基于电荷灵敏放大器的辐射测量电路设计与仿真

论文摘要

在核辐射测量中,CsI(Tl)晶体的荧光光谱和光敏二极管的吸收光谱比较匹配,而且光产额较高。这样闪烁晶体和光探测器的组合是非常有利于实现对γ射线能谱的测量的。在测量γ射线时,核信息测量系统一般由两部分组成：核辐射探测器和核电子学测量系统。第一部分即为核辐射探测器,由闪烁体和光电二极管耦合而成,用于接收γ射线,γ射线是照射在闪烁体(采用CsI(Tl))上,闪烁体将γ射线激发出来的荧光再传递给光电二极管,闪烁体与光电二极管间用硅油耦合,而闪烁体常常用膜包裹,以提高光的采集效率,这个过程就是高能量的γ光子转变为可被光电二极管接受的低能量的荧光也就是可见光。本文设计了硅PIN光敏二极管和电荷灵敏前置放大器组成的γ射线探测器模块,在讲述核辐射测量模块设计原理的基础上,着重分析和阐述了电荷灵敏放大器的设计原理,对具体电路的结构设计和芯片的选用作了详细分析,通过合理选择电路的仿真参数,利用电子电路仿真设计软件Multisim10对所设计的电荷灵敏前置放大器和主放大器进行了仿真测试,结果表明所设计的电荷灵敏前置放大电路和主放大器能够胜任核辐射测量的任务。最后以Ti公司低功耗的16位处理器MSP430F169为核心,设计了核辐射测量的控制电路,包括按键控制,脉冲计数,幅度测量,LCD显示和数据传输等功能,构成了一个集核辐射测量、数据处理、显示和传输的完整电路,可以应用到与核辐射测量有关的场合。与传统的核辐射测量电路相比较,本文所设计的基于前置电荷灵敏放大器的核辐射测量模块具有电路结构简单、成本低廉、性能可靠,同时又具有较小的噪声,能够取得较好的测量精度这些优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究意义及研究背景
• 1.1.1 γ射线探测器的介绍
• 1.1.2 前置放大器的作用
• 1.2 国内外探测器的研究现状
• 1.3 研究目标与内容
• 1.3.1 研究目标与任务要求
• 1.3.2 研究内容
• 2 用于检测γ射线的硅半导体探测器
• 2.1 Γ射线的主要来源
• 2.2 Γ射线与物质相互作用原理
• 2.3 硅半导体探测器的选择
• 2.4 硅光电二极管测量射线的工作原理
• 2.5 辐射传感器的选定
• 2.6 S2506-04探测器的性能指标
• 3 MULTISIM仿真工具
• 3.1 EDA概述
• 3.2 EDA的作用
• 3.3 EWB与MULTISIM
• 3.4 MULTISIM电子电路仿真软件的运行环境
• 4 用于硅半导体探测器的电荷灵敏放大器的设计与仿真
• 4.1 运算放大器应用电路的设计
• 4.2 电荷灵敏放大器的设计
• 4.2.1 电荷灵敏前置放大器的基本原理
• 4.2.2 电压灵敏前置放大器
• 4.2.3 电路设计
• 4.2.4 主要器件的选择
• 4.2.5 反馈电阻和电容的选择
• 4.3 电路的仿真
• 4.3.1 电荷灵敏放大电路的设计创建与仿真
• 4.3.2 比较器的设计与仿真
• 4.3.3 整体电路仿真
• 4.4 设计参数对性能的影响分析
• 4.4.1 所用的脉冲源幅值参数对性能的影响
• 4.4.2 输出脉冲上升时间参数在仿真中的测试
• 5 基于电荷灵敏放大器的主控电路的设计
• 5.1 电源设计
• 5.2 主控制器及其他功能设计
• 5.2.1 硬件设计
• 5.2.2 软件设计
• 5.3 无线传输模块
• 5.3.1 GPS模块
• 5.3.2 无线传输主控制器
• 5.3.3 天线匹配电路
• 5.3.4 温度传感器
• 5.3.5 无线传输模块工作原理
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的成果