虚拟仪器法设计伽玛能谱仪

　　0 引 言

　　伽玛射线能谱测量是一种重要的核地球物理方法，是解决地球科学、环境科学等有关问题的主要手段之一. 随着科技的不断发展，伽玛能谱仪的研究技术不断趋于成熟，其设计朝着多道便携式、微机化、多功能的方向发展. 先后出现了 AMPTEK公司生产的 GAMMA - 8000( 512 道)[1]、Terraplus公司生产的 GR320( 可选道数 256/512) 及北京核仪器厂生产的 BH1936A( 1024 道)[2 -3]. 此类仪器设计均采用: 伽玛能谱探测器、专用多道脉冲幅度分析器和计算机软件系统组成. 因此，目前出现的能谱仪产品均是采用核探测器加上独立的多道脉冲幅度分析器，价格昂贵，缺乏灵活性和可扩充性.

　　虚拟仪器技术( VI) 将计算机技术应用在仪器领域，改变传统仪器的应用方式，实现测量信息远程共享、综合分析、评估等功能. 本文利用“软件就是仪器”的思想，结合软件工程设计原理完成虚拟仪器开发. 其特色是在伽玛能谱仪的开发过程中引入了虚拟仪器技术，使开发出来的仪器不管是硬件还是软件都具有开放性、模块化、可重复互换性的特点.

　　1 硬件组成

　　能谱仪由伽玛能谱探头、通用数据采集卡和计算机系统组成. 伽玛能谱探测器采用通用 NaI 探头: 信号幅度 0. 05 ～3. 5V，输出信号幅度范围为 0～ 6. 8V，信号脉冲宽度 1 ～ 5 μs，能量分辨率 ≤12% . 通用数据采集卡采用 Measurement Computing公司的 PCI - DAS4020/12，该卡为四道 PCI 总线插卡，其模拟输入分辨率为 12bits，采样速率可达20MHz[4]. 计算机为普通台式计算机. 组成伽玛能谱仪的硬件都是通用组件，开发者不需进行硬件电路设计.

　　2 软件设计

　　2. 1 设计方案概述

　　本设计利用 LabVIEW 平台强大的开发功能进行前面板和测试功能程序设计. 系统设计主要包含数据流管理、采集控制、多道幅度分析和谱分析等功能模块.

　　其工作过程可大致描述如下: 通过数据采集模块完成数据采集，利用采集控制模块对数据进行有效地处理、传输及存储，然后将数据送入多道幅度分析模块完成谱数据的计算机化，与此同时，调用实时显示模块将谱数据以图形的形式进行显示. 系统还提供了谱分析功能模块，根据用户的不同需要完成对谱数据的各种性能处理.

　　2. 2 伽玛能谱仪面板设计

　　前面板设计采用符合 Windows 界面编制准则的菜单编辑器实现，菜单功能主要通过 EventStructure 结构完成[5 -6]，为用户提供简洁、友好的编辑环境. 前面板主要包括: 菜单、谱线显示窗口、 采集控制、采集卡配置、含量信息显示等功能模块.