多道脈沖幅度分析器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多道脈沖幅度分析器，包括脈沖信號放大器、脈沖幅度分析器和串行通信電路；脈沖信號放大器對輸入信號進行放大；脈沖幅度分析器對脈沖信號放大器輸出的脈沖信號進行峰值檢測和模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬脈沖信號轉(zhuǎn)化成與其幅度對應(yīng)的數(shù)字量，并記錄落在各個幅度間隔內(nèi)的脈沖，得出能量分布曲線；串行通信電路將脈沖幅度分析器輸出的數(shù)據(jù)傳送給上位機。本實用新型的多道脈沖幅度分析器，精度高，穩(wěn)定性好，放大信號倍數(shù)在1～200倍之間，多道脈沖幅度分析器的道數(shù)為1024。
【專利說明】
多道脈沖幅度分析器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種多道脈沖幅度分析器，屬于電路技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多道脈沖幅度分析器作為能譜分析儀的核心部件，用于將核探測器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為與其峰值成正比的數(shù)字信號，并按照其幅度大小分別計數(shù)，從而得到放射源的能量信息。因此，多道脈沖幅度分析器的速度、精度和穩(wěn)定性直接影響整個能譜測量系統(tǒng)的性會K。
[0003]在X熒光分析測量中，探測器輸出的脈沖信號的幅度和入射粒子的能量是成正比關(guān)系的，想知道入射射線的能量，可以通過測脈沖信號的幅度就可以知道。
[0004]隨著集成電路、單片機、計算機等的應(yīng)用，多道分析器(MCA)技術(shù)不斷的進步，它的體積不斷的小型化、性能不斷的智能化，從而達(dá)到了較高的技術(shù)水平。雖然科技不斷的發(fā)展，但多道系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)一直變化不大，都是因為模擬脈沖信號峰值進行采樣保持并作AD轉(zhuǎn)換為特點的。
[0005]20世紀(jì)90年代以來，多道脈沖幅度分析技術(shù)開始逐步向著數(shù)字化方向發(fā)展，因為數(shù)字化已經(jīng)成為21世紀(jì)的發(fā)展主流，性能優(yōu)越的數(shù)字化多道取代模擬多道已成為技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種多道脈沖幅度分析器，精度高，穩(wěn)定性好。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種多道脈沖幅度分析器，其特征是，包括脈沖信號放大器、脈沖幅度分析器和串行通信電路；
[0008]脈沖信號放大器對輸入信號進行放大；
[0009]脈沖幅度分析器對脈沖信號放大器輸出的脈沖信號進行峰值檢測和模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬脈沖信號轉(zhuǎn)化成與其幅度對應(yīng)的數(shù)字量，并記錄落在各個幅度間隔內(nèi)的脈沖，得出能量分布曲線；
[0010]串行通信電路將脈沖幅度分析器輸出的數(shù)據(jù)傳送給上位機。
[0011]脈沖信號放大器包括依次串接的第二運算放大器U2、第三運算放大器U3、第四運算放大器U4、第五運算放大器U5;
[0012]輸入信號輸入第二運算放大器U2的正向輸入端，運算放大器U2的反向輸入端經(jīng)第二電阻R2、第三電阻R3接地，第二電阻R2、第三電阻R3的共接點同時與第二運算放大器U2的輸出端連接；
[0013]第三運算放大器U3、第四運算放大器U4構(gòu)成RC積分電路；
[0014]第五運算放大器U5的正向輸入端與輸出端之間連接一由可調(diào)增益電位器Ry和二極管DI構(gòu)成的并聯(lián)電路，且二極管DI的正極與運算放大器U5的正向輸入端連接，負(fù)極與運算放大器U5的輸出端連接。
[0015]第二運算放大器U2還外接一用于調(diào)節(jié)第二運算放大器U2的失調(diào)電壓的第一電位器Rx。
[0016]脈沖幅度分析器包括STC12C5410AD單片機、LM211電壓比較器，LF398采樣保持電路和CD4066電子開關(guān)；
[0017]由LM211電壓比較器正輸入端輸入的脈沖信號與采樣保持電路的輸出OUT進行比較，當(dāng)輸入脈沖信號增加時，LM211電壓比較器的正輸入端電平大于負(fù)輸入端電平，LM211電壓比較器輸出高電平，使采樣保持電路的邏輯控制端為高電平，采樣保持電路處于采樣工作狀態(tài)；當(dāng)輸入信號達(dá)到峰值開始下降時，LM211電壓比較器的正輸入端電平小于負(fù)輸入端電平，LM211電壓比較器輸出為低電平，使采樣保持電路的邏輯控制端置為低電平，采樣保持電路處于保持狀態(tài)，輸出電壓峰值被保持。
[0018]LM211電壓比較器的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，使STC12C5410AD單片機產(chǎn)生中斷，啟動A/D轉(zhuǎn)換;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，STC12C5410AD單片機讀取A/D結(jié)果，以此結(jié)果為地址讀取該道存儲的數(shù)據(jù)，加I后送回原地址保存，完成了一個模擬信號的峰值幅度分析；
[0019]同時，STC12C5410AD單片機的輸出控制端輸出高電平，使CD4066電子開關(guān)UlOB導(dǎo)通，采樣保持電路的采樣/保持電容接入端連接的電容釋放電荷，重新進入下一個采樣保持狀態(tài)。
[0020]串行通信電路采用轉(zhuǎn)換芯片MAX3232進行RS-232電平轉(zhuǎn)換。
[0021 ]本實用新型所達(dá)到的有益效果:
[0022]本實用新型的多道脈沖幅度分析器，精度高，穩(wěn)定性好，放大信號倍數(shù)在I?200倍之間，多道脈沖幅度分析器的道數(shù)為1024。
【附圖說明】
[0023]圖1多道脈沖幅度分析器原理框圖；
[0024]圖2脈沖信號放大器原理圖；
[0025]圖3脈沖幅度分析器電路；
[0026]圖4 單片機 STC12C5410AD 電路；
[0027]圖5串行通信電路。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0029]在X熒光分析測量中，由于探測器輸出的信號是脈沖信號，該信號的幅度與入射元素的能量成正比，通過檢測脈沖信號的幅度，就能知道入射元素的能量，不同的能量大小代表不同的元素。
[0030]多道脈沖幅度分析器的基本工作原理是把脈沖幅度的所有范圍平均的分成了η(多道脈沖幅度分析器的道數(shù))個幅度間隔，得到的數(shù)字量是通過將模擬脈沖信號轉(zhuǎn)化成與其幅度對應(yīng)得到的，記錄落在各個幅度間隔內(nèi)的脈沖，經(jīng)過較長的時間累積，就可得出分布曲線，是探測器輸出的脈沖幅度。分布曲線中有很多峰，而每個峰是不同的，所以也就代表不同的元素，而峰的面積代表著對應(yīng)元素含量的多少。通過對分布曲線各個峰的分析，可確定元素的含量和種類。
[0031]本實用新型的多道脈沖幅度分析器包括脈沖信號放大器、脈沖幅度分析器和串行通信電路等。放大信號倍數(shù)為I?200倍，多道脈沖幅度分析器的道數(shù)為1024。
[0032](I)脈沖信號放大器
[0033]脈沖信號放大器的功能:對傳感器輸出的弱信號進行放大，以便去進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。
[0034]如圖2所示，脈沖信號放大器包括依次串接的運算放大器U2、U3、U4、U5。從傳感器采集的輸入信號輸入到運算放大器U2的正向輸入端，運算放大器U2的反向輸入端經(jīng)電阻R2、R3接地，電阻R2、R3的共接點同時與運算放大器U2的輸出端連接。運算放大器U2與電阻R2、R3構(gòu)成增益為(1+R2/R3)的放大電路。運算放大器U2還外接一個用于調(diào)節(jié)運算放大器U2的失調(diào)電壓的電位器Rx。脈沖信號放大器增益的調(diào)節(jié)范圍是O到10。
[0035]運算放大器U3、U4構(gòu)成RC積分電路。采用有源積分濾波器，濾除噪聲和干擾。
[0036]運算放大器U5的正向輸入端與輸出端之間連接一個由可調(diào)增益電位器Ry和二極管Dl構(gòu)成的并聯(lián)電路，且二極管Dl的正極與運算放大器U5的正向輸入端連接，負(fù)極與運算放大器U5的輸出端連接。運算放大器U5可調(diào)增益電位器Ry、二極管Dl組成的成形電路，也實現(xiàn)了增益可調(diào)功能，以滿足后續(xù)多道脈沖幅度分析電路的需求，其中二極管Dl的作用為防止運算放大器過載造成輸出信號削頂。
[0037](2)脈沖幅度分析器
[0038]脈沖幅度分析器主要是由STC12C5410AD單片機Ul、LM211電壓比較器，LF398采樣保持電路和CD4066電子開關(guān)等構(gòu)成，其作用是對脈沖信號放大器的輸出脈沖信號進行峰值檢測和模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)信號峰值模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行分類。該多道脈沖幅度分析器的道數(shù)是1024道(每道對應(yīng)一個地址)，是因為STC12C5410AD單片機Ul的A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)是10位，STC12C5410AD單片機Ul可以實現(xiàn)1024道的譜數(shù)據(jù)分析、處理、保存和顯示，脈沖幅度分析器也可聯(lián)接計算機，把得到的數(shù)據(jù)通過RS232接口電路傳給計算機，脈沖幅度分析器如圖3所示。
[0039]由LM211電壓比較器U6正輸入端輸入的脈沖信號與采樣保持電路U8的輸出OUT進行比較，當(dāng)輸入脈沖信號增加時，LM211電壓比較器U6的正輸入端電平大于負(fù)輸入端電平，LM211電壓比較器U6輸出高電平，使采樣保持電路U9的邏輯控制端8腳為高電平，采樣保持電路U9芯片處于采樣工作狀態(tài)；當(dāng)輸入信號達(dá)到峰值開始下降時，LM211電壓比較器U6的正輸入端電平小于負(fù)輸入端電平，LM211電壓比較器U6輸出為低電平，使采樣保持電路U9的邏輯控制端置為低電平，采樣保持電路U9處于保持狀態(tài)，輸出電壓峰值被保持。同時，LM211電壓比較器U6的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖?，使單片機Ul產(chǎn)生中斷，啟動A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機讀取A/D結(jié)果，以此為地址讀取該道存儲的數(shù)據(jù)，加I后送回原地址保存，完成了一個模擬信號的峰值幅度分析，同時單片機Ul的輸出控制引腳P2.0輸出高電平，使CD4066電子開關(guān)UlOB導(dǎo)通，采樣保持電路U9的采樣/保持電容C9上的電荷釋放，重新進入下一個采樣保持狀態(tài)。
[0040]STC12C5410AD系列單片機Ul是由宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(IT)的兼容8051內(nèi)核單片機，是高速/低功耗的新一代8051單片機，采用流水線形式的精簡指令集結(jié)構(gòu)，有MAX810專用復(fù)位電路。其主要性能特點如下:
[0041 ] I)增強型IT流水線的精簡指令結(jié)構(gòu)
[0042]2)工作電壓:5.5V?3.4V(5V單片機)/3.8V?2.0V(3V單片機)
[0043]3)工作頻率:0?35MHz，相當(dāng)于普通8051的O?420MHz
[0044]4)12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)的用戶應(yīng)用程序空間
[0045]5)內(nèi)部 512 字節(jié) RAM
[0046]6)通過I/O口(27/23個)，復(fù)位后為:準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)
[0047]可設(shè)置成四種模式:準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏
[0048]7)ISP(在系統(tǒng)可編程)/ASP(在應(yīng)用可編程)，無需專用編程器
[0049]可通過串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片
[0050]8)EPR0M 功能[0051 ] 9)看門狗
[0052]10)內(nèi)部含MAX810專用復(fù)位電路(外部晶振20M以下時，可省外部復(fù)位電路)
[0053]11)時鐘源:外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器
[0054]用戶在下載用戶程序時，可選擇內(nèi)部R/C振蕩器或外部晶體/時鐘。
[0055]常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為:5.65MHz?5.95MHz。
[0056]12)共2個16位定時器/計數(shù)器
[0057]13)PWM(4位)/PCA，也可用來在實現(xiàn)4個定時器
[0058]14)ADC，10位精度ADC，共8路
[0059]15)通用異步串行口(UART)
[0060]16)SPI同步通信口，主/從模式
[0061]17)工作溫度范圍:0?75Γ/-40?+85°C
[0062]18)封裝:PDIP-28，S0P-28，PDIP_20，S0P-20，TSS0P-20，PLCC_32。
[0063](3)串行通信
[0064]STC12C5410AD單片機Ul與上位機之間采用串行通信。由于系統(tǒng)是5V系統(tǒng)，所以要使用轉(zhuǎn)換芯片MAX3232進行RS-232電平轉(zhuǎn)換。MAX232是5V工作電源的RS-232轉(zhuǎn)換芯片。串行通信接口電路如圖5所示。單片機Ul與轉(zhuǎn)換芯片MAX3232經(jīng)數(shù)據(jù)接收端RXD和發(fā)送端TXD進行數(shù)據(jù)接收與發(fā)送，轉(zhuǎn)換后輸出至上位機。
[0065]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多道脈沖幅度分析器，其特征是，包括脈沖信號放大器、脈沖幅度分析器和串行通信電路； 脈沖信號放大器對輸入信號進行放大； 脈沖幅度分析器對脈沖信號放大器輸出的脈沖信號進行峰值檢測和模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬脈沖信號轉(zhuǎn)化成與其幅度對應(yīng)的數(shù)字量，并記錄落在各個幅度間隔內(nèi)的脈沖，得出能量分布曲線； 串行通信電路將脈沖幅度分析器輸出的數(shù)據(jù)傳送給上位機； 脈沖信號放大器包括依次串接的第二運算放大器U2、第三運算放大器U3、第四運算放大器U4、第五運算放大器U5 ； 輸入信號輸入第二運算放大器U2的正向輸入端，運算放大器U2的反向輸入端經(jīng)第二電阻R2、第三電阻R3接地，第二電阻R2、第三電阻R3的共接點同時與第二運算放大器U2的輸出端連接； 第三運算放大器U3、第四運算放大器U4構(gòu)成RC積分電路； 第五運算放大器U5的正向輸入端與輸出端之間連接一由可調(diào)增益電位器Ry和二極管Dl構(gòu)成的并聯(lián)電路，且二極管Dl的正極與運算放大器U5的正向輸入端連接，負(fù)極與運算放大器U5的輸出端連接； 脈沖幅度分析器包括STC12C5410AD單片機、LM211電壓比較器，LF398采樣保持電路和CD4066電子開關(guān)； 由LM211電壓比較器正輸入端輸入的脈沖信號與采樣保持電路的輸出OUT進行比較，當(dāng)輸入脈沖信號增加時，LM211電壓比較器的正輸入端電平大于負(fù)輸入端電平，LM211電壓比較器輸出高電平，使采樣保持電路的邏輯控制端為高電平，采樣保持電路處于采樣工作狀態(tài)；當(dāng)輸入信號達(dá)到峰值開始下降時，LM211電壓比較器的正輸入端電平小于負(fù)輸入端電平，LM211電壓比較器輸出為低電平，使采樣保持電路的邏輯控制端置為低電平，采樣保持電路處于保持狀態(tài)，輸出電壓峰值被保持。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多道脈沖幅度分析器，其特征是，第二運算放大器U2還外接一用于調(diào)節(jié)第二運算放大器U2的失調(diào)電壓的第一電位器Rx。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多道脈沖幅度分析器，其特征是，LM211電壓比較器的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，使STC12C5410AD單片機產(chǎn)生中斷，啟動A/D轉(zhuǎn)換;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，STC12C5410AD單片機讀取A/D結(jié)果，以此結(jié)果為地址讀取該道存儲的數(shù)據(jù)，加I后送回原地址保存，完成了 一個模擬信號的峰值幅度分析； 同時，STC12C5410AD單片機的輸出控制端輸出高電平，使CD4066電子開關(guān)UlOB導(dǎo)通，采樣保持電路的采樣/保持電容接入端連接的電容釋放電荷，重新進入下一個采樣保持狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多道脈沖幅度分析器，其特征是，串行通信電路采用轉(zhuǎn)換芯片MAX3232進行RS-232電平轉(zhuǎn)換。
【文檔編號】G01T1/36GK205484836SQ201620096948
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月1日
【發(fā)明人】殷慶縱
【申請人】蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院