1引言
民用非動力核技術是國家鼓勵發展的高新技術，其中核測井技術是隨著當代科技的發展以及它在石油、煤炭、鈾礦等地質礦產勘探領域的應用而迅速發展起來的尖端測井技術之一。目前，適用于鈾礦核測井的國產儀器較少，主要有成都理工大學研制的HFC-1型γ能譜測井儀器、核工業北京地質研究院研制的HD-4002型綜合測井儀等。這些儀器多數采用筆記本電腦為測井儀器系統的控制核心，為了能夠更好適應野外測量工作的復雜環境，便于野外攜帶使用，本文將采用基于32位處理器ARM的嵌入式系統為測井儀系統的控制核心，并在此基礎上開發相應的軟硬件。
2能譜型核測井儀的理論基礎
眾所周知，地殼的巖石和土壤中都有一定數量的放射性元素存在著，他們能夠自發地放出放射性射線。在自然界中，這些放射性射線主要來自鈾 -238系列、釷-232系列和鉀-40系列等天然放射性元素。這些放射性元素有著各不相同的γ射線特征譜峰，如鈾、釷、鉀的特征譜峰分別為 1.76MeV、2.62MeV、1.47MeV，因此可以根據測量所得的能譜數據，判定測量點位置的放射性元素成分，即進行放射性元素的定性分析。同時，放射性元素的含量與它的γ射線強度成正比，因此只要計算出放射性元素的γ射線強度，就可以得出相應的放射性元素含量，放射性元素定量解釋方法主要有平均含量法、傳統剝譜法與逐點剝譜反褶積解釋法等。
能譜型核測井方法是通過研究天然產生或人工激發的放射性射線譜沿井軸的分布特點而確定該地層中的某些元素成分和含量的一種無損檢測方法。能譜型核測井儀就是使用能譜型核測井方法在野外現場測量伽瑪射線能量譜，分析鈾、釷、鉀等放射性元素的性質和含量的一種儀器。
3核測井儀的總體方案設計
能譜型核測井儀必須滿足體積小、性能穩定、功能強、靈敏度高、便于野外攜帶使用等需求。針對這些需求，對能譜型核測井儀提出以下的設計方案：
3.1數據采集硬件系統設計方案
數據采集硬件系統主要由井下探管、自動絞車、能譜采集電路組成。
井下探管主要包括核輻射探測器、前置放大器、探管外殼、電源等。目前國內外的核輻射探測器主要有閃爍體探測器（如NaI（T1）無機晶體閃爍器）、半導體探測器（如高純鍺HPGe半導體探測器、碲鋅鎘CdZnTe半導體探測器）等。室溫碲鋅鎘（CZT）半導體核輻射探測器是繼閃爍體探測器之后發展起來的一類新型先進的探測器,室溫半導體核輻射探測器被認為是一種理想的探測器,它既具有低溫半導體探測器的能量分辨率好,又具有閃爍晶體探測器的探測效率高,同時還具有體積小、重量輕、攜帶方便等優點，因此選擇碲鋅鎘（CZT）半導體核輻射探測器為能譜型核測井儀的探測器。探管外殼用不銹鋼材料制作，同時做好防水密封性能，能滿足在測井的高溫高壓條件下正常工作。
自動絞車負責控制井下探管的運動，實現探管在測井中進行逐點測量方式或連續測量方式的移動功能，并向嵌入式系統控制核心傳送井下探管的深度值。
能譜采集電路實現對碲鋅鎘（CZT）探測器輸出的電脈沖信號線性放大、調整與去除信號噪聲，并將測量脈沖信號的范圍平均分成多個脈沖幅度間隔，然后統計處理后的脈沖信號在各個脈沖幅度間隔的個數，以便形成各個脈沖幅度的計數分布曲線。能譜采集電路主要由線性放大器、過峰檢測電路、峰值保持電路、觸發ARM920T處理器S3C2410A內置A/D模數轉換等組成。其電路結構如圖1所示。

3.2嵌入式系統在能譜型核測井儀中的應用
3.2.1嵌入式硬件系統
能譜型核測井儀系統的控制核心ARM920T處理器S3C2410A是一款高端的32位低功耗RISC微處理器，具有最高工作頻率 203MHZ、獨立的16KB指令Cache與16KB數據Cache。存儲系統采用2MB的NORFlash、128MB的 NANDFLASH與64MB的SDRAM相結合，作為程序運行和數據存儲空間。并設計了各種相應的外圍接口，主要包括LCD接口、SPI鍵盤接口、USB接口、以太網接口、RS232接口與多道分析器MCA接口等。采用5.4英寸的LCD真彩顯示屏，因S3C2410A內部已集成了 LCD控制器，所以可以很方便地控制各種類型的LCD顯示屏。
3.2.2嵌入式軟件系統
在核測井儀硬件平臺上編寫Bootloader引導程序，用于初始化目標板硬件，給操作系統提供板上硬件資源信息，并進一步裝載、引導嵌入式Linux操作系統。因U-Boot具有廣泛的通用性，選擇U-Boot在該硬件平臺上進行移植，Flash驅動程序與SDRAM驅動程序的移植是U-Boot成功移植的關鍵。
嵌入式Linux支持多種體系結構，有強大的網絡功能支持，支持多文件系統，有豐富的外設驅動，此外Linux還具備一整套工具鏈，使用戶容易自行建立嵌入式系統的開發環境、交叉運行環境。在相應的硬件平臺上裁剪與移植Linux操作系統內核，并移植基于Linux的YAFFS嵌入式文件系統。根文件系統采用YAFFS文件系統，具有速度快、占用內存少等特點，自帶NAND芯片驅動，YAFFS是專門為NAND閃存設計的日志結構嵌入式文件系統，適用于大容量的存儲設備。
3.2.3基于MiniGUI的監控終端設計
MiniGUI是一個面向實時嵌入式系統的輕量級圖形用戶界面支持系統，廣泛應用于手持信息終端、機頂盒、工業控制系統及工業儀表、便攜式多媒體播放機、查詢終端等產品和領域。能譜型核測井儀的監控終端基于MiniGUI圖形界面開發庫編寫，實現了能譜數據的采集、能譜曲線的顯示、數據文件的管理、能譜數據的分析等功能。能譜型核測井儀的監控終端基本結構如圖2所示。

3結束語
本文瞄準國內外核測井儀的發展趨勢，結合便攜式儀器現場工作的特點以及嵌入式系統的發展特點，以高端ARM920T處理器S3C2410A為核心，并在其上移植了嵌入式Linux操作系統、YAFFS文件系統、MiniGUI圖形界面開發庫、編寫了Bootloader系統引導代碼、編寫了設備驅動程序、編寫基于Linux操作系統和MiniGUI的測井儀監控終端軟件。
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