2πα、2πβ粒子发射率测量系统数字化研制

发布时间：2020-04-22 04:02

【摘要】：随着放射性同位素越来越广泛的应用,对放射性表面污染进行监测的表面污染仪的需求越来越多。2πα、2πβ发射率测量系统是用于对表面污染仪进行标定的基准装置,各国独立地拥有各自的测量系统,以α、p标准平面源作为参考,实现量值传递和溯源。目前,我国由中国科学计量研究院建立的基于模拟器件的2πα、2πβ粒子发射率测量系统经过多年使用已经老化严重,需要对系统进行升级。通过调研国内外其他的2πα、2πβ粒子发射率测量系统发现,目前对粒子发射率测量系统主要集中在探测器的研究上,对其电子学系统进行数字化还没有相关的研究进展,因此本文提供了一种新的思路,对2πα、2πβ粒子发射率测量系统进行了数字化研制,为之后2πα、2πβ发射率测量系统的进行数字化提供理论依据和技术基础。相比于模拟的系统,数字化的系统拥有更高的灵活性和稳定性,通过数字处理算法,可以有效地对信号和噪声进行区分。另外,相比于模拟系统机箱需要占用大量的空间,数字化系统体积小,功耗低,便于操作,大大降低了粒子发射率测量的成本。通过对模拟的2πα、2πβ粒子发射率测量系统调研发现,粒子发射率测量系统需要先对信号进行滤波处理,再对滤波后的信号进行计数。滤波处理要求实时性高,响应快,而计数需要灵活可控,准确度高。针对这样的需求,本文提出了利用ADC和FPGA对信号进行在线的数字滤波处理,利用计算机软件进行计数,两者之间用USB进行通信的架构。在此架构的基础上,我们对集成了ADC、FPGA和USB的采集板进行了设计与制作,针对2πα、2πβ粒子发射率测量系统需求,对ADC、FPGA、USB等相关芯片进行了选型。制作的采集板在能够满足系统性能的要求同时,需要拥有更小的体积和更低的功耗。在采集板制作完成后,我们对数字滤波进行了研究与设计,并在FPGA中进行了实现,包括了极零相消、脉冲成形、基线恢复等算法。在FPGA逻辑中加入了ADC和USB的接口,实现了FPGA与它们之间的通信。此外,为了提高传输的效率以及节省存储空间,我们需要对滤波后的数据进行抽取,抽取算法也在FPGA中进行了设计与实现。同时,我们设计了系统配套的数字处理软件,软件拥有图形化的用户界面,方便用户进行操作。软件采用了C#语言,基于windows平台进行开发,以便于能够在大多数的计算机上运行和使用。软件中包含了对测量过程的控制和获取粒子计数率的算法,测量得到的粒子计数率经过死时间修正、本底修正、零点外推等算法的修正后,得到被测量粒子发射率。整体系统研制完成后,我们对系统的对电子学部分进行了测试并得到了修正系数,通过测试对修正算法进行了验证。最后,我们利用数字化2πα、2πβ粒子发射率测量系统对放射源样本进行了测量,测量结果与模拟的2πα、2πβ粒子发射率测量系统进行了比对。结果显示,数字化的的2πα、2πβ粒子发射率测量系统与模拟系统的发射率测量结果在不确定度范围内保持一致。
【图文】：

图２．１第二代２瓜Ｘ、２邮发射率测量系统逡逑

2πα、2πβ粒子发射率测量系统数字化研制

图２．邋４邋２７１多丝正比计数器的ａ坪特性曲线逡逑整个２７１多丝正比计数器由中国计量院自己研制并通过测试，，投入到第二代逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL81

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