基于PLC技术的多功能核辐射监测仪研制

利用西门子S7-200系列可编程控制器(PLC)内置高速计数器及丰富的指令系统,对核辐射探测器输出的脉冲信号进行记录和处理,研制8通道多功能核辐射监测仪.该仪器可连接多种类型的脉冲探测器,具备模拟/数字双重显示、数字存储、脉冲发生器和网络通讯等功能;从计数率到剂量率既可按"刻度表"转换,又可按公式转换;剂量报警系统中的各种逻辑关系在仪器内部处理,输出信号直接驱动现场报警灯、铃.重点介绍监测仪的硬件组成、程序设计和性能特点.     

一种基于FPGA的网络型定标系统

在粒子物理、核物理实验中,探测器一定时间内输出的脉冲数量直接反映辐射的强度,从而表征待测粒子或辐射源的特性.设计了一种基于FPGA的网络型定标系统,对核辐射探测器输出的脉冲信号进行计数,该系统可实现对8路信号同时进行计数,最大计数率为2 MHz,阈值甄别精度5 mV,并采用FPGA和网络芯片将采集到的各通道数据传送至以...     

新型α、β放射性活度测量装置设计

为满足便携式核辐射污染监测系统研制需求,设计了一种基于Si PM的小体积α、β放射性活度测量装置。该装置的探测器部分以塑料闪烁体和Si PM为核心,使用该新型探测器能够保证高灵敏度的同时缩小系统体积;计数器部分以FPGA为核心,包含了去抖动、边沿检测、脉冲计数、数码管显示等单元;探测器输出的微弱电流脉冲信号依次经后级电荷灵敏放大、整形滤波、电平转换电路的处理,最终以标准TTL电平信号的形式输出给脉冲计数器,实现对放射性粒子的实时监测。测试结果表明:装置对α源的探测效率约为43.3%,对β源的探测效率约为11.5%,能够有效完成α、β放射性活度测量。     

基于数值微分核脉冲信号数字处理方法

核反应堆核测量系统测量探测器输出的核脉冲信号，该信号后沿拖尾很长，在计数率较高时容易产生信号堆积和基线漂移等问题，导致源区计数率测量上限仅能达到105 Hz左右。文中基于数值微分方法，采用数字处理技术，在时域上分析了核脉冲信号经过前置放大、信号成形、低通滤波和脉冲甄别后的输出，并利用探测器实测信号进行了仿真。仿真结果表明，基于数值微分的数字处理方法可以实现相邻0.4 μs脉冲信号的识别和测量，将源区测量计数率上限提升到2×106 Hz以上。      

用于核反应测量的脉冲波形数字甄别系统设计方案

针对核物理实验对核反应测量脉冲波形甄别系统的性能要求,提出了基于多片高速A/D和高端FPGA的数字化脉冲波形甄别系统设计方案。高速A/D完成对探测器输出波形信号的数字化,而后通过可编程的方式在FPGA内部采用先进的数字信号处理算法完成对信号的甄别,可以解决模拟电子线路对超大信号难以处理的问题,进而对探测器输出不同粒子特征进行准确提取,实现准确实时地触发高速数据采集主板系统。     

基于碳化硅探测器的前端信号调理电路设计

碳化硅探测器能够在高温、高辐射强度下稳定工作,适用于核辐射探测。碳化硅探测器输出端连接前端信号调理电路,能够放大碳化硅探测器输出的微弱信号,从而使后端设备采集到准确的数据。设计了前端信号调理电路,包括电荷灵敏前置放大电路和脉冲成形主放大电路,重点分析了影响电荷灵敏前置放大电路变换增益、上升时间、噪声等性能指标的影响因素,采用阻容反馈、极零相消、有源滤波成形等设计提升电路的整体性能。实验室仿核脉冲测试及²⁴¹ Am中子源辐照测试表明,该电路可用于碳化硅探测器的核辐射测量。     

实时核信号数字化脉冲成形关键技术研究

本文对理想核脉冲信号和实际探测器输出信号分别进行了计算机模拟仿真与分析,总结了不同成形时间的核脉冲信号的数字梯形成形参数的确定方法。在高计数率场合时提高了有效测量计数率,消除了部分脉冲的堆积并减少了系统死时间。同时,采用256点和512点数字三角成形方法测试了Si-PIN半导体探测器的性能,并与模拟电路成形方法进行了对比测试。测试结果表明,脉冲数字成形处理方法提高了探测器计数率和分辨率。     

基于PLC的放射源扫描仪研制

68Ge线形放射源的径向均匀度是关键质量参数.本研究利用西门子S7-200系列可编程逻辑控制器（PLC）的高速脉冲计数器、高速脉冲输出端口及丰富的指令系统,研制了具有线性扫描功能的放射源扫描仪.介绍了该仪器的测控系统实现方案及性能特点.该仪器利用计算机作为上位机,编制的上位机程序以点对点通讯（PPI）协议与PLC通讯,实现了数据的采集、传输、显示、保存、运动控制及仪器参数设置,可进行线形放射源均匀度及总活度的测量.使用PLC开发核仪器仪表具有开发速度快,抗干扰能力强,成本低廉的优势.     

基于Si-PIN探测器的电流型计数式α粒子测量

为解决基于Si-PIN探测器的传统计数型粒子测量系统在测量低强度脉冲辐射场时存在的计数率低和不能直接测量粒子时间信息的问题,提出了电流型计数测量方法。其原理是对电流型Si-PIN探测器在粒子入射时输出的脉冲信号进行线性放大和高速数字化,并使用数字信号处理算法进行数据分析以获得粒子测量信息。利用电流型Si-PIN探测器、电流型前置放大器和高带宽数字示波器组建了电流型计数测量系统,并在241 Am-244 Cm和239 Pu源上开展了α粒子测量实验。实现了脉冲幅度谱和粒子入射时间的联合测量,同时利用FIR及IIR型数字滤波器改善了能谱测量的能量分辨率。系统的最大计数率达2×106 s-1,适用于低强度脉冲辐射场测量。     

基于数字化测量的频域n-γ甄别算法研究

针对基于核辐射数字化测量n-γ甄别中的对抗干扰能力弱、甄别稳定性差的问题,研究了次声信号、机械故障检测信号、雷达信号等领域的频域特征提取算法,考察了以上算法在核脉冲信号中n-γ甄别的适用性,并根据核脉冲信号频域特性,提出了0频率幅值算法。为比较各算法在频域甄别的优劣,对利用BC501A液体闪烁体探测器测量的Am-Li源、252Cf源以及239Pu源脉冲数据开展实验分析,结果表明提出的0频率幅值算法在频域n-γ甄别方面能够取得较好的甄别性能。     

钍矿石选矿在线测量系统构建

介绍了一种由阵列式数字化γ辐射探头组成的钍矿石选矿在线测量系统。探测器采用NaI(Tl)晶体,通过脉冲放大、滤波成形和单道脉冲幅度甄别等电路输出数字矩形脉冲,构成单路数字化γ辐射探头。钍矿石依次经过十路探头,探头产生的脉冲计数和作为矿石筛选依据,由FPGA实现十路计数器、求取计数和以及与上位机串行通信,上位机软件采用Python语言编写,具有实时显示钍矿石含量、异常报警、参数调整和输出保存等功能。经测试,系统运行稳定可靠,可满足实际工作需要。     

一种高计数率单道脉冲幅度分析器

介绍了一种高计数率单道脉冲幅度分析器。在逻辑电路设计中,信号的传递方式采用边缘触发方式,并且在逻辑器件选择中选用高速逻辑器件,有效降低系统的死时间。同时仅仅通过逻辑电路改进实现下甄别电路信号控制上甄别电路输出信号,消除了上甄别器输出信号拉宽的需求,在保证造价和性能的前提下进一步降低了系统的死时间,提高了单道的计数率。实验结果表明,系统稳定工作条件下最高输入信号频率可达7.1 MHz。     

新型电荷-频率转换电路设计

设计了一种用于兰州重离子治癌系统中剂量监测的新型电荷-频率转换电路。该电路将输入的电流信号直接转换为脉冲输出,通过计数器对脉冲个数进行计数实现对输入电荷的测量,从而实现对照射剂量的实时监测。实验表明:该电路可实现0.01 n A~1μA范围内双极性电流的测量,在整个测量范围内线性度好于2.71%。     

一种中子探测器放大电路的设计与实现

介绍了一种可用于中子探测器的放大电路的设计与实验验证。该电路由前置放大器、主放大器、脉冲幅度甄别器和触发器四部分组成。该电路采集正比计数管产生的微弱信号,由两级放大器对初始信号进行放大,并由脉冲幅度甄别器进行甄别成形,触发器形成固定宽度的方波脉冲供后续单片机系统采集计数。整机探测器在天然本底、252Cf中子源及模拟信号发生器下分别进行实验测试,实验结果证明了该放大电路的可靠性以及在中子探测器中的可用性。     

适用于高计数率下的放大甄别一体化电路

介绍一种由电荷灵敏前置放大器、主放大器、甄别器、成形电路所组成的一体化电路.该仪器主要用于高计数测量中,最高计数率可达106/s,它主要适应于高灵敏度的3He中子探测器,同时也可以用于其他重离子探测器,该仪器的输出脉冲可直接与CMOS或TTL逻辑电平兼容.它有功耗低,体积小,灵敏度高,便于野外使用等特点.     

GRM复合晶体探测器读出系统设计

针对SVOM卫星中的γ暴监视仪的叠成闪烁体探测器,设计了一套混合信号读出系统,用于获取GRM复合晶体探测器输出电压脉冲幅度与信号宽度,并根据脉冲的宽度对信号进行甄别分类。在系统设计中采用FPGA对系统进行时序控制,使用高速峰值保持电路对复合晶体输出信号进行峰值保持,利用RS232数据接口完成测试系统与PC机的数据交换。测试结果表明,本工作所设计的系统可稳定可靠地实现对复合晶体输出信号的获取与甄别分类。     

一种仿核脉冲随机信号发生器的设计与实现

针对模拟核信号发生装置的研究,本文提出了一种高精度、高灵活度的信号发生器的研制思路。利用Matlab可以便携地实现核信号的数字模拟,保证核脉冲信号的时间特性、幅度特性和脉冲形状特性。由Lab VIEW设计的上位机软件可以提供较好交互方式,便于灵活地调节发生器的各项参数,并进行相应的谱数据分析及显示。硬件电路主要由MCU、FPGA、SRAM、10 bit高速DAC、低通滤波及放大电路构成。初步的测试结果表明:该信号发生器满足核信号在时间间隔和幅值的随机分布特性,能量范围及计数率可调,谱数据的统计分析,高精度的信号输出,为仿核信号发生器的研制与改进提供了思路。     

用于复合闪烁体的α、β脉冲甄别电路设计

设计了一种用于复合闪烁体,能够甄别区分α、β脉冲信号的甄别电路,并给出了测试结果。结果表明该电路能很好地甄别α、β脉冲信号,满足了α、β复合闪烁体探测器的要求。     

基于正比计数器的核脉冲整形电路设计

运用自主研制的正比计数器对环境中气态氚进行取样测量,针对该探测器设计了一种基于二阶有源低通滤波电路的脉冲整形电路,采用高速运算放大器实现了核脉冲的滤波整形,用较少的级数进行滤波即得到准高斯波形.利用Multisim10.0软件对滤波电路的不同参数进行仿真测试,仿真结果与理论结果相符合.通过实验证明了该电路的可行性,同时...     

基于小波变换的双指数信号高斯脉冲成形算法研究

高斯脉冲具有信噪比高、弹道亏损小的优点，因此，在核辐射测量系统中常将核辐射探测器输出信号成形为高斯波形。核辐射探测器实际输出的核脉冲信号更接近于双指数信号，因此在小波变换的基础上，利用卷积运算的微分特性，提出了双指数信号高斯脉冲成形算法，并建立了成形系统的冲激响应。采用模拟核脉冲信号，从时域和频域两方面研究了成形参数对成形脉冲形状、滤波特性的影响规律；采用FAST硅漂移探测器（Silicon Drift Detector,SDD）测量标准Mn样品获得实测核脉冲信号，分别进行高斯脉冲成形算法和梯形脉冲成形算法处理，并生成能谱；通过对比5.89 keV特征峰峰面积、能量分辨率，研究两种成形算法在能量分辨率和堆积脉冲分离方面的性能。结果表明：当达峰时间为3.2～6.4μs时，两种成形算法所得能谱的能量分辨率最佳，此时，两者之差小于5 eV；在相同达峰时间条件下，高斯脉冲成形算法的堆积脉冲分离能力优于梯形脉冲成形算法。