天津益加公益启动“粉红课桌”项目

现代核谱测量仪器的发展逐渐趋于便携化、小型化和智能化。虽然之前的便携式核谱测量仪器集成度较高，但是成本和功耗也相对较高，已满足不了现代野外核辐射探测的需求。笔者所设计的便携式多道核谱仪采用STM32F103 作为控制器，利用控制器自身携带的ADC 采样，对γ 射线进行数据采集，处理后通过液晶显示模块对谱线进行显示; 同时也可将测量的数据存储在存储卡中，用于电脑更加精确地离线分析( 利用设计的核谱处理软件) ，以弥补野外分析不足的缺陷。由于系统大部分的电路集成在控制器中，外围电路很少，并且采用了市场上高性能、低成本、低功耗的32 位处理器，因此与其他嵌入式核谱测量仪器相比，该设计不仅集成度和工作时间显著提高，而且成本和功耗也明显降低，更适合野外探测。

1 硬件系统设计*

整个核谱仪的硬件系统由探测器及放大电路模块、高速数据采集和处理模块、程控运放模块、存储和显示模块组成。系统的结构如图1 所示。

图1 硬件系统结构框图

1. 1 放大电路的设计

核辐射测量中，探测器输出的信号比较小，需要加以放大再进行测量，而放大器分为前置放大和主放两部分。前置放大电路的主要作用是提高系统的信噪比和减少外界干扰，因此比较简单。前置放大器的体积小，紧靠探测器并与探测器构成一个整体，称为探头。

主放电路的主要作用是对信号进一步进行放大成形，以方便后续测量。经前置放大的信号首先通过C1-R3 组成的微分电路成形，然后通过一个反相线性放大节进行线性放大，利用C3-R5-R6极零相消电路消除下冲，然后经过有源积分滤波器将信号进一步放大成形，这时的信号就可用于后续工作中。主电路如图2 所示。

图2 主电路

1. 2 高速数据采集

利用芯片自身携带的12 位ADC 对信号进行采样，它有16 个输入通道，采样频率为1MHz，有单信号及扫描等几种模式，笔者采用单信号输入模式。高速数据采集电路如图3 所示。

图3 高速数据采集电路

1. 3 稳谱电路设计

设计了由单片机自身携带的DAC 所组成的程控运放，目的是为了让系统自动调节由各种外界条件引起的测量数据的偏差，增加系统的稳定性和测量数据的准确性。程控运放电路如图4 所示。

图4 程控运放电路