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多道脉冲幅度分析器，包括脉冲信号放大器、脉冲幅度分析器和串行通信电路；脉冲信号放大器对输入信号进行放大；脉冲幅度分析器对脉冲信号放大器输出的脉冲信号进行峰值检测和模数转换，将模拟脉冲信号转化成与其幅度对应的数字量，并记录落在各个幅度间隔内的脉冲，得出能量分布曲线；串行通信电路将脉冲幅度分析器输出的数据传送给上位机。本实用新型的多道脉冲幅度分析器，精度高，稳定性好，放大信号倍数在1～200倍之间，多道脉冲幅度分析器的道数为1024。
【专利说明】
多道脉冲幅度分析器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种多道脉冲幅度分析器，属于电路技术领域。
【背景技术】
[0002]多道脉冲幅度分析器作为能谱分析仪的核心部件，用于将核探测器输出的模拟信号转换为与其峰值成正比的数字信号，并按照其幅度大小分别计数，从而得到放射源的能量信息。因此，多道脉冲幅度分析器的速度、精度和稳定性直接影响整个能谱测量系统的性會K。
[0003]在X荧光分析测量中，探测器输出的脉冲信号的幅度和入射粒子的能量是成正比关系的，想知道入射射线的能量，可以通过测脉冲信号的幅度就可以知道。
[0004]随着集成电路、单片机、计算机等的应用，多道分析器(MCA)技术不断的进步，它的体积不断的小型化、性能不断的智能化，从而达到了较高的技术水平。虽然科技不断的发展，但多道系统逻辑结构一直变化不大，都是因为模拟脉冲信号峰值进行采样保持并作AD转换为特点的。
[0005]20世纪90年代以来，多道脉冲幅度分析技术开始逐步向着数字化方向发展，因为数字化已经成为21世纪的发展主流，性能优越的数字化多道取代模拟多道已成为技术发展的必然趋势。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多道脉冲幅度分析器，精度高，稳定性好。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多道脉冲幅度分析器，其特征是，包括脉冲信号放大器、脉冲幅度分析器和串行通信电路；
[0008]脉冲信号放大器对输入信号进行放大；
[0009]脉冲幅度分析器对脉冲信号放大器输出的脉冲信号进行峰值检测和模数转换，将模拟脉冲信号转化成与其幅度对应的数字量，并记录落在各个幅度间隔内的脉冲，得出能量分布曲线；
[0010]串行通信电路将脉冲幅度分析器输出的数据传送给上位机。
[0011]脉冲信号放大器包括依次串接的第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4、第五运算放大器U5;
[0012]输入信号输入第二运算放大器U2的正向输入端，运算放大器U2的反向输入端经第二电阻R2、第三电阻R3接地，第二电阻R2、第三电阻R3的共接点同时与第二运算放大器U2的输出端连接；
[0013]第三运算放大器U3、第四运算放大器U4构成RC积分电路；
[0014]第五运算放大器U5的正向输入端与输出端之间连接一由可调增益电位器Ry和二极管DI构成的并联电路，且二极管DI的正极与运算放大器U5的正向输入端连接，负极与运算放大器U5的输出端连接。
[0015]第二运算放大器U2还外接一用于调节第二运算放大器U2的失调电压的第一电位器Rx。
[0016]脉冲幅度分析器包括STC12C5410AD单片机、LM211电压比较器，LF398采样保持电路和CD4066电子开关；
[0017]由LM211电压比较器正输入端输入的脉冲信号与采样保持电路的输出OUT进行比较，当输入脉冲信号增加时，LM211电压比较器的正输入端电平大于负输入端电平，LM211电压比较器输出高电平，使采样保持电路的逻辑控制端为高电平，采样保持电路处于采样工作状态；当输入信号达到峰值开始下降时，LM211电压比较器的正输入端电平小于负输入端电平，LM211电压比较器输出为低电平，使采样保持电路的逻辑控制端置为低电平，采样保持电路处于保持状态，输出电压峰值被保持。
[0018]LM211电压比较器的输出从高电平变为低电平时，使STC12C5410AD单片机产生中断，启动A/D转换;A/D转换结束后，STC12C5410AD单片机读取A/D结果，以此结果为地址读取该道存储的数据，加I后送回原地址保存，完成了一个模拟信号的峰值幅度分析；
[0019]同时，STC12C5410AD单片机的输出控制端输出高电平，使CD4066电子开关UlOB导通，采样保持电路的采样/保持电容接入端连接的电容释放电荷，重新进入下一个采样保持状态。
[0020]串行通信电路采用转换芯片MAX3232进行RS-232电平转换。
[0021 ]本实用新型所达到的有益效果:
[0022]本实用新型的多道脉冲幅度分析器，精度高，稳定性好，放大信号倍数在I?200倍之间，多道脉冲幅度分析器的道数为1024。
【附图说明】
[0023]图1多道脉冲幅度分析器原理框图；
[0024]图2脉冲信号放大器原理图；
[0025]图3脉冲幅度分析器电路；
[0026]图4 单片机 STC12C5410AD 电路；
[0027]图5串行通信电路。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0029]在X荧光分析测量中，由于探测器输出的信号是脉冲信号，该信号的幅度与入射元素的能量成正比，通过检测脉冲信号的幅度，就能知道入射元素的能量，不同的能量大小代表不同的元素。
[0030]多道脉冲幅度分析器的基本工作原理是把脉冲幅度的所有范围平均的分成了η(多道脉冲幅度分析器的道数)个幅度间隔，得到的数字量是通过将模拟脉冲信号转化成与其幅度对应得到的，记录落在各个幅度间隔内的脉冲，经过较长的时间累积，就可得出分布曲线，是探测器输出的脉冲幅度。分布曲线中有很多峰，而每个峰是不同的，所以也就代表不同的元素，而峰的面积代表着对应元素含量的多少。通过对分布曲线各个峰的分析，可确定元素的含量和种类。
[0031]本实用新型的多道脉冲幅度分析器包括脉冲信号放大器、脉冲幅度分析器和串行通信电路等。放大信号倍数为I?200倍，多道脉冲幅度分析器的道数为1024。
[0032](I)脉冲信号放大器
[0033]脉冲信号放大器的功能:对传感器输出的弱信号进行放大，以便去进行模数转换处理。
[0034]如图2所示，脉冲信号放大器包括依次串接的运算放大器U2、U3、U4、U5。从传感器采集的输入信号输入到运算放大器U2的正向输入端，运算放大器U2的反向输入端经电阻R2、R3接地，电阻R2、R3的共接点同时与运算放大器U2的输出端连接。运算放大器U2与电阻R2、R3构成增益为(1+R2/R3)的放大电路。运算放大器U2还外接一个用于调节运算放大器U2的失调电压的电位器Rx。脉冲信号放大器增益的调节范围是O到10。
[0035]运算放大器U3、U4构成RC积分电路。采用有源积分滤波器，滤除噪声和干扰。
[0036]运算放大器U5的正向输入端与输出端之间连接一个由可调增益电位器Ry和二极管Dl构成的并联电路，且二极管Dl的正极与运算放大器U5的正向输入端连接，负极与运算放大器U5的输出端连接。运算放大器U5可调增益电位器Ry、二极管Dl组成的成形电路，也实现了增益可调功能，以满足后续多道脉冲幅度分析电路的需求，其中二极管Dl的作用为防止运算放大器过载造成输出信号削顶。
[0037](2)脉冲幅度分析器
[0038]脉冲幅度分析器主要是由STC12C5410AD单片机Ul、LM211电压比较器，LF398采样保持电路和CD4066电子开关等构成，其作用是对脉冲信号放大器的输出脉冲信号进行峰值检测和模数转换，然后根据信号峰值模数转换的结果进行分类。该多道脉冲幅度分析器的道数是1024道(每道对应一个地址)，是因为STC12C5410AD单片机Ul的A/D转换器的位数是10位，STC12C5410AD单片机Ul可以实现1024道的谱数据分析、处理、保存和显示，脉冲幅度分析器也可联接计算机，把得到的数据通过RS232接口电路传给计算机，脉冲幅度分析器如图3所示。
[0039]由LM211电压比较器U6正输入端输入的脉冲信号与采样保持电路U8的输出OUT进行比较，当输入脉冲信号增加时，LM211电压比较器U6的正输入端电平大于负输入端电平，LM211电压比较器U6输出高电平，使采样保持电路U9的逻辑控制端8脚为高电平，采样保持电路U9芯片处于采样工作状态；当输入信号达到峰值开始下降时，LM211电压比较器U6的正输入端电平小于负输入端电平，LM211电压比较器U6输出为低电平，使采样保持电路U9的逻辑控制端置为低电平，采样保持电路U9处于保持状态，输出电压峰值被保持。同时，LM211电压比较器U6的输出从高电平变为低电平，使单片机Ul产生中断，启动A/D转换，A/D转换结束后，单片机读取A/D结果，以此为地址读取该道存储的数据，加I后送回原地址保存，完成了一个模拟信号的峰值幅度分析，同时单片机Ul的输出控制引脚P2.0输出高电平，使CD4066电子开关UlOB导通，采样保持电路U9的采样/保持电容C9上的电荷释放，重新进入下一个采样保持状态。
[0040]STC12C5410AD系列单片机Ul是由宏晶科技生产的单时钟/机器周期(IT)的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，采用流水线形式的精简指令集结构，有MAX810专用复位电路。其主要性能特点如下:
[0041 ] I)增强型IT流水线的精简指令结构
[0042]2)工作电压:5.5V?3.4V(5V单片机)/3.8V?2.0V(3V单片机)
[0043]3)工作频率:0?35MHz，相当于普通8051的O?420MHz
[0044]4)12K/10K/8K/6K/4K/2K字节的用户应用程序空间
[0045]5)内部 512 字节 RAM
[0046]6)通过I/O口(27/23个)，复位后为:准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)
[0047]可设置成四种模式:准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏
[0048]7)ISP(在系统可编程)/ASP(在应用可编程)，无需专用编程器
[0049]可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片
[0050]8)EPR0M 功能[0051 ] 9)看门狗
[0052]10)内部含MAX810专用复位电路(外部晶振20M以下时，可省外部复位电路)
[0053]11)时钟源:外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器
[0054]用户在下载用户程序时，可选择内部R/C振荡器或外部晶体/时钟。
[0055]常温下内部R/C振荡器频率为:5.65MHz?5.95MHz。
[0056]12)共2个16位定时器/计数器
[0057]13)PWM(4位)/PCA，也可用来在实现4个定时器
[0058]14)ADC，10位精度ADC，共8路
[0059]15)通用异步串行口(UART)
[0060]16)SPI同步通信口，主/从模式
[0061]17)工作温度范围:0?75Γ/-40?+85°C
[0062]18)封装:PDIP-28，S0P-28，PDIP_20，S0P-20，TSS0P-20，PLCC_32。
[0063](3)串行通信
[0064]STC12C5410AD单片机Ul与上位机之间采用串行通信。由于系统是5V系统，所以要使用转换芯片MAX3232进行RS-232电平转换。MAX232是5V工作电源的RS-232转换芯片。串行通信接口电路如图5所示。单片机Ul与转换芯片MAX3232经数据接收端RXD和发送端TXD进行数据接收与发送，转换后输出至上位机。
[0065]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种多道脉冲幅度分析器，其特征是，包括脉冲信号放大器、脉冲幅度分析器和串行通信电路； 脉冲信号放大器对输入信号进行放大； 脉冲幅度分析器对脉冲信号放大器输出的脉冲信号进行峰值检测和模数转换，将模拟脉冲信号转化成与其幅度对应的数字量，并记录落在各个幅度间隔内的脉冲，得出能量分布曲线； 串行通信电路将脉冲幅度分析器输出的数据传送给上位机； 脉冲信号放大器包括依次串接的第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4、第五运算放大器U5 ； 输入信号输入第二运算放大器U2的正向输入端，运算放大器U2的反向输入端经第二电阻R2、第三电阻R3接地，第二电阻R2、第三电阻R3的共接点同时与第二运算放大器U2的输出端连接； 第三运算放大器U3、第四运算放大器U4构成RC积分电路； 第五运算放大器U5的正向输入端与输出端之间连接一由可调增益电位器Ry和二极管Dl构成的并联电路，且二极管Dl的正极与运算放大器U5的正向输入端连接，负极与运算放大器U5的输出端连接； 脉冲幅度分析器包括STC12C5410AD单片机、LM211电压比较器，LF398采样保持电路和CD4066电子开关； 由LM211电压比较器正输入端输入的脉冲信号与采样保持电路的输出OUT进行比较，当输入脉冲信号增加时，LM211电压比较器的正输入端电平大于负输入端电平，LM211电压比较器输出高电平，使采样保持电路的逻辑控制端为高电平，采样保持电路处于采样工作状态；当输入信号达到峰值开始下降时，LM211电压比较器的正输入端电平小于负输入端电平，LM211电压比较器输出为低电平，使采样保持电路的逻辑控制端置为低电平，采样保持电路处于保持状态，输出电压峰值被保持。2.根据权利要求1所述的多道脉冲幅度分析器，其特征是，第二运算放大器U2还外接一用于调节第二运算放大器U2的失调电压的第一电位器Rx。3.根据权利要求1所述的多道脉冲幅度分析器，其特征是，LM211电压比较器的输出从高电平变为低电平时，使STC12C5410AD单片机产生中断，启动A/D转换;A/D转换结束后，STC12C5410AD单片机读取A/D结果，以此结果为地址读取该道存储的数据，加I后送回原地址保存，完成了 一个模拟信号的峰值幅度分析； 同时，STC12C5410AD单片机的输出控制端输出高电平，使CD4066电子开关UlOB导通，采样保持电路的采样/保持电容接入端连接的电容释放电荷，重新进入下一个采样保持状态。4.根据权利要求1所述的多道脉冲幅度分析器，其特征是，串行通信电路采用转换芯片MAX3232进行RS-232电平转换。
【文档编号】G01T1/36GK205484836SQ201620096948
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月1日
【发明人】殷庆纵
【申请人】苏州工业职业技术学院