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便携式多道伽马能谱仪的研制

周颖  
【摘要】:便携式多道伽马能谱仪主要用于在野外现场直接测量地表岩石、土壤和矿石中铀(U)、钍(Th)、钾(K)的含量,获得相关核素的信息。它被广泛应用于地质填图、放射性矿产和非放射性矿产勘查、水文地质和工程地质调查、建筑材料及环境监测等工作。 由于γ能谱仪需要兼备野外能谱信号的采集与现场数据的处理能力并结合野外使用的特殊性,对仪器的便携性、稳定性和可操作性等要求较高。本课题设计以PDA作为伽马能谱仪的数据采集与处理的主机,融合蓝牙技术和USB技术,在保证仪器性能的同时,提供了多种通讯接口,使仪器的应用范围得到了一定的 扩大。本课题笔者主要研究了硬件电路和嵌入式软件部分,硬件电路包括探测器、模拟电路部分、数字电路部分和电源电路。本设计采用NaI探测器,对探测到的射线经由光电倍增管转换为电信号,送入模拟电路部分进行相关处理。模拟电路包括了自举电路、极零相消电路、运算放大电路、程控放大电路、滤波电路、基线恢复电路、滑尺电路和多道脉冲幅度分析电路,其中多道脉冲幅度分析电路又包括了低阈值检测电路、峰值检测电路、峰值保持电路和AD转换电路。模拟电路主要负责对信号的放大成形并通过多道脉冲幅度分析电路将信号幅值数字化,滑尺电路的采用则提高了多道脉冲幅度分析电路的微分非线性。数字电路部分以C8051F340单片机和CPLD(型号:EPM570)逻辑控制电路为核心控制器件,另外还包括了串口电平转换电路、复位电路和蓝牙模块,数字电路主要负责模拟电路部分的逻辑控制及数据的接收、并道处理和发送。本设计提供了三种数据传输通道,分别是串口、蓝牙和USB接口。电源电路则采用了两种供电方式,分别是电池供电和USB供电,为了使仪器具备低功耗特性,电源部分在单片机的控制下,采用MOS管的通断功能,能根据需要去控制模拟电路和蓝牙模块的供电状态。 嵌入式软件部分,通过外中断0读取CPLD发送的信息量,根据本设计需要,对数字量进行了64道合成一道的处理,同时还建立了与上位机软件进行数据交互的通信协议,并结合不同数据传输通道(串口、蓝牙和USB)的不同传输协议,实现1024个道址信息准确无误的传输过程。


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