CN113341846A - 一种gm计数器在核辐射仪上的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法，具体测量步骤如下：1）启动后；2）判断是否有功能信号输入，若有，则判断是计数功能信号还是时间功能信号；3）若判断没有功能信号输入，则打开定时器0，然后打开外部中断0，并开始计数，同时开始计时；直至计数时长达到1s后，关闭定时器0，然后关闭外部中断计时器0；4）判断步骤3）计数是否小于365；5）计数模式和时间模式状态均通过显示模块进行显示；6）判断显示测定值是否大于阈值；7）若判断结果为结束测量。本发明能够降低死时间、脉冲堆积以及电子电路噪声等因素的影响，能有效拓展GM计数器的量程范围，提高技术的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及辐射测量技术领域，尤其涉及一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法。
背景技术
GM计数器是一种将入射粒子或射线转换成电脉冲的电子器件。在一定的电压下，一定时间间隔内射入 GM 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，在高计数率下，由于 GM 计数器的分辨时间（主要是死时间）的影响，在达到恢复时间以前，幅度较低的脉冲信号有很大几率不能被记录下来，从而造成漏计数导致结果偏低，造成计数准确度低。在强辐射场下，漏计数问题愈发明显，实际测量的结果误差较大，量程范围也较窄。实际应用中，探测手段核心多以单片机为主，处理器较为落后，工作频率较低，而且功能较为单一。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法，能够降低死时间、脉冲堆积以及电子电路噪声等因素的影响，能有效拓展GM计数器的量程范围，提高技术的准确度，并延长探测器的使用寿命，具有较高的实用价值。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法，其特征在于：包括核心处理器和外围电路，所述外围电路包括信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、功能切换模块、超阈值报警模块、显示模块、通讯模块以及电源模块；信号采集模块主要进行收集 GM 计数器的脉冲信号，信号处理模块负责将模拟信号转变为可供处理器识别的数字信号，高低压切换模块实现 GM 计数器工作状态的控制，功能切换模块控制时间模式与计数模式的切换，OLED 模块用来显示计数率和等待时间，超阈值报警模块负责警告危险状态，通讯模块实现 FPGA 与上位机的通讯；具体测量步骤如下：
1）启动后，延迟100ms，系统初始化；
2）判断是否有功能信号输入，若有，则判断是计数功能信号还是时间功能信号；若是计数功能信号，则进入计数模式，若是时间功能信号则进入时间模式；
3）若判断没有功能信号输入，则打开定时器0，然后打开外部中断0，并开始计数，同时开始计时；直至计数时长达到1s后，关闭定时器0，然后关闭外部中断计时器0；
4）判断步骤3）计数是否小于365，若是，则计入时间模式；若不是，则进入计数模式；
5）计数模式和时间模式状态均通过显示模块进行显示；
6）判断显示测定值是否大于阈值，若是，则报警；若不是，则判断是否结束测量；
7）若判断结果为结束测量，则结束测量；否则，回到步骤2），循环步骤2）至步骤7）。
进一步地，计数模式中，计数过程如下：
a、先关闭外部中断0；
b、打开定时器1，开启1s定时，同时打开外部中断0；
c、关闭定时器 1，关闭外部中断 0，记录 1s 内计数值并进行显示。
进一步地，所述核心处理器采用基于FPGA 构建的 Ni OS II 核心处理器。
进一步地，所述显示模块采用OLED显示器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本方法消除了死时间的影响，解决了 GM计数器辐射仪在强辐射场下饱和响应非线性问题，大大扩展了其量程；并且，一方面 GM 计数器一个工作周期内只产生一个脉冲，从而很好地避免了死时间的影响；另一方面，在 GM计数器工作时加入休眠时间，大大降低了 GM 计数器的持续放电次数，减少了猝灭气体的消耗，延长了 GM 计数器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图。
图2为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1、图2，一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法，包括核心处理器和外围电路，所述外围电路包括信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、功能切换模块、超阈值报警模块、显示模块、通讯模块以及电源模块。所述核心处理器采用基于FPGA构建的 Ni OS II 核心处理器。具体地，FPGA使用的是 Altera 公司生产的 Cyclone IV E系FPGA，具体型号为EP4CE15F17C8，该型号具有 15408 个逻辑单元，2040个寄存器，166 个I/O 口，516096 位的 RAM，4 个锁相环，支持 112 个 Embedded Multiplier elements。FPGA 主要应用在通信领域的高速接口、数字信号处理以及SOPC 这三个方向。本方案建立的 SOPC 系统是基于 Nios II 的，第一步要根据自身需求定制一个 Nios II 软核处理器，CPU 的选型由系统需求决定，辐射仪剂量率的浮点运算会消耗处理器大量的内部资源，本文选择了快速型 Nios II/f 型处理器，该处理器具有浮点运算硬件加速功能，只需手动添加即可；然后将软核处理器的时钟频率设置为 100MHz。在 CPU 确定之后，还需要添加系统 ID 以及其他资源；例如通用的 SDRAM、EPCS、JTAG_UART 等，这些 IP 核直接添加就可以使用。Nios II处理器是基于 Avalon 总线的软核处理器，CPU 都是通过 Avalon 总线来访问外围设备的。除了添加通用的资源，为了定制本文所需的系统，还需要添加外部中断、定时器以及模拟 IIC 通信的 I/O 口然后自动分配基地址和中断优先级别。。需要注意的是要将复位地址和异常地址分别设置为 EPCS：0X00；SDRAM：0x20。以上工作完成以后就实现了 CPU 及外设的定制。
实验时 FPGA 使用的是 20MHz 的有源晶振，加入锁相环的目的是把时钟倍频到100MHz，使其与软核处理器的频率相匹配。此外，SDRAM也需要在100MHz的时钟下运行，在设置 SDRAM 的时钟时，需要给予一定的偏移量，以免影响SDRAM 的正常运行。从图中看出，CLOCK 是晶振的频率，经过锁相环倍频后输出 c0、c1，c0 直连接到软核处理器，c1 连接到SDRAM 上。
其中，信号采集模块主要进行收集 GM 计数器的脉冲信号；信号处理模块负责将GM 计数器采集到的模拟信号转变为可供处理器识别的数字信号然后传送给核心处理器；高低压切换模块实现 GM 计数器工作状态的控制；功能切换模块控制时间模式与计数模式的切换；所述显示模块采用OLED显示器，用来显示计数率和等待时间；超阈值报警模块负责警告危险状态；通讯模块实现 FPGA 与上位机的通讯。具体测量步骤如下：
1）启动后，延迟100ms，系统初始化；
2）判断是否有功能信号输入（即判断功能按键是否被按下），若有，则判断是计数功能信号还是时间功能信号；若是计数功能信号，则进入计数模式，若是时间功能信号则进入时间模式；
3）若判断没有功能信号输入，则打开定时器0，然后打开外部中断0（即中断外部输入信号，如按键触发信号等），并开始计数，同时开始计时；直至计数时长达到1s后，关闭定时器0，然后关闭外部中断计时器0；
4）判断步骤3）计数是否小于365，若是，则计入时间模式；若不是，则进入计数模式；
5）计数模式和时间模式状态均通过显示模块进行显示；
6）判断显示测定值（计数值）是否大于阈值，若是，则报警；若不是，则判断是否结束测量；
7）若判断结果为结束测量，则结束测量；否则，回到步骤2），循环步骤2）至步骤7）。
计数模式中，计数过程如下：
a、先关闭外部中断0；
b、打开定时器1，开启1s定时，同时打开外部中断0；
c、关闭定时器 1，关闭外部中断 0，记录 1s 内计数值并进行显示。
3.根据权利要求1所述的一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法，其特征在于：
本方案中，计数模式是利用传统的 GM 计数器计数法，设定为测量 1s 内的计数值，因为系统默认会开启计数功能，所以在进入计数模式子程序时，高压一直稳定地加载在GM 计数器阳极上，因此，第一步要确认关闭外部中断 0，然后打开定时器1 开启 1s 定时，同时再打开外部中断 0，这样做的目的是防止打开定时器 0 以前，外部中断持续执行造成计数偏多。接着程序判断 1s 定时是否到达，若判定为假，程序停留在此处等待再判断，直到达到 1s 为止；若判定为真，关闭定时器 1，关闭外部中断 0，记录 1s 内计数值并显示在 OLED 上。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法，其特征在于：包括核心处理器和外围电路，所述外围电路包括信号采集模块、信号处理模块、高低压切换模块、功能切换模块、超阈值报警模块、显示模块、通讯模块以及电源模块；具体测量步骤如下：
1）启动后，延迟100ms，系统初始化；
2）判断是否有功能信号输入，若有，则判断是计数功能信号还是时间功能信号；若是计数功能信号，则进入计数模式，若是时间功能信号则进入时间模式；
3）若判断没有功能信号输入，则打开定时器0，然后打开外部中断0，并开始计数，同时开始计时；直至计数时长达到1s后，关闭定时器0，然后关闭外部中断计时器0；
4）判断步骤3）计数是否小于365，若是，则计入时间模式；若不是，则进入计数模式；
5）计数模式和时间模式状态均通过显示模块进行显示；
6）判断显示测定值是否大于阈值，若是，则报警；若不是，则判断是否结束测量；
7）若判断结果为结束测量，则结束测量；否则，回到步骤2），循环步骤2）至步骤7）。
2.根据权利要求1所述的一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法，其特征在于：计数模式中，计数过程如下：
a、先关闭外部中断0；
b、打开定时器1，开启1s定时，同时打开外部中断0；
c、关闭定时器 1，关闭外部中断 0，记录 1s 内计数值并进行显示。
3.根据权利要求1所述的一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法，其特征在于：所述核心处理器采用基于FPGA 构建的 Ni OS II 核心处理器。
4.根据权利要求1所述的一种GM计数器在核辐射仪上的测量方法，其特征在于：所述显示模块采用OLED显示器。
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