基于arm的timetocount辐射测量仪的研究

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1、成都理工大学硕士学位论文基于ARM的Time-To-Count辐射测量仪的研究姓名：杨永刚申请学位级别：硕士专业：核技术及应用指导教师：侯新生20080401摘要基于ARM的Time—To—Count辐射测量仪的研究作者简介：姓名，杨永刚，性别，男，1980年8月生，师从成都理工大学侯新生教授，2008年6月毕业于成都理工大学核技术及应用专业，获得工学硕士学位。要随着半导体工艺的飞速发展和芯片设计水平的不断进步，ARM微处理器的性能得到大幅度地提高，同时其芯片的价格也在不断下降，嵌入式系统以其独有的

2、优势，己经广泛地渗透到科学研究和日常生活的各个方面。本文以ARM7LPC2132处理器为核心，结合盖革一弥勒计数管对Time—To—Count辐射测量方法进行研究。ARM结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的，其指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多，使用一个小的、廉价的ARM微处理器就可实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。基于ARM7TDMI—S核的LPC2132微处理器，其工作频率可达到60MHz，这对于Time—To—Count技术是非常有利的，而且利用LPC2132

3、芯片的定时／计数器引脚捕获功能，可以直接读取TC中的计数值，也就是说不再需要调用中断函数读取TC值，从而大大降低了计数前杂质时间。本文是在我师兄吕军的《Time—To—Count测量方法初步研究》基础上，使用了高速的ARM芯片，对基于MCS一51的Time—To—Count辐射测量系统进行了改进，进一步论证了采用高速ARM处理器芯片可以极大的提高G—M计数器的测量范围与测量精度。本文首先讨论了传统的盖革一弥勒计数管探测射线强度的方法，并指出传统的脉冲测量方法的不足。然后讨论了什么是Time—To—C

4、ount测量方法，对Time—To—Count测量方法的理论基础进行分析。指出Time—To—Count方法与传统的脉冲计数方法的区别，以及采用Time—To—Count方法进行辐射测量的可行性。接着文章详细讲述基于ARM7LPC2132处理器的Time—To—Count辐射测量仪的原理、功能、特点以及辐射测量仪的各部分接口电路设计及相关程序的编制。最后得出结论，通过高速32位ARM处理器的使用，Time—To—Count辐射测量仪的精度和量程均得到很大的提高，对于Y射线总量测量，使用了ARM处理器

5、的Time—To—Count辐射测量仪的量程约为20uR／h到1R／h，数据线性程度也比以前的Time—To—Count辐射测量仪要好。所以在使用Time—To—Count方法进行的辐射测量时，如何减少杂质时问以及如何提高计数前时间的测量精度，是决定Time—To—Count辐射测量仪性能的关键因素。实验用三只相同型号的J33G—M计数管分别作为探测元件，在100uR／h到lR／h的辐射场中进行试验．每个测量点测量5次取平均，得出随着照射成都理工人学硕十学位论文量率的增大，辐射强度R的测量值偏小且与

6、辐射真实值之间的误差也随之增大。如果将测量误差限定在10％的范围内，则此仪器的量程范围为20uR／h至1R／h，量程跨度近六个数量级。而用J33型G—M计数管作常规的脉冲测量，量程范围约为50uR／h到5000uR／h，充分体现了运用Time—To—Count方法测量辐射强度的优越性，也从另一个角度反应了随着计数前时间的逐渐减小，杂质时间在其中的比重越来越大，对测量结果的影响也就越来越严重，尽可能的减小杂质时间在Time—To—Count方法辐射测量特别是测量高强度辐射中是关键的。笔者用示波器测出此

7、辐射仪器的杂质时间约为6．5uS，所以在计算定时器值的时候减去这个杂质时间，可以增加计数前时间的精确度。通过实验得出，在标定仪器的K值时，应该在照射量率较低的条件下行，而测得的计数前时间是否精确则需要在照射量率较高的条件下通过仪器标定来检验。这是因为在照射量率较低时，计数前时间较大，杂质时间对测量结果的影响不明显，数据线斜率较稳定，适宜于确定标定系数K值，而在照射量率较高时，计数前时间很小，杂质时间对测量结果的影响较大，可以明显的在数据线上反映出来，从而可以很好的反应出仪器的性能与量程。实验证明了T

8、ime—To—Count测量方法中最为关键的环节就是如何对计数前时间进行精确测量。经过对大量实验数据的分析，得到计数前时间中的杂质时间可分为硬件杂质时间和软件杂质时间，并以软件杂质时间为主，通过对程序进行合理优化，软件杂质时问可以通过程序的改进而减少，甚至可以用数学补偿的方法来抵消，从而可以得到比较精确的计数前时间，以此得到较精确的辐射强度值。对于本辐射仪，用户可以选择不同的工作模式来进行测量，当辐射场较弱时，通常采用规定次数测量的方式，在辐射场较强时，应该选用定时测