基于DSP的伽马能谱仪设计

论文摘要

本文设计了一种新型的伽马能谱仪，主要应用于自然伽马能谱测井和岩性密度测井。由于采用最新的数字信号处理技术，本伽马能谱仪具有体积小、功耗低、精度高和可扩展等优点，相比于传统的基于峰值采样原理的伽马能谱仪，本伽马能谱仪测井时间更长、测井深度更深、测井精度更高，一定程度提高了国产伽马能谱测井仪器的技术水平，同时为其它测井仪器的小型化提供了一种思路。 论文研究了自然伽马能谱测井的工作原理，在此基础上分析了传统伽马能谱仪的不足，并提出了新型伽马能谱仪的设计思想，即小体积、低功耗和全波采样。根据设计思想，提出了使用高速数字信号处理器和高速A／D转换器对闪烁探头输出电脉冲信号进行全波采集，并在数字域完成峰值检测的系统设计方案。硬件设计采用模块化的设计思想，从DSP最小系统开始，循序渐进，逐步完成基线恢复模块设计、A／D模块设计、D／A模块设计、CAN通信模块设计以及系统电源模块设计。在硬件设计完成的基础上，进行了系统的应用软件设计，分别完成了系统初始化程序、A／D采样程序、高压控制程序、峰值检测程序、CAN通信程序以及串行EEPROM在线编程及读写程序。最后进行了新型伽马能谱仪的系统调试和外场试验，试验结果表明，该新型伽马能谱仪功耗低、测谱准确、工作稳定可靠。 本文设计的伽马能谱仪在国内首次采用全波采样，它的成功研制具有重要的理论意义和工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 测井技术的国内外发展现状
• 1.3 本文研究内容及结构安排
• 第二章 自然伽马能谱测井原理
• 2.1 放射性辐射基础理论
• 2.2 岩石的天然放射性
• 2.3 伽马射线与物质的相互作用
• 2.4 伽马射线的探测
• 2.4.1 盖革-弥勒计数管
• 2.4.2 闪烁计数器
• 2.5 伽马能谱仪原理
• 2.5.1 传统伽马能谱仪原理
• 2.5.2 新型伽马能谱仪原理
• 2.6 自然伽马能谱测井简介
• 2.7 本章小结
• 第三章 伽马能谱仪硬件设计
• 3.1 器件选择
• 3.1.1 数字信号处理器选择
• 3.1.2 外围器件选择
• 3.2 DSP最小系统设计
• 3.2.1 时钟电路
• 3.2.2 复位电路
• 3.2.3 程序加载电路设计
• 3.2.4 JTAG电路设计
• 3.2.5 DSP电源电路设计
• 3.3 基线恢复电路设计
• 3.3.1 基线漂移现象
• 3.3.2 基线恢复器
• 3.4 A/D电路设计
• 3.4.1 AD9225简介
• 3.4.2 ADSP-BF537并行外设接口（PPI）
• 3.4.3 A/D电路设计
• 3.5 D/A电路设计
• 3.5.1 AD5545简介
• 3.5.2 电压参考电路设计
• 3.5.3 D/A电路设计
• 3.6 CAN通信电路设计
• 3.6.1 数字隔离器ADUM1201简介
• 3.6.2 CAN收发器82C250简介
• 3.6.3 CAN通信电路设计
• 3.7 系统电源设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 伽马能谱仪软件设计
• 4.1 软件开发平台VisualDSP++
• 4.1.1 VisualDSP++的主要特点
• 4.2 VisualDSP++应用程序开发流程
• 4.2.1 定义系统文件
• 4.2.2 开发程序代码
• 4.2.3 验证程序代码
• 4.2.4 Blackfin的软件设计方法
• 4.3 系统软件总体设计
• 4.4 系统初始化程序设计
• 4.4.1 时钟初始化程序
• 4.4.2 存储器初始化程序
• 4.4.3 中断初始化程序
• 4.4.4 同步串口0初始化程序
• 4.4.5 CAN初始化程序
• 4.4.6 PPI和DMAO初始化
• 4.5 能谱测量程序
• 4.6 CAN通信程序
• 4.7 高压调节程序
• 4 8 SPI EEPROM程序设计
• 4.9 本章小结
• 第五章 伽马能谱仪系统调试和外场试验
• 5.1 系统调试
• 5.1.1 未上电检查
• 5.1.2 供电电路调试
• 5.1.3 DSP最小电路检查
• 5.1.4 D/A电路调试
• 5.1.5 A/D电路调试
• 5.1.6 EEPROM调试
• 5.1.7 CAN调试
• 5.1.8 DSP程序加载调试
• 5.1.9 小结
• 5.2 外场试验
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢