γ定向辐射探测仪的软硬件设计

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1、第33卷第10期核电子学与探测技术VoI．33No．102013年10月NuclearElectronics＆DetectionTechnology0ct．2013定向辐射探测仪的软硬件设计窦道威，侯胜利，曾卫华(地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室(中国地质大学)，北京100083)摘要：定向辐射探测仪的主要目的是用来测量一定方向上的^y射线。探测仪利用特别设计的探头及脉冲区分电路对探头接收的射线信号进行区分，分别计数，消除侧向信号对测量结果的影响，保证了测量的准确性。主要介绍了整个系统的工作原理以及硬件电路和软件设计。关键词：定向辐射探测仪；脉冲区分电路；软

2、硬件设计中图分类号：X859文献标志码：A文章编号：0258-0934(2013)10—1248-04铀矿的品位高低与其放出的射线数成探头采用双闪烁体单光电倍增管结构，主正比，故可以采用计数射线来确定铀矿的品要由主闪烁体(NaI晶体)、副闪烁体(塑料闪烁位大小¨J。在铀矿山，定向辐射探测仪是常体)、铅屏和光电倍增管组成，NaI晶体处于轴用的现场^y辐射取样确定铀矿品位的设备。心位置处，铅屏处于主闪烁体和副闪烁体中间，随着单片机与计算机技术的不断发展，铀光电倍增管位于正后方。矿山对于定向辐射探测仪器提出了更高的要求，主要体现在轻便易于携带、功能多样、界面人性化、数据

3、可存储且能与计算机进行通信实现测量数据的传输等方面。本文旨在介绍基于STC12C5A32S2型单片机的定向辐射探测仪的软硬件设计。利用单片机处理数据，提高I2345TN量的效率及其可靠性；通过与计算机的通t锚屏；2+主遒闪烁体；3．光导：4．副邋闪烁体：5．光电倍增管信，实现测量数据的传输，便于对数据进行进一图1定向辐射探测仪探头剖面不意图步的处理和研究。NaI晶体探测到的信号作为主道信号，塑1定向辐射探测的原理料闪烁体探测到的信号作为副道信号。NaI晶体和塑料闪烁体的发光衰减时间不同，NaI晶定向辐射探测的目的是能够记录位于探体发光衰减时间为250ns，而塑料闪

4、烁体为2测器前方对象产生的射线，同时又能消除来～5ns，根据这一性质通过后续硬件电路可以自侧向和后方射线的影响。为此对仪器将两种信号甄别开来J。探头需要在结构上进行特殊设计，本探测仪采设Ⅳ。为主道信号计数率，为副道信号用的探头结构组成如图】所示。计数率，两道信号进人单片机电路进行处理，根据已测得的本底计数率Ⅳ胡，Ⅳ加，补偿系数．，，收稿日期：2013—06—05按照公式：，vc=[(一，vⅡ。)一(一∞)／，作者简介：窦道威(1990～)，男，江苏省徐州市人，硕计算扣除侧向射线影响的前向脉冲计数率，从士研究生，研究方向为信号采集与信启、处理。而保证了测量的准确性。

5、12482．1．1放大电路2系统设计放大电路由两级放大电路构成，放大器采2．1硬件设计用双集成运放AD8066芯片，通过放大电路输仪器硬件电路由放大电路、恒比定时电路、出的信号为正极性信号，便于后续电路的处理。单片机电路和电源管理电路4个部分组成，整2．1．2恒比定时电路个系统构成图如图2所示。恒比定时电路是硬件电路的关键部分。恒比定时的含义就是取输入模拟信号的前沿比例点进行定时触发，形成标准数字信号。恒比定时电路示意图如图3黑色框图内所示。输人信号分为4路，2路衰减，2路延时，分别送到2个比较器的反相输入端和正相输人端，在衰减信号和延时信号的交点处产生脉冲。产生

6、的脉冲再经过整形和逻辑门电路处理分别作为门信号和区分信号，门信号脉冲宽度为1—2s，区分信号脉冲宽度为l0～20ns，调节电路中的滑动变阻器值可以达到分离主道信号和副道信号的图2定向辐射探测仪系统电路构成图目的。H‘。{⋯一商—二三至微分电路厂=一咂门lDM74LS0——一图3恒比定时电路示意图2．1．3单片机电路5．O提供。另外设计了充电电路以便对锂电池单片机电路是硬件电路的核心部分。单片进行充电。机电路以核心芯片STC型单片机作为数据处2．2软件设计理器进行设计，外围电路包括了键盘、LCD显2．2．1单片机程序示屏和实时时钟(RTC)电路。STC12C5A32

7、S2单片机程序实现的主要功能包括：单片机是8位单片机，具有32k字节的程序存(1)识别按键(包含9个按键，分别为上下储空间，28k字节的内部DataFlash，掉电后数左右4个方向键、启动键、确定键、取消键、保存据不会丢失，通过在应用编程(IAP)对数据进键和复位键)；行读和写的操作，数据擦除次数可达10万次以(2)通过操作按键进入不同的菜单，实现上，方便实现对数据的保存和读取。对测量方式的选择和对参数的设置等操作；单片机和计算机之间通过串口进行通信，(3)实现由单片机测量得到的数据在LCD串口通信电路结构简单，易于设计。同时还有屏上的实时更新显示；执行速度快和抗

8、干扰能力强