基于arm7的核輻射探測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于ARM7的核輻射探測系統(tǒng)，包括電荷靈敏放大器及液晶顯示部分，其特征在于：電荷靈敏放大器使用CA3140芯片U1,主放大電路包括極零相消電路U2、極性轉換電路U3、可調放大和限幅電路U4、積分成形放大電路U5、二級積分放大電路U6和基線恢復電路U7；單道脈沖幅度分析器包括參考電壓運算器U8、上甄別器U9、下甄別器U10、脈沖幅度觸發(fā)電路U11、脈沖幅度翻轉電路U13；峰值保持器包括積分電路U14、模擬展寬和跟隨電路U15、峰值甄別電路U16、D觸發(fā)器U17、D觸發(fā)器U18、電平翻轉電路U19；模數轉換電路由觸發(fā)復位電路U20、12位AD轉換器U21和3個三態(tài)緩沖器U22、U23、U24組成；數字部分通過ARM7-LPC2290U25和12864液晶顯示模塊U26相連。使得測量數據更直觀。
【專利說明】基于ARM7的核輻射探測系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于核能譜測量【技術領域】，涉及一種基于ARM7的核電子學系統(tǒng)硬件組成方案。特別涉及一種基于ARM7的核輻射探測系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]核能譜測量技術是一門綜合性很強新興技術，綜合了電子技術、核探測技術、計算機技術等多個學科。目前，它已經成為物質成分分析的重要手段之一，在醫(yī)學、地質學、環(huán)境學、化學、考古學等學科扮演越來越重的角色。核帶電粒子及電磁輻射射線，可以利用它們同物質的相互作用產生的反應量來進行探測。隨著原子核科學的發(fā)展，人們越來越需要一些探測技術對核輻射進行定量的測量和定性研究。
[0003]想要安全的利用核能就必須有相應的先進技術發(fā)展先進的探測設備，在現實生活中，核輻射探測和防護更是必不可少的，人們對自身健康的保護顯然使的研制出經濟可用、靈敏度高、切實可用的探測核輻射模塊或儀器顯得勢在必行。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的就是設計一種基于ARM7的核輻射探測系統(tǒng)，充分利用核帶電粒子及電磁輻射射線，它們同物質的相互作用產生的反應量來進行探測；采用對核電子學輸出的微弱信號進行采集和放大處理，最終由ARM7進行數字化處理和顯示。
[0005]本發(fā)明的技術方案:
一種基于ARM7的核輻射探測系統(tǒng)，包括電荷靈敏放大器、主放大電路、單道脈沖幅度分析器、峰值保持器、模數轉換電路、數字部分ARM7-LPC2290及液晶顯示部分，電荷靈敏放大器使用CA3140芯片U1，主放大電路包括極零相消電路U2、極性轉換電路U3、可調放大和限幅電路U4、積分成形放大電路U5、二級積分放大電路U6和基線恢復電路U7 ;單道脈沖幅度分析器包括參考電壓運算器U8、上甄別器U9、下甄別器U10、脈沖幅度觸發(fā)電路U11、脈沖幅度翻轉電路U13;峰值保持器包括積分電路U14、模擬展寬和跟隨電路U15、峰值甄別電路U16、D觸發(fā)器U17、D觸發(fā)器U18、電平翻轉電路U19;模數轉換電路由觸發(fā)復位電路U20、12位AD轉換器U21和3個三態(tài)緩沖器U22、U23、U24組成；數字部分通過ARM7-LPC2290 U25和12864液晶顯示模塊U26相連；
CA3140芯片Ul的6號引腳連接極零相消電路U2的2號引腳，基線恢復電路U7的6號引腳連接積分電路U14的2號引腳，電平翻轉電路U19的4號引腳連接12位AD轉換器U21的13號引腳，三態(tài)緩沖器U22的2、4、6號引腳、三態(tài)緩沖器U23的2、4、6、8號引腳、三態(tài)緩沖器U24的2、4、6號引腳連接到ARM7-LPC2290 U25的10號一19號引腳；ARM7-LPC2290U25的23號一36號引腳連接12864液晶顯示模塊U26的4一 17號引腳。
[0006]CA3140芯片Ul的6號引腳經RC構成的積分電路反饋接到極零相消電路U2的2號引腳，前端信號經極零相消電路U2后改善輸出波形；極性轉換電路U3通過RC組成的負反饋回路改變輸入信號的極性；極性轉換電路U3的6號引腳連接到可調放大和限幅電路U4的I號引腳，可調放大和限幅電路U4的8號引腳與積分成形放大電路U5的3號引腳相連，積分成形放大電路U5是由CA3140芯片Ul構成的兩級有源積分濾波電路，積分成形放大電路U5的6號引腳通過RC構成的積分回路反饋到積分成形放大電路U5的2號引腳；積分成形放大電路U5的6號引腳接二級積分放大電路U6的3號引腳實現多級積分成形放大，二級積分放大電路U6的6號引腳再接到基線恢復電路U7的I號引腳，參考電壓運算器U8的I號和14號引腳分別接到上甄別器U9和下甄別器UlO的2號引腳，被測信號分兩路接到上甄別器U9和下甄別器UlO的反向輸入端，上甄別器U9和下甄別器UlO甄別出信號通過脈沖幅度觸發(fā)電路Ull和脈沖幅度翻轉電路U13進行輸出。
[0007]在進行能譜測量的時候，所測的是脈沖的峰頂幅度，由于探測器輸出信號經放大成形后的脈沖信號其峰頂寬度是比較窄的，經峰值保持電路輸出之后使脈沖峰值保持一時間進入到后續(xù)電路中；上述模數轉換器中，輸入信號通過AD轉換器U21的28號引腳輸入，數據從模數轉換器U21的18號一27號引腳輸出，再分別連接到三態(tài)緩沖器U22的13號一18號引腳，三態(tài)緩沖器U23的11號一 18號引腳和三態(tài)緩沖器U24的13號一 18號引腳，ARM7-LPC2290 U25的23號一36號引腳接HS12864D液晶顯示模塊U26的4號一17號引腳。
[0008]本發(fā)明采用模塊設計思想，模塊功能明確又相互聯系，每個模塊可以單獨測試，整個系統(tǒng)從電荷信號的采集與轉換，到最后的數字化處理與顯示?？梢詽M足核輻射的定量測量和定性研究對探測技術的要求，技術上包括對信號的多路放大和處理，基于ARM7的控制功能，使得整個測量過程能夠按預先編好的程序，自動進行數據采集、傳輸、處理、存儲、通訊及顯示等，從而實現整個測量過程的自動化。本發(fā)明還可以滿足核電子學教學儀器上對核電子信號采集與處理上的要求，能夠針對輸入信號的不同將其波形展現出來，使得測量數據更直觀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明電荷靈敏放大器和主放大電路意圖圖3為本發(fā)明單道脈沖幅度分析器電路示意圖；
圖4為本發(fā)明峰值保持器電路示意圖；
圖5為本發(fā)明模數轉換電路示意圖；
圖6為本發(fā)明ARM7及液晶顯示模塊電路示意圖。

【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明可以通過上述發(fā)明技術方案具體實施，通過下述技術實驗報告及實施例作進一步說明，然而，本發(fā)明的范圍并不限于下述實施例。
[0011]實施例1:
一種基于ARM7的核輻射探測系統(tǒng)，包括電荷靈敏放大器、主放大電路、單道脈沖幅度分析器、峰值保持器、模數轉換電路、數字部分ARM7-LPC2290及液晶顯示部分，電荷靈敏放大器使用CA3140芯片U1，主放大電路包括極零相消電路U2、極性轉換電路U3、可調放大和限幅電路U4、積分成形放大電路U5、二級積分放大電路U6和基線恢復電路U7 ;單道脈沖幅度分析器包括參考電壓運算器U8、上甄別器U9、下甄別器U10、脈沖幅度觸發(fā)電路U11、脈沖幅度翻轉電路U13 ;峰值保持器包括積分電路U14、模擬展寬和跟隨電路U15、峰值甄別電路U16、D觸發(fā)器U17、D觸發(fā)器U18、電平翻轉電路U19 ;模數轉換電路由觸發(fā)復位電路U20、12位AD轉換器U21和3個三態(tài)緩沖器U22、U23、U24組成；數字部分通過ARM7-LPC2290 U25和12864液晶顯示模塊U26相連；
CA3140芯片Ul的6號引腳連接極零相消電路U2的2號引腳，基線恢復電路U7的6號引腳連接積分電路U14的2號引腳，電平翻轉電路U19的4號引腳連接12位AD轉換器U21的13號引腳，三態(tài)緩沖器U22的2、4、6號引腳、三態(tài)緩沖器U23的2、4、6、8號引腳、三態(tài)緩沖器U24的2、4、6號引腳連接到ARM7-LPC2290 U25的10號一19號引腳；ARM7-LPC2290U25的23號一36號引腳連接12864液晶顯示模塊U26的4一 17號引腳。
[0012]CA3140芯片Ul的6號引腳經RC構成的積分電路反饋接到極零相消電路U2的2號引腳；極性轉換電路U3與RC組成的負反饋回路連接；極性轉換電路U3的6號引腳連接到可調放大和限幅電路U4的I號引腳，可調放大和限幅電路U4的8號引腳與積分成形放大電路U5的3號引腳相連，積分成形放大電路U5是由CA3140芯片Ul構成的兩級有源積分濾波電路，積分成形放大電路U5的6號引腳通過RC構成的積分回路反饋到積分成形放大電路U5的2號引腳；積分成形放大電路U5的6號引腳接二級積分放大電路U6的3號引腳，二級積分放大電路U6的6號引腳再接到基線恢復電路U7的I號引腳，參考電壓運算器U8的I號和14號引腳分別接到上甄別器U9和下甄別器UlO的2號引腳，被測信號分兩路接到上甄別器U9和下甄別器UlO的反向輸入端，上甄別器U9和下甄別器UlO甄別出信號通過脈沖幅度觸發(fā)電路Ull和脈沖幅度翻轉電路U13進行輸出。
[0013]在模數轉換電路中，輸入信號通過AD轉換器U21的28號引腳輸入，數據從模數轉換器U21的18號一27號引腳輸出，再分別連接到三態(tài)緩沖器U22的13號一 18號引腳，三態(tài)緩沖器U23的11號一 18號引腳和三態(tài)緩沖器U24的13號一 18號引腳，ARM7-LPC2290U25的23號一36號引腳接HS12864D液晶顯示模塊U26的4號一 17號引腳。
[0014]上述所用Ul使電路具有大的輸入阻抗和小的輸出阻抗，而且有很小的偏置電流，反饋端RC組成的積分電路為電容提供充放電回路。U2通過改變不同的阻值和容值從而消除信號的下沖，改善輸出波形。U3通過負反饋回路可以改變輸入信號的極性，U3的6號引腳接U4的I號引腳，當前級信號的脈沖幅度過大時，通過U3會進一步放大，而前級信號經過U4之后可以限制信號的幅度，防止信號產生失真。
[0015]U4的8號引腳與U5的3號引腳相連，U5是由Ul和RC構成的兩級有源積分濾波電路，其輸出6號引腳再連U6的3號引腳，以實現多級積分成形，可以在U6的6號引腳得到準高斯波形的輸出。
[0016]當輸入脈沖信號頻率很高的時候，由于耦合電容的充放電使得輸出信號的基線產生偏移，為此將U6的6號引腳接到U7的I號引腳，讓信號的基線恢復到原來的位置。上述單道脈沖幅度分析器中，U8的I號和14號引腳分別接到U9和UlO的2號引腳，所需參考電壓經過U8后產生4V和2V的電壓分別輸出到U9和U10，作為其甄別電壓(其中2V和4V電壓可以根據實際情況進行調節(jié))從U9和UlO的7號引腳輸出。前級信號經U13實現積分輸出，當輸入信號處于甄別電壓范圍之間時，再經U13就會有微分輸出，完成單道脈沖幅度甄別器的功能。
[0017]上述峰值保持器主要用于把脈沖信號的峰頂展寬，由于探測器輸出信號經放大成形后的脈沖信號其峰頂寬度是比較窄的，利用電容器的貯存作用，經U14、U15輸出之后可以使脈沖峰值保持一段時間輸入到后續(xù)電路中。U16、U17用于控制和判別模擬展寬器的峰值。
[0018]上述模數轉換器中，U20用來產生U21工作時序，觸發(fā)AD的轉換過程。輸入信號通過U21的28號引腳輸入，經轉換后從U21的18號一27號引腳輸出，再分別連接到U22、U23、U24。U25的10號一19號引腳接U15、U16、U17的輸出，U25的23號一36號引腳接U26的4一 17號腳。整個過程從電荷信號的采集與處理，到最后的數字化處理與顯示。
[0019]本實施例中除有特別說明以外，其涉及的Ul—U26為通用電路或電子器件。
【權利要求】
1.一種基于ARM7的核輻射探測系統(tǒng)，其特征在于，包括， 電荷靈敏放大器，電荷靈敏放大器使用CA3140芯片Ul ； 主放大電路，主放大電路包括極零相消電路U2、極性轉換電路U3、可調放大和限幅電路U4、積分成形放大電路U5、二級積分放大電路U6和基線恢復電路U7 ； 單道脈沖幅度分析器，單道脈沖幅度分析器包括參考電壓運算器U8、上甄別器U9、下甄別器UlO、脈沖幅度觸發(fā)電路Ul 1、脈沖幅度翻轉電路Ul3 ; 峰值保持器，峰值保持器包括積分電路U14、模擬展寬和跟隨電路U15、峰值甄別電路U16、D觸發(fā)器U17、D觸發(fā)器U18、電平翻轉電路U19 ； 模數轉換電路，模數轉換電路由觸發(fā)復位電路U20、12位AD轉換器U21和3個三態(tài)緩沖器U22、U23、U24組成； 以及 數字部分ARM7-LPC2290及液晶顯示部分，數字部分通過ARM7-LPC2290 U25和12864液晶顯示模塊U26相連； CA3140芯片Ul的6號引腳連接極零相消電路U2的2號引腳，基線恢復電路U7的6號引腳連接積分電路U14的2號引腳，電平翻轉電路U19的4號引腳連接12位AD轉換器U21的13號引腳，三態(tài)緩沖器U22的2、4、6號引腳、三態(tài)緩沖器U23的2、4、6、8號引腳、三態(tài)緩沖器U24的2、4、6號引腳連接到ARM7-LPC2290 U25的10號一19號引腳；ARM7-LPC2290U25的23號一36號引腳連接12864液晶顯示模塊U26的4一 17號引腳。
2.根據權利要求1所述的一種基于ARM7的核輻射探測系統(tǒng)，其特征在于:CA3140芯片Ul的6號引腳經RC構成的積分電路反饋接到極零相消電路U2的2號引腳，前端信號經極零相消電路U2后改善輸出波形；極性轉換電路U3通過RC組成的負反饋回路改變輸入信號的極性；極性轉換電路U3的6號引腳連接到可調放大和限幅電路U4的I號引腳，可調放大和限幅電路U4的8號引腳與積分成形放大電路U5的3號引腳相連,積分成形放大電路U5是由CA3140芯片Ul構成的兩級有源積分濾波電路，積分成形放大電路U5的6號引腳通過RC構成的積分回路反饋到積分成形放大電路U5的2號引腳；積分成形放大電路U5的6號引腳接二級積分放大電路U6的3號引腳實現多級積分成形放大，二級積分放大電路U6的6號引腳再接到基線恢復電路U7的I號引腳，參考電壓運算器U8的I號和14號引腳分別接到上甄別器U9和下甄別器UlO的2號引腳，被測信號分兩路接到上甄別器U9和下甄別器UlO的反向輸入端，上甄別器U9和下甄別器UlO甄別出信號通過脈沖幅度觸發(fā)電路Ull和脈沖幅度翻轉電路U13進行輸出。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于ARM7的核輻射探測系統(tǒng)，其特征在于:在進行能譜測量的時候，所測的是脈沖的峰頂幅度，由于探測器輸出信號經放大成形后的脈沖信號其峰頂寬度是比較窄的，經峰值保持電路輸出之后使脈沖峰值保持一時間進入到后續(xù)電路中；上述模數轉換器中，輸入信號通過AD轉換器U21的28號引腳輸入，數據從模數轉換器U21的18號一27號引腳輸出，再分別連接到三態(tài)緩沖器U22的13號一 18號引腳，三態(tài)緩沖器U23的11號一 18號引腳和三態(tài)緩沖器U24的13號一 18號引腳，ARM7-LPC2290 U25的23號一36號引腳接HS12864D液晶顯示模塊U26的4號一 17號引腳。
【文檔編號】G01V1/36GK104181601SQ201410430548
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權日:2014年8月28日
【發(fā)明者】徐哈寧, 嚴斌, 余強, 朱堅, 楊澤林 申請人:東華理工大學