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基于高速采集卡的伽马能谱仪设计

王蓬  
【摘要】:多道伽马能谱仪是测定伽马射线能量分布和照射剂量的辐射仪。能谱仪主要由探测器、脉冲幅度分析器、记录显示电路三部分组成。工作时,探测器将不同能量的射线变成相应幅度的电脉冲,脉冲经过调理和放大后被送至脉冲幅度分析器加以提取,然后记录和显示。它测量的伽马能谱,不仅可以用于环境放射性监测,还能用于分析岩石或地层的铀、镭、钍、钾等含量。 能谱仪的A/D转换方法有三种:专用A/D法,线性放电法和高速A/D法。本系统采用的是高速A/D法。相比于前两种方法,高速A/D法有很大的优势:实现核脉冲信号全数字分析,减少系统中的模拟电路,数据处理灵活性强、抗干扰性好,脉冲通过率高,能大大提高后续处理程序的结果准确性。由于需要对脉冲的整个波形进行采样,因此对A/D转换电路的速率要求较高,本项目中选用了研华PCI-1714U高速A/D采集卡,该采集卡的主要特点是采样速率高,速率高达30M/S。 整个系统由三个部分组成,包括:信号调理电路,高速A/D采集卡和数据处理程序。信号调理电路的主要功能是对探测器脉冲进行放大、成形处理,将核脉冲转换成为适合于处理的高斯型脉冲;同时生成与脉冲信号同步的触发信号,并传递给高速采集卡。信号调理电路包括:信号线性放大电路、极零相消电路、程控放大电路、有源积分滤波器电路、基线恢复电路和脉冲幅度甄别电路。信号调理电路还集成了电源模块、微控制器及其外围电路。微控制器实现了与上位机的通信和信号调理电路的部分数字化功能,包括:接收程控放大指令,接收甄别阈值指令和高压动态显示。高速A/D采集卡完成对脉冲波形的采样,包括:接收触发信号,以指定模式采集数据和将数据上传至数据处理软件。上位机的数据处理软件采用LabVIEW编写,实现数据接收、处理和显示的功能,包括:驱动采集卡高速采样,接收采集卡的数据,进行数字脉冲幅度分析,绘制谱线,通过软、硬件进行稳谱和记录谱线数据。


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