工作情况同时进行控制，为此我们采用一套实时性分布式监控系统作为解决方案采用以太网，整体监控网络，以各种传感器（包括扫描装置，状态开关，气压、气温、风速、风向、降雨量感应传感器等）为工具，通过使用计算机实现对分布于各处的监控点进行实时监控（见图2）。使用的控制软件具有实时性强、便于维护和升级的特点，软件主要功能包括以下几方面。

图2 监测网络

1.1 使用权限管理功能

对关键设备的软件参数配置进行密码权限控制。经过授权的仪器使用人员才能更改重要设备设置参数，可有效防止在非受控情况下的设备状态改变。

1.2 监控仪器状态、质控状况、操作情况的功能

控制软件可自动生成使用记录，将设备操作、使用情况、测量数据、仪器状态添加到质量记录中，同时对监测到的会影响监测结果的仪器状态改变、人员错误操作、环境变化进行提示，并保存错误信息内容、影响排除情况的记录。

1.3 样品流程跟踪功能

通过控制软件实现日常样品、本底样品、标准源、质控源的惟一性编码管理与识别。其中，日常样品的编码由计算机自动生成，本底样品、标准源、质控源的惟一性编码由管理人员根据实验室制订的编码规则事先编制，并和相关信息一起输入到软件中，使其受控。通过对系统关键设备设置条形码扫描仪，扫描粘贴在被监控物上的条形码确认其身份并记录到质控记录中，当未受控的样品进入处理流程或者出现人为失误放错样品位置的情况出现时，软件可以自动报警提示并拒绝运行；若操作人员强行操作软件进行工作，软件会生成错误报告，操作人员可以在生成的错误报告中添加备注，说明错误报告产生的原因，便于管理人员进行质量管理。

1.4 监测结果网络输出功能

由于软件在运行中需要记录大量的监控数据及样品分析数据，在软件设计时就对数据的格式进行了规范，方便后续开发支持性软件进行数据汇总分析，同时为软件设计对外输出接口，通过网络传输软件生成的各类报告，方便管理人员远程监控系统工作情况，分析处理测量数据。

2 控制软件设计构架

系统软件由主控制程序和若干个相互独立的子程序组件构成，具体软件结构见图3。采用这种架构的优点在于：（1）系统软件在个别组件运行繁忙时仍然可以响应用户的操作。（2）通过把整个系统的任务进行分拆，分别由几个相互间可交换数据却又独立维护的组件承担；通过严格定义的通信格式，可以根据系统硬件的变化在配置文件中进行相应的变化或单独更新某个组件，方便系统设备升级、维护，极大地提高了系统的适应能力。（3）在某些组件运行失败的情况下仍然保持其他组件的正常运行，并可以通过重新启动某个组件来分析、判断和排除故障。（4）便于根据工作需要不断增加新的组件以扩充软件功能。

图3 软件结构

3 软件菜单结构

控制软件有2级菜单，一级菜单包括:采样器控制、衰变条形码打印、衰变控制、γ谱仪控制、样品管理、告警信息、邮件管理、环境状态、电源管理、气象信息。在标识菜单的图标下方显示该菜单的主要信息以及该流程的进度。

3.1 采样器控制

显示采样器的工作状态、实时采样流量、采样总体积、采样进度，为在气溶胶采样器中的样品生成并打印惟一性编号条形码，采样滤膜粘贴上条形码后放入采样器，使条形码位于采样器条形码扫描仪下，以固定的时间间隔对条形码进行扫描，确认样品在采样周期中未被移动、更换，保证采样质量。

3.2 衰变条形码打印

为结束采样并压缩成型的样品提供新的条形码，该条形码的样品惟一性编码不变，增加了样品采集时间、体积信息。

3.3 衰变控制

监控处于衰变期的样品状态及衰变进度。状态监控通过位于衰变箱内的条形码扫描仪，以固定的时间间隔对样品条形码进行扫描，若样品在衰变期间被移动就会由软件自动记录并生成告警信息。

3.4 γ 谱仪控制

显示γ谱仪工作状态、样品测量进度、控制γ探测器工作、查看正在测量样品的γ谱图。γ探测器铅屏蔽室的门上安装有状态传感器，样品在放入或取出时会触发传感器，启动软件提示操作人员对样品编码进行扫描确认，对未列入数据库的编码、或未经衰变周期而提前进行测量的样品进行报警提示，若强行操作软件进行测量，会自动生成告警信息提示质控管理人员。

3.5 样品管理

在此菜单中，通过样品的惟一性编码可以查询系统数据库中管理的全部样品的信息。包括样品采样、衰变、测量周期的开始和结束时间，样品采集过程中采样器所处室外环境中的气压、气温、风速、风向、降雨量信息，样品的采集体积、样品处于监控下的状态信息、样品γ谱数据的完整性等关键数据。

3.6 告警信息

显示系统中出现的是需要操作人员、质量控制人员处理和重视的异常情况。告警信息中包含告警信息类别（按照预先设定，分为提示信息、操作错误警告、设备故障警告）、事件发生时间、事件具体内容。操作人员、质量控制人员可以对每个告警信息添加备注，便于以后对工作的开展情况进行分析总结。新的事件出现时会以闪烁的黄色惊叹号提示操作人员及时处理。

3.7 邮件管理

显示未发出的邮件数量、接收到的邮件数量、最后一次与邮件服务器连接的时间。软件将各种信息可以以邮件的方式发送到管理人员指定的邮箱，并接收外部发来的邮件。

3.8 环境状态

显示γ谱测量实验室内的环境温度、湿度。可以查询到软件数据库内以线图形式显示的历史温度、相对湿度数据，直观的反映实验室内的环境变化情况，便于操作人员进行测量环境控制。

3.9 电源管理

显示当前的电力是由主电源提供还是由UPS电源提供以及UPS电源电池储量。

3.10 气象信息

显示室外大气气溶胶采样设备放置点的大气压强、温度、相对湿度、风速、风向、降雨量。在子菜单中还可以查询到软件数据库内的以线图形式显示的历史气压、气温、风速、风向、降雨量等数据。

4 讨论

（1）本控制软件在使用中涉及工作人员较少，软件权限设置分级数也较少。其他用户在使用时可能会涉及更多操作人员，各操作者对于软件控制权限的要求不同，因此可以进一步修改软件权限管理功能，使软件除最高权限外增加较低的权限，甚至由用户自己设定不同使用者的权限，提供更为灵活的使用权限管理方式。

（2）现有软件在自身运行状态检测方面还需完善。由于软件构架的原因，各功能组件是通过主程序相互联系却又独立运行的。这种构架的优点是方便系统设备升级、维护，提高了系统的适应能力，但也存在当某个组件失效时，软件不能及时报警的缺点，需要进一步完善软件的运行状态检测能力，提高运行可靠性。

（3）笔者认为，尽管现有软件已能基本满足大气气溶胶放射性监测的质量控制要求，但仍存在很大的功能提升空间。例如，在软件的后续升级中，可以进一步加强测量质量控制能力（如加入测量系统本底测量、效率刻度控制功能，定期提示操作人员开展相应质控任务；在质量控制标准源测量中加入控制指标偏离度设定及偏离报警功能等）。

这里虽然只是介绍了大气气溶胶放射性监测控制软件的设计开发指导思想、菜单结构和主要流程及模块图，但作为一款应用软件，其设计思路同样适用于开发设计其他实验室测量分析系统仪器设备的控制软件，希望能够为同类软件的开发与应用提供一个思路，让智能软件在实验室监测及质量控制工作中发挥更大作用，通过自动化程度的提高，提升监测工作的效率，提高质量控制工作的科技含量。

[1]王履程，孙卫，谭筠梅.实时性分布式监控系统的设计与实现[J].兰州交通大学学报，2005，24（1）：40～42.

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1671-1246（2011）06-0156-03