Nghiên cứu chế tạo thiết bị quan trắc cảnh báo sớm bức xạ

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM





BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NĂM 2008-2010




NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ QUAN TRẮC
CẢNH BÁO SỚM BỨC XẠ
(Mã số: ĐT/01-08/NLNT)



Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân
Chủ nhiệm đề tài: TS. Đặng Quang Thiệu




HÀ NỘI, THÁNG 05/2011

1

DANH SÁCH
NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI



STT

HỌ VÀ TÊN
H
ỌC H
ÀM
HỌC VỊ
ĐƠN VỊ CÔNG TÁC
1 Đặng Quang Thiệu TS
TT GT& ĐT
Viện KH&KT Hạt nhân
2 Trần Ngọc Toàn ThS.
TT ATBX& MT
Viện KH&KT Hạt nhân
3 Nguyễn Văn Sỹ Ks
TT GT& ĐT
Viện KH&KT Hạt nhân
4 Nguyễn Thị Bảo Mỹ

ThS.
TT GT& ĐT
Viện KH&KT Hạt nhân
5
Nguyễn Thị Thuý
Mai

Cn
TT GT& ĐT
Viện KH&KT Hạt nhân
6 Vũ Văn Tiến ThS.
TT GT& ĐT
Viện KH&KT Hạt nhân
7 Lê Đình Cường KS.
TT GT&DDT
Viện KH&KT Hạt nhân

2
MỤC LỤC
____________________
Bảng các từ viết tắt 3
MỞ ĐẦU 4
1. Nghiên cứu lựa chọn Detector: 4
2. Nghiên cứu thiết kế phần cứng của thiết bị: 5
3. Nghiên cứu viết phần mềm cho chíp, cho máy tính: 5
4. Chuẩn liều cho thiết bị 5
PHẦN I - TỔNG QUAN 6
1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 6
2. Sơ đồ khối của thiết bị 11
PHẦN II – NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO 13
1. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐẦU DÒ 13
1.1. Đầu dò nhấp nháy 13
1.2. Đầu dò GM 15
1.3. Nghiên cứu sự phụ thuộc của dòng anode của ống nhân quang điện vào suất liều
(từ 0.1µGy/h – 50 mGy/h ). 18
2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CỦA THIẾT BỊ 19
2.1. Bộ khuếch đại phổ và bộ biến đổi ADC 12 bit 19

2.2. Khối vi xử lý 20
2.3. Khối lựa chọn đầu dò 21
2.4. Khối tạo nguồn photon chuẩn 21
2.5. Khối nguồn nuôi DC 22
2.6. Khối kết nối Ethernet 23
3. NGHIÊN CỨU VIẾT PHẦN MỀM CHO THIẾT BỊ 26
3.1. Thiết kế phần mềm cho chíp vi xử lý 26
3.2. Thiết kế phần mềm giao tiếp với máy tính thông qua Ethernet 39
PHẦN III - CHUẨN LIỀU CHO THIẾT BỊ 43
1. Chuẩn thiết bị với đầu dò NaI(Tl) 43
2. Chuẩn thiết bị với đầu dò GM7121 45
3. Chuẩn thiết bị với đầu dò GM714 47
4. Chuẩn thiết bị với đầu dò CI-3BG 48
KẾT LUẬN 51
LỜI CẢM ƠN 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
PHỤ LỤC 56
3
Bảng các từ viết tắt
GM ………………………………………………………… Geiger – Muller
TCP/IP ……………………………………Ghép nối mạng Internet có địa chỉ
MCA ……………………………… ………… Phân tích biên độ nhiều kênh
TCVN………………………………………………… Tiêu chuẩn Việt Nam
FPGA (Field-Programmable Gate Array) tập hợp các cổng có thể lập trình
được
PMT ……………………………………………………Ống nhân quang điện
ADC …………………………………………………… Biến đổi tương tự số
LCD ………………………………………………… Màn hình tinh thể lỏng
DET (Detector)……………………………………………………… Đầu dò

4
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh của nền kinh tế Việt Nam đã
nâng cao trình độ của đội ngũ cán bộ trong các lĩnh vực Điện tử Hạt nhân, tin
học, cơ khí, tự động hoá v.v. Đây là cơ sở cho phép các cán bộ khoa học từng
bước triển khai công tác nghiên cứu chế tạo thiết bị phục vụ cho công tác nghiên
cứu và ứng dụng thực tế.
Đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị quan trắc cảnh báo sớm bức xạ” là một sự
kế thừa các kết quả nghiên cứu chế tạo thiết bị điện tử hạt nhân của đơn vị nhằm
giải quyết vấn đề nội địa hoá thiết bị quan trắc, cảnh báo phóng xạ dùng trong
mạng lưới quan trắc và cảnh báo phóng xạ quốc gia với giá thành rẻ hơn so với
nhập ngoại theo đúng tinh thần của “Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử
vì mục đích hoà bình đến năm 2020” mà chính phủ đã phê duyệt.
Mục tiêu của đề tài là: chế tạo thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ có độ
nhạy cao để có khả năng cảnh báo sớm mức độ phóng xạ môi trường với những
thông số kỹ thuật cơ bản như sau:

 Dải đo: 0,1Sv/h đến 50 mSv/h.
 Dải năng lượng : 80Kev đến 3 Mev.
 Độ chính xác  30%
 Dải nhiệt độ hoạt động từ 0 đến 50
o
C
 Độ ẩm hoạt động từ 30% đến 95%
 Thiết bị được ghép mạng LAN hoặc internet, cho phép truyền số liệu
ONLINE và thực hiện điều khiển từ trung tâm quản lý.
Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu thiết kế tổng thể hệ thống quan trắc và
cảnh báo sớm bức xạ bao gồm các nội dung sau đây:
1. Nghiên cứu lựa chọn Detector:
 Nghiên cứu thiết kế chế tạo detector NaI(Tl) kích thước 1.5inc X 1.5inc
cho thiết bị bao gồm: Vỏ bảo vệ detector, tiền khuếch đại.
 Khảo sát các đặc trưng của các ống đếm GM, lựa chọn điểm làm việc,
hình thành xung v.v
5
 Nghiên cứu sự phụ thuộc của dòng anode của ống nhân quang điện vào
suất liều (từ 0.1µSv/h – 50 mSv/h ).
2. Nghiên cứu thiết kế phần cứng của thiết bị:
 Thiết kế hệ phân tích phổ đa kênh (2048 kênh) sử dụng chíp
microcontroller có tốc độ cao, chạy ổn định và tiêu thụ dòng nhỏ, phù
hợp với các thiết bị quan trắc. Ngoài ra hệ phân tích phải có bộ nhớ lớn
để lưu trữ số liệu, có bộ thời gian thực và có khả năng ghép mạng
internet.
 Nghiên cứu ứng dụng phương pháp ổn định phổ bằng xung sáng và đảm
bảo cho thiết bị có khả năng tự động chuẩn máy.
3. Nghiên cứu viết phần mềm cho chíp, cho máy tính:
 Nghiên cứu xây dựng phần mềm cho chíp, phần mềm cho máy tính PC
giúp cho hệ thống hoạt động, thu thập, lưu trữ số liệu, an toàn trên mạng

 Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp làm trơn phổ và tìm đỉnh.
 Nghiên cứu phương pháp nhận diện đồng vị phóng xạ thông qua phổ ghi
nhận.
 Ghép nối và lựa chọn các đầu dò GM cho các giải liều cao nhằm nâng
cao khả năng đo cho thiết bị và bảo đảm an toàn cho đầu dò nhấp nháy
NaI(TL).
4. Chuẩn liều cho thiết bị
 Nghiên cứu chuyển phổ thành liều dùng hàm G(E).
 Chuẩn liều cho thiết bị tại phòng chuẩn cấp II.
 Nghiên cứu bổ chính ảnh hưởng của tia vũ trụ đối với kết quả thu được.
Thời gian thực hiện: (24 tháng) từ tháng 3 năm 2008 đến tháng 2 năm 2010.
Đơn vị thực hiện: Trung tâm Gia tốc và Điện tử - Viện Khoa học và Kỹ
thuật Hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam.
Kinh phí thực hiện đề tài: 450 Triệu VND.
6
PHẦN I - TỔNG QUAN
1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Hiện nay chúng ta có trên 20 cơ sở y học Hạt nhân, hàng trăm cơ sở sử dụng
X quang. Theo pháp lệnh về an toàn bức xạ vừa được chính phủ ban hành,
chúng ta có 60 cơ sở quản lý về an toàn bức xạ. Còn rất nhiều cơ sở sử dụng
nguồn bức xạ và ứng dụng kỹ thuật hạt nhân khác. Tất cả những cơ sở này đều
cần đến máy đo liều và cảnh báo phóng xạ. Nếu chế tạo thành công các thiết bị
đo liều và cảnh báo bức xạ, đặc biệt các thiết bị cảnh báo sớm có độ nhậy cao,
có chức năng nhận diện đồng vị và ghép mạng internet các thiết bị này thành
mạng lưới quan trắc cảnh báo thì có thể cung cấp cho các cơ sở bức xạ trong
nước, tiết kiệm được nhiều ngoại tệ.
Thiết bị quan trắc và cảnh báo sớm bức xạ được dùng khá phổ biến ở các
nước trên thế giới, đặc biệt các nước có sử dụng nhà máy điện hạt nhân hoặc lò
nghiên cứu. Các thiết bị này nằm trong một mạng lưới quan trắc và cảnh báo
sớm sự cố lò phản ứng hạt nhân được đặt xung quanh các nhà máy điện hạt

nhân, hoặc xung quanh các cơ sở xử lý nhiên liệu hạt nhân, và các cơ sở bức xạ,
phóng xạ khác v.v
Các thiết bị quan trắc và cảnh báo bức xạ hiện nay vẫn đang được nghiên
cứu phát triển như ở Nhật Bản, Hàn Quốc và nhiều nước tiên tiến khác, nhằm
nâng cao và hoàn thiện chất lượng thiết bị như mở rộng dải liều, nâng cao
ngưỡng nhạy, chuẩn liều thông qua phổ ghi được, hiệu chỉnh đóng góp của
thành phần phông bức xạ vũ trụ và nhận diện được đồng vị phóng xạ v.v Các
thiết bị này đều được ghép mạng và nhanh chóng truyền thông tin cảnh báo tới
các cơ quan quản lý để giúp các cơ quan này đưa ra những quyết định kịp thời.
Hiện tại trong nước đã đạt được một số thành tựu trong lĩnh vực chế tạo các
thiết bị điện tử hạt nhân như các hệ phân tích dùng cho các phòng thí nghiệm
liên quan đến vật lý Hạt nhân, các thiết bị phân tích đơn kênh, đa kênh dùng kỹ
thuật Hạt nhân trong Công nghiệp, Nông nghiệp, Y tế, Địa chất … Các thiết bị
đo liều và cảnh báo phóng xạ sử dụng cho các cơ sở bức xạ và những người làm
việc trong các môi trường bức xạ. Các thiết bị chúng ta chế tạo còn có nhiều
điểm thua kém với những sản phẩm cùng loại của nước ngoài như kém về độ
7
nhạy, độ ổn định, kết cấu cơ khí chưa gọn, kiểu dáng chưa đẹp và nói chung
chưa trở thành một sản phẩm thương mại.
Thiết bị mà đề tài đặt ra sẽ hướng tới sản phẩm thương mại và có thể được
sử dụng một cách rộng rãi, tin cậy và được các cơ sở bức xạ và hạt nhân chấp
nhận. Thiết bị phải đạt được các mục tiêu đặt ra như phải ổn định, độ nhạy cao
để có thể cảnh báo sớm sự cố, có thể ghép nối mạng LAN với máy tính, ghép
mạng Internet, tạo điều kiện thuận lợi cho công tác quản lý, công tác bảo trì, bảo
dưỡng thiết bị.
Đề tài là một sự phát triển tiếp theo kết quả của nhiều nghiên cứu trước đó
như các đề tài cấp cơ sở gần đây về lĩnh vực chế tạo máy đo liều và cảnh báo
phóng xạ cầm tay và treo tường. Đặc biệt là kết quả của nhiệm vụ hợp tác theo
nghị định thư với Malaysia trong lĩnh vực điện tử Hạt nhân. Kết quả của nhiệm
vụ hợp tác này là chúng tôi đã làm chủ được công nghệ FPGA, đây là một công

nghệ chíp mới cho phép thiết kế các loại mạch số ứng dụng bên trong chíp, chíp
hoạt động với tốc độ cao, xử lý nhanh, hoạt động ổn định. Ngoài ra kết quả của
nhiệm vụ là chúng tôi đã khai thác sử dụng chíp vi xử lý 16 bít (thông thường là
8 bit), có giao thức TCP/IP 10/100 dùng để ghép mạng thiết bị v.v các kết quả
đạt được trong việc nghiên cứu chế tạo hệ phổ kế nhiều kênh MCA, khuếch đại
phổ, cao áp v.v
Các sản phẩm sau khi được thử nghiệm sẽ được đánh giá và được cấp chứng
chỉ theo tiêu chuẩn TCVN tạo lòng tin và pháp lý cho người sử dụng.
Các thiết bị quan trắc và cảnh báo bức xạ hiện nay vẫn đang được nghiên
cứu phát triển như ở Nhật Bản, Hàn Quốc và nhiều nước tiên tiến khác, nhằm
nâng cao và hoàn thiện chất lượng thiết bị như mở rộng dải liều, nâng cao
ngưỡng nhạy, chuẩn liều thông qua phổ ghi được, hiệu chỉnh đóng góp của
thành phần phông bức xạ vũ trụ v.v
Dưới đây là một số hình ảnh hệ quan trắc của một số hãng trên thế giới:
8

Hình 1: Ảnh một trạm quan trắc phóng xạ của Nhật Bản

Hình 2 : 14 trạm quan trắc đặt xung quanh một cơ sở hạt nhân của Nhật bản
Các thông số chính của một trạm đo:
 Đầu dò NaI(TL) 2inc. X 2inc.
Dải liều: 0.01 µGy/h đến 30 µGy/h
Dải năng lượng: 80KeV đến 3 MeV.
 Buồng ion hoá
Dải liều: 0.1 µGy/h đến 100mGy/h
Dải năng lượng: 80 KeV đến 3 MeV
Độ chính xác ±20%
9

Hình 3: hình ảnh thiết bị quan trắc phóng xạ của hãng FUJI

Hình 4: Thiết bị quan trắc phóng xạ của RAD
10

Hình 5: Thiết bị quan trắc RAMOS được đặt xung quang nhà máy
điện Hạt Nhân tại Mỹ
Một số hình ảnh về hoạt động chế tạo thiết bị đo liều và cảnh báo phóng xạ
trong nước (của cơ quan chủ trì đề tài):


Hình 6: Thiết bị đo liều cầm tay của Viện KH&KTHN
Máy đo độ nhiễm bẩn bề mặt gamma, anpha, beta (bên trái và máy đo liều
gamma cầm tay (bên phải) được chế tạo tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt
nhân, kết quả của hơp tác Việt Nam-Malaysia trong lĩnh vực Điện tử Hạt nhân .
11

Hình 7: Máy đo liều và cảnh báo phóng xạ treo tường là sản phẩm của đề tài
cấp cơ sở của Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân.

Hình 8: Thiết bị cảnh báo phóng xạ treo tuờng được phát triển theo đơn
đặt hàng (Sản phẩm kế tiếp của nhiệm vụ hợp tác Việt Nam - Malaysia).
2. Sơ đồ khối của thiết bị
Vấn đề chúng ta cần phải giải quyết trong đề tài này ngoài những khó
khăn trong việc chế tạo được một thiết bị có khả năng hoạt động ổn định liên
tục và có độ nhạy cao, thích ứng với điều kiện khí hậu khắc nhiệt của nước ta
12
mà còn những vấn đề vật lý khác như: ổn định phổ cho thiết bị dùng detector
NaI(TL) để đo suất liều lượng, vấn đề chuyển số liệu phổ sang liều, vấn đề
hiệu chỉnh với tia vũ trụ v.v Để đáp ứng được những nội dung trên chúng
tôi đưa ra sơ đồ khối của thiết bị như sau:

Hình 9: Sơ đồ khối dự kiến thiết bị quan trắc
Sử dụng detector NaI(TL) để đo dải liều thấp 0,1 µSv/h đến 25µSv/h và sử
dụng 3 ống đếm GM để đo dải suất liều cao từ 25 µSv/h đến 50 mSv/h như vậy
hoàn toàn có thể đáp ứng được độ chính xác trong toàn dải như mục tiêu đặt ra <
± 30%.
Sử dụng công nghệ chíp hiện đại FPGA, các chíp vi xử lý 16 bit có giao thức
TCP/IP hoặc các chíp vi xử lý khác giúp cho thiết kế thiết bị gọn nhẹ, đáp ứng
được các chức năng đã đặt ra và hoạt động ổn định.
Với khả năng của đội ngũ cán bộ chuyên môn, có kế thừa các kết quả đã đạt
được và sự đầu tư của nhà nước chắc chắn các vấn đề trên sẽ được giải quyết và
chúng ta có thể nội địa hoá được các thiết bị dùng trong mạng lưới quan trắc và
cảnh báo sớm bức xạ Quốc gia với giá thành rẻ hơn nhiều so với nhập ngoại
theo đúng tinh thần của “ Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục
đích hoà bình đến năm 2020” mà chính phủ đã phê duyệt.
N
A
I

PM
T

HV
PREAMP

MCA
SH&
AMP

DAC
SCA
MCU
COUNTER1

ADC
DISPLAY

COUNTER2


TCP/IP
COUNTER3

COUNTER4

SH

GM2

HV3

SH

GM1

HV2

SH

GM3

HV4



















FPGA
13
PHẦN II – NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO

1. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐẦU DÒ
1.1. Đầu dò nhấp nháy
1.1.1. Đầu dò nhấp nháy, tiền khuếch đại
Để tăng độ nhạy cho thiết bị tại vùng có cường độ thấp gần với phông của

môi trường chúng tôi đã chọn đầu dò nhấp nháy NaI(TL) có kích thước tinh
thể 1.5inch x 1.5 inch và ống nhân quang điện loại RG6095 có kích thước
tương ứng của hãng Hamamatsu, với kích thước này đầu dò có thể ghi nhận
phổ ở vùng có hoạt độ 50 µSv/h và có độ phân giải khoảng 6%-7% cho phép
tách phổ dễ dàng và nhận diện được chính xác đồng vị phóng xạ. Sơ đồ mắc
phân thế cho ống nhân quang điện và tiền khuếch đại cho đầu dò được chỉ ra
tại hình vẽ dưới đây:
1
1
2
2
3
3
4
4
D D
C C
B B
A A
Title
Number RevisionSize
A4
Date: 6/22/2010 Sheet of
File: D:\Group1\DTB2008\PMT_R6095.SCHDOCDrawn By:
K
13
D1
14
D2
12

D3
2
D4
11
D5
3
D6
10
D7
4
D8
9
D10
8
D11
6
D9
5
IC
1
A
7
PMT
R6095
GND
R6
470K
R7
470K
R8

470K
R9
470K
R10
470K
R11
470K
R12
470K
R13
470K
R14
470K
R15
470K
R16
470K
R17
470K
GNDHV
C8
10N/2KV
C9
10N/2KV
C10
10N/2KV
C6
10N/2KV
R18
300K

HV
T2
A564
T1
A564
GND
GND
R1
RES1
R3
100K
R2
10K
R4
15K
GND
12V
12V
C2
20PF
GND
C1
10UF
C5
10UF
BNC
GND
1
2
J1

CON2
GND
12V
C3
100N
C4
220UF
GND GND

Hình 10: Sơ đồ phân thế cho PMT và tiền khuếch đại.
Bảo vệ đầu dò được chế tạo bằng thép không gỉ, vững chắc cho việc lắp đặt
và bảo vệ an toàn cho tinh thể, ống nhân quang điện, các mạch điện tử như
tiền khuếch đại và cao áp trong đầu dò.
14
Đầu dò nhấp nháy hoạt động tốt trong dải suất liều môi trường từ 0.15 µSv
đến 25 µSv.
1.1.2. Nguồn nuôi cao áp
Cao áp nuôi đầu dò nhấp nháy được thiết kế theo kiểu DC-DC nhưng có độ
ổn định cao và mấp mô thấp tương đương với các hệ phân tích phổ gamma.
Sơ đồ nguyên lý được chỉ ra tại hình vẽ dưới đây:
1
1
2
2
3
3
4
4
D D
C C

B B
A A
Title
Number RevisionSize
A4
Date: 6/22/2010 Sheet of
File: D:\Group1\ \HV_Power1000V_CuongPMT.SCHDOCDrawn By:
1
2
3
U1A
CD4093BCN
5
6
4
U1B
CD4093BCN
8
9
10
U1C
CD4093BCN
R2
560k
R1
330k
D1
D
C1
1N

31
2
RV1
250K
R4
3K3
R6
1M
C7
100N
GND
C8
10N
R9
600K
GND
R10
200M
GND
U3
LM336
GND
R3
100K
10V
R8
2k
GND
GND
1

1
2
2
3
3
TR1
TRF4
C3
100N
GND
D2
D D3
D
D4
D
C5
10N/2KV
C2
10N/2KV
GND
C6
10N/2KV
GND
C9
10N/2KV
C10
100N/2KV
GND
GND
R7

1M
HV
VREF
1
2
J2
CON2
GND
10V
C13
220UF
C14
100N
1000T100T
0T
C12
10N/2KV
C11
10N/2KV
D6
D
D7
D
R11
100k
R12
100k
B
CE
Q1

D438
D5
1N4007
GND
10V
R15
30
5
3
2
6
74
8
1
U2
CA3140
R5
5K6
Q2
C828
GND
R13
5K6
R14
1K
GND
GND
10V
C4
10uF

GND
C15
1uF
C16
1uF
R16
100k

Hình 11: Nguồn nuôi cao áp cho đầu dò NaI(TL)
Với thiết kế đơn giản để có thể đủ kích thước đặt trong ống nhưng bộ nguồn
vấn đảm bảo được các thông số chính cần thiết như:
o Điện áp ra 1000vôn
o Độ mấp mô 20mv/1mA
o Độ ổn định theo nhiệt độ ± 1vôn/20
o
C/1000v
o Công suất tiêu thụ với tải là phân thế chân PMT 6Mon là
12vol/15mA.
15
1.1.3. Thiết kế cơ khí đầu dò (Thiết kế chi tiết đính kèm ở phụ lục)

Hình 12 : Hình ảnh cơ khí đầu dò NaI(TL)
1.2. Đầu dò GM
Vì mục tiêu của đề tài là thiết kế chế tạo thiết bị có khoảng đo liều rộng
0,1Sv/h đến 50 mSv/h chúng tôi đã sử dụng thêm 3 ống đếm GM cho
khoảng suất liều từ 25 µSv/h đến 50 mSv/h, cụ thể như sau:
1.2.1. Ống đếm GM LND 7121
Trong đề tài này chúng tôi chọn loại detector chứa khí, cụ thể là ống đếm
Geiger – Muller LND 7121 vì loại ống đếm này được ứng dụng nhiều trong
thực tiễn, dễ sử dụng, gọn nhẹ và rẻ tiền. Đặc trưng cơ bản của nó được mô

tả như hình vẽ dưới đây:

Hình 13: Đặc trưng đếm của ống đếm LND 7121
16
Ống đếm này được sử dụng trong dải suất liều môi trường từ 20 µSv/h
đến 250 µSv/h.
1.2.2. Ống đếm GM LND714
Tương tự như ống đêm LND7121 nhưng cho dài suất liều đo cao hơn.

Hình 14 : Đặc trưng đếm của ống đếm LND714
Ống đếm này được chọn để đo khi dải suất liều trong khoảng từ 200
µSv/h đến 1000µSv/h (1mSv)
1.2.3. Ống đêm GM CI-3BG
Ống đếm này là loại ống đếm suất liều cao, thường được sử dụng trong
các thiết bị đo liều và cảnh báo phóng xạ trong công nghiệp bức xạ, chiếu
xạ. Đây là loại ống đếm do Nga chế tạo, có giá thành hợp lý và độ bền cao.
Một số thông số của CI-3BG như sau:
o Dải suất liều đo lên tới 300R/h
o Điện áp làm việc từ 380vôn đến 460vôn
o Vùng plato 80 vôn
17
o Độ nhạy với tia gamma là 188 đến 235 xung/giây/R/h
o Nhiệt độ làm việc từ -50
O
C đến 60
O
C
o Độ dài 55 mm, đường kính 10mm.
Ống đếm này được trọn để đo khi dải suất liều trong khoảng 0.8 mSv/h đến
100 mSv/h.

1.2.4. Cao áp và hình thành xung cho các ống đếm GM.
Sơ đồ cao áp và hình thành xung cho các ống đếm GM được thiết kế gọn
nhẹ, ổn định, tiêu thụ năng lượng thấp và được đặt ngay trong đầu đo. Sơ đồ
nguyên lý được chỉ ra trong hình vẽ dưới đây:
1
1
2
2
3
3
4
4
D D
C C
B B
A A
Title
Number RevisionSize
A4
Date: 6/22/2010 Sheet of
File: D:\Group1\DTB2008\HV_Power500V.SCHDOCDrawn By:
1
2
3
U1A
CD4093BCN
5
6
4
U1B

CD4093BCN
8
9
10
U1C
CD4093BCN
12
13
11
U1D
CD4093BCN
8
3
2
4
1
U2A
LM393N
R2
560k
R1
330k
D1
D
C1
1N
10V
C4
10UF
GND

GND
31
2
RV1
250K
R4
3K3
R6
1M
C7
100N
GND
C8
10N
R9
900K
GND
R10
1G
2
31
T1
C535
10V
GND
U3
LM336
GND
R3
100K

10V
R8
3K3
GND
2
31
T2
MPSA42
GND
1
1
2
2
3
3
TR1
TRF4
10V
C3
100N
GND
D5
D
D2
D D3
D
D4
D
C5
10N/2KV

C2
10N/2KV
GND
C6
10N/2KV
GND
C9
10N/2KV
C10
10N/2KV
GND
GND
R7
1M
HV
HV
84
5
6
7
U2B
LM393N
R13
1M
R12
1M
R16
2.2M
C12
10N

GND
1
2
J3
CON2
GND
C11
100PF/3KV
D6
1N4148
GND
R11
1M
31
2
RV2
250K
GND
VREF
VREF
GND
10V
R15
10k
GND
R5
2.2M
R14
10K
10V

10V
1
2
J1
CON2
GND
1
2
J2
CON2
GND
10V
C13
220UF
C14
100N
1000T100T
0T
R?
100k

Hình 15 : Sơ đồ nguyên lý bộ tạo cao áp và hình thành xung cho GM
18
1.2.5. Thiết kế cơ khí đầu đo (Thiết kế chi tiết ở phần phụ lục)

Hình 16: Hình ảnh cơ khí đầu dò GM
1.3. Nghiên cứu sự phụ thuộc của dòng anode của ống nhân quang điện
vào suất liều (từ 0.1µSv/h – 50 mSv/h ).
Việc đo dòng anot của ống nhân quang điện để xác định suất liều chiếu của
bức xạ vào đầu dò nhấp nháy là rất khó khăn và không khả thi vì các lý do sau

đây:
 Dòng sinh ra do các chớp sáng của tinh thể nhấp nháy ở suất liều chiếu
thấp tác động vào photocatot của ống nhân quang điện là rất nhỏ chỉ cỡ
pA, dòng này nhỏ cỡ dòng tối của ống nhân quang điện và dòng tối này
thay đổi rất nhiều do nhiệt độ do vậy không thể xác định được dòng sinh
ra do bức xạ tương tác với detector.
 Ở suất liều cao có thê xác định được dòng này nhưng sẽ rất khó đảm bảo
được an toàn cho photocatot của ống nhân quang điện. Để đảm bảo an
toàn cho ống nhân quang điện cần phải điều chỉnh cao áp thấp thích hợp
và như vậy cũng rất khó khăn cho vấn đề kỹ thuật chế tạo đầu dò và việc
này không khả thi.
 Chúng tôi sẽ nghiên cứu tiếp tục nhưng sẽ thay ống nhân quang điện bằng
photodiode, khi đó việc đo dòng để xác định suất liều lượng sẽ khả thi
hơn.
19
2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CỦA THIẾT BỊ
Sơ đồ khối của hệ phân tích.


Hình 17: Sơ đồ khối của thiết bị quan trắc cảnh báo sơm bức xạ
2.1. Bộ khuếch đại phổ và bộ biến đổi ADC 12 bit
Bộ khuếch đại phổ cũng như bộ biến đổi ADC được thiết kế theo phương pháp
truyền thống nhưng có sự lựa chọn linh kiện cho phù hợp với điều kiện làm
việc và khả năng tìm kiếm những linh kiện đó tại Việt Nam. Bộ khuếch đại
phổ được thiết kế đơn giản gồm các mạch khuếch đại, tạo dạng, ghim mức
không lối ra. Đặc biệt bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại thay đổi được bằng
phần mềm từ vi xử lý trong khoảng từ 50% đến 150% hệ số khuếch đại trong
dải làm việc tương ứng. Bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại thay đổi bằng số
giúp cho mạch tự động ổn định phổ và tự động chuẩn thiết bị. Thông qua đỉnh
phổ chuẩn vi xử lý sẽ tăng hay giảm hệ số khuếch đại tuy thuộc vào độ trôi của

đỉnh phổ chuẩn cho đến khi đỉnh phổ chuẩn rơi vào đúng vị trí đã định sẵn.
Mạch ADC bao gồm mạch giữ đỉnh, ADC nhanh, bộ điều khiển logic
dùng kỹ thuật Gal/Pal. Do dùng Gal 20V8 mà mạch điều khiển logic cho toàn
bộ quá trình của ADC trở nên đơn giản và mềm dẻo hơn. Sơ đồ nguyên lý của
mạch khuếch đại phổ và ADC được chỉ ra ở hình vẽ dưới đây:
N
A
I
PMT
HV1

VI XỬ LÝ
BỘ NHỚ
ROM & RAM
BỘ BIẾN ĐỔI
ADC 12 BIT
BỘ CHỈ THỊ
LCD
BỘ THỜI GIAN
THỰC

INTERNET
BỘ KHUẾCH ĐẠI
PHỔ
BỘ ĐẾM

GM
HV3

GM

HV2


GM
HV4

KHỐI CHỌN
ĐẦU ĐO



















KH

ỐI NGUỒN NUÔI MỘT
CHIỀU
+5V ±12V



















KHỐI GIAO TIẾP
TCP/IP

BỘ TẠO PHOTON
CHUẨN
20
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7

8
8
D D
C C
B B
A A
Title
Nu mb er RevisionSize
A2
Date: 6/22/2010 Sheet of
File: D:\Gro up1\DTB2008\adc_detai.SCHDOC Drawn By:
C10
1N
R9
20
GND
5
3
2
6
74
8
1
U2
LF356AN8R6
50K
10V
-6V
C6
100N

C8
100N
GND
GND
5
3
2
6
74
8
1
U1
LF356AN8
10V
-6V
C7
100N
C5
100N
GND
GND
R5
1K5
2
31
T6
C535GND
R11
1K
GND

D1
1N4148
2
31
T1
C535
C1
100N
R1
100
+10V
GND
C4
100pF
R14
12k
R12
1k
-6V
K1
K2
1
2
3
4
5
6
7
8
U8

LM311N
1
2
3
4
5
6
7
8
U9
LM311N
1
2
3
4
5
6
7
8
U10
LM311N
5
3
2
6
7 4
8
1 U5
LF356N8
+10V

-6V
C9
100N
C13
100N
GND
GND
R3
2k
R10
2k
GND
+10V
-6V
C15
100N
C19
100N
GND
GND
31
2RV4
1k
GND
R20
5k6
R15
11k
+10V
R21

5k6
C21
20pF
C20
100N
GND
R17
5k6
VCC
ThD
+10V
-6V
C24
100N
GND
C25
100N
GND
GND
C27
20pF
R23
5k6
VCC
LL
31
2RV5
1k
R25
5k6

GND
R22
11k
+10V
C26
100N
GND
R24
5k6
+10VC29
CAP1
C37
CAP1
GND
GND
GND
-6V
C43
20pF
R29
5k6
R31
5k6
R32
5k6
VCC
31
2
RV6
10k

R33
5k6
R28
5k6
+10V
GND
C38
100N
GND
C16
10PF
C32
100PF
R18
1.5K
VCC
1
2
3
U14A
74HC00
4
CLK
3
D
2
1
Q
5
Q

6
CLR
PR
U11A
74HC74
10
CLK
11
D
12
13
Q
9
Q
8
CLR
PR
U11B
74HC74
VCC
EN_FRMICR
CLR
10
CLK
11
D
12
13
Q
9

Q
8
CLR
PR
U12B
74HC74
VCC
5
6
4
U14B
74HC00
R30
1.5K
VCC
PULSE
TH
VCC
UL
VCC
24
I
23
GND
12
I/O
22
I/O
21
I/O

20
I/O
19
I/O
18
I/O
17
I/O
16
I/O
15
I
14
I/O
13
I
1
I
2
I
3
I
4
I
5
I
6
I
7
I

8
I
9
I
10
I
11
G1
GAL20V8
8
9
10
U13C
74HC00
CLR
4
CLK
3
D
2
1
Q
5
Q
6
CLR
PR
U1 2A
74HC74
TC

GND
CK
TH
LL
UL
LEN
PULSE
BUSY
ENA
TC
K1
K2
SADC
INT
CLR
VCC
GND
11
12
13
U13D
74HC00
1
2
3
U13A
74HC00
5
6
4

U13B
74HC00
1 2
Y1
10MH Z
C28
CAP1
R26
10K
R27
10K
C33
20PF
C34
20PF
GND GND
CK
DB9
1
DB10
2
DB11
3
AVD
4
REF
5
VIN
6
AGND

7
CS
8
RD
9
CONST
10
CLK
11
BUSY
12
DB0
13
DB1
14
DB2
15
DB3
16
DB4
17
DB5
18
GND
19
VDD
20
VDR
21
DB6

22
DB7
23
DB8
24
U1 5
AD7 472
1
2
3
4
5
6
7
8
JP3
Header 8
1
2
3
4
5
6
7
8
JP4
Header 8
CS
RD
D11

D10
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
D9
D10
D11
GND
INT
EN_FRMICR
DTIME
VCC
U6
LM336

5
3
2
6
74
8
1
U3
CA3140
GND
VCC C3
100N
GND
31
2
RV2
5K
GND
R7
1K
C12
100N
GND
VCC
VREF
VREF
GND
VCCC22
100N
C23

10UF
GND
GND
CS
RD
SADC
CLKIN
CLKI N
A4
8
A5
9
A6
10
A7
11
A8
12
VDD
13
VREF+
14
VREF-
15
COMP
16
A3
7
NC
1

GND
2
VEE
3
IOUT-
4
A1
5
A2
6
U7
DAC0808LCN
1
2
3
4
5
6
7
8
JP2
Header 8
GND
-6V
VCC
5
3
2
6
74

8
1
U4
LF356N8
10V
-6V
31
2
RV1
10K
GND
C2
100N
C11
100N
GND
GND
R2
1K
C17
100PF
C14
100N
C18
100N
GND
GND
R16
1K
GND

R19
30K
RV3
5K
VREF
1
2
3
4
JP5
Header 4 GND
C30
220UF
C35
220UF
C40
100N
GND
GND
GND
C41
100N
C42
100N
C39
220UF
C31
100N
C36
100N

GND
+10V
-6V
GND
VCC
GND GND GND
11
12
13
U14D
74HC00
VCC
C44
100pF
R34
10k
VCC
BUSY
BUSY
VCC
CLR
INPUT
A4
8
A5
9
A6
10
A7
11

A8
12
VDD
13
VREF+
14
VREF-
15
COMP
16
A3
7
NC
1
GND
2
VEE
3
IOUT-
4
A1
5
A2
6
U21
DAC0808LCN
AD0
AD1
AD2
AD3

AD4
AD5
AD6
AD7
+10V
-6V
GND
C56
50PF
R43
1K
GND
R44
1K
5
3
2
6
74
8
1
U17
LF356AN8
5
3
2
6
74
8
1

U16
LF356AN8
5
3
2
6
74
8
1
U18
LF356AN8
+10V
-6V
C46
100N
C50
100N
GND
GND
GND
D2
D
D3
D
R8
RES1
R38
RES1
+10V
-6V

C47
1UF
C51
1N
C49
1N
C52
100PF
+10V
-6V
C45
100N
C48
100N
GND
GND
R35
10K
R36
10K
GND
R37
5K6
GND
R39
5K6
+10V
-6V
C53
CAP1

C54
CAP1
GND
GND
GND
R40
5K
5
3
2
6
74
8
1
U19
LF356AN8
5
3
2
6
7 4
8
1
U20
LF356AN8
+10V
-6V
C55
CAP1
C57

CAP1
GND
GND
R42
1K
R41
1K
+10V -6V
C59
100N
C58
100N
GNDGND
R45
RES1
R47
RES1
R46
RES1
R48
RES1
GND
1
2
3
JP7
Header 3
GND
1
2

3
4
5
6
7
8
JP1
He ader 8
GND
R49
1K
8
9
10
U14C
74HC00
D4
1N4148
Q1
MOSP
C60
100PF
C61
20PF
R13
10K
GND

Hình 18 : Sơ đồ nguyên lý của khuếch đại phổ và ADC
2.2. Khối vi xử lý

Khối vi xử lý điều khiển mọi hoạt động của hệ đo bao gồm điều khiển thu thập
số liệu của ADC, điều khiển hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại phục vụ cho
việc ổn định phổ của thiết bị, tính toán xử lý số liệu đo được, chỉ thị kết quả
suất liều đo được, lưu trữ và truyền số liệu về trung tâm kiểm soát v.v Sơ đồ
nguyên lý của khối vi xử lý được mô tả theo hình vẽ dưới đây: Trung tâm của
khối vi xử lý là bộ vi xử lý 8 bit 89C51RD2 của hãng Philip, có 1K RAM nhớ
trong và 64K FLASH, cho phép lưu trữ một chương trình lớn. Đây là chíp vi
xử lý có tốc độ cao, chạy ổn định và tiêu thụ dòng thấp, rất phù hợp với các
thiết bị chạy liên tục hoặc thiết bị dã ngoại. Ngoài ra việc lập trình tạo code cho
thiết bị được thực hiện bằng ngôn ngữ lập trình C Keil rất thuận tiện cho các bài
toán có mức độ tính toán và điều khiển. Để tăng thêm khả năng nhớ số liệu đo
được và tăng thêm khả năng cũng như tốc độ tính toán, khối vi xử lý còn tích
hợp thêm 1 MBYTE RAM chíp K6X8008C2B cho phép nhớ được hàng trăm
phổ và số liệu quan trắc phông môi trường. Ngoài ra khối vi xử lý còn tích hợp
thêm các mạch thời gian thực, truyền số liệu và các mạch đệm khác v.v
21
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
D D
C C

B B
A A
Title
Number RevisionSize
B
Date: 6/23/2010 Sheet of
File: D:\Group1\DTB2008\MCA_89C51RD2.schDrawn By:
P0.0
39
P0.1
38
P0.2
37
P0.3
36
P0.4
35
P0.5
34
P0.6
33
P0.7
32
P2.0
21
P2.1
22
P2.2
23
P2.3

24
P2.4
25
P2.5
26
P2.6
27
P2.7
28
P3.7
17
P3.6
16
PSEN
29
ALE
30
TXD
11
RXD
10
P1. 7
8
P1. 6
7
P1. 5
6
P1. 4
5
P1. 3

4
P1. 2
3
P1. 1
2
P1. 0
1
T1
15
T0
14
INT1
13
INT0
12
RESET
9
X2
18
X1
19
EA/VP
31
U1
ATM89C51RD2
VCC
U2
11.0592
C1
27PF

C2
17PF
GND
GND
R1
100K
GND
C3
1UF
VCC
AD0
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
A8
A9
A10
A11
A12
A13
A14
A15
OC
1
C
11

1D
2
2D
3
3D
4
4D
5
5D
6
6D
7
7D
8
8D
9
1Q
19
2Q
18
3Q
17
4Q
16
5Q
15
6Q
14
7Q
13

8Q
12
U3
74HC573
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
AD0
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
GND
1
2
3
4
5
6
7
8
9

RP1
RESPACK
VCC
AD0
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
RD
WR
A0
2
A1
3
A2
4
A3
5
A4
6
A5
7
A6
8
A7
9
B0

18
B1
17
B2
16
B3
15
B4
14
B5
13
B6
12
B7
11
E
19
DIR
1
U6
74HC245
A0
2
A1
3
A2
4
A3
5
A4

6
A5
7
A6
8
A7
9
B0
18
B1
17
B2
16
B3
15
B4
14
B5
13
B6
12
B7
11
E
19
DIR
1
U7
74HC245
VCC

VCC
GND
AD0
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
AD0
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
1
2
JP6
HEADER 2
C6
470UF
C7
100N
C8
100N
C9
100N

C10
100N
VCC
GND
A4
1
A3
2
A2
3
A1
4
A0
5
!CS1
6
NC
7
NC
8
IO1
9
IO2
10
VCC
11
VSS
12
IO3
13

IO4
14
NC
15
NC
16
WR
17
A19
18
A18
19
A17
20
A16
21
A15
22
A14
23
A13
24
A12
25
A11
26
A10
27
A9
28

NC
29
NC
30
IO5
31
IO6
32
VCC
33
VSS
34
IO7
35
IO8
36
NC
37
NC
38
A8
39
CS2
40
!O E
41
A7
42
A6
43

A5
44
U4
K6X8008C2B
S1
SW-PB
VCC
GND
VCC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
JP1
LCD
GND
LCD0
LCD1
LCD2
LCD3
RS_LCD
EN_LCD
R5
3k

GND
LCD0
LCD1
LCD2
LCD3
EN_LCD
RS_LCD
VCC
GNDVCC
GND
VCC
AD0
AD1
AD2
AD3 AD4
AD5
AD6
AD7
A15
A0
A1
A2
A3
A4 A5
A6
A7
ENM
A8
A9
A10

A11
A12
A13
A14
WR
PAG4
PAG3
PAG2
PAG1
PAG0
1
2
3
4
5
6
7
8
JP2
Header 8
1
2
3
4
5
6
7
8
JP3
Header 8

GND
EOC
START
DTIME
CS1
CS2
X1
1
X2
2
Vbat
3
GND
4
SDA
5
SCL
6
SQW/OUT
7
VCC
8
U9
DS1307
VCC
GND
BT1
Battery
GND
1 2

Y1
32768
R3
10K
R4
10K
VCCVCC
SLC
SDA
SLC
SDA
A0
1
A1
2
A2
3
OE2
4
OE3
5
OE1
6
Y7
7
GND
8
Y6
9
Y5

10
Y4
11
Y3
12
Y2
13
Y1
14
Y0
15
VDD
16
U13
MC74HC138AD
13
10
11
8
12
9
14
7
C1+
1
C2+
4
GND
15
C1-

3
VCC
16
R1
T1
T2
R2
C2-
5
V-
6
V+
2
U10
MAX232AESE
VCC
GND
C11
CAP1
C12
CAP1
C13
CAP1C14
CAP1
GND
GND
1
2
JP5
Header 2

1
2
JP7
Header 2
GND
VCC
1
2
3
U14A
MC74HC00AD
5
6
4
U14B
MC74HC00AD
RD
WR
A15
GND
CS0
CS1
CS2
CS3
CS4
CS5
CS6
CS7
A0
A1

A2
OE
1
CLK
11
D0
2
O0
19
D1
3
O1
18
D2
4
O2
17
D3
5
O3
16
D4
6
O4
15
D5
7
O5
14
D6

8
O6
13
D7
9
O7
12
VDD
20
GND
10
U11
MC74HC574DW
OE
1
CLK
11
D0
2
O0
19
D1
3
O1
18
D2
4
O2
17
D3

5
O3
16
D4
6
O4
15
D5
7
O5
14
D6
8
O6
13
D7
9
O7
12
VDD
20
GND
10
U12
MC74HC574DW
VCC
GND
GND
CS0
AD0

AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
PAG0
PAG1
PAG2
PAG3
PAG4
PAG5
GND
GND
VCC
CS7
AD0
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
1
2
3
4
5
6
7

8
JP4
Header 8
GND
1
VDD
16
GND
15
GND
8
B
5
CX/RX
2
CLR
3
Q
7
Q
6
A
4
U5A
MC14538BDW
GND
1
VDD
16
GND

15
GND
8
B
5
CX/RX
2
CLR
3
Q
7
Q
6
A
4
U8A
MC14538BDW
CX/RX
14
CLR
13
Q
9
Q
10
A
12
B
11
U8B

MC14538BDW
VCC
GND
R2
5K
VCC
C4
CAP1
C5
1N
GND
VCC
EOC
T0
T1
VCC
GND
C16
1N
R11
50K
GND
VCC
GND
CS3
GND
VCC
R10
50K
C15

100PF
GND
VCC
START
A
1
B
2
C
4
D
5
Y
6
VDD
14
GND
7
U15A
MC74HC20J
VCC
GND
T0
R6
10K
R7
10K
R9
10KR8
10K

VCC
VCC
VCC
VCC
1
2
3
4
5
JP8
Header 5
GND
OE
1
CLK
11
D0
2
O0
19
D1
3
O1
18
D2
4
O2
17
D3
5

O3
16
D4
6
O4
15
D5
7
O5
14
D6
8
O6
13
D7
9
O7
12
VDD
20
GND
10
U16
MC74HC574DW
GND
GND
VCC
CS6
AD0
AD1

AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
1
2
3
4
5
6
7
8
JP9
Header 8
C18
100N
C19
100N
C20
100N
C21
100N
C17
1000UF
9
10
12
13

8
U15B
MC74HC20J
DTIME T1
VCC

Hình 19: Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý
2.3. Khối lựa chọn đầu dò
Khối lựa chọn đầu dò dùng để lựa chọn đầu dò (chọn thang đo) tuỳ theo mức
độ hoạt độ phóng xạ. Ở mức hoạt độ phóng xạ thấp từ 0.1 µSv/h đến 25 µSv/h
đầu dò nhấp nháy được bật, nhưng khi hoạt độ phóng xạ lớn hơn mức 25µSv/h
thì đầu dò nhấp nháy sẽ tắt và đầu dò GM1 sẽ được bật nhằm mục đích bảo vệ
an toàn cho đầu dò nhấp nháy. Khi mức độ phóng xạ xuống dưới 25 µSv/h thì
đầu dò nhấp nháy lại được bật trở lại và GM1 lại tắt, quá trình này được thực
hiện một cách tự động. Cũng tương tự như vậy cho các dải liều tiếp theo, các
đầu dò sẽ tự động được bật lên và tắt đi tuỳ thuộc vào dải xuất liều cần đo, ngoài
việc bảo vệ an toàn cho đầu dò ở xuất liều cao mà còn tăng độ chính xác của các
kết quả đo được.
2.4. Khối tạo nguồn photon chuẩn
Mục đích của khối này là tạo ra chùm photon chuẩn bắn vào photocatode
của ống nhân quang điện và như vậy sau tiền khuếch đại ta được xung điện có
biên độ tỷ lệ với chùm photon này. Xung của chùm photon sẽ được hệ phân
tích chỉ thị như một đỉnh phổ chuẩn ở một vị trí kênh cố định nếu không có sự
22
trôi phổ. Khi nhiệt độ thay đổi, hệ số phát photooelectron của photoocatode sẽ
thay đổi nhiều nhất và dẫn tới đỉnh phổ này trôi lên hoặc trôi xuống, vi xử lý sẽ
quan sát phổ này và điều khiển hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại giảm hoặc
tăng để đỉnh photon này cố định tại vị trí kênh đã lựa chọn. Thông qua việc này
hệ phân tích từ ống nhân quang điện (PMT) đến ADC được ổn định phổ thu
được. Sơ đồ nguyên lý của bộ tạo nguồn photon chuẩn được chỉ ra ở hình vẽ

dưới đây:
1
1
2
2
3
3
4
4
D D
C C
B B
A A
Ti tle
Number RevisionSize
A4
Date: 6/23/2010 Sheet of
File: D:\Group1\DTB2008\StabSpectrum.SCH Drawn By:
T1C535 T2 C535
5
3
2
6
74
8
1
U2
CA3140
U3
LM336

Q1
JFET N
R10
100
GND
R9
1k
GND
12v
C7
100N
GND
3 1
2
RV2
10k
31
2
RV3
10k
GND
GND
R8
10k
12v
C8
100N
GND
C6
100N

GND
R6
5k
R7
5k
GND
12v
1
2
JP2
Header 2
12v12v
R4
500
R1
10k
R5
5k
R2
10k
12v
GND
C3
100N
GND
TRIG
2
OUT
3
RST

4
C
5
THR
6
DISC
7
VCC
8
GND
1
U1
NE555P
C2
100
GND
31
2
RV1
1k
R3
10M
C4
10N
GND
VCC
C5
100N
GND
C1

100N
GND
GND
12v
C9
100uF
C10
100N
GND GND
DS1
LE D2
PMT

Hình 20: Sơ đồ nguyên lý bộ tạo nguồn photon chuẩn
2.5. Khối nguồn nuôi DC
Khối tạo ra các nguồn ±12V, 5V có chất lượng đảm bảo cho toàn bộ thiết bị
hoạt động, hoạt động liên tục. Để đạt được điều này và để thiết kế trở nên gọn
nhẹ môđun nguồn biến đổi DC-DC của hãng DATEL của Mỹ sản xuất BWR-
12/125-D12, mô đun này có hiệu suất biến đổi cao 75% đến 80%, có độ ổn định
theo tải và nhiệt độ cỡ 0.5% đáp ứng đầy đủ yêu cầu cho thiết bị.
23
1
1
2
2
3
3
4
4
D D

C C
B B
A A
Title
Number RevisionSize
A4
Date: 6/23/2010 Sheet of
File: D:\Group1\DTB2008\Power_suply.SchDocDrawn By:
1
2
3
4
5
6
7
8
JP8
Header 8
+IN
1
+IN
2
-IN
3
-IN
4
COM
5
+OUT
6

COM
7
-OUT
8
*
BWR_DCDC
1
2
JP7
Header 2
C9
100N
C10
100N
GND
GND
GND
C7
100N
C8
100N
C11
100N
C12
100N
GND GND
GND GND
-12V
1
2

3
4
JP5
Header 4
GND
+12V
-12V
VCC
1
2
JP6
Header 2
GND
VCC
ON/OFF
5
COM
3
VIN
1
FB
4
VOUT
2
U1 LM2575
GNDGND
21
TR1
TRAN2
GND

C5
100N
C6
100N
GND GND
VCC
D1
T2
A1315
Q2
C828
R2
10
R5
10
R8
10
R11
10
R14
10
GND
GND
C2
100N
GND
1
2
JP2
Header 2GND

+V
T3
A1315
Q3
C828
R3
10
R6
10
R9
10
R12
10
R15
10
GND
GND
C3
100N
GND
1
2
JP3
Header 2GND
+V
T1
A1315
Q1
C828
R1

10
R4
10
R7
10
R10
10
R13
10
GND
GND
C1
100N
GND
1
2
JP1
Header 2GND
+V
T4
A1315
Q4
C828
R16
10
R17
10
R18
10
R19

10
R20
10
GND
GND
C4
100N
GND
1
2
JP4
Header 2GND
+V
GND
GND
ADJ
1
OUT
2
VIN
3
U3 LM317A
3 1
2
RV1
5k
R21
RES1
+V
C16

470UF
C17
470UF
+12V
T6 D438
1 3
2
T5
A1315
R23
20
R25
20
C15
100UF
R26
10k
GND
C14
100UF
R24
10k
GND
C18
100N
C19
100uF
GND GND

Hình 21: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn nuôi DC-DC cho thiết bị và đầu dò

2.6. Khối kết nối Ethernet
Chúng tôi lựa chọn phương án thiết kế hệ máy sử dụng vi xử lý
P89V51RD2 của hãng philips, kết hợp với bộ chuyển đổi serial to
Ethernet “NP312 Ethernet TCP/IP Converte RS-232/485/422 Device
Server” sử dụng ENC28J60 để lập hệ thiết bị phân tích có khả năng kết
nối mạng.
2.6.1. Tổng quan :
- NP312 là một cầu chuyển đổi thực thi cao từ RS232/485/422 thành
Ethernet.
- NP312 thu được gói dữ liệu dạng UDP hoặc TCP, khác với gói dữ liệu
trong Ethernet, việc truyền dữ liệu thông qua giao thức kết nối
RS232/485/422 được thực hiện theo NP312 xác lập yêu cầu.
- NP312 thu được dữ liệu từ giao diện RS232/485/422, đóng gói theo
dạng giao thức UDP hoặc TCP bên trong NP312 và chuyển dữ liệu
sang thiết bị qua cổng Ethernet.
2.6.2. Tính năng :
- Cung cấp giao thức kết nối 3 trong một từ RS232/RS485/RS422 tới
Ethernet.
- Hỗ trợ truy cập tách rời và chế độ máy khách.
- Trình điều khiển COM/TTY thực cho Windows và linux.
- Hỗ trợ giao thức truyền vận TCP, UDP, ARP, ICMP và DHCP.
24
- Chế độ kết nối cặp để kết nối hai thiết bị tuần tự trên mạng không sử
dụng máy vi tính PC.
- Hỗ trợ chức năng PPPOE.
- Tiện ích Windows dễ sử dụng để cài đặt cho thiết bị.
2.6.3. Đặc điểm kỹ thuật :
Giao diện Ethernet :
- Chuẩn kết nối : 10Base-T, 100Base-TX.
- Giao thức kết nối : hỗ trợ các giao thức TCP, UDP, APR, ICMP

and DHCP.
- Tín hiệu : Rx+, Rx-, Tx+, Tx
- Tốc độ : 10/100Mbps.
- Chế độ làm việc : Full duplex/Half duplex.
- Định dạng làm việc : Hỗ trợ truy cập tách rời và chế độ máy
khách.
- Bộ nhớ Flash : 512 byte .
- Khoảng cách truyền : 100m.
- Bảo vệ nhiễu : 1.5KV ESD.
- Kiểu chân cắm : RJ-45.
Giao diện Serial :
- Hỗ trợ 3 chuẩn kết nối RS-232, RS-422, RS-485.
- Tín hiệu RS-232 : TXD, RXD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD,
GND.
- Tín hiệu RS-422 : Tx+, Tx-, Rx+, Rx-, GND.
- Tín hiệu RS-485 : Data+, Data-, GND.
- Tính toàn vẹn trong việc truyền dữ liệu : None, Even, Odd,
Space, Mark.
- Số bít dữ liệu : 7bit, 8bit.
- Số bít dừng : 1, 1.5, 2.
- Tốc độ truyền : 150bps～115200bps .
- Điều khiển luồng : RTS/CTS or none.
- Kiểu chân cắm : RS-232: DB-9 male, RS-485/422: 4 đầu nối.
Nguồn cung cấp :
- Điện áp : 5VDC.
- Dòng diện : 300mA .
Môi trường làm việc :
- Nhiệt độ làm việc : -20
o
C～60

o
C, 5～95% RH.
- Nhiệt độ cất giữ : -25
o
C～85
o
C, 5～95% RH .
Kích thước :
- Màu : Trắng xanh.
- Kích thước : 100mm×69mm×22mm .
- Vật liệu : Vỏ sắt .
- Trọng lượng : 230g .