内容发布更新时间 : 2024/12/22 16:42:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于 STM32F 的便携式核谱仪的研制

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

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