基于STM32F的便攜式核譜儀的研制

現代核譜測量?jì)x器的發(fā)展逐漸趨于便攜化、小型化和智能化。雖然之前的便攜式核譜測量?jì)x器集成度較高，但是成本和功耗也相對較高，已滿(mǎn)足不了現代野外核輻射探測的需求。筆者所設計的便攜式多道核譜儀采用STM32F103 作為控制器，利用控制器自身攜帶的ADC 采樣，對γ 射線(xiàn)進(jìn)行數據采集，處理后通過(guò)液晶顯示模塊對譜線(xiàn)進(jìn)行顯示; 同時(shí)也可將測量的數據存儲在存儲卡中，用于電腦更加精確地離線(xiàn)分析( 利用設計的核譜處理軟件) ，以彌補野外分析不足的缺陷。由于系統大部分的電路集成在控制器中，外圍電路很少，并且采用了市場(chǎng)上高性能、低成本、低功耗的32 位處理器，因此與其他嵌入式核譜測量?jì)x器相比，該設計不僅集成度和工作時(shí)間顯著(zhù)提高，而且成本和功耗也明顯降低，更適合野外探測。

1 硬件系統設計*

整個(gè)核譜儀的硬件系統由探測器及放大電路模塊、高速數據采集和處理模塊、程控運放模塊、存儲和顯示模塊組成。系統的結構如圖1 所示。

圖1 硬件系統結構框圖

1. 1 放大電路的設計

核輻射測量中，探測器輸出的信號比較小，需要加以放大再進(jìn)行測量，而放大器分為前置放大和主放兩部分。前置放大電路的主要作用是提高系統的信噪比和減少外界干擾，因此比較簡(jiǎn)單。前置放大器的體積小，緊靠探測器并與探測器構成一個(gè)整體，稱(chēng)為探頭。

主放電路的主要作用是對信號進(jìn)一步進(jìn)行放大成形，以方便后續測量。經(jīng)前置放大的信號首先通過(guò)C1-R3 組成的微分電路成形，然后通過(guò)一個(gè)反相線(xiàn)性放大節進(jìn)行線(xiàn)性放大，利用C3-R5-R6極零相消電路消除下沖，然后經(jīng)過(guò)有源積分濾波器將信號進(jìn)一步放大成形，這時(shí)的信號就可用于后續工作中。主電路如圖2 所示。

圖2 主電路

1. 2 高速數據采集

利用芯片自身攜帶的12 位ADC 對信號進(jìn)行采樣，它有16 個(gè)輸入通道，采樣頻率為1MHz，有單信號及掃描等幾種模式，筆者采用單信號輸入模式。高速數據采集電路如圖3 所示。

圖3 高速數據采集電路

1. 3 穩譜電路設計

設計了由單片機自身攜帶的DAC 所組成的程控運放，目的是為了讓系統自動(dòng)調節由各種外界條件引起的測量數據的偏差，增加系統的穩定性和測量數據的準確性。程控運放電路如圖4 所示。

圖4 程控運放電路