放射性物质检测中高压电源阵列系统设计

发布时间：2021-06-11 00:16

　　放射性物质检测系统使用多个闪烁探测器去探测核辐射信号。一方面,闪烁探测器对电子进行倍增的能量来源于高压电源,高压电源的不稳定会使其所探测到的能谱数据不准确,所以高压电源的性能特征对闪烁探测器的性能有着很大的影响;另一方面,因为闪烁探测器中闪烁体在参数上有着离散性,所以同时使用多个闪烁探测器时需要对闪烁探测器进行标定。因此高压电源阵列系统对放射性物质检测系统具有很重要的作用,能为闪烁探测器提供稳定的高压电源,能够调节提供给闪烁探测器的高压。目前,国内的放射性物质检测系统中主要通过电阻分压的方式调节闪烁探测器的高压,而且需要工作人员手动去调节。这种调节方式存在高压会随着时间“漂移”、调节不方便的问题。受某公司所托,针对放射性检测系统使用传统的电阻分压的方式调节闪烁探测器所需高压存在的问题,本课题设计了一个基于LabVIEW、STM32微型控制芯片的高压电源阵列系统,高压能够在800V-1200V范围内调节。该系统主要由高压模块和高压模块控制板组成,具有下面几个优点:通过上位机远程控制;最多能给32个闪烁探测器提供高压;在放射性物质检测系统对其内多个闪烁探测器标定时,自动调节高压;系统引入反... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

闪烁探测器结构图

2高压模块设计62高压模块设计本课题是为使用工作电压在800V到1200V之间的闪烁探测器进行核辐射信号探测的放射性物质检测系统设计的。使用Boost电路原理对高压模块进行设计，要求高压模块的输出电压稳定度在0.05%以下，输出电流1mA。下图2.1为所设计的高压模块结构框图。所设计的高压模块主要由DC-DC升压电路、STM32控制系统、辅助电源、采样反馈模块和RS-485收发器组成。因为需要生成小功率的高压，所以考虑使用5V直流电源直接经过两级DC-DC升压电路输出小功率的高压：前级DC-DC升压电路固定输出330V的直流电源，相当于第二级DC-DC升压电路的供电电源；第二级为可调DC-DC升压电路，输出电压调节范围在800V-1200V。使用STM32芯片作为控制器：STM32芯片生成PWM1和PWM2分别控制前级DC-DC升压电路和可调DC-DC升压电路；把通过采样反馈电路和AD转换得到的电压值与设定值进行比较对输出电压进行动态调整维持输出稳定。为了实现操控的可靠性和方便性，使用RS-485收发器与上位机进行通信，实现远程控制。STM32芯片所需要的电源为3.3V，所以需要设计一个辅助电源把5V直流电源转为3.3V电源。2.1DC-DC升压电路下图2.2为一种Boost电路。Boost升压电路是一种常见的开关DC-DC升压图2.1高压模块结构图

2高压模块设计7电路，它通过开关管的导通频率来控制电感储存和释放能量，实现输出电压比输入电压高。在开关管Q1导通的时候为充电过程，等效电路图如下图2.3所示：这个时候，电感L1不断充电储存能量，二极管D1反向偏置使得电容不能够对地放电只能为负载提供能量。在开关管Q1不导通的时候为放电过程，等效电路图如下图2.4所示：这个时候，因为电感有方向电动势的作用，电感L1把之前储存的能量慢慢释放。电感只能够通过二极管D1和电容C2形成的回路进行放电，也就是说给电容C2进行充电。这样相对于Boost电路充电过程电容两端的电压就升高了，达到直流升压的效果。图2.2Boost升压电路图2.3Boost电路充电过程等效电路图


本文编号：3223399