用于新型塑料闪烁体阵列探测器的多通道前端读出电子学设计

介绍一种用于新型塑料闪烁体阵列探测器系统的前端读出电子学（FEE）的设计与实现,该前端读出电子学主要基于电荷测量专用的集成电路（ASIC）芯片和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）研制,可实现对多路探测器信号的采集、处理、筛选、打包,并通过LVDS差分接口上传到后端的数据获取系统（DAQ）。同时,该电路设有板载线性标定电路,可实现对各通道电子学性能刻度,设有电源电流、关键芯片及电路温度实时监控等电路,使电路具有较完善的功能和较强的自我保护能力。     

基于wxWidgets的闪烁晶体阵列探测器数据获取软件设计

介绍了一种用于闪烁晶体阵列探测器读出电子学的数据获取与分析读出软件。软件基于wx Widgets平台开发,采用了模块化设计,上位机通过USB总线与电子学硬件部分通信。软件系统包括命令行接口模块、数据采集模块、参数测量模块、时间和幅度校准模块以及实时显示模块。将软件应用于闪烁晶体阵列探测器系统的调试与测试,结果表明:软件可方便地应用于其它探测器前端电子学的读出系统中,具有广泛的应用前景。     

基于塑料闪烁体光纤阵列的中子探测系统设计

为了能探测高能中子,获得中子能谱信息,设计了一套基于塑料闪烁体光纤和多路复用技术的中子探测系统。利用梯度尺寸结构的阵列化探头感应中子入射的能量和方向。多路复用数据采集及读出单元接收探测器输出信号并产生触发信号,经处理后上传给上位机。数据采集及读出系统通过以太网实现实时通信。上位机程序基于LabWindows/CVI软件平台开发,实现数据读取与保存以及采集系统运行状态参数信息的实时显示。通过中子模拟源进行了现场测试,结果表明,设计的中子探测系统满足设计要求,能实现中子能量与入射方向的测量。     

DAMPE-PSD读出电子学研制

暗物质粒子探测卫星(dark matter particle explorer, DAMPE)是我国空间科学卫星系列的首发星,用于找出可能的暗物质粒子信号。塑料闪烁体阵列探测器(plastic scintillator detector, PSD)分系统作为卫星有效载荷的主体部件之一,参与承担高能粒子电荷测量和电子/γ射线鉴别任务。PSD由82根塑料闪烁体条和164个光电倍增管（photomultiplier tube, PMT)组成,有328个输出通道,每根塑料闪烁体条的动态范围为2×103,需配备1套完备的读出电子学系统。该电子学系统由4块前端电子学（front-end electronics, FEE）板构成,共具有360个信号处理通道,总功耗6 W。电路主要包括电荷测量电路、模拟调理电路、模数变换电路、刻度电路、环境监测电路、FPGA电路、电源管理电路以及接口电路等,其主要功能是基于32路模拟信号将PMT的电荷信号输入VA160 ASIC芯片,考虑了抗辐照加固、温度设计等一系列关键问题,以确保在严酷的太空中具有长期的可靠性。测试结果表明,该FEE系统工作稳定、性能良好,具有较好的技术指标,每个电子学通道实现了0～12.5 pC的动态范围,通道的随机噪声水平好于2 fC,积分非线性好于0.6%。FEE能适应恶劣的空间环境,具有很高的可靠性。FEE配合PSD样机还分别于2014年和2015年在欧洲核子中心（CERN）的PS和SPS终端成功完成了2次束流试验,验证了PSD的探测能力完全满足任务书中提出的功能和指标要求,能很好实现实际科学任务需求。     

PandaX-nT暗物质探测实验读出电子学预研系统的研制

PandaX-nT升级对电子学系统提出了诸多新的挑战,如更多的通道数、高速高精度的波形数字化、灵活的触发算法和更高的数据带宽要求等。本文介绍一种为未来PandaX-nT暗物质直接探测升级实验预研的读出电子学系统。该电子学系统主要由前置放大电路模块、波形数字化模块（FDM）、数据获取模块（DAQ）和时钟分发模块等组成。FDM集成8路14 bit@ 1 GS/s ADC,具有较高集成度,可实现对探测器信号波形数字化,并通过光纤与DAQ通信。DAQ可汇总多块FDM数据,实现全数字化的触发算法,并通过基于TCP协议的千兆以太网与计算机通信,保证了数据传输的可靠与稳定。目前已完成了整个读出电子学系统设计,并对整个电子学系统进行了功能验证,以及与探测器进行了初步的联合测试。整个电子学系统具有较高的可扩展性,并能实现更复杂的触发算法,能满足下一代升级的需求。     

基于连续晶体PET探测器模块电子学设计

和传统的基于分割晶体PET探测器相比,基于连续晶体的PET探测器具有设计结构简单、能量分辨率高、探测器效率高以及低造价等优点,近年来得到广泛的研究。基于连续晶体PET探测器的最大难点是要用探测器获得闪烁光分布,进而通过作用点定位算法计算γ光子的作用位置。探测器模块电子学需要读出和获取闪烁光的分布,因而电子学变得相对复杂。论文针对自行建立的基于连续LYSO晶体和神经网络定位算法的PET探测器模块的信号读出和数据获取的要求,设计和实现了64通道数据读出和获取电子学系统。该系统采用8片8通道、50 Mbps、串行输出、12 bit ADC对每个通道进行数字化,从海量的核事例中遴选出有效的核事例,在FPGA内实现数据打包、定时符合、基线恢复等功能。经过测试,电路各通道噪声低,增益一致性好。整个电子学系统结构紧凑、性能优良,适合基于连续晶体PET探测器的相关实验研究和应用研究。     

PandaX-nT暗物质探测实验读出电子学预研系统的研制

PandaX-nT升级对电子学系统提出了诸多新的挑战,如更多的通道数、高速高精度的波形数字化、灵活的触发算法和更高的数据带宽要求等。本文介绍一种为未来PandaX-nT暗物质直接探测升级实验预研的读出电子学系统。该电子学系统主要由前置放大电路模块、波形数字化模块(FDM)、数据获取模块(DAQ)和时钟分发模块等组成。FDM集成8路14 bit@1 GS/s ADC,具有较高集成度,可实现对探测器信号波形数字化,并通过光纤与DAQ通信。DAQ可汇总多块FDM数据,实现全数字化的触发算法,并通过基于TCP协议的千兆以太网与计算机通信,保证了数据传输的可靠与稳定。目前已完成了整个读出电子学系统设计,并对整个电子学系统进行了功能验证,以及与探测器进行了初步的联合测试。整个电子学系统具有较高的可扩展性,并能实现更复杂的触发算法,能满足下一代升级的需求。     

高计数率气体探测器读出电子学原型机研制

研制一套可用于高计数率气体探测器的读出电子学原型机系统,包括前端板、数据采集板和上位机。前端板采用一款先进的前端读出专用集成电路(ASIC)芯片实现对探测器信号的测量和模数转换;数据采集板利用现场可编程门阵列（FPGA）实现对数据的分析、处理和传输;上位机实现控制指令发送、PC端数据接收及存储等。在22~99 fC的输入范围内,原型机各通道积分非线性均好于024%;联合探测器使用55Fe放射源测试,结果好于相同条件下的商用电子学。可满足20 kHz计数率下GEM TPC探测器的读出需求。     

基于USB接口的多通道数据控制系统设计

为了配合前端ASIC多通道数据采集系统参数调试和数据传输,设计了基于USB接口的数据控制系统。系统包括硬件电子学和上位机应用软件两个部分,硬件电子学负责与前端数采系统LVDS总线通讯以及将科学数据包从USB总线转发至PC机,上位机软件负责从USB接口对前端数采系统的参数配置、数据包接收,并进行数据在线处理以及能谱实时显示。详细介绍了该数据控制系统的软硬件设计。     

一种新型多道QDC电路的设计

为了满足中子墙探测器对后续能量电子学读出系统的要求并降低成本,本文介绍了一种新型多道电荷一数字转换电路.在该设计中,由于采用了新的设计方法和新的器件,使该电路具有转换速度快,线性好,功耗低、性价比高等突出特点,在大型闪烁体探测器阵列的前端电子学读出系统中有着广泛的应用前景.     

Readout electronics for CSR-ETF silicon strip array detector system

A readout electronics has been developed for the silicon strip array detector system of HIRFL-CSR-ETF.It consists of 48 front end electronics(FEE)boards,12 PXI-DAQ boards and one trigger board.It can implement energy and time measurements of 4608 channels.Each FEE board is based on 6 ASICs(ATHED),which implements energy and time measurements of 96 channels.The PXI-DAQ board meets requirements of high-speed counting and amount of readout channels and can process signals of 4 FEEs.The trigger board is developed to select the valid events.The energy linearity of the readout electronics is better than 0.3%in the dynamic range of 0.1-0.7V.In the test with a standard triple alpha source,the energy resolution was 1.8%at 5.48 MeV.This readout electronics enables the silicon strip array system to identify particles of A14.     

基于固体探测器SDD的XAFS数据获取系统

X射线吸收精细结构谱学(X-ray Absorption Fine Structure,XAFS)的发展,提出了对低浓度(痕量)元素研究的需求,高灵敏度的固体探测器纷纷被应用到XAFS技术中来。硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)是一种高计数率、高能量分辨率、采用半导体制冷的小型荧光探测器,其商业产品渐趋成熟。北京同步辐射装置1W2B实验站装备了这种小型SDD,并开发了相应采谱软件供用户使用。经过对含Cu 100 mg·L~(-1)浓度的CuSO_4溶液的测试,结果证明这套新的采谱系统可以满足1W2B实验站XAFS实验荧光模式的需求。     

用于普通能谱实验室的基于VME总线的数据获取系统研制

介绍了一套基于VME总线的实验室数据获取系统的设计及应用。此系统主要针对普通核物理或探测器实验室的实验探测器系统,获取系统硬件用通用ADC插件作为模数转换,用基于VME总线的单板机算计进行数据传输。获取程序基于ROOT数据处理平台,可实现在线监控数据,并使用直方图等数据格式将数据存储。通过这套系统获得的碲锌镉探测器对241Am的59 keVγ射线能谱,数据获取速率达4 MB/s。这套数据获取系统可很好地应用在探测器测试及相关实验领域。     

瞬发γ射线谱数据在线采集系统研制

介绍了爆炸物监测数据在线采集系统的研制情况。设计了NIM标准的前端电子学系统,使用基于PCI总线标准的高速数据采集卡,通过编写控制程序实现了多路与γ信号的相关谱测量。并介绍了几种典型的应用。     

DAQ software architecture for Aleph, a large HEP experiment

The Aleph experiment has over 700000 electronics channels and is expected to generate over 500 Mbytes of data per second. The data acquisition system (DAQ) has been designed to process information from different parts of the detector in parallel using a large number of processing elements. The authors describe the architecture of the software used to implement the readout functions and to configure the system for data acquisition. The software environment, data-flow architecture, control-flow architecture, FASTBUS management, Aleph resource manager, and Aleph partition manager are discussed     

基于APV25芯片的GEM探测器读出电子学系统的测试与改进

气体电子倍增器(GEM)是目前最具发展前景的位置灵敏气体探测器。其新一代读出电子学系统包括APV25前端卡、多用途数字转换器（MPD)、VME控制器及基于Linux的采集软件DAQ。本工作完成了读出系统的调试,获得了系统在40 MHz和20 MHz工作频率下的理想数据。在长时间测试中,系统运行稳定。通过对软件配置的优化和对硬件的改进,降低了噪声水平,提高了信噪比。     

The trigger system of the first CMS tracker beam tests

The trigger for the first compact muon solenoid (CMS) tracking beam tests is a dedicated system for analog multiplexed front-end electronics. With this first generation of electronics dedicated to CMS tracker detectors, some new specific development was necessary to read it with a multicrate distributed data acquisition (DAQ) system. The goal of this development was to reach a high scalability of experiment subsystems and a good robustness for test beams. Each subsystem had to be independent from the others, both from the hardware and software point of view. Remote control software for this system as well as further monitoring facilities were the required functions of the trigger system