中子伽馬活化分析技術(shù)是一種在線分析技術(shù),具有實時在線、非破壞性、多元素同時測量的特點,已經(jīng)成為大塊工業(yè)物料實時檢測分析的最佳選擇。該技術(shù)在煤炭工業(yè)、水泥工業(yè)、鋼鐵工業(yè)等領(lǐng)域中,都有廣泛的應(yīng)用。歐美發(fā)達國家在方面的研究起步比較早,發(fā)展到今日形成了成熟的產(chǎn)業(yè)鏈與相關(guān)產(chǎn)品。而我國這方面的研究起步較晚,隨著我國工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,對物料成分在線分析的需求也越來越高。2013年,我國科技部開展了《基于瞬發(fā)γ中子活化分析技術(shù)的工業(yè)物料成分實時在線檢測系統(tǒng)》國家重大科學儀器設(shè)備專項研究。本課題組承擔其中一項子任務(wù)——高計數(shù)率探測器系統(tǒng)研制。此項研究已經(jīng)取得了階段性成果,樣機系統(tǒng)已經(jīng)研制完成并投入現(xiàn)場測試。樣機系統(tǒng)在現(xiàn)場測試時,受現(xiàn)場復雜工況條件的影響,面臨以下問題:基線受現(xiàn)場環(huán)境影響不穩(wěn)定,會影響分辨率;光電倍增管分壓電路電壓不穩(wěn)定,探測器輸出信號波動大:樣機系統(tǒng)需要進一步降低成本,以推進產(chǎn)業(yè)化。本文針對以上問題,提出若干解決方案,并對方案進行了可行性論證,確定最終的樣機升級方案�；跇訖C升級方案,對系統(tǒng)的各部分主要電路進行了升級設(shè)計,并且進行了相應(yīng)的測試工作。對基線不穩(wěn)定的問題,本文基于基線恢復的原理,提出一種門控電路設(shè)計,可以在光電倍增管加高壓的情況下,控制并切換光電倍增管的工作狀態(tài),使基線與信號分別單獨測量,并且用數(shù)字方法進行基線恢復。對分壓電路電壓不穩(wěn)定的問題,本文提出改進設(shè)計,從利用穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓改為利用溫度系數(shù)相同的高精度電阻進行穩(wěn)壓,并且針對不同探測器測試了最佳分辨率下的電阻分壓比。本文還設(shè)計了一體化機箱,代替樣機系統(tǒng)的PXI機箱,在功能不亞于樣機系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,進一步降低成本,推進產(chǎn)業(yè)化進行。本論文中工作的創(chuàng)新點主要有以下幾點:1)提出一種用于基線恢復的光電倍增管分壓電路快速門控設(shè)計。采用MOS管控制PMT第一打拿極的電壓,進而實現(xiàn)對光電倍增管工作狀態(tài)的控制和實現(xiàn)對基線和信號進行獨立測量。2)提出一種在PMT分壓電路中采用高精度電阻抑制溫漂方案,通過挑選溫度系數(shù)相同的電阻元件,使光電倍增管分壓電路的電壓不穩(wěn)定性小于0.5%。3)設(shè)計了一體化機箱代替PXI機箱系統(tǒng),利用以太網(wǎng)總線傳輸數(shù)據(jù),對樣機系統(tǒng)的電子學設(shè)計做出全面升級替換,經(jīng)過測試滿足工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用需求。
【學位單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TL816
【部分圖文】：

圖１．１發(fā)達國家物料分析儀成品逡逑綜上所述，基于ＰＧＮＡＡ技術(shù)的物料成分實時在線檢測系統(tǒng)對工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)逡逑濟發(fā)展有重要作用。隨著科技發(fā)展進步，國內(nèi)的工業(yè)對大塊物料實時在線檢測系逡逑統(tǒng)的需求也越來越高。我國自主研發(fā)的用于煤炭、鋼鐵等領(lǐng)域的檢測儀，與國外逡逑同類產(chǎn)品相比，性能還存在較大的差距。所以，國內(nèi)現(xiàn)在需要對這方面進行自主逡逑知識產(chǎn)權(quán)研宄，不能全部依賴進口。逡逑在國內(nèi)己經(jīng)開展的相關(guān)研宄工作基礎(chǔ)上，由南京航空航天大學牽頭，我國科逡逑技部在２０１３年開展了專項研宄。專項名稱為《基于瞬發(fā)Ｙ射線中子活化分析技逡逑術(shù)的工業(yè)物料成分實時在線監(jiān)測系統(tǒng)》。逡逑《國家重大科學儀器設(shè)備開發(fā)專項項目實施方案》（以后簡稱實施方案）中逡逑提出，本項目面向我國資源密集消耗型工業(yè)企業(yè)的節(jié)能降耗的重大需求背景，從逡逑工業(yè)物料成分分析技術(shù)的新趨勢出發(fā)，擬研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，達到國際先進逡逑水平的物料成分實時在線檢測系統(tǒng)。本項目的主要面臨的科學問題是“高產(chǎn)額逡逑

此任務(wù)目前己經(jīng)取得初步成果，大塊工業(yè)物料實時在線檢測系統(tǒng)樣機（以后逡逑簡稱樣機系統(tǒng)）己經(jīng)研制完成，經(jīng)過測試己經(jīng)滿足了實施方案中提出的設(shè)計指標，逡逑并己經(jīng)投入工業(yè)現(xiàn)場進行測試［１４］。圖１．２為樣機系統(tǒng)在實驗室環(huán)境中測試的照逡逑片和現(xiàn)場測試的照片。逡逑ｇｎｌｌ逡逑圖１．２在實驗室和工業(yè)現(xiàn)場測試中的樣機系統(tǒng)逡逑樣機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖１．３。為了滿足信號底寬小于２００ｎｓ的條件，樣機設(shè)計逡逑時采用了一種快速斬波成形方法［１５］。探測器信號輸出先經(jīng)過成形電路。ＡＤＣ采逡逑集到成形后的信號后，立刻送到尋峰模塊處理。尋峰模塊尋到峰以后，由控制電逡逑路對積分電容上的電荷進行泄放。峰值信息送給尋峰模塊進行處理。尋峰模塊利逡逑用雙緩沖模式工作，兩個隨機存儲器處理數(shù)據(jù)。其中一個用于實時顯示，另一個逡逑用于測量結(jié)束后打包發(fā)送給上位機。探測器的氋壓由上位機通過ＤＡＣ模塊控制。逡逑３逡逑

此任務(wù)目前己經(jīng)取得初步成果，大塊工業(yè)物料實時在線檢測系統(tǒng)樣機（以后逡逑簡稱樣機系統(tǒng)）己經(jīng)研制完成，經(jīng)過測試己經(jīng)滿足了實施方案中提出的設(shè)計指標，逡逑并己經(jīng)投入工業(yè)現(xiàn)場進行測試［１４］。圖１．２為樣機系統(tǒng)在實驗室環(huán)境中測試的照逡逑片和現(xiàn)場測試的照片。逡逑ｇｎｌｌ逡逑圖１．２在實驗室和工業(yè)現(xiàn)場測試中的樣機系統(tǒng)逡逑樣機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖１．３。為了滿足信號底寬小于２００ｎｓ的條件，樣機設(shè)計逡逑時采用了一種快速斬波成形方法［１５］。探測器信號輸出先經(jīng)過成形電路。ＡＤＣ采逡逑集到成形后的信號后，立刻送到尋峰模塊處理。尋峰模塊尋到峰以后，由控制電逡逑路對積分電容上的電荷進行泄放。峰值信息送給尋峰模塊進行處理。尋峰模塊利逡逑用雙緩沖模式工作，兩個隨機存儲器處理數(shù)據(jù)。其中一個用于實時顯示，另一個逡逑用于測量結(jié)束后打包發(fā)送給上位機。探測器的氋壓由上位機通過ＤＡＣ模塊控制。逡逑３逡逑

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本文編號：2811404