用于特征X射線測厚儀的數據處理器電路設計

唐 偉 屈國普 趙 越

(南華大學 核科學技術學院，湖南 衡陽 421001)

用于特征X射線測厚儀的數據處理器電路設計

唐 偉 屈國普 趙 越

(南華大學 核科學技術學院，湖南 衡陽 421001)

利用特征X射線測厚是一種適用又方便的方法。數據處理器是測厚儀的重要部分之一，它具有數據采集和與電腦通信的功能。數據處理器包括脈沖整形和單片機系統兩個模塊；處理器工作正常，達到設計的要求。

數據處理器；單片機；測試

紙張、薄膜、鋁箔和銅箔等工業生產在我國已經頗具規模，在追求質量和節約原材料的今天，對在線測量儀器提出更高要求，目前用于該項在線測量主要儀器主要有β射線測厚儀和X射線測厚儀，由于它們都存在射線能量不是單一，從原理上制約了測量線性和精度，只能通過在不同范圍采用不同補償方法來提高精度，使用不方便。特征 X射線測厚采用能量較低，能量單一的特征 X射線測厚，在一定的厚度范圍內，測量厚度線性好，精度較高。在較薄物質測量時用特征X射線測厚來代替β測厚儀，可以使測量更方便，高效[1]。特征X射線能量低，防護容易，對工作人員沒有傷害。因此用特征 X射線用來測量紙張、薄膜、鋁箔等較薄的物質厚度具有優勢，數據處理器是測厚儀的重要部分之一，數據處理器的成功設計是測厚儀制作的關鍵。

1. 數據處理器電路設計

數據處理器，主要包括脈沖整形模塊、小型單片機系統、兩個部分；脈沖整形模塊主要完成對脈沖的整形，把經過放大器放大的信號成形為方波脈沖；以達到單片機能夠采集的寬度；小型單片機系統主要完成定時、計數和通過串口向上位機發送數據處理器采集到的數據信息。

1.1 脈沖整形模塊設計

從正比計數管輸出的信號為脈沖信號，為了能夠輸出適合單片機采集的方波信號，我們在數據獲取器中設計了脈沖整形電路。先通過電路將脈沖信號轉變成方波信號，然后在將發波信號展寬到單片機能夠采集的寬度。方波整形電路由輸入電路、閾值甄別電路幾個部分組成。

1.1.1 輸入電路

輸入電路部分有電阻R1和R2構成的輸入衰減器和由三極管Q1和Q2組成的輸入跟隨器構成[2]。輸入電路如圖1.1所示：

圖 1 輸入電路簡圖Fig.1 Input circuit diagram

由于電壓比較器的閾值只能做到5V,為了使單道能夠達到更大的分析范圍，在輸入端引入了由 R1,R2組成的 2：1的衰減器，由三極管Q1,Q2組成了復合跟隨器，為了獲得好的負載能力和高的傳輸系數。

1.1.2 閾值甄別電路

甄別閾電路有電壓比較器LM710和其它一些電容電阻組成。甄別器是以集成模擬比較器LM710為核心設計電路的，如圖1.2。由于輸入脈沖由電壓比較器的負端輸入，在輸入脈沖比參考電壓小時電壓比較器的輸出電壓為高電平“1”，當輸入電壓比參考電壓高時電壓比較器輸出電平就由“1”向“0”跳變，輸出負的脈沖。在單道有脈沖輸出的情況下即VH（上閾）>Vi（輸入）>VL（下閾）時，上電壓甄別器的輸出應該為高電平，下甄別器的輸出電壓為負脈沖低電平；當 Vi>VH時，上下甄別器的輸出都為負脈沖。線性組件構成的甄別器具有好的甄別特性和較高的穩定性。

圖2 甄別閾電路圖Fig.2 Discrimating threshold circuit

1.1.3 脈沖展寬電路

圖3 脈沖展寬的單穩態觸發電路Fig.3 the monostablity trigger circuit for pulse broading

1.2 單片機系統

小型單片機系統主要完成定時、計數和通過串口向上位機數據獲取器采集到的數據信息。本項目采用的是STC89C516RD+單片機，該單片機具有超低功耗、超強抗干擾能力；單片機有三個定時器 T0、T1、T2[3]；在該設計中T0為定時器，T1作為計數器，T3作為波特率發生器；工作時T0定時50ms產生一次中斷，T0產生20中斷后將T1計到的脈沖數通過串口發送到上位機，等待上位機對數據進行處理；單片機和上位機PC之間通過RS-232串口進行通信[4][5]。根據獲取處理器的性能要求，對單片機的軟件進行了設計。系統軟件功能模塊如圖1.4示。

圖4 單片機工作流程圖Fig.4 The working flow chart of single machine

2 電路測試及結果分析

數據處理器硬件電路和軟件完成后，對數據處理器電路進行了調試。數據處理器和上位機通信流暢，上位機能夠很好的對數據處理器進行控制。用精密脈沖發生器產生的脈沖輸入數據處理器，測量結果如表1所示：

表1 處理器測量結果

數據處理器對隨機脈沖信號進行了測量，同時和定標器的測量結果進行對比，兩者結果能夠較好的吻合，數據處理器測量結果教精確且測量效率高。

3 結束語

設計的數據處理器經過測試，具有數據采集和上位機完成通信的功能；處理器使得下位機和上位機的通信更快速方便，上位機能夠適時的對下位機進行控制，使測量方便高效，測量頻率達到105，可以應用于特征X射線測厚中。

[1]趙越,屈國普，等.透射式特征X射線測厚技術實驗研究[J].核電子學與探測技術，2009，（1）：81.

[2]李朝青主編.PC機及單片機數據通信技術[M]. 北京：北京航空航天大學出版社,2006.

[3]馬忠梅等. 單片機的C語言應用程序設計[M]. 北京：北京航空航天大學出版社,2003.

(責任編校：何俊華)

O571

A

1673-2219（2010）08-0022-02

2010－03－25

唐偉（1967－），男，湖南省祁陽縣人，高級工程師。主要從事電工電子技術、自動控制及核測控方面工程應用及教學科研工作。