随钻密度测井是以放射源产生伽马射线后与地下岩层介质之间反应所产生的信号来确定地层性质特征的一种测井方式。随钻密度测井仪是以随钻密度测井原理为基础,通过伽马射线经过地层时发生的康普顿效应测量地层密度与光电吸收截面指数的测井仪器。本文以随钻密度测井仪测量原理及结构组成为基础,分析了仪器的测量及运行所需各项性能指标,并总结得出当前随钻密度测井仪在能谱采集及软件运行过程中存在的缺陷及不足,即:1)随钻密度测井仪能谱采集模块在使用能谱中0.662Me V处的全能峰进行整体增益控制后仍然存在温漂现象;2)随钻密度测井仪主控软件电路在工作时单个采集周期耗时过长,且在进行数据采集时无法实时响应命令。针对能谱采集电温漂现象,本文从能谱采集电路结构出发,对光电倍增管、前置放大电路、峰值保持电路特性进行了分析,并进一步对峰值保持电路及前置放大电路的优化方案进行了较深入的研究:论述了不同参数下前置放大电路中高斯信号成形电路的性能区别,最终确定了随钻密度测井仪能谱采集电路的优化方案。针对主控软件多任务优化需求,对主控软件进行优化,设计了改进的基于μC/OS-II实时操作系统的随钻密度测井仪主控软件。该主控软件使用多任务切换的设计逻辑,包括指令解析处理任务、指令发送任务、测井流程控制任务、状态控制任务四个主要任务,通过任务功能的合理分配,对软件控制逻辑进行优化,降低了单个采集周期的耗时,提高了整体的运行效率。最后,本文对所作设计进行了仿真实验,验证了随钻密度测井仪能谱采集电路优化设计的性能达到了设计要求。通过系列测试,验证了随钻密度测井仪主控软件的主要功能、运行耗时等参数。实验结果及测试表明,改进型能谱采集电路性能及主控软件得到优化,能够满足实地勘探的精度需求。