基于PDA和蓝牙的数字化γ能谱仪的研制

摘要

野外γ能谱测量是使用便携式γ能谱仪在野外现场直接测量地表岩石、土壤和矿石中铀（U）、钍（Th）、钾（K）的含量，获得相关核素的信息。它被广泛应用于地质填图、放射性矿产和非放射性矿产勘查、水文地质和工程地质调查、建筑材料及环境监测等工作。
　　 由于γ能谱仪需要兼备野外能谱信号的采集与现场数据的处理能力，对仪器的便携性、实用性、操作性等要求较高。针对以往的便携式γ能谱仪功耗较高、数据处理速度较慢、并且主机与探头分离，要通过电缆连接才能进行数据交换，操作复杂等不足，笔者开展了一种基于PDA和蓝牙的数字化γ能谱仪的研制：以PDA作为γ能谱仪的数据采集与处理的主机，将探头设计成数字化，即将探测器、放大器、蓝牙内嵌式模块及多道脉冲幅度分析器集成在一起，通过蓝牙与PDA通讯。在PDA上基于Windows Mobile系统，利用嵌入式Visual C++语言开发γ能谱仪的应用软件，实现与探头的无线通讯，完成相应的谱数据分析、处理及GPS功能。
　　 本论文源自“863计划”重大科研项目—“航空伽玛能谱勘查系统研发”（编号：2006AA06A207），旨在为航空γ能谱测量在地面开展方法实验，提供一种便携、快速、智能的γ能谱仪设备。本论文在前人的工作基础上，对传统分离式结构的便携式多道γ能谱仪进行了多项改进，取得的技术成果及创新点如下：
　　 1.将蓝牙低功耗技术应用于γ能谱仪，实现无线传输，有效地避免传统能谱仪中的电缆故障；
　　 2.首次在国产便携式γ能谱仪中，实现了实时GPS地理信息采集记录；
　　 3.采用了智能化稳谱，可以有效抑制谱漂带来的影响；
　　 4.大大提升了能谱仪的数据处理能力及运行速度，同时也大大提高了仪器的轻便性和操作性；
　　 5.仪器的功耗更低，电池可以连续工作25小时；
　　 6.本论文开发的软件与以往的γ能谱仪应用软件相比特色在于：
　　 1）采用离散函数褶积滑动变换法对谱线进行光滑，谱光滑的效果更好；
　　 2）采用512道谱线进行谱分析，有效地减小了谱线的统计涨落，谱分析的效果更好；
　　 3）针对不同含量比例的铀钍钾，采用3种模式进行能量刻度，保证数据分析的准确性；
　　 4）支持核素识别功能，方便用户准确鉴别放射源种类；
　　 5）采用2G容量的存储卡实时存储测量数据；
　　 6）基于Windows Mobile系统开发的用户界面，支持触屏操作，极大地方便了用户操作仪器和分析谱数据。
　　 对于一些核测量现场，有时存在电磁干扰、强辐射以及强放射性等问题，借助蓝牙技术，工作人员可以通过PDA远程遥控仪器，从而避免现场测量中放射源对人体的辐射和吸入性的内照射，这使基于PDA和蓝牙的γ能谱仪有着良好的实用价值和应用前景。
　　 通过测试和实际使用，证明基于PDA和蓝牙的γ能谱仪重量<2.7kg，功耗<1.4W，能量分辨率≦8.6％（对137Cs的0.661MeV γ射线），分析K、U、Th的误差分别为：K<5％，U<7％，Th<5％，特征峰谱漂≦±1道，仪器的性能稳定可靠，操作方便，测量准确，适用于野外现场和室内对各种放射性物质的γ能谱测量。目前该仪器已实现小规模生产并推广应用。