使用单片机改造老式测量仪表

技术分类: 嵌入式系统  | 2006-02-16
来源:TI | 作者:青岛大学东部学区 米昶

       概述

      
在核污染的环境评测中,最常用的仪表是X、γ 辐射空气吸收剂量率仪。在这类仪表中,使用的测量原理主要有以下两种:一种方法是使用脉冲计数的方法,在这类方法中使用光电倍增管或使用计数管对核辐射脉冲计数,通过计数量的多少反映核辐射剂量的大小。另一种方法是将测量的辐射脉冲进行积分、放大后显示输出。在后一种方法中,由于综合考虑了反映核辐射能量脉冲的数量和幅值,所以较好地反映了核辐射的剂量和剂量率。这类仪表的系统结构如(图一)所示。

仪表的系统结构

                                  &

nbsp;                                       图一
       存在的问题

      
在厂家多年生产这种类型仪表的生产实践中,发现使用该方法生产的仪表,存在以下的问题:

       [1] 在积分放大电路中由于积分常数较大,而且电容的品质对仪表参数影响甚大,因此为了得到较稳定的积分电路性能,电容的容量不能用的太大,所以在输入积分电路中只能用提高电阻的阻值的方法来增加积分常数。这时,电阻的阻值将高达1011欧姆。如此高的阻值在电路中的应用大大地提高了仪表生产的工艺难度和使用时受环境影响的程度。

       [2] 作为影响仪表性能的关键探测部件-探头中,使用的主要传感部件为光电倍增管。它的性能参数大大地影响整个仪器的性能。在影响探头的诸多参数中,起关键作用的参数为光电倍增管的暗流和兰光灵敏度。若光电倍增管的暗流过大,将会使仪器的本底降不下来,从而使成为不合格产品。若光电倍增管的兰光灵敏度太低,势必要提高电路的放大倍数。这时若设计的放大器倍数过大,将会产生两种后果:a)过大的放大倍数,将影响放大器的稳定性。b)使用电路设计上的限制,有时电路的放大倍数难以达到设计要求。

       [3] 在仪器的构成的诸多元素中,光电倍增管、仪器中的放大电路等都会在温度变化的影响下产生参数的变化,使仪表产生一定的温度漂移,从而使仪表在温度变化的影响下,产生精度上的变化。这一点虽然在电路设计中加入了复杂的温度补偿电路,但是,由于影响因素的多样性和非线性,使一般的电路补偿方式难以达到理想的效果。

       解决方案

      
根据以上存在的问题以及对仪表性能提高的要求,在对原有仪表进行较仔细地分析的基础上,根据目前仪表设计、改进的潮流方向以及单片机系统在仪表中的广泛应用。我们对仪表在设计理念和方法上进行了大胆的创新。使用德州仪器公司的MPS430F133单片机对仪表电路结构进行了重新设计。引入了模拟 + 数字放大技术;数字本底调整技术和温度数字校正技术。应用上述原理设计出的仪器经厂家生产和用户试用,基本上达到了生产工艺简单,使用性能稳定的设计目的。整个系统的结构描述如下:
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