基于LabVIEW的地面伽瑪能譜儀校準軟件的設計

1.引言

地面伽瑪能譜測量是利用便攜式伽瑪能譜儀直接在現場(chǎng)測定土壤、巖石中鉀、鈾、釷含量的一種核地球物理方法。在解決地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域具有重要作用[4].地面伽瑪能譜儀的校準通常采用飽和模型法,目前，儀器校準系數的計算方法大多采用離線(xiàn)工計算，工作繁瑣，易出錯。為此，筆者針對地面伽瑪能譜儀校準的校準系數、靈敏度系數、準確度的計算特點(diǎn)，運用LabVIEW設計出一款自動(dòng)計算軟件。

2.伽瑪能譜儀的校準與檢驗

2.1 靈敏度系數及校準系數的計算

按照規范，伽瑪能譜儀的校準方程式如下：

式中，Ik、Iu、Ith分別為譜儀在模型上實(shí)測的鉀道、鈾道和釷道扣除本底后的凈計數率;QK、QU、QTh分別為模型中鉀、鈾、釷扣除本底的模型含量;ai、bi、ci(i=1,2,3)為譜儀的靈敏度系數。

簡(jiǎn)化形式為：I=AQ,顯然：Q=A-1I,A為靈敏度系數矩陣，A的逆矩陣A-1即為譜儀的校準系數矩陣。譜儀靈敏度合格[2]要求為：

Skk>=2.9cps/(%K);Suu>=0.28cps/(ppmeU);Stt>=0.11cps/(ppmeTh)。

2.2 儀器本底

伽瑪能譜儀在校準檢驗過(guò)程中，儀器本底對測量結果有很大的影響，儀器本底的測量方法有水面法，鉛室法和本底模型法，由于前兩種方法和儀器的校準場(chǎng)地缺乏一致性，故本軟件采用本底模型法.于前兩種方法和儀器的校準場(chǎng)地缺乏一致性，故本軟件采用本底模型法.

2.3 含量的計算

含量計算公式如方程組(2)所示：

式中，Nk、Nu、Nt為用本底模型法扣除的儀器本底計數的鉀、鈾、釷的凈計數率;QK、QU、QTh分別表示被測點(diǎn)的鉀、鈾、釷含量;Ai、Bi、Ci(i=1、2、3)為儀器相應譜段對應的鉀、鈾、釷的校準系數。

2.4 準確度檢查

使用混合模型驗證儀器校準結果的準確性，校準好的儀器在混合模型測得的含量值相對誤差要求參考文獻[2],低含量的允許誤差以絕對誤差表示，高含量的允許誤差以相對誤差表示。

3.軟件系統設計

本文選用LabVIEW作為軟件開(kāi)發(fā)平臺，采用模塊化設計理念，軟件首先通過(guò)讀取文件數據，選擇模型類(lèi)型，就可得出校準檢定結果。

軟件主要部分包括：打開(kāi)文件、校準/檢定結果和含量計算。打開(kāi)文件部分包括測量數據的讀取、標定模型次序的選擇和模型推薦含量的顯示，其界面如圖1所示。

測量數據可以從excel文件中導入，也可以通過(guò)接口直接從能譜儀讀取。校準/檢定結果部分包括校準系數的計算、靈敏度系數的計算、儀器本底的計算、以及靈敏度系數和混合模型準確度檢驗，其界面如圖2所示。含量計算部分能夠根據前部分得出的校準系數，進(jìn)行簡(jiǎn)單的含量計算。

3.1 模型排序模塊設計

通常，譜儀在模型上標定的先后順序是不定的，導致在對譜儀進(jìn)行校準檢定時(shí)，往往需要人工的將標定數據按照一定模型順序進(jìn)行排列，增加了分析強度，降低了計算效率。在本系統設計中增加了模型排序模塊，只需選擇譜儀標定模型的先后順序，就能夠進(jìn)行后面的計算，此模塊采用將“K模型”、“Th模型”、“U模型”、“混合模型”、“本底模型”分別與數字1、2、3、4、5綁定，通過(guò)數字按照從小到大的排序順序，就能將模型排序。采用whlie和for循環(huán)結構來(lái)對程序進(jìn)行排序。

3.2 靈敏度系數和校準系數模塊設計

此模塊通過(guò)“求解線(xiàn)性方程”控件得出靈敏度系數矩陣，通過(guò)“逆矩陣”控件得出校準系數矩陣。同時(shí)，本軟件能夠自動(dòng)判定靈敏度和準確度是否合格，若不合格會(huì )自動(dòng)彈出對話(huà)框顯示具體的哪個(gè)測量項目不合格，若合格，則會(huì )顯示合格，如圖2中的彈出對話(huà)框所示。主要是通過(guò)“顯示對話(huà)框信息”控件來(lái)實(shí)現的。

3.3 含量計算模塊設計

依次輸入測得的鉀、鈾、釷計數率，單擊“計算”按鈕，將鉀、鈾、釷計數率通過(guò)“創(chuàng )建數組”控件成為數組，扣除本底后，通過(guò)“矩陣A×B”控件與校準系數矩陣進(jìn)行矩陣運算，就能得出相應鉀、鈾、釷含量。

4.實(shí)例

在四川省核工業(yè)某標準體源模型站對一臺已經(jīng)校準好的NP4-2型微機多道伽瑪能譜儀進(jìn)行檢驗，得到的計算結果與其他軟件的計算結果一致，因此本軟件計算可靠。

5.結束語(yǔ)

本文利用LabVIEW作為地面伽瑪校準系數的軟件開(kāi)發(fā)平臺，該系統具有友好的用戶(hù)界面，快速的數據處理能力。系統設計容易，靈活性和可擴充性強。本文的主要創(chuàng )新點(diǎn)包括：

(1)模型選擇模式極大限度的避免因人工操作引入的計算誤差。

(2)利用LabVIEW作為軟件開(kāi)發(fā)平臺，實(shí)現地面伽瑪校準系數、靈敏度系數、準確度計算等多種功能。并通過(guò)實(shí)例應用，證明該軟件設計可行。對于地面伽瑪能譜校準檢驗具有一定的借鑒意義。