一种基于蓝牙的微机多道γ能谱仪设计

　　0　引　言

　　γ能谱测量是核物理研究的重要实验方法,目前国内已先后研制出了便携式能谱测井仪、手持NaI多道谱仪、256道微机能谱仪等能谱仪器[1,2].基于采集测控现场的电磁干扰和强辐射问题,论文提出将蓝牙技术与便携式γ能谱仪结合,由于蓝牙采用跳频扩频技术,提高数据传输的安全性和抗干扰能力,消除了现场干扰因素的不利影响,上位机采用LabVIEW虚拟平台实现能谱数据接收与处理,方便数据采集工作,节约环境成本,在强辐射的环境监测领域应用是可行的.

　　1　基于蓝牙的微机多道γ能谱仪设计组成原理

　　1.1　γ能谱仪组成

　　该γ能谱仪由便携式γ能谱仪、能谱处理计算机和蓝牙通信模块组成.便携式γ能谱仪的硬件由探头和主机两部分组成,探头由NaI晶体、光电倍增管、高压及前置放大器组成.当γ射线射入NaI晶体时, NaI晶体产生荧光,能量越强,产生的荧光光子越多.荧光射入到光电倍增管,在阳极产生电流,经过电阻得到一个电压脉冲,电压脉冲放大后送入峰值采样电路进行采样,下降沿到来时,电路输出一个信号表示采样完毕,该信号触发A/D转换器进行模/数转换,之后上位机接收信号读取数据γ能谱仪显示谱线.主机由信号采集和单片微机系统两部分组成.其中信号采集部分由脉冲成形电路、主放大器、基线恢复电路、线形门、采样保持电路、A/D及控制电路组成.单片机采用低功耗的STC89C51, LCD采用T6963C, A/D采用CA3318.均为低功耗芯片,符合便携式γ能谱仪采集电路设计的要求.

　　1.2　蓝牙(Bluetooth)通信

　　蓝牙技术是一种短距离无线宽带通信技术[3],它具备一般无线通信的优点,并且成本低、功耗小、体积小、传输稳定、可靠、安全,可以集成在任何需要无线传输的系统或设备中,特别是那些对数字传输速率要求不高的移动设备和便携设备.蓝牙具有较高的跳频速率,采用扩频技术展宽频带,使蓝牙系统有足够的抗干扰能力.采用数据的自动请求重发方案,提高了通信的可靠性.传输距离一般为10 m ,两蓝牙设备互相进入彼此的范围之内时,蓝牙协议自动扫描蓝牙设备且交换信息,蓝牙模块和MCU之间通过串口输入HCI指令实现数据通信.

　　本设计采用ROK101008.它提供多种HCI(主机控制器接口)传输层接口,能完成此次数据传输所需基本功能.实验室测试结果显示: 10 m距离内LabVIEW虚拟开发平台能较好地还原采集到的能谱数据曲线.

　　2　γ能谱测量解析

　　2.1　γ能谱仪标定

　　本γ能谱仪实现的主要功能有能谱测量、回放数据、查询能谱和模型标定.计算铀、钍、钾含量的公式[4]如下