液体安检仪多道脉冲幅度分析器的制造方法

文档序号:6048408阅读:383来源:国知局
液体安检仪多道脉冲幅度分析器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种液体安检仪多道脉冲幅度分析器,包括AD采样电路、信号放大及传输电路和ARM嵌入式系统;所述AD采样电路采用AD9220芯片;所述信号放大及传输电路包括LM318运算放大芯片和通道选择芯片MAX4518;所述ARM嵌入式系统采用STM32103FVCT6处理器作为ARM选型;经过LM318运算放大芯片把信号放大,并送入通道选择芯片MAX4518的NO1端口或NO2端口,由通道选择芯片MAX4518的COM口输出至AD9220芯片的VINA端口,AD9220芯片把模拟信号转化为数字信号,并送入STM32103FVCT6处理器的PD0-PD11口。本实用新型采用12位高速AD采样芯片AD9220以及先进的ARMCotex-M3内核处理器,从而大大提高液体安检仪的实际检测速度,实现快速检测。
【专利说明】液体安检仪多道脉冲幅度分析器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及液体安检仪领域,具体是一种液体安检仪多道脉冲幅度分析器。【背景技术】
[0002]液体安检仪是基于康普顿背散射原理的高科技、无损检测的安检仪器。多道脉冲幅度分析器是液体安检仪的核心部件,其性能直接决定了液体安检仪的测量精度;由于现在安检行业对液体安检仪的检测速度上有严格要求,因此,提高多道脉冲幅度分析器的工作速度是提高液体安检仪检测速度的核心所在。
[0003]请参阅图1,现有的多道脉冲幅度分析器的原理框图。多道脉冲幅度分析器的原理是利用A/D转换将被测量的脉冲幅度范围平均分成2n个幅度间隔,从而把模拟脉冲信号转化成与其幅度对应的数字量,称之为“道址”。在存储器空间里开辟一个数据区,在该数据区中有2"个计数器,每个计数器对应一个道址。控制器每收到一个道址,控制器便将该道址对应的计数器加1,经过一段时间的累积,得到了输入脉冲幅度的分布数据,即谱线数据。这里提到的幅度间隔的个数就是多道脉冲幅度分析器的道数,它由η值决定。
[0004]根据上述多道脉冲幅度分析器的原理,可以得出多道脉冲幅度分析器要做的具体工作一方面是把前向通道输出的模拟信号进行模数转换,并将其转换结果进行处理、存储和显示。脉冲信号在通过甄别电路和控制电路时,甄别电路给出脉冲的过峰信息,并启动A/D转换。A/D转换电路对脉冲信号峰值幅度进行模数转换,并将转换结果存储在片上Flash中,由微控制器进行相应的数据处理。多道脉冲幅度分析器由甄别电路、控制电路、采样保持电路、模数转换电路、ARM嵌入式系统组成。其控制核心为ARM嵌入式系统,它的基本功能就是按输入脉冲的幅度分类计数。多道脉冲幅度分析器将能够分析的脉冲幅度范围分成多个幅度间隔,幅度间隔的个数就是脉冲幅度分析器的道数,幅度间隔的宽度就是脉冲幅度分析器道宽。道数越多,幅度分布分析的越精细,各个道的计数相应减少,需要测量的时间就要加长,硬件电路也随着复杂,因此,不应盲目追求道数。通常,要求在幅度峰的半宽度范围内应有5-10道,对于采用NaI探测器的多道能谱仪,由于它的能量分辨率比较差,128道至256道就能满足测量要求。对于半导体探测器,则需要1024-8196道。
[0005]另外,从不同液体被散射后的能谱图(图2)上可以看出,能量(采样电压值)的波峰位置是基本一致的,但是其他不被散射的物质可能会引入能量非常高的电压采样值(能谱图右侧),同时本底和其他物品也可能引入能量低的电压采样值。通过对采样通道设定AD采样电路的采样电压的最大值(通道上域)和最小值(通道下域),可以有效的滤去除了液体以外的其他我们不敏感但是又影响分析精度的物质,经过大量的研究和实践,这样可以实现最好的液体分离度,也是业界目前最领先的液体检测技术。采样时,AD采样电路只采样通道上域和通道下域之间的电压值,并且只进行区域内的数目进行积分而不对电压进行加权积分,LS上位机读取到探测板送上来的最后结果即为此积分值。LS上位机的关键概念是通道下域和通道上域,通过对一段时间内(例如100ms)落在通道下域和通道上域之间内的电压值累加个数,可以有效区分不同的液体。实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种能快速检测的液体安检仪多道脉冲幅度分析器。
[0007]为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:
[0008]—种液体安检仪多道脉冲幅度分析器,包括AD米样电路、信号放大及传输电路和ARM嵌入式系统;所述AD采样电路采用AD9220芯片;所述信号放大及传输电路包括LM318运算放大芯片和通道选择芯片MAX4518 ;所述ARM嵌入式系统采用STM32103FVCT6处理器作为ARM选型;经过LM318运算放大芯片把信号放大,并送入通道选择芯片MAX4518的NOl端口或N02端口,由通道选择芯片MAX4518的COM 口输出至AD9220芯片的VINA端口,AD9220芯片把模拟信号转化为数字信号,并送入STM32103FVCT6处理器的PDO-PDll 口。
[0009]作为本实用新型进一步的方案:所述ARM嵌入式系统与上位机之间采用MAX3232CSE通讯芯片作为上位机通讯电路,由STM32103FVCT6处理器对数字信号进行运算分析,并把运算分析的结果数据通过MAX3232CSE通讯芯片的UART1TX端口和UART1RX端口传输到上位机中。
[0010]与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:本实用新型采用12位高速AD采样芯片AD9220以及先进的ARM Cotex-M3内核处理器,从而大大提高液体安检仪的实际检测速度,实现快速检测。
【专利附图】

【附图说明】
[0011]图1为现有的多道脉冲幅度分析器的原理框图;
[0012]图2为不同液体被散射后的能谱图;
[0013]图3为液体安检仪多道脉冲幅度分析器中AD采样电路的电路图;
[0014]图4为液体安检仪多道脉冲幅度分析器中信号放大及传输电路的电路图;
[0015]图5为液体安检仪多道脉冲幅度分析器中ARM嵌入式系统的电路图;
[0016]图6为液体安检仪多道脉冲幅度分析器中上位机通讯电路的电路图;
[0017]图7为液体安检仪多道脉冲幅度分析器中芯片的连接电路图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0019]—种液体安检仪多道脉冲幅度分析器,包括AD米样电路、信号放大及传输电路、ARM嵌入式系统和上位机通讯电路。
[0020]请参阅图3,所述AD采样电路采用AD9220芯片,AD9220芯片是ADI公司一款性能优良的12位高速模块转换器,转换速率可高达10MSPS,具有单端和差分模拟输入方式,内部含有采样保持电路,可选择内部参考源和外部参考源。
[0021 ] AD9220芯片的主要特性有:
[0022](I)灵活的采样率:1.5/3.0/10.0 MSPS采样率;[0023](2)低功耗:59mW,200mff, 250mff 单相 +5V 电源;
[0024](3)积分非线性误差:0.5 LSB (最低有效位 LSB — least significant bit);
[0025](4)微分非线性误差:0.3 LSB ;输入参考噪声:0.09 LSB ;
[0026](5)完整性:片上有采样和保持放大器及参照电压;
[0027](6)信号与噪声和失真比:70 dB ;
[0028](7)无杂散动态范围:80 dB ;
[0029](8)直接二进制输出数据
[0030](9) 28引脚SOIC (小型封装集成电路)和28引脚SSOP (缩小外形封装)。
[0031]当前硬件设计,使用的ADC采样率为5Mbps。
[0032]请参阅图4,所述信号放大及传输电路包括LM318运算放大芯片和通道选择芯片MAX4518。所述LM318运算放大芯片是一种高精度、高速、高增益运算,经过特别设计的放大器,用于在高压摆率和高带宽的应用程序。与许多宽带放大器,LM318运算放大芯片是单位增益稳定的,因为它有内部电路频率补偿。然而,外部组件可以被添加的补偿,以达到最佳性能。在反相应用中使用时,前馈补偿。LM318运算放大芯片包括A / D转换器,快速积分,振荡器,有源滤波器,采样和保持电路,通用放大器,其特点是:
[0033]( I)单位增益稳定(内部频率补偿);
[0034](2)4mV的典型输入失调电压;
[0035](3) 30nA的典型输入失调电流;
[0036](4)输入偏置电流为250nA (最大值);
[0037](5) 15MHz 带宽(小信号);
[0038](6 ) 50V/ μ s 压摆率(保证);
[0039](7)工作电压为± 5V至± 20V ;
[0040](8)输入和输出过载保护;
[0041](9)相同的引脚分配为通用运算放大器。
[0042]请参阅图5,所述ARM嵌入式系统采用意法半导体ST公司的STM32103FVCT6处理器作为ARM选型。STM32103FVCT6处理器是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而设计的ARM Cortex-M3内核,其特点是:
[0043](I)芯片型号:STM32103FVCT6 ;
[0044](2)位数:32bit;
[0045](3)输入/输出数:80 ;
[0046](4)程序存储器大小:256 KB ;
[0047](5)存储器容量,RAM:32KB
[0048](6 )处理器速度:72MHz ;
[0049](7)振荡器类型:外部,内部;
[0050](8)计时器数:8;
[0051](9)周边器件:ADC,DAC, DMA, PWM, Timer ;
[0052](10)嵌入式接口类型:CAN, I2C,SPI,UART ;
[0053](11) PWM 通道数:16 ;
[0054](12)封装类型:LQFP[0055](13)接口:CAN,I2C, SPI, USART, USB ;
[0056](14)接 口类型:3 X USART, 2 x UART, 3 x SPI, (2 x I2S),2 x I2C, USB, CAN,SDIO ;
[0057](15)模数转换器输入数:3。
[0058]请参阅图6,所述上位机通讯电路采用常见的MAX3232CSE通讯芯片作为ARM嵌入式系统与上位机的连接桥梁,MAX3232CSE通讯芯片以其稳定的传输性能在通讯领域得到广泛运用。
[0059]如图7,NaI探测器采集的模拟信号由运放LM318放大后,经多路信号(本新型实用专利可测试4路信号)选择芯片MAX4518输出至12位高速AD转换芯片AD9220,将模拟信号转换成12位数字信号后传给ARM芯片处理,本新型实用专利选取的ARM芯片为STM32F103VCT6.通讯芯片选择MAX3232CSE,其可以双向通讯,方便ARM与上位机实现双向通讯功能。
[0060]本实用新型的工作流程是:由碘化钠探测器探测出的CBS信号经过LM318运算放大芯片把信号放大,并送入通道选择芯片MAX4518的NOl端口或N02端口,由通道选择芯片MAX4518的COM 口输出至AD9220芯片的VINA端口,AD9220芯片把模拟信号转化为数字信号,并送入STM32103FVCT6处理器的PDO-PDll 口,由STM32103FVCT6处理器对数字信号进行运算分析,并把运算分析的结果数据通过MAX3232CSE通讯芯片的UART1TX端口和UARTIRX端口传输到上位机中。
[0061]对于本领域技术人员而言,显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0062]此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种液体安检仪多道脉冲幅度分析器,其特征在于,包括AD采样电路、信号放大及传输电路和ARM嵌入式系统,所述AD采样电路采用AD9220芯片;所述信号放大及传输电路包括LM318运算放大芯片和通道选择芯片MAX4518 ;所述ARM嵌入式系统采用STM32103FVCT6处理器作为ARM选型;经过LM318运算放大芯片把信号放大,并送入通道选择芯片MAX4518的NOl端口或N02端口,由通道选择芯片MAX4518的COM 口输出至AD9220芯片的VINA端口,AD9220芯片把模拟信号转化为数字信号,并送入STM32103FVCT6处理器的 PDO-PDll 口。
2.根据权利要求1所述的液体安检仪多道脉冲幅度分析器,其特征在于,所述ARM嵌入式系统与上位机之间采用MAX3232CSE通讯芯片作为上位机通讯电路,由STM32103FVCT6处理器对数字信号进行运算分析,并把运算分析的结果数据通过MAX3232CSE通讯芯片的UARTITX端口和UART1RX端口传输到上位机中。
【文档编号】G01N23/203GK203705369SQ201420095655
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】丁厚本, 李波, 丁青, 蔡昕, 周庐, 周春燕 申请人:安徽中福光电科技有限公司
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