移动γ能谱仪电源系统设计及性能研究

丁雪 孟昊 李元东 余强

摘  要：电源系统是移动γ能谱仪的重要组成部分，供电稳定性是重要性能指标。据此文章设计了移动γ能谱仪电源系统，包括500W的DC/AC逆变电源、多路供电及充电通道、大容量锂电池组及电量监测电路。经测试，该电源系统性能优异，可保证移动γ能谱仪连续稳定工作。

关键词：γ能谱仪;电源系统;稳定性

中图分类号：TL812 文献标志码：A       文章编号：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

移动γ能谱仪是环境γ能谱测量领域重要仪器设备，可完成在复杂条件下的移动式连续点测工作，具有经济实用、灵活高效等优点，目前已成为研究热点，具有广阔的应用前景。移动γ能谱仪的电源系统直接决定了谱仪的研发水平，其供电稳定性是衡量测量系统性能的重要指标。

据此，本文针对移动γ能谱仪设计了电源系统，为保证野外连续移动测谱续航，内置12V、80AH的大容量锂电池组，并设计了500W的DC/AC逆变电源为便携式军用计算机供电;为实现对不同电源电压和接口模式的自动调节切换，设计了多路供电及充电通道。经测试，该电源系统可保证移动γ能谱仪长时间连续稳定工作，供电稳定性优异，有望在辐射环境监测领域进一步推广。

1 电源系统设计方案

移动γ能谱仪电源系统应包括三部分，分别为220V交流电源、24V本体电源、后备电池组，电源系统框图见图1。

当外接220V交流电，电源系统可为主机及后备电池组供电，兼具电池自动充电和低压提示功能;当处于工作站模式，经外部220V交流电输入，通过AC/DC适配器为主机供电，实现长时间连续定点测量;当处于移动巡测模式，使用后备电池组供电，通过管理内部电源，采用500W DC/AC大功率纯正弦波逆变器作为移动设备交流电源，输出的AC220V电源可为便携式军用计算机及其它设备稳定供电。

2 电源系统设计

2.1 电池组设计

采用12V、80AH的锂电池组，最大工作电流为1A，能谱仪主机的功耗为10W，兼具如下优势：（1）可保证在无电源输入情况下连续工作80小时。（2）支持外接220V交流市电、后备电池组和移动直流电源，外接电源与后备电池组自动进行切换，保证系统稳定工作。（3）直流宽电压输入电压范围，具有过压、欠压、过流、短路、防雷电保护功能。

2.2 主机电源设计

主机电源电路见图2，P1作为电源接口;F1为保险丝，具有过流保护功能;RV1为压敏电阻，具有过压保护功能; L1和C1构成LC滤波电路，具有对输入初始电源滤波功能;共模电感具有对共模电磁干扰信号过滤功能;开关电源芯片LT8610具有稳压功能，从P2输出10V电压，且仅消耗2.5uA静态电流，当VOUT位于编程输出电压偏差的9%以内和出现故障情况时，PG引脚将发出指示信号[1]。

此外，为给主机内部提供5V电压，采用LT8610将10V电源转化成5V的电源，电路见图3。

2.3 电量监测电路设计

为实现对后备电池组电源的监测，设计AD取样电路，电路见图4。R1、R2为精密电阻，可防止ADC过载，稳压管D2稳压值取3V，后级C10、R3、C11构成π型滤波电路可滤除取样信号中的噪声，以避免影响ADC转换结果[2]。

3 电源系统稳定性测试

电源系统稳定性可通过数据传输稳定性间接反映，因此，为研究移动γ能谱仪电源系统稳定性，测试在1秒测量周期下通信断点续传稳定性[3]。

在测量周期为1秒时数据传输速率为30MB/h，测试结果见表1。

可见，该电源系统可保证移动γ能谱仪长时间连续稳定工作，且供电稳定性优异。

4 结束语

针对移动γ能谱仪设计了电源系统，包括500W的DC/AC逆变电源、多路供电及充电通道、大容量锂电池组及电量监测电路。为进一步研究该电源系统性能，进行了稳定性测试。测试结果表明，该电源系统性能优异，可为移动γ能谱仪稳定供电，保证谱仪连续稳定工作，有望进一步推广。

参考文献：

[1]李必红.铀矿勘查中的车载伽瑪能谱技术研究[D].核工业北京地质研究院，2014.

[2]李元东，葛良全，王彦瑜，等.便携式γ能谱仪闪烁探头改进设计及性能研究[J].原子能科学技术，2017（8）：1471-1477.

[3]余强.车载γ能谱仪的硬件系统设计[D].成都理工大学，2017.