一种新型数字X荧光仪的研制

介绍了一种基于FPGA技术的新型数字X荧光谱仪的实现。阐述了半导体探测器、精密信号放大和高速数据采集等模块电路的设计。重点阐述了在FPGA内部实现数字脉冲成形、峰值判别和多道幅度分析等数字处理的技术细节。整个系统的分析软件基于Visual C++6.0开发环境,采用C++编程语言实现。经过实际测试,系统在能量分辨率和脉冲计数率等主要技术指标上获得了满意的效果。     

通用数字核谱仪系统设计

设计一套基于高速ADC+FPGA+ARM的通用型数字核谱仪系统,对探测器系统输出的信号经过信号调理系统后,采用高速、高分辨率ADC进行采样,将采样后的核信号传输给由FPGA与ARM搭建的数字核信号处理系统,采样梯形成形对核脉冲信号进行处理,最后得到的能谱通过USB接口传送给计算机系统进行显示、存储以及进一步处理。通过Si-PIN探测器对Fe的X射线能谱,Na I探测器对¹³⁷Cs的γ射线能谱测量的测试,获取能量分辨率分别为178e V与7.2%,表明该系统能有效地实现数字核谱仪系统中核信号调理,高速采集以及数字核信号处理功能的同时,可得到较理想的性能指标。     

基于FPGA的在线式海水γ谱仪研制

针对监测海水中放射性核素活度浓度极低的需求,研制了一种监测海水中放射性活度的γ谱仪。研制中,利用FPGA技术实现了γ谱仪的低功耗和数字化,并具有弱脉冲信号处理、数字采样、堆积判断等功能。实验测试表明:该γ谱仪具有对海水中放射性核素定量分析测量的能力,达到设计要求。     

基于BEPC Ⅱ的数字束流位置探测器信号处理算法的FPGA实现

数字束流位置探测器(BPM)算法是数字BPM系统最核心的部分,其对束流位置测量的精度起决定作用。本文在完成数字BPM算法MATLAB模拟工作的基础上,将模拟优选出的数字BPM算法在自制的电子学硬件上进行FPGA实现。首先介绍了数字BPM算法的总体设计和实现方案;其次介绍了数字BPM算法各功能模块的设计原理及其在FPGA中的具体实现方法;最后在输入信号频率499.8 MHz、强度-10 dBm、BPM探头灵敏度系数23的条件下进行了实验室测试。实验结果显示：逐圈位置分辨达2.96 μm,快响应位置分辨达0.65 μm,闭轨位置分辨达0.33 μm,验证了本算法在束流位置测量中具有良好性能。     

光谱分辨的脉冲X射线时间谱仪的研制

通过1台高效率凹面光栅单色仪的研制，在原有脉冲X射线时间谱仪的基础上，开发完成了1套光谱分辨的荧光衰减时间谱仪，其波长和时间分辨率分别可达nm和亚ns量级。由BaF2闪烁晶体的测试结果表明：谱仪可有效进行光谱分辨的发光衰减时间谱测量，加载单色仪后，谱仪的测量效率仅下降2个数量级，达到了设计所预期的指标。利用这一装置，对CeF3晶体光谱分辨的发光衰减时间谱进行了分析。     

PET系统中数字化恒比定时的研究

针对PET探测器中快速脉冲信号的数字化恒比定时进行了研究,提出了相应的解决方案。该方案硬件以FPGA为核心,脉冲信号经过高速ADC数字化之后,在FPGA中通过DCFD(Digital Con-stant Fraction Discriminator)算法提取其时间信息。实验结果表明,DCFD时间分辨达到772 ps,能够满足PET系统对时间测量的要求。     

数字化多道脉冲幅度分析技术研究

多道脉冲幅度分析技术正在朝数字化方向发展,基于数字信号处理技术的数字化多道具有脉冲处理能力强、速度快、稳定性高和灵活性强等特点。文章分析了数字核脉冲处理关键技术,利用MATLAB完成了梯形成形、数字基线估计、数字极零零极补偿、极零点识别等核心算法的模拟。给出了数字化多道初步总体设计方案,探讨了工程没计中的关键技术问题,为研制国产数字化核谱仪打下了基础。     

基于FPGA+DSP的核信号数字时间谱仪设计

针对核电子学中核脉冲信号的高速实时数字化处理,设计了基于FPGA+DSP的两通道核信号数字时间谱仪。该实验平台基于数字恒比定时(dCFD)原理,采用高速运放和ADC进行模拟信号成型采样,数字信号送入FPGA完成波形判选、数据缓冲、FIR滤波和基线恢复,利用DSP实时信号重构和函数定时,通过USB2.0接口与上位机通信。该系统的主要特点是具有模数电路的高度集成、数字信号的实时运算,接近模拟定时的精度。     

基于FPGA与GPS的时间测量电路设计与实现

为宇宙射线缪子（μ子）测量实验设计了基于FPGA的高精度时间-数字转换器（TDC）,结合TDC测量值与GPS提供的标准时间(UTC)精确记录了粒子事件的时间信息。TDC采用粗计数+细时间测量相结合的方式,用计数器实现动态范围大于1 s的粗时间测量;使用FPGA加法进位延时链构建时间内插完成了细时间测量,并借助Wave-Union与bin-by-bin方法提高时间分辨并改善非线性。实验室测试双边沿TDC的时间分辨为16.68 ps,时间测量精度（RMS）好于45 ps。测量结果表明,该TDC满足脉冲前沿时间甄别要求。     

基于数字脉冲成形技术的HPGeγ谱仪系统研究

为满足高能量分辨率γ能谱测量要求,设计了基于数字脉冲成形技术的HPGe γ谱仪系统。该系统由前端电路、数字信号处理模块和上位机软件3部分组成,实现了8192道能谱测量。本文对前端电路的设计及数字脉冲成形参数的选择进行了介绍,并用⁶⁰Co、¹³⁴Cs、¹³⁷Cs和¹⁵²Eu源对该系统进行了初步测试。测试结果表明,基于数字脉冲成形技术的HPGe γ谱仪系统对1 332 keV能量峰的能量分辨率为1.8 keV;¹⁵²Eu特征能量峰与相应道址的线性拟合参数R²=0.999 993。该系统可满足高能量分辨率γ能谱测量要求。     

γ辐射数字测量与分析技术研究

基于虚拟仪器的概念,设计并构建了一套数字化γ辐射测量系统。介绍了数字测量中数据采集与处理的方法,以能量分辨率为指标,考察了滤波、堆积修正、时间甄别等技术手段对测量结果的影响,并和传统谱仪系统进行了对比分析。     

核脉冲信号滤波成形电路的数字化研究

核脉冲信号的滤波成形电路用于改变脉冲形状、提高核谱仪器系统的信噪比,从而获取更佳的性能指标。从极零相消电路与Sallen-Key电路的工作原理出发,推导了基于数字极零相消、数字Sallen-Key在时域中的成形递推函数,分别获取其在Z域中的传输函数,在频域中对其滤波性能、幅频响应特性进行了分析。对仿真核信号,采用数字极零相消、数字高斯成形递推函数模型,实现不同参数下的极零相消与高斯成形处理。对SiPIN探测器测量~(55)Fe和NaI探测器测量~(137)Cs的核脉冲信号,实现了数字极零相消、不同参数下的数字高斯成形处理,从时域与频域两个方面对结果进行了分析,研究成果可应用于核脉冲信号极零相消、滤波成形参数的最优化选取。     

CLYC探测器n/γ聚类甄别方法研究

为了高性能分辨探测中子与γ射线,搭建了一套基于Cs₂LiYCl₆:Ce³⁺(CLYC)探测器和数字示波器的数字化核脉冲采集系统。通过Matlab编程,研究了系统聚类法和K-means聚类法两种n/γ脉冲波形甄别方法,并与传统的电荷比较法进行了对比。结果表明,两种聚类法均可准确分辨脉冲类别,K-means聚类法在计算时间和内存占用方面更具优势,有利于实时脉冲处理。该研究为研制基于CLYC探测器的n/γ双模式探测谱仪提供了一种有用的脉冲波形甄别技术解决方案。     

兰州重离子加速器数字脉冲电源同步功能的实现

介绍了同步加速器脉冲电源的同步性能对提高加速器性能的重要性,提出了一种基于FPGA的、适用于全数字脉冲电源的可编程片上系统实现方案,该方案以光纤及连接器为信号载体、以同步光纤组件模块为核心部件。测试结果表明,该方案满足数字脉冲电源的功能性要求,且达到设计指标。     

环境辐射监测数字伽玛谱仪设计

本文介绍了一种环境辐射监测数字伽玛谱仪设计方案。本设计采用Na I(Tl)探测器对伽玛射线进行探测,由FPGA控制可编程增益放大器对核脉冲信号进行调节,以适合后续模数转换输入要求。由FPGA控制高速模数转换器AD9235对核脉冲信号进行模数转换,然后采用海明窗低通FIR数字滤波器对数字核脉冲信号进行滤波,滤除高频噪声。本设计采用TMS320C6713对数字核脉冲信号进行梯形成形,改善弹道亏损和脉冲堆积,最后对其进行幅值判断形成能谱。谱仪经刻度后,不仅可以获得现场辐射计数总量还可以获取现场能谱对核素进行初步判别,这对于工业环境辐射监测非常有意义。本设计具有体积小、设计灵活、可扩展性好等特点,非常适合现场环境辐射监测。     

正电子发射断层成像系统中数字化多通道时间数字转换研究

利用现场可编程门阵列（FPGA）内部延迟链,对正电子发射断层成像（PET）系统中高精度时间数字转换（TDC）进行研究。采用粗时间和精细时间相结合的方式测量时间,粗时间利用时钟计数器实现,精细时间利用FPGA延迟链实现。测试时间测量的微分非线性和积分非线性,并在双探头PET实验平台上通过时间符合,对系统总体时间分辨进行测试。实验结果表明,TDC时间分辨达79.3ps,微分非线性为-0.2LSB/0.2LSB,积分非线性为-0.2LSB/0.3LSB,双探头PET实验系统总体时间分辨达2.1ns,可满足PET系统对时间测量的要求。     

基于FPGA的数字核谱仪中高速数字采集技术研究

数字核谱仪的高速实时数据采集能够对数字核谱仪中关键算法的调试起到关键作用。本设计以ALTERA公司的EP2C8T144C6现场可编程门阵列与高速USB数据采集芯片FT2232H为核心,设计并制作了USB高速数据采集系统,可以实现USB接口高速数据传输。核谱仪采集到的信号送入到FPGA中,经过内部FIFO存储器的缓存及算法处理,最后通过USB控制器将信号传输到计算机中,存储并显示出来。设计实现了28MByte/s以上的数据传输率,具有数据传输速度快,准确性高的特点,为进一步实现数字核谱仪高速信号采集奠定了基础。     

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。     

基于FPGA的时间间隔测量设计与实现

本文主要介绍了一种基于FPGA的高精度时间-数字转换器(TDC)。该TDC在设计上采用了粗计数与细时间测量相结合的技术。粗计数通过高性能的二进制计数器实现,细时间测量利用FPGA的快速进位链实现时间内插。为了改善测量分辨,在设计中借助Wave-Union方法对超大码宽进行了分割。为检验TDC的性能,对其进行了多项测试,获得较好的测试结果。该TDC在大于200ms的动态范围内的时间分辨率小于50ps。微分非线性(DNL)的范围为-1~1.5LSB,积分非线性(INL)的范围为-1.5~1.5LSB。该TDC将应用于In-beam PET影像装置中的飞行时间测量。     

基于Si-PIN探测器的电流型计数式α粒子测量

为解决基于Si-PIN探测器的传统计数型粒子测量系统在测量低强度脉冲辐射场时存在的计数率低和不能直接测量粒子时间信息的问题,提出了电流型计数测量方法。其原理是对电流型Si-PIN探测器在粒子入射时输出的脉冲信号进行线性放大和高速数字化,并使用数字信号处理算法进行数据分析以获得粒子测量信息。利用电流型Si-PIN探测器、电流型前置放大器和高带宽数字示波器组建了电流型计数测量系统,并在241 Am-244 Cm和239 Pu源上开展了α粒子测量实验。实现了脉冲幅度谱和粒子入射时间的联合测量,同时利用FIR及IIR型数字滤波器改善了能谱测量的能量分辨率。系统的最大计数率达2×106 s-1,适用于低强度脉冲辐射场测量。