用于特征X射线测厚仪的数据处理器电路设计

2010-11-15屈国普

湖南科技学院学报 2010年8期

关键词：测厚仪上位X射线

唐伟屈国普赵越

(南华大学核科学技术学院，湖南衡阳 421001)

用于特征X射线测厚仪的数据处理器电路设计

唐伟屈国普赵越

(南华大学核科学技术学院，湖南衡阳 421001)

利用特征X射线测厚是一种适用又方便的方法。数据处理器是测厚仪的重要部分之一，它具有数据采集和与电脑通信的功能。数据处理器包括脉冲整形和单片机系统两个模块；处理器工作正常，达到设计的要求。

数据处理器；单片机；测试

纸张、薄膜、铝箔和铜箔等工业生产在我国已经颇具规模，在追求质量和节约原材料的今天，对在线测量仪器提出更高要求，目前用于该项在线测量主要仪器主要有β射线测厚仪和X射线测厚仪，由于它们都存在射线能量不是单一，从原理上制约了测量线性和精度，只能通过在不同范围采用不同补偿方法来提高精度，使用不方便。特征 X射线测厚采用能量较低，能量单一的特征 X射线测厚，在一定的厚度范围内，测量厚度线性好，精度较高。在较薄物质测量时用特征X射线测厚来代替β测厚仪，可以使测量更方便，高效[1]。特征X射线能量低，防护容易，对工作人员没有伤害。因此用特征 X射线用来测量纸张、薄膜、铝箔等较薄的物质厚度具有优势，数据处理器是测厚仪的重要部分之一，数据处理器的成功设计是测厚仪制作的关键。

1. 数据处理器电路设计

数据处理器，主要包括脉冲整形模块、小型单片机系统、两个部分；脉冲整形模块主要完成对脉冲的整形，把经过放大器放大的信号成形为方波脉冲；以达到单片机能够采集的宽度；小型单片机系统主要完成定时、计数和通过串口向上位机发送数据处理器采集到的数据信息。

1.1 脉冲整形模块设计

从正比计数管输出的信号为脉冲信号，为了能够输出适合单片机采集的方波信号，我们在数据获取器中设计了脉冲整形电路。先通过电路将脉冲信号转变成方波信号，然后在将发波信号展宽到单片机能够采集的宽度。方波整形电路由输入电路、阈值甄别电路几个部分组成。

1.1.1 输入电路

输入电路部分有电阻R1和R2构成的输入衰减器和由三极管Q1和Q2组成的输入跟随器构成[2]。输入电路如图1.1所示：

图 1 输入电路简图Fig.1 Input circuit diagram

由于电压比较器的阈值只能做到5V,为了使单道能够达到更大的分析范围，在输入端引入了由 R1,R2组成的 2：1的衰减器，由三极管Q1,Q2组成了复合跟随器，为了获得好的负载能力和高的传输系数。

1.1.2 阈值甄别电路

甄别阈电路有电压比较器LM710和其它一些电容电阻组成。甄别器是以集成模拟比较器LM710为核心设计电路的，如图1.2。由于输入脉冲由电压比较器的负端输入，在输入脉冲比参考电压小时电压比较器的输出电压为高电平“1”，当输入电压比参考电压高时电压比较器输出电平就由“1”向“0”跳变，输出负的脉冲。在单道有脉冲输出的情况下即VH（上阈）>Vi（输入）>VL（下阈）时，上电压甄别器的输出应该为高电平，下甄别器的输出电压为负脉冲低电平；当 Vi>VH时，上下甄别器的输出都为负脉冲。线性组件构成的甄别器具有好的甄别特性和较高的稳定性。

图2 甄别阈电路图Fig.2 Discrimating threshold circuit

1.1.3 脉冲展宽电路

图3 脉冲展宽的单稳态触发电路Fig.3 the monostablity trigger circuit for pulse broading

1.2 单片机系统

小型单片机系统主要完成定时、计数和通过串口向上位机数据获取器采集到的数据信息。本项目采用的是STC89C516RD+单片机，该单片机具有超低功耗、超强抗干扰能力；单片机有三个定时器 T0、T1、T2[3]；在该设计中T0为定时器，T1作为计数器，T3作为波特率发生器；工作时T0定时50ms产生一次中断，T0产生20中断后将T1计到的脉冲数通过串口发送到上位机，等待上位机对数据进行处理；单片机和上位机PC之间通过RS-232串口进行通信[4][5]。根据获取处理器的性能要求，对单片机的软件进行了设计。系统软件功能模块如图1.4示。