放射性气体气溶胶监测系统数据采集技术与控制软件设计

发布时间：2020-05-11 12:00

【摘要】：设计和建设钍基熔盐实验堆是中国科学院战略性国家先导科技专项“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统”（TMSR）的任务之一。钍基熔盐实验堆的工作场所要求对放射性气体气溶胶进行实时、连续的监测，以有效地监控工作场所的放射性污染程度，保障工作人员安全。为此，TMSR专项开展了在线、连续放射性气体气溶胶监测样机研制工作。随着在线辐射监测系统研究的深入，对其数据采集系统在系统控制、采集速度、精度、容量存储、传输速率等技术方面要求越来越高。作为TMSR在线、连续放射性气体气溶胶监测样机研制的重要组成部分，本论文从样机需求出发，设计了精度高、速度快、实时性强的数据采集系统及其控制软件。论文首先通过对该样机的数据采集系统技术进行深入研究，在硬件控制方面，选用基于FPGA的逻辑控制技术，充分发挥FPGA灵活的控制特性，克服了传统数据采集系统基于单片机、DSP工作频率低和管脚配置不灵活等缺点；采用基于高速ADC技术，实现多通道同步采集，对气溶胶信号的幅度高精度、高速率转换；采用基于SDRAM存储技术，实现对采集数据的高速大容量存储，克服了传统的先进先出存储器（FIFO）、双端口RAM以及静态RAM等容量小的特点。数据采集系统的硬件电路设计包括ADC转换电路、FPGA外围电路及配置电路、数据存储器SDRAM电路。电路采用Altera公司的Cyclonell系列EP2C8Q208C8FPGA作为主控芯片，ADC芯片选用AD678对信号进行高速转换处理，存储芯片选用现代HY57V系列对采集信号进行大容量存储，采用串口和USB数据接口对采集数据进行传输。其次，，论文详细描述了该数据采集系统的软件设计，包括FPGA控制软件设计和上位机应用程序设计。FPGA控制软件设计采用FPGA内部逻辑采用模块化设计，这些模块包括PLL时钟模块、FIFO缓冲模块、SDRAM控制器模块、PCI接口模块；采用硬件描述语言Verilog HDL实现各模块功能。对于上位机应用程序，采用在PC机上基于VC++6.0开发显示控制界面，使得系统控制更加灵活。在上位机上实现了参数设置、样机信息与采集数据的实时显示、谱数据处理等。结构上采用多线程技术，分为数据读取和数据处理两个线程，提高了软件的执行效率。应用程序中嵌入算法实现对α谱的解谱，对算法的准确性和稳定性进行了分析。最后，对整个数据采集系统的软件和硬件进行调试。在系统联合调试中，采用放射性气体气溶胶监测仪对实验室本底环境和标准源分别进行了测量。分析测量结果。实验结果表明设计的数据采集系统与传统的数据采集系统相比，具有高速、高精度、大容量的特点，满足了数据采集系统设计要求。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL426;TP274.2

【引证文献】