基于嵌入式系统的能谱型核测井仪器

1    引言
      民用非动力核技术是国家鼓励发展的高新技术，其中核测井技术是随着当代科技的发展以及它在石油、煤炭、铀矿等地质矿产勘探领域的应用而迅速发展起来的尖端测井技术之一。目前， 适用于铀矿核测井的国产仪器较少， 主要有成都理工大学研制的HFC-1 型γ 能谱测井仪器、核工业北京地质研究院研制的HD-4002 型综合测井仪等。这些仪器多数采用笔记本电脑为测井仪器系统的控制核心，为了能够更好适应野外测量工作的复杂环境，便于野外携带使用，本文将采用基于32 位处理器ARM 的嵌入式系统为测井仪系统的控制核心，并在此基础上开发相应的软硬件。
2    能谱型核测井仪的理论基础
      众所周知，地壳的岩石和土壤中都有一定数量的放射性元素存在着，他们能够自发地放出放射性射线。在自然界中，这些放射性射线主要来自铀 -238 系列、钍-232 系列和钾-40 系列等天然放射性元素。这些放射性元素有着各不相同的γ 射线特征谱峰，如铀、钍、钾的特征谱峰分别为 1.76 MeV、2.62 MeV、1.47 MeV，因此可以根据测量所得的能谱数据，判定测量点位置的放射性元素成分，即进行放射性元素的定性分析。同时，放射性元素的含量与它的γ 射线强度成正比，因此只要计算出放射性元素的γ 射线强度，就可以得出相应的放射性元素含量，放射性元素定量解释方法主要有平均含量法、传统剥谱法与逐点剥谱反褶积解释法等。
      能谱型核测井方法是通过研究天然产生或人工激发的放射性射线谱沿井轴的分布特点而确定该地层中的某些元素成分和含量的一种无损检测方法。能谱型核测井仪就是使用能谱型核测井方法在野外现场测量伽玛射线能量谱，分析铀、钍、钾等放射性元素的性质和含量的一种仪器。
3    核测井仪的总体方案设计锻压模具http://zhizao.mouldu.com/sell_list/keyword-%E9%94%BB%E5%8E%8B%E6%A8%A1%E5%85%B7
      能谱型核测井仪必须满足体积小、性能稳定、功能强、灵敏度高、便于野外携带使用等需求。针对这些需求，对能谱型核测井仪提出以下的设计方案：
3.1 数据采集硬件系统设计方案  
      数据采集硬件系统主要由井下探管、自动绞车、能谱采集电路组成。
      井下探管主要包括核辐射探测器、前置放大器、探管外壳、电源等。目前国内外的核辐射探测器主要有闪烁体探测器（如NaI（T1）无机晶体闪烁器）、半导体探测器（如高纯锗HPGe 半导体探测器、碲锌镉CdZnTe 半导体探测器）等。室温碲锌镉（CZT）半导体核辐射探测器是继闪烁体探测器之后发展起来的一类新型先进的探测器,室温半导体核辐射探测器被认为是一种理想的探测器,它既具有低温半导体探测器的能量分辨率好,又具有闪烁晶体探测器的探测效率高,同时还具有体积小、重量轻、携带方便等优点，因此选择碲锌镉（CZT）半导体核辐射探测器为能谱型核测井仪的探测器。探管外壳用不锈钢材料制作，同时做好防水密封性能，能满足在测井的高温高压条件下正常工作。
      自动绞车负责控制井下探管的运动，实现探管在测井中进行逐点测量方式或连续测量方式的移动功能，并向嵌入式系统控制核心传送井下探管的深度值。
      能谱采集电路实现对碲锌镉（CZT）探测器输出的电脉冲信号线性放大、调整与去除信号噪声，并将测量脉冲信号的范围平均分成多个脉冲幅度间隔，然后统计处理后的脉冲信号在各个脉冲幅度间隔的个数，以便形成各个脉冲幅度的计数分布曲线。能谱采集电路主要由线性放大器、过峰检测电路、峰值保持电路、触发ARM920T处理器S3C2410A内置A/D模数转换等组成。