【摘要】：隨著放射性同位素越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,對(duì)放射性表面污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)的表面污染儀的需求越來(lái)越多。2πα、2πβ發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)是用于對(duì)表面污染儀進(jìn)行標(biāo)定的基準(zhǔn)裝置,各國(guó)獨(dú)立地?fù)碛懈髯缘臏y(cè)量系統(tǒng),以α、p標(biāo)準(zhǔn)平面源作為參考,實(shí)現(xiàn)量值傳遞和溯源。目前,我國(guó)由中國(guó)科學(xué)計(jì)量研究院建立的基于模擬器件的2πα、2πβ粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年使用已經(jīng)老化嚴(yán)重,需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外其他的2πα、2πβ粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),目前對(duì)粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)主要集中在探測(cè)器的研究上,對(duì)其電子學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化還沒(méi)有相關(guān)的研究進(jìn)展,因此本文提供了一種新的思路,對(duì)2πα、2πβ粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)字化研制,為之后2πα、2πβ發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)的進(jìn)行數(shù)字化提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。相比于模擬的系統(tǒng),數(shù)字化的系統(tǒng)擁有更高的靈活性和穩(wěn)定性,通過(guò)數(shù)字處理算法,可以有效地對(duì)信號(hào)和噪聲進(jìn)行區(qū)分。另外,相比于模擬系統(tǒng)機(jī)箱需要占用大量的空間,數(shù)字化系統(tǒng)體積小,功耗低,便于操作,大大降低了粒子發(fā)射率測(cè)量的成本。通過(guò)對(duì)模擬的2πα、2πβ粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)需要先對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理,再對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。濾波處理要求實(shí)時(shí)性高,響應(yīng)快,而計(jì)數(shù)需要靈活可控,準(zhǔn)確度高。針對(duì)這樣的需求,本文提出了利用ADC和FPGA對(duì)信號(hào)進(jìn)行在線(xiàn)的數(shù)字濾波處理,利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)數(shù),兩者之間用USB進(jìn)行通信的架構(gòu)。在此架構(gòu)的基礎(chǔ)上,我們對(duì)集成了ADC、FPGA和USB的采集板進(jìn)行了設(shè)計(jì)與制作,針對(duì)2πα、2πβ粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)需求,對(duì)ADC、FPGA、USB等相關(guān)芯片進(jìn)行了選型。制作的采集板在能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)性能的要求同時(shí),需要擁有更小的體積和更低的功耗。在采集板制作完成后,我們對(duì)數(shù)字濾波進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì),并在FPGA中進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),包括了極零相消、脈沖成形、基線(xiàn)恢復(fù)等算法。在FPGA邏輯中加入了ADC和USB的接口,實(shí)現(xiàn)了FPGA與它們之間的通信。此外,為了提高傳輸?shù)男室约肮?jié)省存儲(chǔ)空間,我們需要對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取,抽取算法也在FPGA中進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。同時(shí),我們?cè)O(shè)計(jì)了系統(tǒng)配套的數(shù)字處理軟件,軟件擁有圖形化的用戶(hù)界面,方便用戶(hù)進(jìn)行操作。軟件采用了C#語(yǔ)言,基于windows平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā),以便于能夠在大多數(shù)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行和使用。軟件中包含了對(duì)測(cè)量過(guò)程的控制和獲取粒子計(jì)數(shù)率的算法,測(cè)量得到的粒子計(jì)數(shù)率經(jīng)過(guò)死時(shí)間修正、本底修正、零點(diǎn)外推等算法的修正后,得到被測(cè)量粒子發(fā)射率。整體系統(tǒng)研制完成后,我們對(duì)系統(tǒng)的對(duì)電子學(xué)部分進(jìn)行了測(cè)試并得到了修正系數(shù),通過(guò)測(cè)試對(duì)修正算法進(jìn)行了驗(yàn)證。最后,我們利用數(shù)字化2πα、2πβ粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)對(duì)放射源樣本進(jìn)行了測(cè)量,測(cè)量結(jié)果與模擬的2πα、2πβ粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了比對(duì)。結(jié)果顯示,數(shù)字化的的2πα、2πβ粒子發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)的發(fā)射率測(cè)量結(jié)果在不確定度范圍內(nèi)保持一致。
【圖文】：

圖２．１第二代２瓜Ｘ、２郵發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)逡逑

圖２．邋４邋２７１多絲正比計(jì)數(shù)器的ａ坪特性曲線(xiàn)逡逑整個(gè)２７１多絲正比計(jì)數(shù)器由中國(guó)計(jì)量院自己研制并通過(guò)測(cè)試，，投入到第二代逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TL81

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本文編號(hào)：2636121