專利名稱：便攜式高速多道能譜儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種元素檢測裝置，具體說涉及一種利用射線檢測元素的裝置。
背景技術：
核檢測技術在工業(yè)、軍事等領域應用越來越廣泛。隨著核檢測技術的發(fā)展， 能譜測量技術已成為核檢測技術的主導方法。每種物質在一定波長的射線照射下 產生的核脈沖是有一定規(guī)律的，多道能譜分析儀是對各種射線的能譜分析，將各 種射線激發(fā)的核脈沖的幅值進行量化，得到核脈沖隨能量分布的數(shù)據。分析能譜 數(shù)據可以得知被測物中含有某種元素(如用于毒品、爆炸物品的檢測)以及各種 元素在被測物中的含量(如工業(yè)礦物質的成分分析、環(huán)保檢測等)。
目前已有的多道分析儀器核心部分——量化電平(模數(shù)轉換)單元采用放電 法進行脈沖幅值量化，轉換時間長，并且要輔以大量的計數(shù)器器件記錄時鐘來標 定放電時間，這些因素導致原有的多道分析譜儀可測脈沖數(shù)率低，要提高可測脈 沖數(shù)率很困難。國內的同類儀器，其技術指標之一 "積分非線性"僅為0.1%， 最高輸入頻率據測試不超過10kHz，而國外的同類儀器其應用軟件非中文界面， 不方便操作。
發(fā)明內容
本實用新型針對現(xiàn)有多道能譜儀的缺陷，提出一種輸入頻率高、積分非線性 小的便攜式高速多道能譜儀。
解決上述技術問題的方案是， 一種便攜式高速多道能譜儀，其特征在于該 裝置是由脈沖信號輸入端連接脈沖整形單元電路，脈沖整形單元電路輸出端并聯(lián) 勻道單元電路和閾值檢測單元電路，勻道單元電路輸出端和閾值檢測單元電路輸 出端分別連接峰值采樣保持單元電路，峰值采樣保持單元電路輸出端連接單片 機，單片機連接存儲器；通訊單元與單片機輸出接口相連接，上位機與通訊單元 相連接構成；在脈沖整形單元電路中采用運算放大器IC01 (ad8011)與IC02(ad8011)構成濾波電路；在勻道單元電路中采用D/A轉換器構成勻道電路；在閾值檢測單元電路中采用D/A轉換器和比較器IC303及跟隨器構成；在峰值 采樣保持單元電路中采用尋峰保持模塊和邏輯模塊構成峰值采樣保持電路；單片機采用C8051f021芯片；存儲器為LS62LV1024，通訊單元采用RS232模塊；上 位機為裝有用VC++編寫的應用程序軟件的工控機。
由脈沖信號接收裝置收到的信號傳到脈沖整形單元，整形后的脈沖信號送入 勻道單元，勻道后的信號送入峰值采樣保持單元的尋峰保持模塊，同時整形后的 脈沖信號經閾值檢測單元進入峰值采樣保持單元的邏輯模塊，峰值采樣保持單元 的輸出信號送入單片機的A/D轉換單元，單片機勻道控制I/0引腳控制勻道單元， 單片機的邏輯控制1/0引腳控制峰值采樣保持單元的邏輯模塊，單片機與通訊單 元互通，通訊單元通過電纜與上位機連接。
本實用新型的有益效果本實用新型由于在電路上采用高速A/D變換技術、 脈沖峰值電壓檢測和保持技術、高速線型門電路及整機邏輯控制系統(tǒng)，使其積分 非線性指標可達到0.025%，最高輸出頻率大于30kHz，縮短了采集時間，并可 擴展應用范圍，應用軟件中文界面更方便操作，數(shù)據輸出更容易同其它應用程序 交互。


圖1是本實用新型電路框圖
圖2是圖1中脈沖整形電路框圖 ,
圖3是圖1中勻道電路框圖
圖4是圖1中闞值檢測電路框圖
圖5是圖1中峰值采樣保持電路框圖具體實施方式
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便攜式快速多道能譜儀電路框圖如圖1所示，下面結合示意圖具體說明其原 理和結構。
探頭脈沖信號輸出端連接脈沖整形單元1電路的輸入端，接收到的脈沖信號 輸入到脈沖整形單元l。
脈沖整形核脈沖的出現(xiàn)時間上是隨機的，甚至兩個脈沖相距很近，幅值有 可能疊加在一起。另一方面，核脈沖自身含有極高的高頻分量，對其進行峰值檢
測和采樣保持是較困難的。因此需要將高頻分量和低頻分量濾除。在脈沖整形單 元l電路中采用ICOl (ad8011)與IC02 ( ad8011)運算放大器構成濾波電路， 如圖2所示。
整峰部分增益Gzf-V。uu/Vj^2.5
Vin——輸入核脈沖幅值
V。utl——整峰部分輸出信號幅值
脈沖整形單元I電路輸出端并聯(lián)勻道單元2電路和閾值檢測單元3電路。
勻道漸次逼近型A/D器件積分線性好，微分線性不能滿足核能譜分析的 要求(如微分線性1%)，體現(xiàn)在道寬不均勻，原應計入某一道的脈沖計入相鄰的 道址造成相鄰兩道計數(shù)不準確。相應的辦法是將每個核脈沖疊加不同的電壓， A/D轉換完成的數(shù)據再減去疊加的電壓，這樣利用積分線性好的特點和統(tǒng)計規(guī)律 使微分線性得到改善，這就是勻道方法。勻道電壓由D/A轉換器提供，通過加 法器(ad845)迭加在整形過的核脈沖上。在勻道單元2電路中采用D/A轉換器構 成勻道電路，如圖3所示。
閾值檢測核脈沖中摻雜一些幅值較低或較高的信號，以及一些幅值較低的 干擾信號。這些對分析無用或不利于分析的虛假信號必須濾除，電路中設置上閾、 下閾檢測，低于規(guī)定信號幅值和高于規(guī)定信號幅值的脈沖不進行分析。閾值檢測 由兩個比較器組成，閾值由D/A器件輸出，幅值可以是固定的也可以根據分析 需要在應用中調整，閾值檢測電路圖如圖4所示，在閾值檢測單元3電路中采用 D/A轉換器和比較器ad790(IC303)及l(fā)fl56跟隨器構成。
勻道單元2電路輸出端和閾值檢測單元3電路輸出端分別連接峰值采樣保持 單元4電路，峰值采樣保持單元4電路輸出端連接單片機5(MCU)，峰值采樣保 持電路采用運算放大器AD783及外圍電路，電路圖如圖5所示。
峰值采樣由二部分組成第一部分為尋峰保持模塊接收勻道輸出信號，在信 號最高點觸發(fā)邏輯單元。第二部分邏輯單元根據閾值信號和MCU輸出信號判定 是否保持該信號，如要保持該信號則向尋峰保持模塊發(fā)出hold信號，并通知MCU 開始A/D轉換。
單片機5采用Cygnal公司C8051fl)21芯片，內部集成了 12bit A/D和 12bitD/A，提供大量數(shù)字外設資源。C8051fl)21采用流水線指令結構，速度可達
25MIPS。片內ADC轉換速率可達lOOksps，能夠大大縮短轉換時間，提高儀器 的最高計數(shù)率。由于漸次逼近型A/D的轉換時間是固定的，因而脈沖幅度分布 的畸變大大減少。該芯片還承擔著邏輯控制、數(shù)據處理、數(shù)據存儲、通訊、勻道 電壓輸出功能。
數(shù)據存儲器連接單片機5，數(shù)據存儲器為靜態(tài)存儲器LS621V1024。脈沖幅 值轉換后的數(shù)據由單片機5存入數(shù)據存儲器，上位機7需要提取數(shù)據時單片機5 從數(shù)據存儲器讀取數(shù)據上傳給上位機軟件。
通訊模塊6將單片機串行通訊轉換為RS232通訊。
上位機7采用市售工控機，工控機內裝有用￥〔++編寫的應用軟件，包括以 下功能模塊通信模塊主要是檢測多道板是否與上位機正確連接，為下一步數(shù)據 采集做好準備。數(shù)據采集模塊用來控制下位機向上位機傳送幅度譜線。由于探頭 精度的不同，應該在采集過程中選擇合適的譜長，本軟件提供四種可供選擇的譜 長范圍分別是"512， 1024， 2048， 4096"。選用采集定時是完成規(guī)定時間內的數(shù) 據采集，對一段時間內的數(shù)據進行分析處理。采集的停止方式分為停止和暫停， 停止操作，下位機停止計數(shù)，上位機緩存區(qū)清零。暫停操作，下位機停止計數(shù)， 上位機緩存區(qū)數(shù)據自動保存。
文件管理部分主要完成對數(shù)據的存儲、打印等工作。數(shù)據采集完成后，點擊 [保存]，用戶就可以隨意調用保存過的數(shù)據，便于比較分析。打印操作可以打印 原始數(shù)據、數(shù)據處理結果、譜線等，可以生成書面報告，便于研究、討論。
譜線處理主要包括自動尋峰、平滑、求全譜總計數(shù)、求峰凈面積、能量標定、 求峰谷比及能量分辨率等。這些功能可以很好地幫助用戶進行多元素分析，確定 元素類別、元素特性等。
自動尋峰尋找到正確的譜峰，并有效地剔除假峰，對于元素成分分析是非 常有意義的。尋峰過程如下
要尋峰時將左右光標移到被尋峰區(qū)域的左、右兩側，然后點擊[尋峰]按鈕即 可。在界面的左側[尋峰結果]中就可看到所需要的各種參數(shù)，包括峰位、半高寬、 分辨率、峰谷比等。"峰位"由向下的箭頭標記，可以看到峰所在的道址和道計 數(shù)。"半高寬"為峰高一半處的寬度；"分辨率"為半高寬與道址的比值；"峰谷 比"為波峰計數(shù)值相鄰的波谷計數(shù)值之比。
重點區(qū)計算重點區(qū)的計算結果對于重點區(qū)域的具體數(shù)據分析是很有幫助 的，計算過程如下
將左右光標移到感興趣區(qū)的左右兩側，然后點擊[重點]，變紅的區(qū)域即為所 選的重點區(qū)。重點區(qū)計算結果顯示在界面右側。結果包括"總和"及"凈面積"。 "總和"為起始道和結束道之間所有數(shù)據點的計數(shù)總和；"凈面積"為總和扣除 本底后的計數(shù)和。
能量標定對能量進行標定后可以很直觀的看出不同峰的能量值，對于多元 素分析是很有意義的，具體標定過程如下-
需要能量標定時應當用兩個源放在一起測量，測量的道計數(shù)應足夠大，最好 峰計數(shù)值大于10000。在標定前應將譜線設置為平滑顯示，通過平滑可以除去虛 假峰，此后可點擊[能量]按鈕，出現(xiàn)[設置能量值]對話框，并自動給出幾個對應 峰道址；可在道址右側窗口內輸入對應能量值，點擊[OK]即可完成能量標定。 能量單位可以是keV也可以是MeV。完成能量標定后峰處理結果中會增加能量 標定值。
移動光標/譜線顯示方式設計光標的移動方式和譜線的顯示方式主要用來 方便用戶操作及更好的觀察譜線的，操作過程如下-
要移動左光標到指定道址，需要在指定道址處單擊鼠標左鍵，若要精確移動 可以點擊工具欄[左標]按鈕，會出現(xiàn)一個對話框，在該對話框的[道址]下面窗口 內輸入指定的道址數(shù)即可。要移動右光標到指定道址，需要在指定道址處單擊鼠 標右鍵，若要精確移動可以點擊工具欄[右標]按鈕，會出現(xiàn)一個對話框，在該對 話框的[道址]下面窗口內輸入指定的道址數(shù)即可。采用這種光標移動方式非常方 便重點區(qū)域的劃分。
譜線有三種顯示方式分段顯示、Y軸放大、Y軸縮小、全譜顯示。:可以在整個窗口中觀測到以512道為單位的各段譜線。便于重 點觀察感興趣譜線段。:每按一次放大20%。:每按一次縮小20%。:顯示整個曲線。
權利要求1一種便攜式高速多道能譜儀，其特征在于該裝置是由脈沖信號輸入端連接脈沖整形單元電路，脈沖整形單元電路輸出端并聯(lián)勻道單元電路和閾值檢測單元電路，勻道單元電路輸出端和閾值檢測單元電路輸出端分別連接峰值采樣保持單元電路，峰值采樣保持單元電路輸出端連接單片機，單片機連接存儲器；通訊單元與單片機輸出接口相連接，上位機與通訊單元相連接構成。
2 根據權利要求1 —種便攜式高速多道能譜儀，其特征在于所說的脈沖 整形單元電路中采用運算放大器IC01與IC02構成濾波電路。
3 根據權利要求1一種便攜式高速多道能譜儀，其特征在于所說的勻道 單元電路中采用D/A轉換器構成勻道電路。
4 根據權利要求1一種便攜式高速多道能譜儀，其特征在于所說的閾值 檢測單元電路中采用D/A轉換器和比較器IC303及跟隨器構成。
5 根據權利要求1 —種便攜式高速多道能譜儀，其特征在于所說的峰值采樣保持單元電路中采用尋峰保持模塊和邏輯模塊構成峰值采樣保持電路。
專利摘要本實用新型提供了一種利用射線檢測元素的裝置，該裝置是由脈沖信號輸入端連接脈沖整形單元電路，脈沖整形單元電路輸出端并聯(lián)勻道單元電路和閾值檢測單元電路，勻道單元電路輸出端和閾值檢測單元電路輸出端分別連接峰值采樣保持單元電路，峰值采樣保持單元電路輸出端連接單片機，單片機連接存儲器；通訊單元與單片機輸出接口相連接構成；本實用新型由于在電路上采用高速A/D變換技術、脈沖峰值電壓檢測和保持技術、高速線型門電路及整機邏輯控制系統(tǒng)，使其積分非線性指標可達到0.025％，最高輸出頻率大于30kHz，縮短了采集時間，并可擴展應用范圍，應用軟件中文界面更方便操作，數(shù)據輸出更容易同其它應用程序交互。
文檔編號G01N23/22GK201181283SQ20072018487
公開日2009年1月14日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權日2007年12月18日
發(fā)明者信美華, 劉士丹, 單淑娟, 呂國峰, 崔祜林, 華 張, 勇 李, 李士偉, 純 白, 蘇映新, 健 趙 申請人:丹東東方測控技術有限公司