便携式α-β-γ谱仪设计

现有便携式谱仪无法同时对α-β-γ射线进行测量,使得相关人员对α-β-γ混合场景的评估与处理存在不便,因此研制了一套便携式α-β-γ谱仪以解决上述问题. 谱仪采用PIPS探测器和LaBr3(Ce)探测器分别对α-β粒子和γ射线进行测量,获取高分辨的能谱. 经测试,谱仪的α能量分辨率小于140 keV (5.486 MeV,0.1 atm),α表面发射率响应67.34% (241Am),β表面发射率响应19.13% (90Sr-90Y),γ能量分辨率小于3.4% (662 keV). 因此谱仪可同时测量α-β-γ射线并获取高分辨的能谱,有助于相关人员对测量现场做出快速准确的评估与处理.     

口袋式伽马能谱仪研制

便携式伽马能谱仪在野外探矿、环境辐射监测和科学实验等领域被广泛应用.为了进一步缩小便携式能谱仪的体积,提高其能谱性能,从而扩展其应用领域,本文基于最新的闪烁晶体材料、半导体光电转换器件和高性能微处理器,开展了新一代便携式伽马能谱仪研究.在探测器设计方面,采用GAGG:Ce晶体耦合SiPM阵列成功设计并制作了高效率、高能量分辨率的紧凑型能谱探头;在数据采集电路方面,采用高性能ARM处理器及其自带ADC外设替代FPGA+ADC的传统电路架构,并设计专用的信号处理ARM程序,实现了在线能谱测量,并极大的减小了电路尺寸和系统功耗.综上所述,本文基于GAGG:Ce晶体耦合SiPM并搭配ARM处理器,成功研制了一款低成本、小体积、低功耗、高性能的口袋式能谱测量仪.整个能谱仪的体积仅为80 mm×40 mm×40 mm,重量为200 g;经过实验测试,能谱仪的工作功率为481 mW,能自带电池工作26小时;能谱响应线性拟合优度为0.996,能量分辨率为5.2%(@662 keV).     

BaF2闪烁体探测器数字化信号中Ra本底的扣除研究

基于数据采集卡采用全脉冲获取方法对BaF2闪烁体探测器探测α粒子及γ射线的核脉冲波形进行了研究,通过计算全波形的面积提取了核脉冲信号的能量信息,构建了能谱.应用脉冲形状甄别方法对α粒子和γ射线进行了鉴别研究,根据脉冲信号的快/慢成分比的差别清楚地将α粒子从γ射线中鉴别开来.剔除了BaF2闪烁体探测器中固有226Ra及其子体222Rn、218Po、214Po本底的干扰.     

特高压直流线路宽频域电晕电流在线测量系统的低功耗技术研究

为了给特高压直流线路宽频域电晕电流测量系统供能,研究了特高压环境下的独立供电技术,针对特高压环境下发现的测量系统续航能力不足问题,对独立供电系统进行低功耗设计。设计了以可调占空比PWM波为控制信号的低功耗控制电路,达到降低系统平均功率的目的。经过Multisium软件对设计的可控低功耗电路的仿真为指导,经改进过后的测量系统续航能力得到了显著的提升。     

低噪声微光探测器设计与分析

探测微弱光信号时,为防止目标信号被噪声淹没,探测器的低噪声设计成为关键.选用合适的器件,采用低噪声设计技术,兼顾探测器的可靠性、稳定性考虑,提出了适用于微光探测系统的探测器设计方案.通过建模分析,估算出其电路本底噪声仅为333.09μVrms.结果表明低噪声探测器设计合理、可行,对于类似的微光探测系统中探测器低噪声设计及分析具有一定的借鉴意义.该方案已成功应用于某瞬态微光探测系统中.     

低噪声回波测距系统的电路设计与系统分析

描述了超声波脉冲回波测距系统的基本组成,重点研究了超声波测距系统中的低噪声问题,设计了分时和分区的开关隔离式超声波发射和接收电路,彻底切断了发射电路和其他电干扰信号对接收电路的影响.低噪声"能量球"的设计,极大地提高了回波的信噪比,实现了超声波低功率发射条件下的信号稳定接收.同时介绍了软件滤波器在超声波的智能化低噪声处理方面的应用.     

针对位置灵敏涂硼稻草管中子探测器的读出电子学设计

涂硼稻草管中子探测器将替代3 He管探测器应用在清华大学微型脉冲强子源(CPHS)小角散射谱仪上。该文设计了针对该新型位置灵敏中子探测器的读出电子学系统,通过分析探测器和前端电路的噪声,得出了位置分辨率的估算方法,并结合根据探测器输出信号特征优化了电路参数。对1.0m长的涂硼稻草管及其读出电子学系统分别进行了电荷注入测试和中子束流测试,位置分辨率的测试结果分别为2.7mm和4.5 mm。实验结果表明:涂硼稻草管及其读出电子学系统的性能可以满足CPHS小角散射谱仪对中子位置测量的需求。     

强脉冲X射线场中散射能谱获取方法

通过对X射线与物质相互作用后产生的散射能谱的分析,可实现物质原子序数的提取,并可用于核材料等违禁品的探测。然而,高能X射线的特性对探测系统的屏蔽和时间响应提出了要求。该文提出了一种能够对脉冲X射线的散射能谱进行采集的实验方案:以LaBr3(Ce)晶体为X射线探测器来实现<100ns的散射光子分辨时间,以减少在5μs脉冲出束时间内的脉冲堆积问题;利用120MHz/14位的高采样率ADC(analog-digital converter)电路来采集前放电路的输出脉冲波形,并设计相应的离线算法将该波形数据重建为散射能谱;设计了合适的屏蔽结构,减少了来自加速器靶点的直接透射X射线和环境散射X射线对探测器的影响。利用该方案对11种具有不同原子序数的物质进行了测量,得到了它们的散射能谱,在511keV峰能量分辨率可达到5%左右。     

基于STM32的全桥逆变器的设计

为设计一种低功耗的数字化正弦逆变器,设计了以STM32单片机为控制核心的全桥逆变器,该逆变器采由单片机的高速定时器产生高分辨率的SPWM脉冲,通过光耦隔离和IR2111驱动芯片把SPWM脉冲信号对由IRF840场效应管构成的全桥电路实现斩波逆变,经过LC滤波电路,最后实现高压SPWM脉冲转换成交流电源。     

NaI(Tl)探测γ能谱的MCNP模拟

利用光子和电子联合输运MCNP程序的电子脉冲计数类型的能峰展宽模拟计算NaI(Tl)探测器的γ能谱, 与实验结果符合较好. 利用能峰展宽参数计算不同能量γ射线的峰总比, 结果与实验值相符, 验证该计算方法可用于NaI(Tl)探测γ能谱的模拟. 对不同能区γ射线的能谱进行模拟, 并分析了能谱的形成过程.      

弱光强信号检测系统前级放大电路的设计

针对防伪全息产品参数检测中弱光强信号的探测,设计了一种实用化的基于ICL7650斩波自动稳零运算放大器的低噪声前级放大电路。同时,从电路形式设计和器件选择两方面论述了光电探测器基本前级电路设计要点,并在实验的基础上分析了影响光电探测器精度的因素。实验结果表明：电路输出信号信噪比大于90;电路在配置匹配电阻时输出信号的信噪比是无匹配电阻时的10倍以上。     

640X512InGaAs探测器低噪声采集系统设计

针对640?512 InGaAs探测器工作原理和输出信号特点,从低噪声角度出发,设计了由探测器驱动电路、信号缓冲电路、单端转差分电路、差分放大电路、模数转换电路、FPGA时序控制电路构成的InGaAs探测器低噪声采集系统。着重解决了在满足驱动的条件下降低系统噪声,对提供精密偏置电压、温控电路和输出信号处理过程给出了详细的设计思想和实现方法。试验结果表明,系统工作正常并获得了良好的噪声特性,整个采集系统暗电平等效均方根(RMS)噪声低于0.3mV。     

640×512 InGaAs探测器低噪声采集系统设计

针对640×512 InGaAs探测器工作原理和输出信号特点,从低噪声角度出发,设计了由探测器驱动电路、信号缓冲电路、单端转差分电路、差分放大电路、模数转换电路、FPGA时序控制电路构成的InGaAs探测器低噪声采集系统。着重解决了在满足驱动的条件下降低系统噪声,对提供精密偏置电压、温控电路和输出信号处理过程给出了详细的设计思想和实现方法。试验结果表明,系统工作正常并获得了良好的噪声特性,整个采集系统暗电平等效均方根(RMS)噪声低于0.3 mV。     

测量弱自旋回波信号辅助电路设计

设计了除去自旋回波谱仪输出的90°脉冲信号电路，该电路的设计可实现利用Boxcar积分器和自旋回波谱仪测量微弱的自旋回波信号，较大地提高Boxcar积分器的输入动态范围．     

曲线拟合在核探测器信号幅度提取中的应用

研究数字化核探测器输出脉冲信号的幅度提取问题.根据闪烁探测器的电路特性,推导了其脉冲信号理想曲线方程.综合利用三和值法、最小二乘法、试探法等方法,设计了该理想曲线拟合算法.由脉冲信号采样点数据,通过曲线拟合,计算出曲线的极大值,该值即为闪烁探测器输出脉冲信号的幅度.正反演数据结果对比表明,采用曲线拟合算法提取闪烁探测器输出脉冲信号幅度,其方案可行,计算结果更准确.相较于数字滤波和数字脉冲成形方法提取核探测器输出脉冲幅度,该算法更简单,对仪器的硬件处理速度要求更低.该方法开辟了核探测器脉冲幅度提取的新途径.     

面向辐射环境监测的反康普顿γ能谱仪蒙特卡罗模拟研究

使用蒙特卡罗软件Geant4设计模拟了一套用于核事故等辐射环境监测的反康普顿γ能谱仪.主探测器采用HPGe探测器,选择新型闪烁体晶体LaBr3(Ce)作为次级探测器.利用Geant4对探测器系统进行模拟优化,确定最佳的探测器尺寸和结构.模拟的γ射线能量范围从500到1500keV.结果表明,增加主体LaBr3(Ce)晶体厚度能显著提升康普顿抑制系数,当主体LaBr3(Ce)晶体厚度达到60mm时,提升效果明显减弱;在HPGe探测器的后方添加LaBr3(Ce)晶体也能一定程度提升抑制效果,而在HPGe探测器的前方增加LaBr3(Ce)晶体厚度对康普顿抑制系数的提升非常有限.在最优化条件下模拟测量了放射性核素I-131,Cs-134,Cs-137和K-40,对发射单能γ射线的Cs-137和K-40康普顿抑制效果很好,对存在级联衰变的I-131和Cs-134抑制效果相对较弱.     

数字核谱仪系统中脉冲堆积识别方法的研究

数字核谱仪系统中的脉冲堆积直接影响到信号幅度的有效提取,进而影响到核谱仪的能量分辨率.为了减小脉冲堆积对核谱仪能量分辨率的影响,引入时间比较脉冲堆积识别方法,对识别到的堆积脉冲直接丢弃处理,将降低数字信号处理时间,同时可减小脉冲堆积对能量分辨率的影响,对计数率的影响可以通过简单的校正方法来实现计数率的补偿.采用上述方法对实际的核脉冲堆积信号进行了处理,然后对其进行了计数率校正,在实际应用中取得了良好的效果.     

高效率、低功耗直流电压转换器芯片的设计与实现

提出了一种基于脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)模式的高效率、低功耗直流电压转换器的设计方法.电路在负载电流大于60 mA时采用开关频率1 MHz的PWM工作模式,在负载电流小于60 mA时采用开关频率降低的PFM工作模式,实现了在0~250 mA负载电流变化范围内的高转换效率.当输出电压达到预计输出电压的102%时,电路自动进入待机状态,使得静态工作电流降低.芯片采用CSMC公司的0.5μm CMOS混合信号模型设计和流片.测试结果表明:该电路可实现PWM和PFM模式供电以及两种模式之间的平稳过渡,具有较好的负载和线路电压调整,其输出电压的误差小于±2%,最大静态工作电流小于15μA,最大转换效率达92.6%.     

炮口感应装定引信电路低功耗设计

在分析炮口感应装定电子时间引信工作原理的基础上,结合炮口感应装定引信电路的工作特点,应用单片机对引信电路进行低功耗设计.采用低压供电、间断供电、独立高低频时钟在线切换,以及软件设计技术等方法来降低引信电路的总功耗.根据引信电路各模块的工作电流、电压及工作时间,估算整个系统的总功耗.结果证明该文方法满足引信电路的功耗设计要求.     

微弱光信号检测电路的设计与实现

本文从PIN光伏探测器的特性入手,针对光电检测中放大微弱信号而带来的信噪比和稳定性问题,设计了一种具有电压、电流滤波和相位补偿功能的低噪声光电信号放大电路,并对电路进行了实验分析和实用化处理。