低功耗便携式γ能谱仪的设计与实现

发布时间：2017-10-14 03:31

  本文关键词：低功耗便携式γ能谱仪的设计与实现

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【摘要】：随着我国经济和社会的快速发展,能源紧缺和环境恶化的矛盾日益突出,作为清洁能源的核电产业迎来了前所未有的发展机遇。核辐射安全防护问题也越来越引起重视,开发一套便携式Y能谱仪具有非常重要的现实意义,主要用于环境剂量率监测、核事故应急、核素识别、铀矿勘探、建筑材料放射性监测等场合。近年来,Y能谱仪应用范围越来越广,已成为国内外研究的热点问题。基于电子技术的飞速发展,产品所需关键部件ADC的性能大幅度提高,从传统的模拟谱仪发展到更加灵活的数字化谱仪,同时,向着智能化、一体式、高性能、低功耗、体积小、重量轻的方向不断发展,从而能够更好地满足于野外、核应急等现场测量的实际要求。基于γ能谱测量原理,本文选用基于ARM Cortex—M3内核的STM32作为微处理器,利用灵敏的碘化钠(NaI)探测器,设计多道脉冲分析器,并融合GPS (Global Positioning System,全球定位系统)定位、无线数据传输、数据存储、充电管理、温度补偿、结果显示等功能,实现便携式数字化多功能Y谱仪设计。硬件调试和软件编制工作完成后进行软硬件联合调试,保证功能满足要求。整机组装完成后进行放射性刻度与验证试验,从而考验整机性能。最后,对研发过程、调试结果进行总结。作者完成的主要工作及创新点如下：(1)在结构方面,采用NaI探测器,实现探头与主机一体化便携式结构设计。(2)在功能方面,完成γ能谱仪基本功能的基础上,可选GPS定位、无线数据传输功能,使得辐射测量数据与地理位置信息相结合,同时测量数据可通过无线进行实时传输,更具实际应用意义。(3)在性能方面,进行放射性刻度试验,能量分辨率优于12%(Cs-137)；注重低功耗设计,整机功耗小于600mW。(4)在接口方面,与中心计算机之间实现远距离无线数据传输,组网灵活、覆盖范围更广。本文设计并实现了低功耗便携式γ能谱仪,通过采集射线并获取信号幅度信息,从而进行核素识别与进一步剂量定量分析工作。谱仪可广泛应用于核相关领域,可同时满足军用与民用的要求。
【关键词】：便携式 数字化 剂量 能谱仪 核素识别
【学位授予单位】：中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH842
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 本课题的研究进展11-15
• 1.2.1 谱仪发展历史11-13
• 1.2.2 谱仪国外研究现状13-14
• 1.2.3 谱仪国内研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 第二章 系统总体设计16-24
• 2.1 能谱仪测量的基本原理16-17
• 2.2 探测器选型17-18
• 2.3 总体设计方案18-22
• 2.3.1 Nal探头19
• 2.3.2 多道脉冲幅度分析器19-20
• 2.3.3 微控制器系统20-22
• 2.4 低功耗设计22
• 2.5 小结22-24
• 第三章 硬件设计24-38
• 3.1 硬件总体结构24
• 3.2 信号调理电路24-26
• 3.2.1 放大电路25
• 3.2.2 滤波电路25-26
• 3.3 微控制器及外围电路26-28
• 3.4 充电管理28-29
• 3.5 电源管理29-30
• 3.6 实时时钟与温度传感器电路30-31
• 3.7 GPS电路31-33
• 3.8 无线通信电路33-34
• 3.9 TFT液晶显示34-35
• 3.10 USB和CAN接口电路35-36
• 3.11 电路板PCB36-37
• 3.12 小结37-38
• 第四章 软件设计38-52
• 4.1 软件总体结构框架38-39
• 4.2 主函数程序设计39-40
• 4.3 数据采集40-42
• 4.4 谱数据处理42-45
• 4.4.1 谱数据平滑处理42-44
• 4.4.2 寻峰处理44
• 4.4.3 谱定量分析44-45
• 4.5 结果显示45-46
• 4.6 GPS数据通讯46-48
• 4.7 无线通讯48
• 4.8 数据存储48-50
• 4.9 软件低功耗设计50-51
• 4.10 小结51-52
• 第五章 软硬件联合调试及试验验证52-56
• 5.1 软硬件联调52-53
• 5.2 峰位道址和能量关系53-54
• 5.3 能谱图显示54-55
• 5.4 小结55-56
• 第六章 结论与展望56-58
• 参考文献58-60
• 致谢60-62
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果62

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本文编号：1028766