移動γ能譜儀電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能研究

丁雪 孟昊 李元東 余強(qiáng)

摘? 要：電源系統(tǒng)是移動γ能譜儀的重要組成部分，供電穩(wěn)定性是重要性能指標(biāo)。據(jù)此文章設(shè)計(jì)了移動γ能譜儀電源系統(tǒng)，包括500W的DC/AC逆變電源、多路供電及充電通道、大容量鋰電池組及電量監(jiān)測電路。經(jīng)測試，該電源系統(tǒng)性能優(yōu)異，可保證移動γ能譜儀連續(xù)穩(wěn)定工作。

關(guān)鍵詞：γ能譜儀;電源系統(tǒng);穩(wěn)定性

中圖分類號：TL812 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）23-0096-02

Abstract： The power supply system is an important part of the mobile gamma spectrometer， and the stability of power supply is an important performance index. Based on this， the power supply system of mobile γ-ray spectrometer is designed， including 500W DC/AC inverter， multi-channel power supply and charging channel， large capacity lithium battery pack and power monitoring circuit. The test results show that the power supply system has excellent performance and can ensure the continuous and stable operation of the mobile γ-ray spectrometer.

Keywords： γ-ray spectrometer; power supply system; stability

引言

移動γ能譜儀是環(huán)境γ能譜測量領(lǐng)域重要儀器設(shè)備，可完成在復(fù)雜條件下的移動式連續(xù)點(diǎn)測工作，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、靈活高效等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為研究熱點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。移動γ能譜儀的電源系統(tǒng)直接決定了譜儀的研發(fā)水平，其供電穩(wěn)定性是衡量測量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。

據(jù)此，本文針對移動γ能譜儀設(shè)計(jì)了電源系統(tǒng)，為保證野外連續(xù)移動測譜續(xù)航，內(nèi)置12V、80AH的大容量鋰電池組，并設(shè)計(jì)了500W的DC/AC逆變電源為便攜式軍用計(jì)算機(jī)供電;為實(shí)現(xiàn)對不同電源電壓和接口模式的自動調(diào)節(jié)切換，設(shè)計(jì)了多路供電及充電通道。經(jīng)測試，該電源系統(tǒng)可保證移動γ能譜儀長時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作，供電穩(wěn)定性優(yōu)異，有望在輻射環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域進(jìn)一步推廣。

1 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

移動γ能譜儀電源系統(tǒng)應(yīng)包括三部分，分別為220V交流電源、24V本體電源、后備電池組，電源系統(tǒng)框圖見圖1。

當(dāng)外接220V交流電，電源系統(tǒng)可為主機(jī)及后備電池組供電，兼具電池自動充電和低壓提示功能;當(dāng)處于工作站模式，經(jīng)外部220V交流電輸入，通過AC/DC適配器為主機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)定點(diǎn)測量;當(dāng)處于移動巡測模式，使用后備電池組供電，通過管理內(nèi)部電源，采用500W DC/AC大功率純正弦波逆變器作為移動設(shè)備交流電源，輸出的AC220V電源可為便攜式軍用計(jì)算機(jī)及其它設(shè)備穩(wěn)定供電。

2 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 電池組設(shè)計(jì)

采用12V、80AH的鋰電池組，最大工作電流為1A，能譜儀主機(jī)的功耗為10W，兼具如下優(yōu)勢：（1）可保證在無電源輸入情況下連續(xù)工作80小時(shí)。（2）支持外接220V交流市電、后備電池組和移動直流電源，外接電源與后備電池組自動進(jìn)行切換，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。（3）直流寬電壓輸入電壓范圍，具有過壓、欠壓、過流、短路、防雷電保護(hù)功能。

2.2 主機(jī)電源設(shè)計(jì)

主機(jī)電源電路見圖2，P1作為電源接口;F1為保險(xiǎn)絲，具有過流保護(hù)功能;RV1為壓敏電阻，具有過壓保護(hù)功能; L1和C1構(gòu)成LC濾波電路，具有對輸入初始電源濾波功能;共模電感具有對共模電磁干擾信號過濾功能;開關(guān)電源芯片LT8610具有穩(wěn)壓功能，從P2輸出10V電壓，且僅消耗2.5uA靜態(tài)電流，當(dāng)VOUT位于編程輸出電壓偏差的9%以內(nèi)和出現(xiàn)故障情況時(shí)，PG引腳將發(fā)出指示信號[1]。

此外，為給主機(jī)內(nèi)部提供5V電壓，采用LT8610將10V電源轉(zhuǎn)化成5V的電源，電路見圖3。

2.3 電量監(jiān)測電路設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對后備電池組電源的監(jiān)測，設(shè)計(jì)AD取樣電路，電路見圖4。R1、R2為精密電阻，可防止ADC過載，穩(wěn)壓管D2穩(wěn)壓值取3V，后級C10、R3、C11構(gòu)成π型濾波電路可濾除取樣信號中的噪聲，以避免影響ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果[2]。

3 電源系統(tǒng)穩(wěn)定性測試

電源系統(tǒng)穩(wěn)定性可通過數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性間接反映，因此，為研究移動γ能譜儀電源系統(tǒng)穩(wěn)定性，測試在1秒測量周期下通信斷點(diǎn)續(xù)傳穩(wěn)定性[3]。

在測量周期為1秒時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率為30MB/h，測試結(jié)果見表1。

可見，該電源系統(tǒng)可保證移動γ能譜儀長時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作，且供電穩(wěn)定性優(yōu)異。

4 結(jié)束語

針對移動γ能譜儀設(shè)計(jì)了電源系統(tǒng)，包括500W的DC/AC逆變電源、多路供電及充電通道、大容量鋰電池組及電量監(jiān)測電路。為進(jìn)一步研究該電源系統(tǒng)性能，進(jìn)行了穩(wěn)定性測試。測試結(jié)果表明，該電源系統(tǒng)性能優(yōu)異，可為移動γ能譜儀穩(wěn)定供電，保證譜儀連續(xù)穩(wěn)定工作，有望進(jìn)一步推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]李必紅.鈾礦勘查中的車載伽瑪能譜技術(shù)研究[D].核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，2014.

[2]李元東，葛良全，王彥瑜，等.便攜式γ能譜儀閃爍探頭改進(jìn)設(shè)計(jì)及性能研究[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2017（8）：1471-1477.

[3]余強(qiáng).車載γ能譜儀的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].成都理工大學(xué)，2017.