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原子能科学技术 2016年第11期50卷 2048-2054页

作者：曾国强杨剑魏世龙张开琪葛良全严磊成都理工大学地学核技术重点实验室四川成都610051

车载γ能谱仪主要应用于区域放射性核素活度测量、放射源搜索及核污染检测,而数字化技术是提高车载γ能谱仪灵敏度与快速响应的有效方法。本文研制了可支持1~5个4L大体积NaI（Tl）的数字式车载γ能谱仪系统。该系统采用数字核脉冲处理... 详细信息

车载γ能谱仪主要应用于区域放射性核素活度测量、放射源搜索及核污染检测,而数字化技术是提高车载γ能谱仪灵敏度与快速响应的有效方法。本文研制了可支持1~5个4L大体积NaI（Tl）的数字式车载γ能谱仪系统。该系统采用数字核脉冲处理技术独立获取多个NaI（Tl）晶体的能谱,并通过无线WiFi、快速以太网、RS232等3种方式发送谱线数据给军用计算机。本系统在计算机上实现了实时核素识别、数字成图、色差能谱显示、ROI监控、数据回放等功能。结果表明,本系统采用数字技术后提升了车载γ能谱仪的能量分辨率、低能射线识别度和能量线性度,且具备更加稳定精确的数字稳谱效果。该系统不仅可用于放射性资源勘查,也可用于快速核应急、核污染检测、放射源搜索等。

关键词：车载γ能谱仪数字多道核素识别数字稳谱

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车载γ能谱仪的硬件系统设计

车载γ能谱仪的硬件系统设计

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作者：余强成都理工大学

学位级别：硕士

随着中国核电事业的快速发展及环境保护日益受到重视,环境放射性检测需要一种快速、高灵敏度的测量手段。近年来,车载伽玛能谱测量技术发展成为辐射环境污染调查与评价(如估算陆地伽玛空气吸收剂量率)、核设施监测、核事故应急事件监测... 详细信息

随着中国核电事业的快速发展及环境保护日益受到重视,环境放射性检测需要一种快速、高灵敏度的测量手段。近年来,车载伽玛能谱测量技术发展成为辐射环境污染调查与评价(如估算陆地伽玛空气吸收剂量率)、核设施监测、核事故应急事件监测、反核恐怖袭击应急监测以及周边国家核试验引起的核污染监测的主要支撑技术。本论文选题来自于国家自然科学基金项目“地球和月球表面诱发伽玛辐射场及其地质响应研究”(项目编号:41374136)和国家863计划课题“高精度能谱探测仪器研发”(课题编号:2012AA061803)。针对我国辐射环境监测、核应急、放射性地球勘查等特殊应用要求,开展车载伽马能谱仪的研发。本文首先介绍了车载伽马能谱仪的整体结构,对伽马射线探测器和多道脉冲幅度分析器的选择进行了分析和讨论,设计了车载γ能谱仪的电源电路、主控制器电路、通信电路等硬件系统,以及主控制器程序代码、测量控制、数据缓存与传输等功能程序设计。论文的主要研究工作与研究成果如下:1.实现了针对多个大体积Na I(Tl)探测器的信号读出与能谱采集功能,并基于CAN总线实现多路能谱采集器之间的总线组网功能。2.为实现车载γ能谱仪的自动站及移动巡测工作模式,系统应能满足汽车电源功能及自供电两种要求。为此本系统内置了12V,80AH的大容量锂电池组,并设计了多路供电及充电通道,实现对不同电源电压、不同接口模式的自动调节与切换,从而实现稳定的能谱仪供电设计。为满足车载γ能谱仪长时间野外工作要求,本文还设计了500W的DC/AC逆变电源从而可为系统中军用笔记本电脑充电,实现长续航连续测量。3.为保证能谱采集与处理分析的时间性,主控系统采用Cortex-M4内核,180MHz频率,32位RISC架构的STM32F429IG,外部扩展64MB的SDRAM用于数据缓存。为保证剂量填图与GIS剂量轨迹图的质量,采用了BD910高精度差分GPS接收器,定位精度0.5m(SBAS)、0.25m(DGNSS)、0.008m(Single Baseline RTK),具备20Hz定位信息输出,配备了40d B高增益天线,方向图波束宽,低仰角信号接收效果优异,可保证在遮挡严重的场合仍能正常搜星。4.系统设计了可针对10条能谱探测器的CAN总线通信电路。设计了预传输命令,消除了因数据通信耗时带来的多条能谱探测器采样时间不同步的问题。为提高系统通信可靠性与便利性,能谱仪主控系统与军用笔记本之间可通过Wi Fi、串口及以太网三种方式并行传输,并设定优先级,实现自动切换。能谱仪系统采用3G通信技术实现车载系统测量数据与远程本地数据中心之间的数据交互。5.本系统结合GIS地理信息与测量能谱数据实现了色差能谱图、剂量轨迹地图及剂量填图。在色差能谱图中可以通过色差快速发现放射性异常并实现核素快速识别与活度计算;本系统可自动根据能谱转换为剂量,并结合车载的测量轨迹绘制剂量轨迹地图,内置Surfer8成图软件,自动成图接口实现剂量填图功能。

关键词：车载γ能谱仪多路能谱探测车载电源主控系统 CAN总线

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