专利名称:单板机穆斯堡尔谱仪的制作方法
本发明属于实验核物理及核技术应用范围，提供了一种测量穆斯堡尔谱的仪器。
穆斯堡尔谱仪有代表性的是Elcint公司生产的，它的数据获取和处理部分叫PROMEDA，它是双总线结构，仪器结构复杂，价格贵，仅PROMEDA需数万美元。
在国内采用进口的多道分析器或国产的多道分析器，配上函数发生器，时钟等电路进行数据获取和处理，其谱仪结构复杂，价格昂贵，不易维护。在国内也有人用微处理机(中控或单板机)产生函数，代替函数发生器，但计数电路和单板机之间的配合电路也较为复杂。参见，金朝鼎(中国科学院物理所)微处理机控制的穆斯堡尔谱仪。另外还有一种相反的情况，用中央控制装置(单板机，简称中控)来获取数据，仅作计数电路，再配上现有的函数发生器。如需激光测速时，还必须用上时钟发生器。
为了使一个中控控制及数据采集与处理系统的控制及采集同步;为了让穆斯堡尔谱仪省去函数发生器，时钟发生器，自动定标器，特别是为了使函数更理想(如提高三角波线性)，并且使控制函数和数据采集更加同步，我们采用了一台中控(包括CPU、ROM、RAM、CTC等接口电路组成)再加一块单插宽的NIM插件构成的接口电路组成了穆斯堡尔谱仪的控制及数据采集和处理系统。大大提高仪器的可靠性，降低了成本，为穆斯堡尔测量方法的推广、应用创造了条件。
本发明还有一个目的，要先产生三角波，等振子调稳后，再开始记录数据和激光测速扫描次数。这样可以排除了因振子未稳而使测量数据造成的误差(与PROMEDA相比)。
图1是D/A变换器内部结构图。
图2是完整的穆斯堡尔谱仪的框图。
图3是穆斯堡尔谱仪具体线路连接图。
本发明提供了一种由中控控制的数据采集与处理的方法，其特征在于采取了一步写操作和一步读操作的双缓冲工作方式的D/A转换电路来构成。本发明的穆斯堡尔谱仪的控制数据采集和处理系统由上述工作方式的D/A转换电路、显示电路、信号输入电路等组成的接口电路和中央控制装置来构成。图1的高速D/A变换器的由输入寄存器(INREG)，D/A寄存器(DAC/REG)，D/A转换器(DAC)以及与非门等组成。采用双缓冲工作方式。通常双缓冲工作方式采用两步写操作。本发明采用一步写操作和一步读操作来完成，具体构成见图1。
LE1由片选信号
CS1与写信号
I／OW来产生。
LE2由片选信号
CS2与读信号
I／OR来产生。
图2中的〔101〕为激光测速装置，〔102〕为振动子，〔103〕为探头，〔104〕为放大电路，〔105〕单道，〔106〕跟踪器，〔107〕成形电路，〔108〕中央控制装置。〔109〕、〔110〕、〔111〕为数模转换(D/A)芯片，〔112〕、〔113〕、〔114〕、〔115〕、〔116〕为运算放大器，(简称运放)〔117〕为驱动电路。
本发明的特点是将〔107〕、〔109〕、〔110〕、〔111〕、〔112〕、〔113〕、〔114〕、〔115〕、〔116〕装入一接口电路中，此接口电路可装在一单插宽的NIM中，它和中控〔108〕构成了穆斯堡尔谱仪的控制及数据采集和处理装置。在接口电路中〔109〕与〔112〕构成数模转换电路，而〔115〕和电阻R1、R2、R3、R4构成电平移动电路。〔116〕为缓冲电路。〔110〕和〔113〕、〔111〕和〔114〕构成二个数模转换电路供显示用。当开关K打向A时核通道来的脉冲信号通过开关K进入跟踪器〔106〕，再进入成形电路〔107〕，形成一定宽度的符合TTL电平的脉冲进入中央控制装置的CTC某1通道。该通道和另1通道串联，用以扩大计数量程构成计数器。而〔CTC〕的第3通道用着定时电路，根据振子要求，通过软件改动定时时间，当时间到时发出中断，CPU响应中断后，将计数器中的数据读入累加器内，在发读命令的时候，使
LE2有效，打开了DAC寄存器(DAC REG)(参见图1)而输入寄存器，在读命令之前已存放好下一个台阶的数据，因而在CPU读取计数器的同时，发出下一个台阶的高度，计数器接着开始计数。
由于图1和2线路的连接，在中控读取CTC中记数的同时，D/A转换电路〔109〕和〔112〕构成发出下一个台阶的高度。运放〔115〕是起电平移动的作用。运放〔116〕是起跟踪器的作用，放大电流供驱动电路后加到振子上即输出端〔Z〕。中控在处理完上述数据后就逐道把存贮器中的数送给〔110〕转换，经运放〔113〕将转换的电流变换成电压输出即输出端〔Y〕，并同时给另一个D/A〔111〕发送扫描用的锯齿波所需的数值即输出端(X)。这二路D/A产生的信号经放大后加到示波器上，即可用外同步方式观察到穆斯堡尔谱形。设置开关〔K〕在单道与跟踪器〔106〕之间，开关〔K〕一端接跟踪器〔106〕，另一端有三个触点，接地、连接激光测速装置的触点〔B〕、和单道〔105〕的触点〔A〕。本装置等振子振动稳定后，才接通信号线，即将开关〔K〕由〔C〕点打向〔A〕点，允许信号输入到CTC口。CTC口开始计数后，每发出一个完整的三角波形就记下一次扫描次数，当开关〔K〕接通〔B〕点时，与激光测速装置相连，则从光电管来的脉冲数进入跟踪器，这样根据获取的数据和扫描次数得到振子振动的速度。
因本发明具有计数率计功能，因而在卡能窗时，不必再去添购定标器，只要改换个功能键，即可很顺利的调好单道的甄别阈和道宽。这样做还有一个好处，即在卡能窗和测谱都是同一个数据通道，这样不会因单道负载的不同而移动能窗。
本发明由于采用了单板机的CTC做为计数器，因单板机的主频为2MHZ故CTC最大计数率可达1MHZ，因而与现有的多道分析器相比，具有死时间短，计数率高的优点。
采用本方法做成的单板机穆斯堡尔谱仪，不仅省去了常规的谱仪所需要的函数发生器，时钟发生器，及自动定标器，在主要的技术指标上保持和超过了现有仪器的指标水平。增加了人机对话的手段，数据采集和处理方面功能得到加强，并提高了仪器的可靠性和可维护性。
采用了本发明的方法，若用二次缓冲方法的D/A转换芯片为8位的话，很方便的得到256道的穆斯堡尔谱，若D/A转换芯片换成10位的话，也很容易得到1024道的穆斯堡尔谱，至于函数形式和振子振动频率就更加容易变换了。
实施例中控为TP-801单板机〔108〕。D/A〔109〕、〔110〕〔111〕用DAC0832数模转换芯片，运放〔112〕、〔113〕、〔114〕〔115〕、〔116〕采用F007，装在单插宽的NIM中，构成了穆斯堡尔谱仪的控制及数据采集和处理系统。系统的构成和连线全在图3中标出。其片选信号
CS1和
CS2的构成如下
跟踪器〔106〕由场效应管3DJ6F〔B1〕和三极管3CG1F〔B2〕及电阻构成，〔B1〕栅极电阻〔R1〕取2M。由于采用结型场效应管再加100%的负反馈，使得输入阻抗1M以上，跟踪器的输出端接成形电路的输入端，成形电路〔107〕由SD74122构成，调节电阻〔R2〕和电容〔C〕使其成形为300ns宽度的脉冲，输入到TP-801〔108〕的〔CTC〕接口片的1＃通道输入端〔22〕。而〔CTC〕的1＃通道和3＃通道串联以扩大计数器量程。取〔CTC〕的0＃通道作为定时器，当时间到时，发出中断，CPU读取计数器数据和加以处理。在CPU读取数据的同时，DAC0832〔109〕的A/D寄存器〔DAC REG〕的门被打开。D/A转换电路〔109〕和〔112〕构成输出下一个台阶电平，再通过由运放F007〔115〕和电阻〔R3〕〔R4〕〔R5〕〔R6〕构成的电平移动电路使直流电平满足后续驱动电路的要求。然后再由运放F007〔116〕构成的跟踪器电流放大后供驱动电路〔117〕驱动振子。单插宽的接口电路内由DAC0832〔110〕和〔111〕及运放F007〔113〕和〔114〕构成显示电路，供通用示波器观察波形。
中央控制装置中有以下功能键Ⅰ数据区清零。
Ⅱ获取数据并显示左半边256道的低字节。
Ⅲ获取数据并显示左半边256道的高字节。
Ⅳ获取数据并显示右半边256道的低字节。
Ⅴ获取数据并显示右半边256道的高字节。
Ⅵ显示扫描次数。
Ⅶ打印左半边256道的总计数(已转换成十进制数)。
Ⅷ打印右半边256道的总计数(已转换成十进制数)。
Ⅸ打印左半边256道和右边256道镜象和(已转换成十进制)。
Ⅹ256+256的总数据转储(共512道)Ⅺ总数据加载。
Ⅻ计数率计，并将数据示出在数码管上。
ⅩⅢRESET键。
(一)当开关K打向〔A〕时，核通道来的数进入跟踪器，压功能键Ⅻ，测计数率，在道宽定下来后，改变甄别阈，可测得计数率，甄别阈变，计数率变，很快找到感兴趣的能量，定下单道的道宽和甄别阈。压RESET键出提示符。
(二)开关打向〔C〕压功能键Ⅰ，清数据区。压RESET键出提示符。
(三)开关K打向〔A〕，①压功能键Ⅱ或Ⅲ或Ⅳ或Ⅴ根据显示需要选择高字节，低字节，或是左边256道或是右边256道，获取数据开始。
②当数据获取结束后，切断开关〔K〕，压RESET键，出提示符。
③然后分别利用功能键Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ将数据打印出来。
④若将数据灌入磁带，利用功能键Ⅹ。
(四)将开关打向〔B〕，可将测速装置中光电管来的信号引入跟踪器。
①压功能键Ⅱ或Ⅲ或Ⅳ或Ⅴ，观察到激光测速装置的倒三角波形(可以是高字节，低字节，右边256道或左边256道个数据)。
②数据获取满意了，切断开关〔K〕，RESET键，出提示符。
③压功能键Ⅶ可得到激光测速时的扫描次数即可计算出振子的振动速度。
仪器的性能指标(测量标准α-Fe)(1)线宽好于0.24mm/Sec(2)线性用激光测速法测得线性好于±0.1%(在＜±100mm/Sec条件下)±0.4%(在＜270mm/Sec条件下)(3)计数率可达1M/Sec(4)道数256+256(5)每道容量达17M(6)稳定性好于±1道(7)镜象对称性好于1道。
权利要求
1.一种控制数据采集与处理的系统的设置方法，系统由中央控制装置和D/A转换电路组成，其特征是中央控制装置控制D/A转换电路的工作方式采用一步写一步读的双缓冲工作方式。
2.根据权利要求
1的方法其特征在于发出采集信号与发出控制信号的控制方法由D/A转换电路的连接方法来实现，即控制端〔LE1〕由片选信号〔CS1〕和写信号〔I/OW〕来产生，控制端〔LE2〕由片选信号〔CS2〕与读信号〔I/OR〕来产生。
3.一种穆斯堡尔谱仪，由驱动电路〔117〕和振子〔112〕、探头〔113〕、信号输入电路(包括放大电路〔104〕、单道〔105〕、跟踪器〔106〕、成形电路〔107〕)中央控制装置〔108〕、D/A转换电路〔109〕和显示电路组成，本发明的特征在于由D/A转换电路〔109〕经放大后连接驱动电路〔117〕、D/A转换电路与中央控制装置的联接方法采取权利要求
2的联接方法。
4.根据权利要求
3的仪器，其特征是中央控制装置的〔CTC〕的两个通道串联作计数器，取另一个通道作定时器。
5.根据权利要求
3或4的仪器，其特征是D/A转换电路〔109〕和放大电路(〔112〕、〔115〕、〔116〕)，显示电路(D/A转换电路〔110〕、〔111〕和放大器〔113〕、〔114〕)，装在单插宽的NIM中。
6.根据权利要求
3或4的仪器，其特征是可安装激光测速装置〔101〕，在单道〔105〕与跟踪器〔106〕之间装有开关〔K〕，开关〔K〕一端按跟踪〔106〕，另一端有三个触点，接地、连接激光测速装置和单道〔105〕。
专利摘要
本发明提出的穆斯堡尔谱仪，属于实验核物理技术领域：
。为了得到结构简单、性能优越、携带方便、容易维修、价格优廉的仪器，本发明提出了一种控制数据采集与处理系统得到谱的方法，即D/A转换电路的工作方式采用一步写与一步读的双缓冲工作方式，使采集信号与驱动振子的控制信号同步，并且其显示方式通过两个D/A转换电路由示波器即时显示谱波形，还可以用激光测速装置测振子速度。省却了函数发生器、时钟发生器、自动定标器等装置。
文档编号G21K1/12GK85102591SQ85102591
公开日1987年2月18日 申请日期1985年4月1日
发明者孙继英, 华建伟, 刘其盛, 戴国欢 申请人:南京大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan