【摘要】：基于電子行業(yè)集成化、模塊化的有效進展,儀器的小型緊湊也成為趨勢。伽馬能譜儀在體積上縮小能夠減輕工作人員尤其是環(huán)境輻射檢測人員的負重,為高效工作助力。目前常見的便攜式伽馬能譜儀主要應用碘化鈉閃爍體探測器,但碘化鈉閃爍體的能量分辨率較差,對射線能譜的分辨能力和核素識別能力較弱。針對當前傳統(tǒng)伽馬能譜儀在實際應用中體積過大不方便攜帶、數(shù)據(jù)不能及時傳輸?shù)炔蛔�。本文從提高探測效率、縮小儀器體積、低功耗設計、方便實時測量與觀察能譜等方面研制更適用于攜帶的緊湊型伽馬能譜儀。該論文來源于國家重點研發(fā)計劃項目“高分辨率航空伽瑪能譜測量及機載成像光譜測量技術”(課題編號:2017YFC0602100)和國家自然科學基金項目“核脈沖信號鏈的數(shù)學構建與高速實時數(shù)字重構技術研究”(課題編號:41474159)。本文研制的緊湊型伽馬能譜儀主要研究內容和成果如下:1、探頭設計:在便攜式伽馬能譜儀調研基礎上,開展一種緊湊型伽馬能譜儀的設計,選用新型無機閃爍體溴化鈰代替?zhèn)鹘y(tǒng)碘化鈉閃爍體,提高探測器能量分辨能力;采用硅光電倍增管代替?zhèn)鹘y(tǒng)真空光電倍增管,縮小探測器體積,其不到30V的偏置電源,顯著降低了電源功耗,同時還增加了耐沖擊力和抗磁場干擾能力。2、硬件設計:設計了模擬電路的快、慢兩個通道的濾波成形與微分成形電路,慢通道實現(xiàn)濾波展寬與降噪,快通道用于實現(xiàn)脈沖整形與粒子事件到達時刻信息提取;采用8Msps模數(shù)轉換器與STM32微控制器實現(xiàn)對于核脈沖信號的峰值采樣與估計,從而實現(xiàn)了一款低功耗小體積一體化的多道脈沖幅度分析器。3、軟件設計:軟件設計包括探測器控制端的數(shù)據(jù)傳輸、存儲與發(fā)送部分和手持端的數(shù)據(jù)接收與計算、顯示部分。探測器控制端采用STM32的DMA通道方式傳輸外部8Msps并行ADC采集來的數(shù)據(jù),讓微控制器的CPU將數(shù)據(jù)采集傳輸工作托管給DMA控制器,大大降低了對于CPU的時間占用,提高了系統(tǒng)響應時間與工作效率。能譜儀采用微功耗Wi-Fi芯片實現(xiàn)與手機的數(shù)據(jù)通信,開發(fā)了安卓手機APP,實現(xiàn)方便快捷的實時能譜觀測、劑量當量和核素識別的功能,實現(xiàn)良好的人機交互。4、整機結構:采用小尺寸探測器、緊湊的電路板設計、紐扣電池和小型Wi-Fi模塊,實現(xiàn)緊湊型伽馬能譜儀的小體積,達到φ31.4mm×72.5mm,整機重量92.6g。同時從硬件低功耗器件的選擇到軟件采取省電模式等多方面實現(xiàn)緊湊型伽馬能譜儀的低功耗,整機功耗僅為296.57mW。5、整機測試及功能特點:經(jīng)測試,緊湊型伽馬能譜儀能量分辨率達到5.2%(~(137)Cs 662keV能量伽馬射線),具有能譜測量、劑量當量率顯示、核素識別的功能,同時在功耗的降低和體積的減小方面做到了較大程度的提升,方便人機交互,取得較為理想的效果達成設計初衷。
【圖文】：

第 1 章 引言3了SIGMA緊湊CsI閃爍光譜儀，如圖1-2(b)所示。（a） (b)圖1-2 (a) GR1 CZT探測器 (b) SIGMA緊湊CsI閃爍光譜儀該產(chǎn)品做到小體積（35×35×105mm）的主要原因是使用了目前備受關注的硅光電倍增管（SiPM）與CsI組合。它內部還集成了高壓、增益電路、嵌入式MCA和迷你USB連接器。整個儀器非常小巧，重量也僅有200g。分辨率優(yōu)于7.2%（@662keV），USB不僅用于連接PC使用配套軟件進行光譜分析，同時USB還用來為整機供電，功率最大只有250mW（MIRION, 2018）。伴隨國內在生長閃爍體工藝上的進步，比如北京玻璃研究院和上海硅酸鹽研究所生長的閃爍體都實現(xiàn)了出口。目前我國在迎來核電發(fā)展黃金期的同時也不斷研制便攜式伽馬能譜儀實現(xiàn)國產(chǎn)化（曾國強 等, 2016）。其中上海新漫公司生產(chǎn)的 SIMMAX G1110 是一款多功能便攜式伽馬能譜儀。集劑量率測量、確定放射源位置、核素識別和能譜分析于一體，使用 NaI(Tl)閃爍體的同時可以選配 LiI(Eu)閃爍體，實現(xiàn)中子和伽馬射線的同時探測。該儀器重量大約 2.4kg

體積（35×35×105mm）的主要原因是使用PM）與CsI組合。它內部還集成了高壓、增益。整個儀器非常小巧，重量也僅有200gB不僅用于連接PC使用配套軟件進行光譜分率最大只有250mW（MIRION, 2018）。長閃爍體工藝上的進步，比如北京玻璃研究都實現(xiàn)了出口。目前我國在迎來核電發(fā)展黃譜儀實現(xiàn)國產(chǎn)化（曾國強 等, 2016）。其中10 是一款多功能便攜式伽馬能譜儀。集劑量和能譜分析于一體，，使用 NaI(Tl)閃爍體的同子和伽馬射線的同時探測。該儀器重量能量分辨率達到 6.8%（137Cs 662keV），外測器一體。內置充電鋰電池，可連續(xù)工作
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TL817.2

【參考文獻】

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6 叢超;陳文奇;王聞博;;Sallen-Key低通濾波器高頻饋通現(xiàn)象的原因及解決[J];電子世界;2014年05期

7 李忠寶;彭太平;胡孟春;唐登攀;張建華;陳鈺鈺;;幾種常用閃爍體衰減時間常數(shù)的實驗測量[J];核電子學與探測技術;2013年12期

8 高峰;張建國;楊翊方;王海軍;王震濤;;LaBr_3:Ce閃爍探測器自發(fā)本底譜研究[J];核電子學與探測技術;2012年05期

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2 殷登平;胡春周;胡小波;張國青;梁琨;楊茹;韓德俊;;硅光電倍增器(SiPM)研究進展[A];第十五屆全國核電子學與核探測技術學術年會論文集[C];2010年

3 楊培志;廖晶瑩;;高光產(chǎn)額鎢酸鉛晶體的研究進展[A];中國硅酸鹽學會2003年學術年會論文摘要集[C];2003年

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3 譚曉明;基于SiPM與塑料閃爍體的核輻射探測器研制[D];蘭州理工大學;2016年

4 陳義拴;SiPM光子探測性能分析及高精度多光子探測研究[D];陜西師范大學;2016年

5 邵明國;鎢酸鉛晶體的生長及光學性能研究[D];溫州大學;2012年

6 安貞淑;鎢酸鋅晶體生長工藝及閃爍性能研究[D];長春理工大學;2002年

本文編號：2693544