從1896年法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象以來(lái),核科學(xué)技術(shù)已經(jīng)在軍事、能源、醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著核科學(xué)技術(shù)造福人類的同時(shí),核事故頻繁發(fā)生,核恐怖主義籠罩世界,給人們帶來(lái)了巨大的核恐慌。在核輻射突發(fā)事件發(fā)生時(shí),核污染可通過(guò)水、空氣等媒介進(jìn)行傳播,殘留時(shí)間長(zhǎng)且難以完全消除,不僅會(huì)對(duì)人類生命、健康造成直接傷害,而且會(huì)對(duì)周遭的土壤、水源和空氣造成嚴(yán)重的污染,進(jìn)而對(duì)國(guó)家或地區(qū)的食品安全形成巨大威脅。加強(qiáng)核事故區(qū)域食品放射性檢測(cè)是確保人員健康、保持社會(huì)穩(wěn)定、防止恐慌性食品搶購(gòu)、防止人員恐慌性遷徙的重要工作。針對(duì)上述問(wèn)題,本文在已有的研究基礎(chǔ)上,依托科技部重大儀器專項(xiàng),圍繞核與輻射突發(fā)事件后,受污染食品的γ放射性活度檢測(cè)為核心,開(kāi)展了γ能譜測(cè)量和活度計(jì)算的研究,設(shè)計(jì)了核應(yīng)急食品放射性污染探測(cè)系統(tǒng)。本文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:1)結(jié)合γ能譜的測(cè)量原理,深入研究γ射線探測(cè)、核信號(hào)采集、能譜成形、能譜傳輸、能譜分析、能量和效率刻度和活度計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù),提出了一體化的設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)了核應(yīng)急食品放射性污染探測(cè)系統(tǒng)。2)設(shè)計(jì)了γ能譜測(cè)量的硬件電路,選用探測(cè)效率高、能量分辨率較好、使用方便的碘化鈉探測(cè)器對(duì)受污染食品發(fā)出的γ射線進(jìn)行探測(cè),經(jīng)過(guò)前置放大,信號(hào)調(diào)理,程控放大和抗混疊濾波后,經(jīng)高速ADC進(jìn)行采樣,采用XILINX公司的Spartan 3E系列FPGA作為主控芯片,SPI總線方式進(jìn)行通信,完成了對(duì)核信號(hào)的采集和傳輸。其中,對(duì)FPGA進(jìn)行內(nèi)部硬件電路開(kāi)發(fā),設(shè)計(jì)了信號(hào)采集電路、數(shù)字化脈沖峰值甄別電路、能譜成形電路、SPI讀寫(xiě)控制電路、通信控制電路,實(shí)現(xiàn)了核脈沖信號(hào)到能譜的處理。3)設(shè)計(jì)了γ活度計(jì)算的硬件和軟件,采用基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門(mén)設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103VCT6作為主控芯片。制訂了STM32和FPGA的通信協(xié)議,實(shí)現(xiàn)了STM32和FPGA的通信、能譜數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。PC經(jīng)串口從STM32讀取譜數(shù)據(jù),然后向STM32寫(xiě)入能量刻度值和效率刻度值。將從FPGA讀取的能譜數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)譜光滑模塊、峰值提取及峰邊界確定模塊、核素識(shí)別模塊、凈峰面積及活度計(jì)算模塊后,將活度在TFT320240的液晶屏上顯示。4)系統(tǒng)測(cè)試,對(duì)前置放大器、主放大器和程控放大器等各級(jí)信號(hào)調(diào)理電路的模擬核信號(hào)進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證各級(jí)模擬電路是否正常工作。通過(guò)ChipScopePro邏輯分析儀實(shí)時(shí)顯示ADC采集的核脈沖信號(hào)、脈沖峰值甄別模塊輸出的脈沖峰值信號(hào)、能譜成形模塊的譜數(shù)據(jù),保證了FPGA內(nèi)部硬件電路的穩(wěn)定性。STM32從FPGA讀取的能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行液晶顯示,確保通信模塊正常工作。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)Cs-137放射源進(jìn)行測(cè)量,表明系統(tǒng)能夠用于核應(yīng)急食品放射性污染的探測(cè)。本文主要開(kāi)展了核應(yīng)急食品放射性污染探測(cè)系統(tǒng)的軟、硬件研制工作,在設(shè)計(jì)和研發(fā)中不斷創(chuàng)新,最終完成了核應(yīng)急食品放射性污染探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),性能測(cè)試和初步實(shí)驗(yàn)表明,系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TL81
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 選題背景和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究情況
    1.3 研究?jī)?nèi)容
    1.4 論文章節(jié)安排
第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
    2.1 食品放射性污染快速檢測(cè)原理
    2.2 技術(shù)方案
        2.2.1 γ 能譜測(cè)量單元
        2.2.2 γ 活度檢測(cè)單元
第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
    3.1 電源電路
    3.2 碘化鈉探測(cè)器及其前置放大器
    3.3 信號(hào)調(diào)理電路
    3.4 程控放大電路
    3.5 抗混疊濾波器
    3.6 ADC信號(hào)采樣電路
    3.7 FPGA信號(hào)處理電路
    3.8 STM32信號(hào)處理電路
    3.9 串行通信接
第4章 數(shù)字化γ能譜測(cè)量單元設(shè)計(jì)
    4.1 FPGA內(nèi)部硬件電路結(jié)構(gòu)
    4.2 ADC讀寫(xiě)控制模塊
    4.3 數(shù)字化脈沖峰值甄別模塊
    4.4 多道脈沖計(jì)數(shù)模塊
    4.5 SPI通信模塊
    4.6 通信協(xié)議
    4.7 數(shù)字時(shí)鐘管理器
第5章 嵌入式γ活度檢測(cè)單元設(shè)計(jì)
    5.1 時(shí)鐘配置和GPIO 口配置
    5.2 SPI數(shù)據(jù)傳輸
    5.3 STM32通信協(xié)議
    5.4 能量刻度和效率刻度
    5.5 能譜數(shù)據(jù)光滑
    5.6 凈峰面積計(jì)算
    5.7 核素識(shí)別
    5.8 活度
    5.9 液晶顯示
        5.9.1 TFT彩屏的基礎(chǔ)知識(shí)
        5.9.2 TFT彩屏接口函數(shù)
        5.9.3 TFT彩屏GUI函數(shù)
第6章 系統(tǒng)測(cè)試
    6.1 硬件電路測(cè)試
        6.1.1 前置放大器輸出信號(hào)
        6.1.2 主放大器輸出信號(hào)
        6.1.3 程控放大器測(cè)試
        6.1.4 FPGA讀取ADC輸出數(shù)字信號(hào)
        6.1.5 脈沖幅度甄別模塊輸出信號(hào)
        6.1.6 多道計(jì)數(shù)模塊輸出信號(hào)
    6.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間取得學(xué)術(shù)成果

【參考文獻(xiàn)】

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2 王建群;一種采用DAC0832實(shí)現(xiàn)程控調(diào)零與放大的方法[J];微計(jì)算機(jī)信息;1997年05期

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1 吳永鵬;智能多道譜儀的研制[D];成都理工大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2869084