基于基线自动恢复技术的数字多道能谱仪

不同放射性强度的测量应用中,探测器输出核脉冲信号的基线将发生漂移,进而造成多道能谱仪的谱线漂移和能量分辨率损失。尽管采用数字基线估计方法可以对核脉冲信号的基线进行正确估计,但纯数字基线恢复算法无法有效处理核脉冲信号基线漂移对前端电路的影响。采用最小平均值基线估计方法,先在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)中进行数字基线估计;然后通过SPI总线将基线估计值传入微控制器(Micro-Controller Unit,MCU),MCU根据基线值判断是否进行基线调节,将基线估计值传入数模转换器(Digital-to-analog Converter,DAC);最后在前端电路中实现核脉冲信号的基线恢复。基于La Br3(Ce)探测器的测试结果表明:采用该基线自动恢复技术的数字化多道能谱仪能够实现核脉冲信号的基线自动恢复。在高放射性测量条件下,测量系统能够解决因基线漂移引起的谱线漂移问题,使系统能量分辨率保持稳定。     

基于USB接口的高速多道脉冲分析系统

介绍了一种4 096道高速多道脉冲幅度分析数据采集系统。该系统下位机以单片机为核心,由脉冲峰值采样器、低功耗A/D转换器和双端口RAM构成核脉冲的高速采集系统,本系统缩短了脉冲分析响应时间,提高了测量精度。采用USB接口与微机进行数据通讯,传输速度快,通用性强。     

基于DSP的数字化多道脉冲幅度分析器设计

本文介绍了基于DSP的数字化多道系统软硬件设计和研制。硬件设计采用双FIFO结构,获得了包含上升沿及基线信息的数字脉冲信号,节约DSP带宽从而提高了系统的脉冲通过率。软件设计中,完成了基于DSP的核信号的数字处理,并通过USB接口(或串口)通讯实现了系统监控及能谱数据传输。本文还给出该系统在eV公司SPEAR型CdZnTe探测器上测得的137Cs能谱示例。     

基于采样定理的核信号数字高斯滤波成形研究

核能谱分析仪中,常采用模拟滤波成形电路处理探测器的输出信号,以满足后级电路对信号波形的需要并滤除噪声。由模拟电路实现的高斯成形系统,改变成形参数必须对硬件进行调整,灵活性及稳定性均不理想。为实现数字滤波成形,根据模拟Sallen-Key高斯滤波成形电路,推导出模拟高斯成形系统的冲激响应;再根据采样定理推导出了数字高斯成形系统的冲激响应。用该数字高斯成形系统对实测核脉冲信号进行处理的结果显示,数字核脉冲信号被滤波成形为准高斯信号,为核脉冲信号数字滤波成形的实现提供了一种新的实现方法。     

碲锌镉探测器的数字核信号处理系统设计

设计了完整的碲锌镉(Cd Zn Te,CZT)探测器数字核信号处理系统,包含了低功耗偏压电源、低噪声电荷灵敏放大器、数字梯形多道脉冲幅度分析器及数字上升时间甄别器。在考虑探测器与后端数字多道优化匹配前提下设计了低噪声电荷灵敏放大器;数字多道脉冲幅度分析器(Digital Multi-Channel Pulse Height Analyzer,DMCA)通过高速模数转换器将模拟核信号离散化后,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中实现数字核脉冲信号处理;FPGA芯片中以快慢双通道梯形成形器为核心,针对碲锌镉探测器空穴收集不完全的问题,设计了数字上升时间甄别模块,有效消除了空穴拖尾效应,显著提升碲锌镉探测器的能量分辨率。从实验结果可知,针对西北工业大学提供的4 mm×4 mm×2 mm的准半球结构碲锌镉探测器对241Am的分辨率最佳可达3.6%,对137Cs的分辨率可达0.96%。     

基于ARM和FPGA的数字多道分析器研制

多道分析器作为γ能谱测量中不可或缺的组件,其性能直接影响能谱仪分辨率及测量精度,传统的多道分析器多采用模拟电路方法或使用数字采集卡实现。模拟多道对于影响能谱仪性能的成形时间、脉冲通过率及死区时间修正等问题上具有一定的局限性,而这会直接影响能谱分析结果;数字采集卡是实现数字采集的计算机扩展卡,成本较高,不利于市场化推广。数字多道分析器对脉冲信号进行全数字采样,将其转化为数字量,利用数字信号处理方法,通过软件实现,完成整个信号分析处理过程,可极大提高系统稳定性与可靠性,相比于前两种方案,优势明显。设计了一款数字多道分析器,采用ARM处理器+高速ADC+FPGA的硬件方案,主要包括AD采样模块、FPGA数据处理模块和以STM32F4为核心的控制和通信模块。使用数字信号处理方法,编写硬件描述代码实现了脉冲信号滤波成型、幅值提取和基线修正等核脉冲处理的关键算法,最后给出探测器核信号经本文设计的数字多道处理后的γ能谱图。根据国内外研究成果及理论基础,经过深入系统理论分析,方法仿真验证,以及实际调试过程,最终研制出一款可商业化实用、完整且高精度的数字多道分析器,并将其应用在低本底γ能谱仪上,其能量分...     

高速数字多道能谱技术研究

数字信号处理技术在核测量领域的广泛应用,极大地提高了核能谱测量的精确度和灵活性。我们的高速数字多道使用了一个10位80MSPS的模数转换器,转换后的采样信号噪声比较大,利用一级数字FIR滤波处理单元对信号进行处理,可以使高频采样引入的噪声得到有效滤除,提高信噪比。由于成形参数可调,数字核信号的数字成形处理(梯形成形),在强辐射能谱测量中具有良好的脉冲堆积处理能力。结合FIR滤波和数字成形的高速数字多道能谱系统可以实现核信号能谱的精确测量。     

基于ⅡR滤波器的核信号数字高斯成形方法

为适应数字化核仪器发展的趋势,研究了一种数字高斯滤波成形的方法。根据模拟高斯成形电路的频率响应,确定数字高斯成形滤波器的指标,设计了皿数字高斯成形滤波器。对实测核脉冲信号进行处理的结果显示,在滤除噪声的同时,可以将数字核脉冲信号成形为准高斯信号。该方法不仅可代替复杂的模拟滤波成形电路,而且能提高系统稳定性和抗干扰性。     

数字多道中梯形成形算法的FPGA实现

针对数字多道核谱仪系统,研究并实现了数字滤波梯形成形算法。从数学理论上对算法可行性进行论证,并利用Matlab仿真验证;采用FPGA技术对该算法建模及Modelsim仿真分析,完成了数字多道的研制。通过NaI(TI)探测器进行55Fe源能谱实测结果表明,该算法能够达到最佳滤波成形效果,改善了数字多道的各方面性能,在自主研制的多道分析器中得到了成功应用。     

新型数字多道脉冲幅度分析器设计

研制了一款新型通用数字多道脉冲幅度分析器。包括模拟调理电路和数字核脉冲信号处理器与微控制器。在16k道数字转换增益下,单脉冲幅度谱展宽后的FWHM均在2道以内,采用Na I(Tl)探测器实测137Csγ能谱,661.7 ke V处能量分辨率达到了6.89%。     

A new digital Gaussian pulse shaping algorithm based on bilinear transformation

Nuclear pulse signal needs to be transformed to a suitable pulse shape to remove noise and improve energy resolution of a nuclear spectrometry system. In this paper, a new digital Gaussian shaping method is proposed.According to Sallen-Key analog Gaussian shaping filter circuits, the system function of Sallen-Key analog Gaussian shaping filter is deduced on the basis of Kirchhoff laws. The system function of the digital Gaussian shaping filter based on bilinear transformation is deduced too. The expression of unit impulse response of the digital Gaussian shaping filter is obtained by inverse z-transform. The response of digital Gaussian shaping filter is deduced from convolution sum of the unit impulse response and the digital nuclear pulse signal. The simulation and experimental results show that the digital nuclear pulse has been transformed to a pulse with a pseudo-Gaussian, which confirms the feasibility of the new digital Gaussian pulse shaping algorithm based on bilinear transformation.     

基于PLC技术的多功能核辐射监测仪研制

利用西门子S7-200系列可编程控制器(PLC)内置高速计数器及丰富的指令系统,对核辐射探测器输出的脉冲信号进行记录和处理,研制8通道多功能核辐射监测仪.该仪器可连接多种类型的脉冲探测器,具备模拟/数字双重显示、数字存储、脉冲发生器和网络通讯等功能;从计数率到剂量率既可按"刻度表"转换,又可按公式转换;剂量报警系统中的各种逻辑关系在仪器内部处理,输出信号直接驱动现场报警灯、铃.重点介绍监测仪的硬件组成、程序设计和性能特点.     

基于实时数字脉冲处理技术的核谱仪研究

本文提出一种基于80 MHz ADC的数字化γ能谱系统。系统由探测器、前端电路、ADC和数字处理单元组成。数字处理在FPGA中完成,主要包括FIR数字滤波、脉冲梯形成形、幅度甄别、数据通讯。为减小高速ADC在采集过程中引入的噪声信号,在数字处理单元实现FIR数字滤波,对数字脉冲信号先进行滤波处理,再进行脉冲梯形成形,得到高分辨率的能谱数据。测量系统中模拟信号全部采用直流耦合,数字脉冲宽度为1.6μs,对137 Cs的能量分辨率达6.88%。     

Development and testing of a flash analog-to-digital converterbased system for pulse shape discrimination of nuclear radiation pulses

A digital signal processor (DSP) based system is under development for analyzing and processing pulses produced by radiation detectors. The system is designed to replace conventional pulse-type, analog-to-digital converters. It is capable of capturing the complete radiation induced pulse in digital form. Subsequently, all the pulse features can be analyzed digitally (e.g., pulse validation, energy information, dynamic threshold determination, pulse duration, pulse shape analysis, and noise reduction). A prototype system has been built and performance parameters have been evaluated     

基于数值微分核脉冲信号数字处理方法

核反应堆核测量系统测量探测器输出的核脉冲信号，该信号后沿拖尾很长，在计数率较高时容易产生信号堆积和基线漂移等问题，导致源区计数率测量上限仅能达到105 Hz左右。文中基于数值微分方法，采用数字处理技术，在时域上分析了核脉冲信号经过前置放大、信号成形、低通滤波和脉冲甄别后的输出，并利用探测器实测信号进行了仿真。仿真结果表明，基于数值微分的数字处理方法可以实现相邻0.4 μs脉冲信号的识别和测量，将源区测量计数率上限提升到2×106 Hz以上。      

宽量程核测量系统中裂变室输出信号的仿真研究

为建立一个实验室可用的宽量程核测量系统输入信号,本工作进行了宽量程核测量系统中裂变室输出信号的仿真研究,完成了裂变室输出的单个脉冲信号和脉冲叠加信号的仿真计算,并实现了仿真结果的物理输出,为宽量程核测量系统的算法设计和调试打下了基础。     

基于FPGA的复合晶体二维脉冲形状甄别系统

在数字化前后沿脉冲形状甄别[1 ]的基础上,对脉冲数据采集系统进行改进,将脉宽信息直接加入脉冲事例信息.由此将脉冲事例的处理分为在线粗处理和离线精确处理:在线时设置一个偏大的阈值,只存储此阈值以下的事例信息;离线对获取的数据进行处理,得到脉冲幅度与脉冲宽度谱,根据谱的具体形状,设置精确的甄别阈进行事例判选.该设计很好地...     

A Digital Waveform Analysis System with a Fast Digitizer and VXIbus System

A radiation digital waveform processing system has been studied using a fast signal digitizer on the VXIbus system. The proposed system is able to measure pulse signals at the maximum counting rate of over 160 waveforms per second. When applying to an n-γ pulse shape discrimination for an NE213 scintillation detector, more refined pulse shape discrimination can be easily accomplished by adjusting the discrimination parameter on the basis of energy of each incident radiation.     

ASD/BLR及其测试平台的设计

ASD/BLR是稻草管探测器读出系统的核心电路,具有很强的功能,详细了解该电路的工作原理,是用好ASD/BLR的基础,对于采用稻草管探测器的读出系统是非常有意义的.给出了ASD/BLR的测试方法及其测试电路的原理.     

A user configurable data acquisition and signal processing system for high-rate,high channel count applications

Real-time signal processing in plasma fusion experiments is required for control and for data reduction as plasma pulse times grow longer. The development time and cost for these high-rate, multichannel signal processing systems can be significant. This paper proposes a new digital signal processing (DSP) platform for the data acquisition system that will allow users to easily customize real-time signal processing systems to meet their individual requirements.The D-TACQ reconfigurable user in-line DSP (DRUID) system carries out the signal processing tasks in hardware co-processors (CPs) implemented in an FPGA, with an embedded microprocessor (μP) for control. In the fully developed platform, users will be able to choose co-processors from a library and configure programmable parameters through the μP to meet their requirements.The DRUID system is implemented on a Spartan 6 FPGA, on the new rear transition module (RTM-T), a field upgrade to existing D-TACQ digitizers.As proof of concept, a multiply-accumulate (MAC) co-processor has been developed, which can be configured as a digital chopper-integrator for long pulse magnetic fusion devices. The DRUID platform allows users to set options for the integrator, such as the number of masking samples. Results from the digital integrator are presented for a data acquisition system with 96 channels simultaneously acquiring data at 500 kSamples/s per channel.