基于FPGA的双模式辐射剂量仪设计
发布时间：2023-04-04 04:00
GM计数器在核辐射测量领域应用十分广泛,但其死时间长、脉冲堆积以及量程范围窄等问题限制了其在强辐照环境下的推广应用。本文针对GM计数器的固有缺点,基于Time-to-Count测量原理,设计了一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪,有效的拓展了GM计数器的量程范围,延长了探测器的使用寿命,具有较高的实用价值。论文从硬件设计、软件开发以及性能测试几个方面,较详细的论述了双模式辐射剂量仪的结构和工作原理。该仪器采用计数和时间双模式工作,具有量程宽、误差小的优势。其中,计数模式主要用于环境辐射剂量的测量,时间模式主要用于强辐射下的剂量监测,两种模式可自动进行切换。论文的主要工作及成果有:1.设计了基于FPGA的双模式辐射剂量仪的硬件电路。辐射仪探头采用J305型GM计数器,基于FPGA核心定制了Nios II软核处理器,实现了高低压电源快速切换、信号精确记时、工作模式判别、显示报警等功能。2.开发了基于Nios II软核处理器的辐射测量软件,包括模式自动判定子程序、时间模式子程序、计数模式子程序以及OLED驱动程序、定时器内核编程和其他内核的编程,实现了双模式下辐射剂量的测量与控制等功能...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题背景及意义
1.2 国内外研究进展及现状
1.2.1 传统计数方法的研究
1.2.2 Time-to-Count方法的研究
1.3 主要研究内容
第2章 GM计数器核辐射测量的理论基础
2.1 GM计数器简介
2.2 GM计数器的工作原理
2.3 GM计数器辐射测量的基本原理
2.4 GM计数器特性
2.4.1 输出信号
2.4.2 GM计数器死时间
2.4.3 GM计数器坪区
2.5 Time-to-Count方法理论介绍
2.5.1 放射性衰变的统计分布
2.5.2 Time-to-Count方法估计辐射强度
2.5.3 Time-to-Count方法的工作过程
第3章 辐射仪硬件电路设计
3.1 辐射仪总体设计
3.1.1 辐射仪总体架构
3.1.2 FPGA简介及选型
3.1.3 SOPC概述
3.1.4 Nios II概述
3.2 SOPC硬件设计
3.2.1 定制CPU及外设
3.2.2 建立锁相环
3.2.3 分配引脚
3.3 辐射仪各模块电路
3.3.1 FPGA最小系统
3.3.2 电源模块
3.3.3 高压模块
3.3.4 信号采集模块
3.3.5 高低压切换模块
3.3.6 信号预处理模块
3.3.7 OLED显示模块
3.3.8 功能切换模块
3.3.9 超阈值报警模块
3.3.10 通讯模块
3.4 仪器实物图
第4章 辐射仪软件开发
4.1 SOPC软件开发
4.1.1 开发环境及语言的选择
4.1.2 SOPC软件开发流程
4.2 软件主程序
4.3 软件子程序
4.3.1 计数模式子程序
4.3.2 时间模式子程序
4.3.3 外部硬件中断软件编程
4.3.4 定时器内核软件编程
4.3.5 PIO内核软件编程
4.3.6 UART内核软件编程
4.3.7 蓝牙AT命令
4.3.8 I2C总线
4.3.9 OLED驱动程序
第5章 辐射仪相关测试及数据分析
5.1 GM计数器的性能测试
5.1.1 GM计数器坪曲线测量
5.1.2 GM计数器分辨时间测量
5.2 辐射仪硬件测试
5.2.1 光耦测试
5.2.2 SN74HC14N测试
5.2.3 GM计数器输出信号测试
5.3 实验测试及数据分析
5.3.1 环境放射性测量实验
5.3.2 强放射源测量实验
5.3.3 辐射仪角度响应的测试
5.4 辐射仪标准曲线的建立
5.4.1 计数模式标准曲线建立
5.4.2 时间模式标准曲线建立
5.4.3 误差分析
5.5 辐射仪的量程
5.6 技术指标
5.7 辐射仪稳定性能测试
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得学术成果
附录
本文编号：3781741
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题背景及意义
1.2 国内外研究进展及现状
1.2.1 传统计数方法的研究
1.2.2 Time-to-Count方法的研究
1.3 主要研究内容
第2章 GM计数器核辐射测量的理论基础
2.1 GM计数器简介
2.2 GM计数器的工作原理
2.3 GM计数器辐射测量的基本原理
2.4 GM计数器特性
2.4.1 输出信号
2.4.2 GM计数器死时间
2.4.3 GM计数器坪区
2.5 Time-to-Count方法理论介绍
2.5.1 放射性衰变的统计分布
2.5.2 Time-to-Count方法估计辐射强度
2.5.3 Time-to-Count方法的工作过程
第3章 辐射仪硬件电路设计
3.1 辐射仪总体设计
3.1.1 辐射仪总体架构
3.1.2 FPGA简介及选型
3.1.3 SOPC概述
3.1.4 Nios II概述
3.2 SOPC硬件设计
3.2.1 定制CPU及外设
3.2.2 建立锁相环
3.2.3 分配引脚
3.3 辐射仪各模块电路
3.3.1 FPGA最小系统
3.3.2 电源模块
3.3.3 高压模块
3.3.4 信号采集模块
3.3.5 高低压切换模块
3.3.6 信号预处理模块
3.3.7 OLED显示模块
3.3.8 功能切换模块
3.3.9 超阈值报警模块
3.3.10 通讯模块
3.4 仪器实物图
第4章 辐射仪软件开发
4.1 SOPC软件开发
4.1.1 开发环境及语言的选择
4.1.2 SOPC软件开发流程
4.2 软件主程序
4.3 软件子程序
4.3.1 计数模式子程序
4.3.2 时间模式子程序
4.3.3 外部硬件中断软件编程
4.3.4 定时器内核软件编程
4.3.5 PIO内核软件编程
4.3.6 UART内核软件编程
4.3.7 蓝牙AT命令
4.3.8 I2C总线
4.3.9 OLED驱动程序
第5章 辐射仪相关测试及数据分析
5.1 GM计数器的性能测试
5.1.1 GM计数器坪曲线测量
5.1.2 GM计数器分辨时间测量
5.2 辐射仪硬件测试
5.2.1 光耦测试
5.2.2 SN74HC14N测试
5.2.3 GM计数器输出信号测试
5.3 实验测试及数据分析
5.3.1 环境放射性测量实验
5.3.2 强放射源测量实验
5.3.3 辐射仪角度响应的测试
5.4 辐射仪标准曲线的建立
5.4.1 计数模式标准曲线建立
5.4.2 时间模式标准曲线建立
5.4.3 误差分析
5.5 辐射仪的量程
5.6 技术指标
5.7 辐射仪稳定性能测试
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得学术成果
附录
本文编号：3781741
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3781741.html
教材专著
