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环境γ射线检测仪

作　者: 陈首锋
导　师: 王银峰
学　校: 重庆大学
专　业: 理论物理
关键词: 环境γ射线探测闪烁计数器 OP37放大电路 ATmega16单片机
分类号: TL81
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 149次
引　用: 2次
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内容摘要

本文主要设计了用于环境γ射线检测的仪器,分为硬件和软件。软件部分:在环境γ射线测量中,受放射性能落的影响,测量的相对误差为1 N ; N为在测量时间内所记录的脉冲数(粒子数)。要保证测量精度,就必须保证一定的计数,在放射性测量工作时,通常采用定时测量下作方式.在低强度测适时,必须自动延长测量时间以保证总计数大于用以保证测量精度规定的下限值。这样每次测量的时间根据放射性强度的不同自动选择,但最后给出的测量结果又必须将不同时间的计数换算为相同时间的计数。这种数据处理方法就称为归一化处理。硬件部分:环境γ射线检测仪的硬件是本论文的重点,分为探头、线性放大电路和单片机系统。探头探头由NaI(Tl)闪烁晶体和光电倍增管(PMT)、高压变换器组成。可将γ射线转换成电信号。线性放大电路主要有RC形成电路和放大电路。它们将探头输出的电信号放大、成形为符合要求的电信号。选用了OP37精密运算放大器。分析了元器件的分散性对电路性能的影响,设计了低噪声、高共模抑制比的γ射线放大电路系统,用ORCAD/PSpice软件对所设计的电路进行了仿真验证,设计了放大电路系统的印刷电路板。单片机系统采用ATmega16单片机,控制电路和软件。选择合理的试验检测方案,对探测器电路不断进行试验和完善。实验结果表明,放大电路系统的增益范围:40~1000,带宽:1~300Hz,共模抑制比为106.7dB。论文对设计方案进行分析和对比后,经过初调,电路还存在一些噪声,前置放大器可以进一步完善。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题的目的和意义  9-12
    1.1.1 辐射来源  9-10
    1.1.2 辐射对人体的影响  10-11
    1.1.3 环境监测的必要性  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-14
2 Γ射线测量理论  14-24
  2.1 Γ辐射场的特征  14-15
    2.1.1 γ射线的性质  14
    2.1.2 原子核衰变理论  14-15
  2.2 辐射剂量学的量和单位  15-17
    2.2.1 吸收剂量和吸收剂量率  16
    2.2.2 照射量和照射量率  16
    2.2.3 比释动能和比释动能率  16-17
  2.3 Γ射线与物质的相互作用  17-21
    2.3.1 光电效应  17-18
    2.3.2 康普顿效应  18-19
    2.3.3 电子对生成  19-20
    2.3.4 γ射线的吸收  20-21
    2.3.5 γ射线剂量测量  21
  2.4 本文Γ射线仪的特性  21-24
    2.4.1 探测效率  22
    2.4.2 能量分辨  22
    2.4.3 时间分辨  22-23
    2.4.4 谱仪的能量线性  23
    2.4.5 稳定性  23
    2.4.6 允许计数率  23-24
3 微弱信号检测的噪声与滤波分析  24-44
  3.1 微弱信号概述  24-25
  3.2 噪声  25-36
    3.2.1 探头噪声分析  25-28
    3.2.2 电路噪声分析  28-31
    3.2.3 噪声的描述  31-32
    3.2.4 噪声的统计性质  32-33
    3.2.5 器件噪声  33-36
  3.3 滤波  36-44
    3.3.1 无源低通滤波器  38-39
    3.3.2 有源低通滤波器  39-40
    3.3.3 高通滤波器  40-42
    3.3.4 带通滤波器  42-44
4 Γ射线仪的结构和硬软件设计  44-60
  4.1 Γ射线仪逻辑框架  44
  4.2 探头  44-46
    4.2.1 NaI(Tl)晶体  44-45
    4.2.2 光电倍增管（PMT）  45
    4.2.3 探头信号输出  45-46
  4.3 前置放大电路  46-50
    4.3.1 RC 微积分成形电路  47-48
    4.3.2 前置放大器种类  48-49
    4.3.3 电流灵敏放大器  49-50
  4.4 主放电路  50-56
    4.4.1 放大电路  50-51
    4.4.2 滤波电路  51-52
    4.4.3 AD 转换电路  52-53
    4.4.4 单片机电路  53-55
    4.4.5 集成运放 OP37  55-56
  4.5 电源电路  56-58
  4.6 制作版图  58-59
  4.7 软件设计  59-60
5 仿真与实验研究  60-70
  5.1 仿真软件简介  60-61
  5.2 仿真流程及分析  61-67
  5.3 主放电路仿真  67-70
6 结论与展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-75
附录  75-76

环境γ射线检测仪

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