智能仪器课程报告

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1、检测核放射污染程度的智能仪器设计1.方案背景分析1986年4月26日，在进行一项实验时，切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸，造成30人当场死亡，8吨多强辐射物泄漏。此次核泄漏事故使电站周圉6万多平方公里土地受到直接污染，320多万人受到核辐射侵害。2011年3月11日开始，日本福胡核电站发生一连串核泄漏事故。福品第一核电站一、二、三号机组相继发生爆炸，释放出放射性物质，并随污水和降雨流入太平洋，在沿岸一些国家相继被检测出来。面对可能对我们日常生活健康产生的潜在辐射危害，所以选择这一课题：检测核放射污染的智能仪器。对于这一课题，主要是基于单片机和核辐射传感器，通过采集周围环境中的辐射数据

2、，检测空间范围内辐射情况进行实吋信息反馈和报警。2.总体设计思路辐射污染源如卩射线等，具有很高的能量级，在探头电路设计屮可以利用G-M监测辐射源产生的脉冲计数，并在此基础上进行不同的非线性补偿或线性拟合。根据单位时间内产生的脉冲信号作为数据采集信号，经过信号放大电路，模数转换电路，将信号经过单片机控制电路处理，然后再执行监测结果实时显示，报警电路等。工作原理见图2-1。图2-1仪器系统框图1.仪器工作原理3.1信号调理电路rfl于G-M管产生的输出信号幅值较大，所以脉冲信号需经过一个限幅电路转换成幅值较小的脉冲信号，然后经过施密特触发器转换成边沿触发的脉冲信号。如下图3・1RIO丄■图

3、3・1信号调理电路3.2电源变换电路电源变换电路包括高压模块和升压模块。G-M管的工作电压较高，但输入电压只有3.3V,所以要采用集成高压模块来提供工作电源，而系统采用的一般是低电压作为外部电源,为能给系统屮的单片机和其它芯片提供工作电压，必须将输入的外部电源电压升高到芯片工作电压。升压模块电路如下图3・2.图3-2升压模块电路3・3显示报警电路通过读取核辐射探测器的脉冲数，计算为对应的脉冲频率，如果脉冲频率大于设定的的频率上限值，则驱动电路并通过LCD实时显示辐射程度量。同时仪器具有语音报警功能，脉冲频率达到某一值时，发出“进入辐射区域，请注意安全”的语音播报。使检测仪器功能更加完善

4、、科学。系统工作原理图如图3・3单片机图3-3统工作原理图1.系统软件设计系统软件由汇编语言和高级语言混合构成，使软件具有汇编语言的快速性、占用内存空间小的优点。软件应包括：系统功能自检测程序，初始化程序，核辐射剂量检测程序，模数转换驱动程序，显示驱动程序等。系统软件流程图如图4・1训］川a/t>4£血了朋心调川显示报警广程序v_-二羽甘迖创4«纣杯卅I:m图4J系统软件流程图1.测量方法在实际测量位置放射源的强度之前，首先必须对一个已知强度的标准放射源的R（辐射强度）进行测量，推算出所使用的G・M计数器自身的参数其次才能对未知的放射源进行测量。对未知放射源的测量过程如下：首先对系统进

5、行中断以及定时器的初始化；其次经过单片机的扫描判断是否有脉冲（如果没有，单片机继续判断，反之进入外部中断）；然后单片机通过中断控制将高压电路关闭，G-M计数器停止工作2ms；最后，2ms恢复结束，重新接入高压电路重SZ上述的过程,知道完成测量n次为止。对上述多次取得的时间取平均值,这样得到此次测量的时间t,经过式子R=k/t（其中/?表示辐射强度，£表示G-M自身的参数系数，f表示测量吋问）得到该未知放射物的辐射强度。为了获得与实际更为接近的结果，采用多次测量取平均值的方法。上述测量过程可以反复测量N次，然后求出R的平均值，记得到更为准确的辐射强度值。2.对测量数据的数学处理方法6.1

6、传统计数方法往对G-M计数器测量方法，主要侧重于测量G-M计数器单位时间内产生的脉冲信号数，即计数率（〃），并在此基础上进行不同的非线性补偿或线性拟合，从而形成不同的测量方法，但本质还是由斤求辐射强度（/?）,即R=/（7t）o但是这种方法可能会由于G・M计数器的死时间产生漏计数，从而造成测量失真，产生误差。6・2另一种计数方法这种计数方法主要是测量G-M计数器1个脉冲从开始产生到结束这一段计数前吋间（f）,由/求/?,即：R=/（f）,这里是时间/的函数，而不是像前面是计数率（“）的函数了，从而提高了G・M计数器的稳定性。在这种方式中，G・M计数器作为一种数字开关,用1个带微处理器的

7、电路和1个精确的定吋芯片，通过对电压控制来保证G-M计数器的工作与停滞。在G・M计数器产生1个脉冲后，精确定时装置定时2ms,计数器保持在一个计数器工作电压和起始电压之间，此时G-M计数器停止工作，并保证计数器有足够的时间恢复正常工作状态，直到心，即2ms后计数器和阳极电压升高，G-M计数器开始恢复工作。时，单片机系统由晶振控制的时蚀开始定时测量计数前的时间（/）,直到下一个平滑脉冲结束,偏压下降，G-M计数器的一个工作周期内，只有一个工作脉冲