基于arm7的核辐射探测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于ARM7的核辐射探测系统，包括电荷灵敏放大器及液晶显示部分，其特征在于：电荷灵敏放大器使用CA3140芯片U1,主放大电路包括极零相消电路U2、极性转换电路U3、可调放大和限幅电路U4、积分成形放大电路U5、二级积分放大电路U6和基线恢复电路U7；单道脉冲幅度分析器包括参考电压运算器U8、上甄别器U9、下甄别器U10、脉冲幅度触发电路U11、脉冲幅度翻转电路U13；峰值保持器包括积分电路U14、模拟展宽和跟随电路U15、峰值甄别电路U16、D触发器U17、D触发器U18、电平翻转电路U19；模数转换电路由触发复位电路U20、12位AD转换器U21和3个三态缓冲器U22、U23、U24组成；数字部分通过ARM7-LPC2290U25和12864液晶显示模块U26相连。使得测量数据更直观。
【专利说明】基于ARM7的核辐射探测系统
【技术领域】
[0001]本发明属于核能谱测量【技术领域】，涉及一种基于ARM7的核电子学系统硬件组成方案。特别涉及一种基于ARM7的核辐射探测系统。
【背景技术】
[0002]核能谱测量技术是一门综合性很强新兴技术，综合了电子技术、核探测技术、计算机技术等多个学科。目前，它已经成为物质成分分析的重要手段之一，在医学、地质学、环境学、化学、考古学等学科扮演越来越重的角色。核带电粒子及电磁辐射射线，可以利用它们同物质的相互作用产生的反应量来进行探测。随着原子核科学的发展，人们越来越需要一些探测技术对核辐射进行定量的测量和定性研究。
[0003]想要安全的利用核能就必须有相应的先进技术发展先进的探测设备，在现实生活中，核辐射探测和防护更是必不可少的，人们对自身健康的保护显然使的研制出经济可用、灵敏度高、切实可用的探测核辐射模块或仪器显得势在必行。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是设计一种基于ARM7的核辐射探测系统，充分利用核带电粒子及电磁辐射射线，它们同物质的相互作用产生的反应量来进行探测；采用对核电子学输出的微弱信号进行采集和放大处理，最终由ARM7进行数字化处理和显示。
[0005]本发明的技术方案:
一种基于ARM7的核辐射探测系统，包括电荷灵敏放大器、主放大电路、单道脉冲幅度分析器、峰值保持器、模数转换电路、数字部分ARM7-LPC2290及液晶显示部分，电荷灵敏放大器使用CA3140芯片U1，主放大电路包括极零相消电路U2、极性转换电路U3、可调放大和限幅电路U4、积分成形放大电路U5、二级积分放大电路U6和基线恢复电路U7 ;单道脉冲幅度分析器包括参考电压运算器U8、上甄别器U9、下甄别器U10、脉冲幅度触发电路U11、脉冲幅度翻转电路U13;峰值保持器包括积分电路U14、模拟展宽和跟随电路U15、峰值甄别电路U16、D触发器U17、D触发器U18、电平翻转电路U19;模数转换电路由触发复位电路U20、12位AD转换器U21和3个三态缓冲器U22、U23、U24组成；数字部分通过ARM7-LPC2290 U25和12864液晶显示模块U26相连；
CA3140芯片Ul的6号引脚连接极零相消电路U2的2号引脚，基线恢复电路U7的6号引脚连接积分电路U14的2号引脚，电平翻转电路U19的4号引脚连接12位AD转换器U21的13号引脚，三态缓冲器U22的2、4、6号引脚、三态缓冲器U23的2、4、6、8号引脚、三态缓冲器U24的2、4、6号引脚连接到ARM7-LPC2290 U25的10号一19号引脚；ARM7-LPC2290U25的23号一36号引脚连接12864液晶显示模块U26的4一 17号引脚。
[0006]CA3140芯片Ul的6号引脚经RC构成的积分电路反馈接到极零相消电路U2的2号引脚，前端信号经极零相消电路U2后改善输出波形；极性转换电路U3通过RC组成的负反馈回路改变输入信号的极性；极性转换电路U3的6号引脚连接到可调放大和限幅电路U4的I号引脚，可调放大和限幅电路U4的8号引脚与积分成形放大电路U5的3号引脚相连，积分成形放大电路U5是由CA3140芯片Ul构成的两级有源积分滤波电路，积分成形放大电路U5的6号引脚通过RC构成的积分回路反馈到积分成形放大电路U5的2号引脚；积分成形放大电路U5的6号引脚接二级积分放大电路U6的3号引脚实现多级积分成形放大，二级积分放大电路U6的6号引脚再接到基线恢复电路U7的I号引脚，参考电压运算器U8的I号和14号引脚分别接到上甄别器U9和下甄别器UlO的2号引脚，被测信号分两路接到上甄别器U9和下甄别器UlO的反向输入端，上甄别器U9和下甄别器UlO甄别出信号通过脉冲幅度触发电路Ull和脉冲幅度翻转电路U13进行输出。
[0007]在进行能谱测量的时候，所测的是脉冲的峰顶幅度，由于探测器输出信号经放大成形后的脉冲信号其峰顶宽度是比较窄的，经峰值保持电路输出之后使脉冲峰值保持一时间进入到后续电路中；上述模数转换器中，输入信号通过AD转换器U21的28号引脚输入，数据从模数转换器U21的18号一27号引脚输出，再分别连接到三态缓冲器U22的13号一18号引脚，三态缓冲器U23的11号一 18号引脚和三态缓冲器U24的13号一 18号引脚，ARM7-LPC2290 U25的23号一36号引脚接HS12864D液晶显示模块U26的4号一17号引脚。
[0008]本发明采用模块设计思想，模块功能明确又相互联系，每个模块可以单独测试，整个系统从电荷信号的采集与转换，到最后的数字化处理与显示。可以满足核辐射的定量测量和定性研究对探测技术的要求，技术上包括对信号的多路放大和处理，基于ARM7的控制功能，使得整个测量过程能够按预先编好的程序，自动进行数据采集、传输、处理、存储、通讯及显示等，从而实现整个测量过程的自动化。本发明还可以满足核电子学教学仪器上对核电子信号采集与处理上的要求，能够针对输入信号的不同将其波形展现出来，使得测量数据更直观。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明电荷灵敏放大器和主放大电路意图图3为本发明单道脉冲幅度分析器电路示意图；
图4为本发明峰值保持器电路示意图；
图5为本发明模数转换电路示意图；
图6为本发明ARM7及液晶显示模块电路示意图。
【具体实施方式】
[0010]本发明可以通过上述发明技术方案具体实施，通过下述技术实验报告及实施例作进一步说明，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。
[0011]实施例1:
一种基于ARM7的核辐射探测系统，包括电荷灵敏放大器、主放大电路、单道脉冲幅度分析器、峰值保持器、模数转换电路、数字部分ARM7-LPC2290及液晶显示部分，电荷灵敏放大器使用CA3140芯片U1，主放大电路包括极零相消电路U2、极性转换电路U3、可调放大和限幅电路U4、积分成形放大电路U5、二级积分放大电路U6和基线恢复电路U7 ;单道脉冲幅度分析器包括参考电压运算器U8、上甄别器U9、下甄别器U10、脉冲幅度触发电路U11、脉冲幅度翻转电路U13 ;峰值保持器包括积分电路U14、模拟展宽和跟随电路U15、峰值甄别电路U16、D触发器U17、D触发器U18、电平翻转电路U19 ;模数转换电路由触发复位电路U20、12位AD转换器U21和3个三态缓冲器U22、U23、U24组成；数字部分通过ARM7-LPC2290 U25和12864液晶显示模块U26相连；
CA3140芯片Ul的6号引脚连接极零相消电路U2的2号引脚，基线恢复电路U7的6号引脚连接积分电路U14的2号引脚，电平翻转电路U19的4号引脚连接12位AD转换器U21的13号引脚，三态缓冲器U22的2、4、6号引脚、三态缓冲器U23的2、4、6、8号引脚、三态缓冲器U24的2、4、6号引脚连接到ARM7-LPC2290 U25的10号一19号引脚；ARM7-LPC2290U25的23号一36号引脚连接12864液晶显示模块U26的4一 17号引脚。
[0012]CA3140芯片Ul的6号引脚经RC构成的积分电路反馈接到极零相消电路U2的2号引脚；极性转换电路U3与RC组成的负反馈回路连接；极性转换电路U3的6号引脚连接到可调放大和限幅电路U4的I号引脚，可调放大和限幅电路U4的8号引脚与积分成形放大电路U5的3号引脚相连，积分成形放大电路U5是由CA3140芯片Ul构成的两级有源积分滤波电路，积分成形放大电路U5的6号引脚通过RC构成的积分回路反馈到积分成形放大电路U5的2号引脚；积分成形放大电路U5的6号引脚接二级积分放大电路U6的3号引脚，二级积分放大电路U6的6号引脚再接到基线恢复电路U7的I号引脚，参考电压运算器U8的I号和14号引脚分别接到上甄别器U9和下甄别器UlO的2号引脚，被测信号分两路接到上甄别器U9和下甄别器UlO的反向输入端，上甄别器U9和下甄别器UlO甄别出信号通过脉冲幅度触发电路Ull和脉冲幅度翻转电路U13进行输出。
[0013]在模数转换电路中，输入信号通过AD转换器U21的28号引脚输入，数据从模数转换器U21的18号一27号引脚输出，再分别连接到三态缓冲器U22的13号一 18号引脚，三态缓冲器U23的11号一 18号引脚和三态缓冲器U24的13号一 18号引脚，ARM7-LPC2290U25的23号一36号引脚接HS12864D液晶显示模块U26的4号一 17号引脚。
[0014]上述所用Ul使电路具有大的输入阻抗和小的输出阻抗，而且有很小的偏置电流，反馈端RC组成的积分电路为电容提供充放电回路。U2通过改变不同的阻值和容值从而消除信号的下冲，改善输出波形。U3通过负反馈回路可以改变输入信号的极性，U3的6号引脚接U4的I号引脚，当前级信号的脉冲幅度过大时，通过U3会进一步放大，而前级信号经过U4之后可以限制信号的幅度，防止信号产生失真。
[0015]U4的8号引脚与U5的3号引脚相连，U5是由Ul和RC构成的两级有源积分滤波电路，其输出6号引脚再连U6的3号引脚，以实现多级积分成形，可以在U6的6号引脚得到准高斯波形的输出。
[0016]当输入脉冲信号频率很高的时候，由于耦合电容的充放电使得输出信号的基线产生偏移，为此将U6的6号引脚接到U7的I号引脚，让信号的基线恢复到原来的位置。上述单道脉冲幅度分析器中，U8的I号和14号引脚分别接到U9和UlO的2号引脚，所需参考电压经过U8后产生4V和2V的电压分别输出到U9和U10，作为其甄别电压(其中2V和4V电压可以根据实际情况进行调节)从U9和UlO的7号引脚输出。前级信号经U13实现积分输出，当输入信号处于甄别电压范围之间时，再经U13就会有微分输出，完成单道脉冲幅度甄别器的功能。
[0017]上述峰值保持器主要用于把脉冲信号的峰顶展宽，由于探测器输出信号经放大成形后的脉冲信号其峰顶宽度是比较窄的，利用电容器的贮存作用，经U14、U15输出之后可以使脉冲峰值保持一段时间输入到后续电路中。U16、U17用于控制和判别模拟展宽器的峰值。
[0018]上述模数转换器中，U20用来产生U21工作时序，触发AD的转换过程。输入信号通过U21的28号引脚输入，经转换后从U21的18号一27号引脚输出，再分别连接到U22、U23、U24。U25的10号一19号引脚接U15、U16、U17的输出，U25的23号一36号引脚接U26的4一 17号脚。整个过程从电荷信号的采集与处理，到最后的数字化处理与显示。
[0019]本实施例中除有特别说明以外，其涉及的Ul—U26为通用电路或电子器件。
【权利要求】
1.一种基于ARM7的核辐射探测系统，其特征在于，包括， 电荷灵敏放大器，电荷灵敏放大器使用CA3140芯片Ul ； 主放大电路，主放大电路包括极零相消电路U2、极性转换电路U3、可调放大和限幅电路U4、积分成形放大电路U5、二级积分放大电路U6和基线恢复电路U7 ； 单道脉冲幅度分析器，单道脉冲幅度分析器包括参考电压运算器U8、上甄别器U9、下甄别器UlO、脉冲幅度触发电路Ul 1、脉冲幅度翻转电路Ul3 ; 峰值保持器，峰值保持器包括积分电路U14、模拟展宽和跟随电路U15、峰值甄别电路U16、D触发器U17、D触发器U18、电平翻转电路U19 ； 模数转换电路，模数转换电路由触发复位电路U20、12位AD转换器U21和3个三态缓冲器U22、U23、U24组成； 以及 数字部分ARM7-LPC2290及液晶显示部分，数字部分通过ARM7-LPC2290 U25和12864液晶显示模块U26相连； CA3140芯片Ul的6号引脚连接极零相消电路U2的2号引脚，基线恢复电路U7的6号引脚连接积分电路U14的2号引脚，电平翻转电路U19的4号引脚连接12位AD转换器U21的13号引脚，三态缓冲器U22的2、4、6号引脚、三态缓冲器U23的2、4、6、8号引脚、三态缓冲器U24的2、4、6号引脚连接到ARM7-LPC2290 U25的10号一19号引脚；ARM7-LPC2290U25的23号一36号引脚连接12864液晶显示模块U26的4一 17号引脚。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM7的核辐射探测系统，其特征在于:CA3140芯片Ul的6号引脚经RC构成的积分电路反馈接到极零相消电路U2的2号引脚，前端信号经极零相消电路U2后改善输出波形；极性转换电路U3通过RC组成的负反馈回路改变输入信号的极性；极性转换电路U3的6号引脚连接到可调放大和限幅电路U4的I号引脚，可调放大和限幅电路U4的8号引脚与积分成形放大电路U5的3号引脚相连,积分成形放大电路U5是由CA3140芯片Ul构成的两级有源积分滤波电路，积分成形放大电路U5的6号引脚通过RC构成的积分回路反馈到积分成形放大电路U5的2号引脚；积分成形放大电路U5的6号引脚接二级积分放大电路U6的3号引脚实现多级积分成形放大，二级积分放大电路U6的6号引脚再接到基线恢复电路U7的I号引脚，参考电压运算器U8的I号和14号引脚分别接到上甄别器U9和下甄别器UlO的2号引脚，被测信号分两路接到上甄别器U9和下甄别器UlO的反向输入端，上甄别器U9和下甄别器UlO甄别出信号通过脉冲幅度触发电路Ull和脉冲幅度翻转电路U13进行输出。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于ARM7的核辐射探测系统，其特征在于:在进行能谱测量的时候，所测的是脉冲的峰顶幅度，由于探测器输出信号经放大成形后的脉冲信号其峰顶宽度是比较窄的，经峰值保持电路输出之后使脉冲峰值保持一时间进入到后续电路中；上述模数转换器中，输入信号通过AD转换器U21的28号引脚输入，数据从模数转换器U21的18号一27号引脚输出，再分别连接到三态缓冲器U22的13号一 18号引脚，三态缓冲器U23的11号一 18号引脚和三态缓冲器U24的13号一 18号引脚，ARM7-LPC2290 U25的23号一36号引脚接HS12864D液晶显示模块U26的4号一 17号引脚。
【文档编号】G01V1/36GK104181601SQ201410430548
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】徐哈宁, 严斌, 余强, 朱坚, 杨泽林 申请人:东华理工大学