能谱型中子剂量仪的电子学系统研制

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jianjia88521
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随着中子技术快速发展以及广泛的应用,中子剂量监测显得尤为重要。但目前,大多数的中子剂量仪表都是单计数器单慢化体型,其能量测量范围大多在热中子到20MeV之间,并且在中子能量范围比较宽的场所使用时剂量仪表的能量响应不尽人意;且在高能中子测量方面仪器偏差很大。为解决上述缺点,开发了一套能谱型中子剂量仪探头,该探头属于单球多计数器型,由聚乙烯慢化体、一个3He正比计数管(型号SP9)和六个BF3正比计数器(型号7.6EB70/13M)以及提高高能中子响应的铅层组成。该探头的能量测量范围在热中子到10GeV之间,且与目前商用的便携式中子剂量仪尺寸差不多,拥有很高的商业开发价值。本文在该探头的基础上,为其设计一套满足低功耗特性以及信号处理需求的电子学系统,开发出一款新型便携式高能中子剂量仪。  根据能谱型中子剂量仪的结构特点以及现场测量的有关要求,本文设计了一套电子学系统,该电子学系统由放大电路、基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的七通道脉冲计数器、基于 MSP430F5438单片机的仪控电路以及电源管理电路等部分构成。本文所使用的探头以3He正比计数器与BF3正比计数器作为探测慢中子的探测元件,根据这两类正比计数器的特点,设计了一套由具有自动相消补偿、时间常数可调的低功耗电荷灵敏前置放大电路、主放大器电路、幅度甄别器等组成的低功耗放大电路,该放大电路将中子探测器的微弱电信号放大,并利用幅度甄别器将噪声以及其他干扰信号甄别掉而最终得到中子的方波信号;由于该探头由七组中子探测器组成,需要同时获取这七组中子探测器的脉冲信号,为此设计了一套基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的七通道脉冲计数器;为了满足便携、低功耗以及现场测量等要求,采用低功耗系列单片机MSP430F5438作为仪控电路设计的核心,并配备有存储电路(24LC128)、时钟电路(DS1302)、按键以及液晶显示电路(BQ12864)等外围电路,MSP340F5348单片机负责对外围电路的控制、信号采集以及数据处理等功能,并根据系统的功能需求,针对 MSP430F5438单片机完成相应的程序设计。现场测量仪器一般采用电池供电,系统通常配备有电源管理电路,将电池电压转换为系统中各个电路提供所需的电源电压。  通过实际制造PCB电路板,对系统硬软件进行调试,并在T(d,n)4He加速器中子源的参考中子辐射场进行相关性能验证。实验结果表明,本文设计的电子学系统功耗低,性能良好,满足便携式高能中子剂量仪的性能设计要求。
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