Разработка портативного цифрового радиометра
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
мы портативного цифрового радиометра
В соответствии с заданием разработана структурная схема портативного цифрового радиометра, приведенная на рисунке 4.1
Рисунок 4.1- Структурная схема цифрового радиометра
На датчик ионизирующих импульсов (ДИИ) подается напряжение 400В с блока питания датчика (БПД). Сигнал с ДИИ поступает на формирователь информационных импульсов (ФИИ), импульсы различной длительности поступают на формирователь счетных импульсов (ФСИ). Сформированные импульсы длительностью 5мкс поступают на логический элемент (ЛЭ2).
Генератор тактовых импульсов (ГТИ) подает импульсы с частотой 1 Гц через логический элемент (ЛЭ1) на блок формирование времени измерения (ФВИ), на блок генератора цикла измерения (ГЦИ), и импульсы с частотой 128 Гц на блок импульсной индикации (БИИ).
Время измерения составляет 30с, сформировавшиеся за это время импульсы поступают на блок счетчиков импульсов (БСИ), затем импульсы поступают на блок дешифраторов (БДШ). С БДШ импульсы поступают на блок импульсной индикации БИИ.
После 30с времени измерения формируется импульс записи на блоке формирователь импульс записи (ФИЗ), затем импульс поступает на БДШ.
Время индикации составляет 40с, по окончанию 40с с блока ГЦИ поступает импульс на блок формирователя импульса сброса (ФИС), который обнуляет все счетчики.
В структурную схему также входит формирователь звуковых сигналов (ФЗС). Во время счета импульсов будут слышны короткие щелчки, по окончанию счета будет слышен тональный звук.
Временные диаграммы работы портативного цифрового радиометра представлены на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 - Временные диаграммы работы цифрового радиометра
4.2 Датчик и формирователь информационных сигналов
Блоки детектирования ионизирующих излучений относятся к электронным устройствам, основное назначение которых заключается в обеспечение процесса взаимодействия потока частиц ионизирующего излучения с определенной физической средой - детектором излучения, и в преобразовании актов взаимодействия в электрические сигналы, которые могут быть зарегистрированы и обработаны соответствующей измерительной аппаратурой. В соответствии с назначением, блок содержащий детектор излучения и формирователь электрических сигналов на выходе, схема, передаточная характеристика и временные диаграммы работы которого приведены на рисунке 4.3
а
бв
Рисунок 4.3 - Датчик и формирователь информационных сигналов:
а - схема устройства; б - передаточная характеристика триггера Шмитта; в - временные диаграммы
Одной из важнейших характеристик счетчика Гейгера является зависимость его радиационной чувствительности от энергии (жесткости) ионизирующих частиц, в связи с чем при напряжении питания датчика BD1, равном 400В, в режиме ионизации перепад потенциала на аноде достигает значения не менее В. Именно это обстоятельство вызвало необходимость включить в схему диодного ограничителя напряжения на приборах VD1, VD2 типа КД102А, что обеспечивает необходимую амплитуду информационных сигналов не более +9 В.
В качестве анодной нагрузке датчика BD1 использован резистор R1 типа С2-33-0,125 47 МОм 5%; разделительным конденсатором является элемент С1 типа КД2М 10пФ 5% 630В.
Функциональным назначением делителя напряжения на резисторах R2, R3 является формирования потенциальных уровней логической единицы и логического нуля, совместимых с основными параметрами применяемых интегральных микросхем серии К176, К561. В режиме покоя на входе DD1.1 действует уровень В, в динамическом режиме уровень логического нуля определяется соотношением
(4.1)
При выбранном резисторе R3 типа С2-33-0,125 3,3 МОм 5%; и номинальным значением В из (4.1) находим
(4.2)
Ом
Принимаем резистор R2 типа С2-33-0,125 120 кОм 5%.
При входном импульсном сигнале с пологим фронтом и спадом, что характерно для выходного напряжения датчика BD1, импульсы на выходе формирующего логического элемента не будят прямоугольными, так как некоторое время ключевая схема будет находится в усилительном режиме. Кроме того на фронте и спаде выходного импульса будут присутствовать усилительные помехи, поступающие в устройство по цепи питания.
Информационный импульс с зашумленным и несформированным фронтом и спадом непригоден для переключения тактовых входов триггеров, регистров, счетчиков.
Повышения коэффициента усиления по напряжению формирователя до 1000 раз и более за счет последовательного включения нескольких буферных элементов не дают точной привязки момента переключения к определенному пороговому уровню входного импульса. В таком случае применим так называемую схему триггера Шмитта на элементах DD1.1, DD1.2, состоящую из двухкаскадного усилителя, охваченного слабой положительной обратной связью с помощью резисторов R2, R4. Выходной сигнал такого триггера Шмитта имеет крутые импульсные перепады, длительность которых не зависит от скорости нарастания или спада входного сигнала (см. рис. 4.1,в).
Импульсные перепады соответствуют во времени моментом, когда входной сигнал превышает напряжение срабатывания и становится меньше, чем напряжение отпускание при этом
(4.3)
(4.4)
где - пороговое напряжение логического элемента DD1.1;
, - выходные уровни напряжения элемента DD1.2 в состоянии соответственно логических нуля и единицы.
Из соотношения (4.3) и (4.4) при пороговом напряжении