一种核探测器故障监测记录装置的研制

发布时间：2020-04-15 20:09

【摘要】：随着核能的大力发展,环境辐射监测越来越受到重视[1]。核探测器是辐射防护环境监测中相当重要的部件,因此,整个系统或装置的良好运行是依附于核探测器的可靠稳定性。核探测器输出信号不同于普通传感器,信噪比低,背景杂波强;常处在高温高辐照恶劣工作环境,以致仪器故障频繁,出现误判误报,影响正常生产[2];同时核仪器的数字化是一种趋势,存在稳定可靠、自动故障智能诊断及快速定位的要求。为此本人以课题组国家自然科学基金项目为依托,借鉴国内外核探测器故障诊断研究的科研成果,而且目前数字信号处理的有了很多突破发展,结合核探测器的数字化信号(A/D)的发展,分析核探测器输出脉冲信号波形特征的改变与探测器工作状况之间的关系,来达到核探测器故障监测记录的目的。研制出了一种核探测器故障监测记录装置,该装置有两种工作模式:工作模式(1)为核信号波形数字化获取与处理,将核信号波形实时显示在LCD彩屏界面并记录存储数据。工作模式(2)为多道幅度分析器,将原始信号最终处理成为峰值信号传至STM32,为保证程序编写与数据处理便捷,系统装置LCD模块的处理界面是基于STemWin软件而研发的。使用该界面对采集到的峰值信号数据进行分道、平滑、寻峰、稳峰等处理,最终得到γ能谱。该装置由前端模拟电路、高速A/D转换器、高性能微控制器STM32F407与LCD显示模块组成。前端模拟电路主要由探测器(溴化镧LaBr3(Ce)探测器、碲锌镉(CZT)探测器)、信号程控放大整形电路、峰值检测保持电路、高速A/D转换器等组成,将探测器输出核信号最终处理成为数字信号传至微控制器STM32F407。其中LCD显示模块LCD是由FSMC接口来驱动的,其优势是刷屏速率较快,从而达到波形重现的要求。整个系统的软件设计采用了 Kei15开发软件,并且在界面设计平台采用STemWin,其中GUI编程部分只需要调用图形函数库,因此减短了整体的开发时间。同时还添加了 SPI FLASH电路及USB转串口电路,对采集数据文件进行存储及上传到PC机。经过理论计算分析与实验测量,整个装置系统的性能良好,同时基本达到了设计的预期期望。
【图文】：

框图,系统原理,框图

通过ＨＦ半满标志向ＳＴＭ３２发出中断，ＳＴＭ３２根据这个中断信号将ＨＦＯ中的数据逡逑块读走。工作模式（２）是信号先由放大器电路进行放大成形后，然后进入多道脉冲逡逑幅度分析器电路。本文中多道脉冲幅度分析器采用的Ａ／Ｄ转换器为ＡＤＳ７８０５，第３逡逑章会着重介绍两款芯片的参数信息。其中多道脉冲幅度分析电路中的上下阈值甄别电逡逑路对输入信号波形进行筛选，只有满足条件的信号才可通过。峰值检测保持电路对核逡逑信号脉冲波峰进行展宽和保持，来达到峰值保持足够长时间的目的，以保障Ａ／Ｄ转换逡逑过程中的峰值稳定。而触发控制电路是当有脉冲波峰到来时触发ＡＤＣ开始Ａ／Ｄ转换，逡逑Ａ／Ｄ转换结束后ＳＴＭ３２Ｆ４０７进行采集。触摸屏用来实现控制操作系统的目的。逡逑系统硬件核心处理器使用的是ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６，使用其强大、充足的各种配置及逡逑外设配置来实现核脉冲波形和核能谱数据的采样、存储和处理。选用了邋ｕＣＯＳＩＩＩ这款逡逑实时操作系统，系统软件平台设计采用的是美国Ｋｅｉｌ邋Ｓｏｆｔｗａｒｅ公司出品的Ｋｅｉｌ逡逑ＵＶｉＳｉ0ｎ５嵌入式软件开发工具，通过编写核脉冲波形分析处理软件及核能谱分析处理逡逑软件来实现相关功能。逡逑

等效电路图,核辐射探测器,等效电路,回路

输出的信号是一系列随机分布的电荷或者电流脉冲，，输出信号的幅度不同，波形也不逡逑同通过研究与分析大多数常用到的探测器都可以等效成一个电流信号源，其等逡逑效电路如图２．２所示。逡逑Ｋ０逦ｈｒ逡逑0逦＝ｂｃ邋ｖ（0逡逑Ｕ＿＿Ｌ＿逡逑图２．２核辐射探测器输出回路等效电路逡逑Ｉ邋（ｔ）等于流过电阻Ｒ和电容Ｃ的电流之和，公式表示如下：逡逑／（0邋殖逦（２．１）逡逑Ｒ邋ｄｔ逡逑初始条件ｔ＝0，邋／（0）邋＝邋0，（0）邋＝邋0代入公式（２．１）可解得脉冲的一般表达式：逡逑１邋＿Ｉ—逦＿＿１＿逡逑＝邋（２．２）逡逑不同种类的探测器，输出的波形Ｉ（ｔ）不同，式（２．２）为电压输出的波形曲线Ｖ（ｔ）也逡逑会不同［２｜］。根据理论推导及实验测试所得数据可知，任何探测器的输出脉冲波形都如逡逑图２．３（ａ）所示类似，即波形的前沿为阶跃信号，后沿为指数哀减型信号０］。目前常用逡逑的探测器类型有三类：气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器。各个脉冲信号出现逡逑的间隔随机，脉冲幅度也不相，但脉冲底部的宽度基本一致，图２．３（ｂ）为将多个脉冲逡逑信号重叠后所得波形％。逡逑６逡逑
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL81

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