一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪制造技术

一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，包括外围电路模块和利用FPGA构建的核心处理器，外围电路模块包括信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、电源模块、功能切换模块，信号处理模块一端连接信号采集模块，信号处理模块另一端连接到核心处理器，高低压切换模块两端分别连接到信号采集模块和核心处理器，电源模块、功能切换模块分别单独连接到核心处理器；信号采集模块连接到GM计数器用于采集GM计数器的脉冲信号；信号处理模块用于将信号采集模块采集到的模拟信号转变为数字信号；高低压切换模块控制GM计数器阳极电压以控制GM计数器的工作状态；功能切换模块用于切换时间模式和计数模式；电源模块用于给整个电路供电。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪
本技术涉及辐射剂量仪领域，特别涉及一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪。
技术介绍
作为使用时间最早、应用广泛的盖格计数器(简写GM计数器)，它具有价格便宜、性能稳定、脉冲幅度大、使用简便等优点，但是盖格计数器也存在一些固有缺点，例如死时间、脉冲堆积、能量响应较差等问题。在一定的电压下，一定时间间隔内射入盖格计数器的粒子数目与辐射强度成正比。但在实际测量过程中，由于受死时间、脉冲堆积以及电子电路噪声等因素的影响，测量值会产生漏记，并不能真实地反应入射粒子的数目。在强辐射场下，漏计数问题愈技术显，实际测量的结果误差较大。后来为了从根本上解决分辨时间导致的高剂量率下的漏计数问题，在上世纪末出现了Time-to-Count测量方法。目前，公开报道的以此方法为探测手段的辐射仪的核心多以单片机为主，处理器较为落后，工作频率较低，而且功能单一。由于单片机核心频率的限制，要充分发挥Time-to-Count方法的优势，需要更高主频的核心和更高精度的定时器。
技术实现思路
本技术的目的在于：提供了一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，使用FPGA作为核心处理器，可自动或手动选择计数模式或时间模式，在时间模式中充分利用Time-to-Count方法，实现了辐射的宽量程测量，解决了现有技术中测量方法单一，且Time-to-Count测量方法受限于单片机，导致测量范围较窄的问题。本技术采用的技术方案如下：一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，包括外围电路模块和利用FPGA构建的核心处理器，所述外围电路模块包括GM计数器、信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、电源模块、功能切换模块，所述GM计数器、信号采集模块、信号处理模块、核心处理器、高低压切换模块依次串接形成一个回路，所述功能切换模块分别单独连接到核心处理器，所述电源模块连接到核心处理器和GM计数器、信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、功能切换模块；所述GM计数器用于将辐射强度信号转换为电脉冲信号；所述信号采集模块连接到GM计数器，用于采集GM计数器的电脉冲信号得到模拟信号；所述信号处理模块用于将信号采集模块采集到的模拟信号转换为数字信号；所述高低压切换模块用于根据核心处理器的控制信号，控制GM计数器阳极电压以控制GM计数器的工作状态；所述功能切换模块用于切换时间模式和计数模式，核心处理器判断功能切换模块中选择的是时间模式时，执行时间模式程序；当核心处理器判断功能切换模块中选择的是计数模式时，执行默认的计数模式；当功能切换模块未选择模式时，默认开启计数功能，同时核心处理器对GM计数器进行计时，计时未达到时间阈值时，等待再次判断，当计时达到时间阈值时，判断计数值是否小于计数阈值频率，当小于计数阈值频率时选择计数模式，执行默认的计数模式；当达到计数阈值频率时，选择时间模式，执行时间模式程序；所述电源模块用于给整个外围电路模块和核心处理器供电。为了更好地实现本方案，进一步地，所述电源模块包括低压电源和高压电源，所述低压电源提供+12V、+3.3V、+2.5V、+1.2V这4种规格的直流电源，高压电源提供GM计数器工作所需的高压直流电源，其中：低压电源：电源适配器提供+12V电源，通过集成开关稳压降到5V，然后第一路依次使用线性稳压芯片降至3.3V再到1.2V，第二路从5V降到2.5V，最后使用电路中旁路电容进行滤波；所述电源适配器为整个电源模块提供稳定初始电源。高压电源：高压电源的输入端+VIN接+12V电源，-VIN端和GND端接地，ADJ端介入可调电阻的滑动接点，高压电源的VREF端接到可调电阻的一个固定端，可调电阻的另一固定端接地，高压电源的HV端输出端输出高压直流电源。为了更好地实现本方案，进一步地，所述信号采集模块为连接到GM计数器的RC微分电路，其中GM计数器正极接电源模块，GM计数器负极通过电阻R3后接地，所述GM计数器负极还连接到电容C11的一端，所述电容C11另一端连接到信号处理模块。为了更好地实现本方案，进一步地，所述信号处理模块包括六路施密特触发反向器U3，其中：六路施密特触发反向器U3的1A引脚通过电阻R21后连接到稳压二极管Z1的负极，所述稳压二极管Z1的正极接地，六路施密特触发反向器U3的1Y引脚通过电阻R22后连接到核心处理器，六路施密特触发反向器U3的1Y引脚还通过电容C13后接地，六路施密特触发反向器U3的VCC引脚连接到电源模块，六路施密特触发反向器U3的VCC引脚还通过电容C14后接地。为了更好地实现本方案，进一步地，所述高低压切换模块通过控制GM计数器阳极连接到的电压大小从而调节GM计数器的工作状态，高低压切换模块主要包括光耦合器PH1和MOSFET管Q1，其中：光耦合器PH1的2号引脚通过电阻R4后连接到核心处理器的高低压切换引脚，光耦合器PH1的3、8号引脚接地，光耦合器PH1的VCC引脚接电源模块，光耦合器PH1的VCC引脚还连接一个电容C12后接地；光耦合器PH1的1、4、7号引脚悬空，光耦合器PH1的6号引脚通过电阻R5后并接到电阻R6和MOSFET管Q1的B极，所述电阻R6的另一端连接到发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极接地，MOSFET管Q1的C极通过电阻R2后并接到电阻R1和GM计数器阳极，MOSFET管Q1的E极接地。为了更好地实现本方案，进一步地，所述功能切换模块为：电阻R9一端连接到核心处理器的M6引脚，电阻R9另一端通过电阻R7后连接到电源模块，电阻R9另一端还通过按键开关K1后接地；电阻R11一端连接到核心处理器的N6引脚，电阻R11另一端通过电阻R8后连接到电源模块，电阻R11另一端还通过按键开关K2后接地。为了更好地实现本方案，进一步地，所述外围电路模块还包括超阈值报警模块、OLED显示模块和通讯模块，所述超阈值报警模块、显示模块和通讯模块分别单独连接到核心处理器；所述电源模块连接到超阈值报警模块、OLED显示模块和通讯模块；所述显示模块根据核心处理器的处理后的数据显示计数率和等待时间；所述超阈值报警模块根据核心处理器的告警信号警告危险状态；所述通讯模块用于核心处理器和外部进行通讯。为了更好地实现本方案，进一步地，所述超阈值报警模块包括蜂鸣器、三极管Q2、二极管和发光二极管LED3，其中三极管Q2的B极连接到核心处理器，三极管Q2的E极连接到电源模块，三极管Q2的C极连接到蜂鸣器的正极，蜂鸣器负极接地；在蜂鸣器两端反向并联一个二极管；所述发光二极管LED3的负极接地，正极接到核心处理器。为了更好地实现本方案，进一步地，所述通讯模块采用蓝牙模块。本技术所述的一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，针对盖格计数器的固有缺点，基于Time-to-Count测量原理，设计了一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，有效的拓展了盖格计数器的量程范围，延本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，包括外围电路模块和利用FPGA构建的核心处理器，其特征在于：所述外围电路模块包括GM计数器、信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、电源模块、功能切换模块，所述GM计数器、信号采集模块、信号处理模块、核心处理器、高低压切换模块依次串接形成一个回路，所述功能切换模块分别单独连接到核心处理器，所述电源模块连接到核心处理器和GM计数器、信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、功能切换模块；/n所述GM计数器用于将辐射强度信号转换为电脉冲信号；/n所述信号采集模块连接到GM计数器，用于采集GM计数器的电脉冲信号得到模拟信号；/n所述信号处理模块用于将信号采集模块采集到的模拟信号转换为数字信号；/n所述高低压切换模块用于根据核心处理器的控制信号，控制GM计数器阳极电压以控制GM计数器的工作状态；/n所述功能切换模块用于切换时间模式和计数模式，核心处理器判断功能切换模块中选择的是时间模式时，执行时间模式程序；当核心处理器判断功能切换模块中选择的是计数模式时，执行默认的计数模式；当功能切换模块未选择模式时，默认开启计数功能，同时核心处理器对GM计数器进行计时，计时未达到时间阈值时，等待再次判断，当计时达到时间阈值时，判断计数值是否小于计数阈值频率，当小于计数阈值频率时选择计数模式，执行默认的计数模式；当达到计数阈值频率时，选择时间模式，执行时间模式程序；/n所述电源模块用于给整个外围电路模块和核心处理器供电。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，包括外围电路模块和利用FPGA构建的核心处理器，其特征在于：所述外围电路模块包括GM计数器、信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、电源模块、功能切换模块，所述GM计数器、信号采集模块、信号处理模块、核心处理器、高低压切换模块依次串接形成一个回路，所述功能切换模块分别单独连接到核心处理器，所述电源模块连接到核心处理器和GM计数器、信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、功能切换模块；
所述GM计数器用于将辐射强度信号转换为电脉冲信号；
所述信号采集模块连接到GM计数器，用于采集GM计数器的电脉冲信号得到模拟信号；
所述信号处理模块用于将信号采集模块采集到的模拟信号转换为数字信号；
所述高低压切换模块用于根据核心处理器的控制信号，控制GM计数器阳极电压以控制GM计数器的工作状态；
所述功能切换模块用于切换时间模式和计数模式，核心处理器判断功能切换模块中选择的是时间模式时，执行时间模式程序；当核心处理器判断功能切换模块中选择的是计数模式时，执行默认的计数模式；当功能切换模块未选择模式时，默认开启计数功能，同时核心处理器对GM计数器进行计时，计时未达到时间阈值时，等待再次判断，当计时达到时间阈值时，判断计数值是否小于计数阈值频率，当小于计数阈值频率时选择计数模式，执行默认的计数模式；当达到计数阈值频率时，选择时间模式，执行时间模式程序；
所述电源模块用于给整个外围电路模块和核心处理器供电。


2.根据权利要求1所述的一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，其特征在于：所述电源模块包括低压电源和高压电源，所述低压电源提供+12V、+3.3V、+2.5V、+1.2V这4种规格的直流电源，高压电源提供GM计数器工作所需的高压直流电源，其中：
低压电源：电源适配器提供+12V电源，通过集成开关稳压降到5V，然后第一路依次使用线性稳压芯片降至3.3V再到1.2V，第二路从5V降到2.5V，最后使用电路中旁路电容进行滤波；所述电源适配器为整个电源模块提供稳定初始电源；
高压电源：高压电源的输入端+VIN接+12V电源，-VIN端和GND端接地，ADJ端介入可调电阻的滑动接点，高压电源的VREF端接到可调电阻的一个固定端，可调电阻的另一固定端接地，高压电源的HV端输出端输出高压直流电源。


3.根据权利要求1所述的一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，其特征在于：所述信号采集模块为连接到GM计数器的RC微分电路，其中GM计数器正极接电源模块，GM计数器负极通过电阻R3后接地，所述GM计数器负极还连接到电容C11的一端，所述电容C11另一端连接到信号处理模块。


4.根据权利要求1所述的一种基于高速FPGA核心的双模式辐射剂量仪，其特征在于：所述信号处理模块包括六路施密特触发反向器U3，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡青云，苑丹丹，雍尚东，陈华胄，
申请(专利权)人：成都凯天电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51