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本论文是以荧光测铀技术为研究对象,设计并开发了一套铀浓度检测系统。该系统可用来快速分析地表水和地下水等液体样品中的微量铀含量,对于固体样品按照规定的样品制备方法处理后也可快速分析。严格按照操作步骤与规范使用本系统即可直接得到样品中的铀浓度值。荧光测铀系统具有体积小、功耗低、测量精度高、检测速度快、操作简单的特点。荧光诱导法是铀浓度测量的经典方法之一,本论文将该方法作为理论研究基础,提出了一整套完整的设计思路和实现方案。设计采用基于FPGA的Nios II嵌入式处理器为控制核心,STM32单片机辅助控制功能外设,集电子、工程机械、化学、光学等众多学科于一体,完成了荧光测铀系统的研制。本论文从以下五方面对系统的设计开发进行了分析研究:⑴系统结构设计。系统结构设计建立在对荧光测铀理论的理解与分析基础之上,通过对系统探测器的结构设计,完成了光源激发荧光的波长筛选,调整了光线入射角度与激发面积。⑵基于FPGA的Nios II嵌入式处理器。包含了FPGA芯片的选型、Nios II处理器硬件平台的搭建与功能逻辑的设计。使用Verilog HDL硬件描述语言构建了包含荧光光源时序控制在内的一系列功能模块,并将各模块封装成自定义IP核加载到系统当中,完成与Nios II处理器的数据通信。不仅成功实现了荧光激发与信号积分的复杂时序配合,而且成功区分了干扰有机物荧光与铀酰离子荧光,提升了测量精度。在测量过程中使用时域波形压缩算法与滑动平均滤波算法完成对数据的实时处理,提高了系统响应速度、增强了系统稳定性。⑶STM32单片机。通过对基于STM32单片机的硬件电路设计与软件代码编写,完成对键盘、打印机等功能外设的驱动控制,实现了人机交互界面的操作与显示。⑷上位机控制平台。使用MFC设计荧光测铀系统的远程控制平台,达到仅用一根UBS电缆线即可操控仪器、完成所有测量步骤的目的。⑸系统测试与实验。使用荧光测铀系统对高低浓度的铀溶液和未知浓度的样品进行测量,通过对测量数据的计算与分析,证明该荧光测铀系统的各项技术指标均达到了行业标准中要求[44]。