LabVIEW平台下虚拟伽玛能谱仪的设计及实现

　　伽玛射线能谱测量是一种重要的核地球物理方法, 在地球科学、核科学及环境科学中的应用广泛, 相关的研究是颇有意义的。近些年, 我国先后研制了 256 道微机化能谱仪、轻便能谱测井仪、手持 NaI 多道谱仪等, 特别是随着微型机引入伽玛能谱仪, 研制出 2048 道能谱测井仪, 以及建材专用低本底多道 γ能谱仪系统等。这些仪器的组成件部分是: 探测器、多道分析器、计算机。具体工作原理是探测器将信号输入到谱分析器, 多道脉冲幅度分析器将信号放大、整形, 经过 A/D 转换后, 将经过幅度分析后的数据输入计算机。本文阐述利用虚拟仪器开发平台LabVIEW 和通用的数据采集卡开发虚拟伽玛能谱仪的过程。

　　1 系统概述

　　1.1 系统硬件组成

　　虚拟伽玛能谱仪的硬件部分由三部分组成: 探头、采集卡、计算机系统。相较于传统仪器中独立的多道分析系统, 本设计结构更为紧凑。

　　γ能谱探头采用通用 NaI 探头 , NaI 晶 体 大 小 为 φ50×50mm, 输入工作电压为+12V, 信号幅度:0V～6.8V, 信号脉冲宽度: 1～5μs, 噪声: <0.03V, 能量分辨率≤12%。数据采集卡使用美国 Measurement Computing 公 司 生 产 的 PCI-DAS4020/12采集卡, 该卡为四道 PCI 总线插卡, 每通道一路 A/D, 采样速率单通道 20MHz 连续、双通道 20MHz 连续、四通道 10MHz 连续, 12BitA/D 分辨率采集数据, A/D 转换时间 40ns, 输入带宽17MHz, 精度 3.0LSB, 典型值 5.5LSB, DMA 数据传输, 总线控制。此外, 板上所有地址, 中断, 通道全部由软件设置, 支持 Lab-View。得到的有效数据将输入 VI 进行数据分析。NaI 探测器通过BNC 头与采集卡连接, 采集卡通过 PCI 总线与计算机连接。

　　1.2 软件系统设计

　　软件设计采用模块化设计理念, 系统首先通过采集控制, 读入原始数据, 经过脉冲幅度分析, 进行谱显示。随后就可以根据相应的要求将数据进行谱平滑、谱寻峰、感兴趣区分析, 含量计算等谱处理控制。软件功能模块的调用关系如图 1。主要功能包括以下几个部分:

　　1) 采集控制: 采集卡初始化、开始采集、结束采集、定时控制、采集方式控制( 包括手动、自动、连续自动) 、谱文件保存位置设置。

　　2)文件管理:主要实现能谱数据读入和保存。包括谱数据文件(.spe)、加亮区文件(.roi)、配置文件(.config)、谱图文件(.jpg)、能量刻度系数文件(energy.cal) 、标定系数文件(coeffient.lib) 。

　　3)谱操作: 谱数据显示、谱数据加亮选择。

　　4) 谱处理: 谱寻峰、谱平滑、积分区间计数、计数率、感兴趣区操作、系数标定、能谱刻度、含量计算等。系统界面设计如图 2 所示, 主要包括功能菜单、采集卡参数设置区、采集控制区、简单统计区、峰位信息区、积分区间计数及死时间显示区、程序退出区等。