【摘要】：基于電子行業(yè)集成化、模塊化的有效進(jìn)展,儀器的小型緊湊也成為趨勢(shì)。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(cè)人員的負(fù)重,為高效工作助力。目前常見(jiàn)的便攜式伽馬能譜儀主要應(yīng)用碘化鈉閃爍體探測(cè)器,但碘化鈉閃爍體的能量分辨率較差,對(duì)射線能譜的分辨能力和核素識(shí)別能力較弱。針對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)伽馬能譜儀在實(shí)際應(yīng)用中體積過(guò)大不方便攜帶、數(shù)據(jù)不能及時(shí)傳輸?shù)炔蛔�。本文從提高探測(cè)效率、縮小儀器體積、低功耗設(shè)計(jì)、方便實(shí)時(shí)測(cè)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(lái)源于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“高分辨率航空伽瑪能譜測(cè)量及機(jī)載成像光譜測(cè)量技術(shù)”(課題編號(hào):2017YFC0602100)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“核脈沖信號(hào)鏈的數(shù)學(xué)構(gòu)建與高速實(shí)時(shí)數(shù)字重構(gòu)技術(shù)研究”(課題編號(hào):41474159)。本文研制的緊湊型伽馬能譜儀主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:1、探頭設(shè)計(jì):在便攜式伽馬能譜儀調(diào)研基礎(chǔ)上,開(kāi)展一種緊湊型伽馬能譜儀的設(shè)計(jì),選用新型無(wú)機(jī)閃爍體溴化鈰代替?zhèn)鹘y(tǒng)碘化鈉閃爍體,提高探測(cè)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(cè)器體積,其不到30V的偏置電源,顯著降低了電源功耗,同時(shí)還增加了耐沖擊力和抗磁場(chǎng)干擾能力。2、硬件設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)了模擬電路的快、慢兩個(gè)通道的濾波成形與微分成形電路,慢通道實(shí)現(xiàn)濾波展寬與降噪,快通道用于實(shí)現(xiàn)脈沖整形與粒子事件到達(dá)時(shí)刻信息提取;采用8Msps模數(shù)轉(zhuǎn)換器與STM32微控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)于核脈沖信號(hào)的峰值采樣與估計(jì),從而實(shí)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(shè)計(jì):軟件設(shè)計(jì)包括探測(cè)器控制端的數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)與發(fā)送部分和手持端的數(shù)據(jù)接收與計(jì)算、顯示部分。探測(cè)器控制端采用STM32的DMA通道方式傳輸外部8Msps并行ADC采集來(lái)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(duì)于CPU的時(shí)間占用,提高了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間與工作效率。能譜儀采用微功耗Wi-Fi芯片實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的數(shù)據(jù)通信,開(kāi)發(fā)了安卓手機(jī)APP,實(shí)現(xiàn)方便快捷的實(shí)時(shí)能譜觀測(cè)、劑量當(dāng)量和核素識(shí)別的功能,實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互。4、整機(jī)結(jié)構(gòu):采用小尺寸探測(cè)器、緊湊的電路板設(shè)計(jì)、紐扣電池和小型Wi-Fi模塊,實(shí)現(xiàn)緊湊型伽馬能譜儀的小體積,達(dá)到φ31.4mm×72.5mm,整機(jī)重量92.6g。同時(shí)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(shí)現(xiàn)緊湊型伽馬能譜儀的低功耗,整機(jī)功耗僅為296.57mW。5、整機(jī)測(cè)試及功能特點(diǎn):經(jīng)測(cè)試,緊湊型伽馬能譜儀能量分辨率達(dá)到5.2%(~(137)Cs 662keV能量伽馬射線),具有能譜測(cè)量、劑量當(dāng)量率顯示、核素識(shí)別的功能,同時(shí)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(jī)交互,取得較為理想的效果達(dá)成設(shè)計(jì)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(cè)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(guān)注的硅光電倍增管（SiPM）與CsI組合。它內(nèi)部還集成了高壓、增益電路、嵌入式MCA和迷你USB連接器。整個(gè)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(jìn)行光譜分析，同時(shí)USB還用來(lái)為整機(jī)供電，功率最大只有250mW（MIRION, 2018）。伴隨國(guó)內(nèi)在生長(zhǎng)閃爍體工藝上的進(jìn)步，比如北京玻璃研究院和上海硅酸鹽研究所生長(zhǎng)的閃爍體都實(shí)現(xiàn)了出口。目前我國(guó)在迎來(lái)核電發(fā)展黃金期的同時(shí)也不斷研制便攜式伽馬能譜儀實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化（曾國(guó)強(qiáng) 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(cè)量、確定放射源位置、核素識(shí)別和能譜分析于一體，使用 NaI(Tl)閃爍體的同時(shí)可以選配 LiI(Eu)閃爍體，實(shí)現(xiàn)中子和伽馬射線的同時(shí)探測(cè)。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(nèi)部還集成了高壓、增益。整個(gè)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(jìn)行光譜分率最大只有250mW（MIRION, 2018）。長(zhǎng)閃爍體工藝上的進(jìn)步，比如北京玻璃研究都實(shí)現(xiàn)了出口。目前我國(guó)在迎來(lái)核電發(fā)展黃譜儀實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化（曾國(guó)強(qiáng) 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(shí)探測(cè)。該儀器重量能量分辨率達(dá)到 6.8%（137Cs 662keV），外測(cè)器一體。內(nèi)置充電鋰電池，可連續(xù)工作
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TL817.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2693544