多用途便携式多道脉冲幅度分析器的硬件研制

论文摘要

随着全球化石燃料的日益短缺，核能由于其高效、稳定的特性被世界各国所普遍接受，并被作为未来的战略能源来发展。那么作为核能源的核燃料铀矿必将成为世界各国所要竞相争夺的焦点，这就为核燃料铀矿的勘查提出了严峻挑战，并将促进其相关勘查技术的飞速发展。多道脉冲幅度分析器作为一种核地球物理探测仪器被广泛地应用在铀矿勘查中。然而现在的较好的多道脉冲幅度分析器多为洋货，国内的大多体积大、功耗高、不能适应室内、室外等多方面的应用，且不能自动定位，整体竞争力不强。本课题基于此，设计制作了一款低功耗、多用途、便携、能自动定位的多道脉冲幅度分析器，并将其制作成一个数据采集卡的形式，旨在用自主研发的仪器来进行铀矿勘查。该采集卡的主控单元采用了高速、低功耗、贴片的具有丰富片内资源的32位微控制器ARM7LPC2368；为了使系统具有良好的线性，电路设计中，采用了高速具有良好线性的运算放大器AD8620进行两级线性放大；为了提高系统的能量分辨率，在电路中采用了Sallen-Key滤波整形电路，将脉冲信号整成了高斯型；为了提高系统在高计数率下的性能，电路中设计了性能良好的CDD基线恢复电路；电路中设计了高性能的脉冲幅度分析电路和高速的模数转换电路来进行脉冲幅度分析；在稳谱上，采用了14位的数模控制器AD5453，通过LPC2368自带的SPI接口进行高精度的自动稳谱；同时电路中嵌入GPS定位授时技术，可以进行自动定位，适应室内、野外多用途的需要，并方便后续数据的处理；在数据传输上采用了LPC2368自带的全速12Mbps具有DMA控制器的USB2.0接口实现高速的数据传输；系统电源采用了优质高效的开关电源设计，延长了电池的使用寿命，同时还可以通过设计的电源适配器用市电供电。本采集卡可以根据不同的需要，配合不同的核探测器晶体进行核能谱数据的采集；该仪器的研发将为我国的铀矿勘查做出积极的贡献。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景与项目依托
• 1.2 研究现状与存在问题
• 1.3 研究目的与研究意义
• 1.4 研究内容与科学问题
• 第2章 整体方案及 ARM7 LPC2368 微控制器简介
• 2.1 整体方案
• 2.2 多道脉冲幅度分析器
• 2.2.1 通信接口的选择
• 2.2.2 电源方案选择
• 2.3 ARM7 LPC2368 微控制器简介
• 2.3.1 简介
• 2.3.2 主要特性
• 2.3.3 片内 Flash 存储器系统
• 2.3.4 片内静态 RAM
• 2.3.5 存储器映射和外设寻址
• 第3章 多用途便携式多道脉冲幅度分析器的硬件电路设计
• 3.1 脉冲线性放大整形电路
• 3.1.1 极-零相消电路
• 3.1.2 线性放大及程控放大电路
• 3.1.2.1 线性放大电路
• 3.1.2.2 程控放大电路
• 3.1.3 脉冲整形电路
• 3.1.4 基线恢复电路
• 3.2 多道脉冲幅度分析电路
• 3.2.1 峰值检测保持电路
• 3.2.2 A/D（模数）转换电路
• 3.3 ARM7 LPC2368 微控制器外围电路设计
• 3.3.1 电源电路
• 3.3.2 复位电路
• 3.3.3 系统时钟电路
• 3.3.4 程序下载接口电路
• 3.3.5 USB 接口电路
• 3.4 GPS 电路
• 3.5 系统的电源设计
• 第4章 系统调试
• 4.1 开发工具简介
• 4.1.1 硬件开发工具
• 4.1.2 软件开发工具
• 4.2 系统调试
• 第5章 系统性能测试
• 5.1 系统能量分辨率测试
• 5.2 系统线性测试
• 5.3 系统稳定性测试
• 5.4 系统主要技术指标
• 第6章 结论
• 致谢
• 参考文献