專利名稱：用于核譜學(xué)及核電子學(xué)的數(shù)字符合多道系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于核譜學(xué)及核電子學(xué)的數(shù)字符合
多道系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在核譜學(xué)測量中，多參數(shù)(多通道)多道分析器是記錄和分析各類核輻射信息的 核電子學(xué)單元。每個核輻射事件對應(yīng)多個測量參數(shù)，每個參數(shù)對應(yīng)一個測量通道，因此同一 事件的參數(shù)需要同時記錄并組合為一個事件數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的模擬多參數(shù)采用多通道信號的符 合來判斷并記錄一個事件數(shù)據(jù)，因此這類多參數(shù)多道需要配有模擬的符合線路，如圖1所 示。模擬符合線路是通過判斷多路脈沖信號是否在同一個時間間隔內(nèi)到達，此時間間隔稱 為符合分辨時間，在符合分辨時間之內(nèi)到達的脈沖信號即為同一核事件的符合脈沖。對于 同一核輻射事件，由于測量其不同的參數(shù)的探測器和前端電子學(xué)線路的差異，造成記錄時 多個參數(shù)不是同時到達，需要仔細調(diào)整各個參數(shù)的延遲時間。 傳統(tǒng)的模擬多參數(shù)多道系統(tǒng)由前端放大線路、延遲調(diào)整線路、符合線路、門控道峰
敏感ADC和計算機多道組成。其中關(guān)鍵電子設(shè)備是門控峰敏感ADC，例如0rtec公司采用
CAMAC總線標準的AD114，F(xiàn)ASTCom公司采用NIM標準的7072。這類ADC都需要符合線路提
供門控信號以確認多個參數(shù)屬于同一核輻射事件，在記錄時，通過專門的電子學(xué)儀器模塊，
把多通道信號組合為一個事件進行記錄。 傳統(tǒng)的模擬多參數(shù)多道系統(tǒng)存在如下缺點 1.該多道系統(tǒng)采用硬件調(diào)整延遲時間和符合分辨時間，需要復(fù)雜的模擬線路設(shè) 備，成本較高。 2，在測量前必須用模擬測量情況下的輻射源來調(diào)整校正延遲時間和符合分辨時 間，這是一個繁瑣的工作，并且需要時幅變換TAC這樣專門的電子學(xué)儀器。 一旦這兩個參數(shù) 不適當(dāng)，整個測量系統(tǒng)將無法正確記錄核輻射事件。 3，在測量過程中，采用硬件調(diào)整延遲時間和符合分辨時間耗時較長，并且測量存 在死時間的問題，影響測量的效率和準確性。

發(fā)明內(nèi)容
( — )發(fā)明目的 本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有模擬多參數(shù)多道系統(tǒng)所存在的上述問題。
(二)技術(shù)方案 針對上述問題，本發(fā)明提供一種用于核譜學(xué)及核電子學(xué)的數(shù)字符合多道系統(tǒng)，利 用ADC采樣，將每個通道采集到的脈沖信號波形由信號處理器實時處理，得到該脈沖信號 的幅度和到達時刻并保存到計算機中；測量結(jié)束后，從計算機保存的數(shù)據(jù)中讀出每個通道 的每個脈沖的脈沖幅度和到達時刻，然后人工輸入或者根據(jù)延遲時間譜線選擇延遲時間和 符合分辨時間參數(shù)，用計算機軟件挑選出多個通道之間在符合分辨時間之內(nèi)的符合脈沖信號，形成多參數(shù)核譜。所述數(shù)字符合多道系統(tǒng)的通道數(shù)為3至4個。 所述ADC采用高速高分辨率采樣ADC，分辨率為14位以上，采樣速度可達40MSPS 以上；ADC前端使用差分驅(qū)動放大器AD8138實現(xiàn)對ADC的驅(qū)動。 所述信號處理器采用CPLD和DSP。 CPLD容量可達512宏單元以上，可在線重復(fù)多 次編程；DSP采用16位以上定點DSP，使用相應(yīng)的脈沖處理算法可以處理脈沖的幅度、寬度、 到達時刻和脈沖上升時間。 各信號通道的計時單元由其各自的CPLD內(nèi)部邏輯單元構(gòu)成實時時鐘計數(shù)器，各
個信號通道的實時時鐘計數(shù)器由同一時鐘源驅(qū)動。(三)有益效果 1.該系統(tǒng)用硬件和軟件結(jié)合實現(xiàn)了模擬多參數(shù)多道系統(tǒng)的延遲、符合、ADC和多 道，簡化了多參數(shù)多道系統(tǒng)的組成，降低了設(shè)備成本，大大簡化了多參數(shù)多道的調(diào)試和使用 過程。 2.采用CPLD和DSP實時處理脈沖波形信息，系統(tǒng)沒有死時間，后續(xù)處理的計算機 軟件同時實現(xiàn)了核譜學(xué)的固定死時間和擴展死時間。 3. CPLD和DSP實時處理脈沖波形信息后，提取出脈沖的幅度和到達時刻，改變 CPLD和DSP處理算法，在不改變和增加其他電子學(xué)硬件設(shè)備情況下，可以處理不同的脈沖 波形，適用范圍更廣泛。 4.因為延遲時間和符合分辨時間是在軟件計算時選取的參數(shù)，可以對同一次測量
的數(shù)據(jù)選擇不同的參數(shù)，軟件實現(xiàn)了延遲時間和符合分辨時間自動選擇，避免了復(fù)雜的延
遲時間和符合分辨時間設(shè)置，同時避免了參數(shù)選擇不當(dāng)造成測量核譜的錯誤。 5.因為不同通道的數(shù)據(jù)符合是由軟件實現(xiàn)，每個通道也可以單獨作為一個計算機
多道使用。這樣一次測量，可以同時得到每個通道單獨的核譜和多通道符合的多參數(shù)核譜。


圖1是傳統(tǒng)的模擬多參數(shù)多道系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明具體實施方式
部分提供的 三通道數(shù)字符合多道系統(tǒng)的整體框圖；圖3是圖2中三通道數(shù)字符合多道系統(tǒng)原理框圖； 圖4是正比計數(shù)器測量能譜；圖5為Si探測器測量能譜；圖6為延遲時間譜。
具體實施例方式
本實施例提供一種用于核譜學(xué)及核電子學(xué)的三通道數(shù)字符合多道系統(tǒng)。 如附圖2和3所示，一個核輻射事件發(fā)生后，其信號經(jīng)過前置放大器和主放大器
放大，由高速高分辨采樣ADC采集，采集到脈沖信號波形后，用CPLD和DSP實時處理得到
脈沖信號的幅度和到達時刻，多通道之間采用同一時鐘源以保證采樣ADC的時鐘同步，每
個通道的每個脈沖信號的幅度和到達時間信息經(jīng)由先進先出存儲器FIFO和PCI總線被保
存到計算機中。當(dāng)測量結(jié)束后，從計算機保存的數(shù)據(jù)文件中讀出每個通道的每個脈沖的脈
沖幅度和到達時刻，然后人工輸入或者根據(jù)延遲時間譜線選擇延遲時間和符合分辨時間參
數(shù)，用計算機軟件挑選出多個通道之間在符合分辨時間之內(nèi)的符合脈沖信號，形成多參數(shù)
核譜。 一般情況下，可以選擇延遲時間譜線寬度為符合分辨時間。通過比較圖1和圖2，可
以明顯看出采用本實施例提供的三通道數(shù)字符合多道系統(tǒng)大大簡化了測量所需要的設(shè)備。
上述采樣ADC采用ADI公司的AD9244_40，采樣速度為40MSPS, 14位分辨率。對應(yīng) 模擬線路的參數(shù)為，延遲時間和符合分辨時間的時間分辨力為25ns，多道為16k道?？梢?滿足除超快符合外的多參數(shù)高分辨核譜測量要求。ADC前端使用ADI公司專用的差分驅(qū)動 放大器AD8138,實現(xiàn)對ADC的良好驅(qū)動，保證ADC的性能。設(shè)計AD8138的輸入可接受0 10V的脈沖信號，符合核譜測量中放大器輸出信號范圍。 每個信號通道使用一片Lattice公司的CPLD，型號為LC4512V，具有大容量512宏 單元，可在線重復(fù)多次編程。DSP采用TI公司的TMS320VC5409PGE100，是一個16位定點 DSP。 DSP的運算程序采用C語言編寫，每次使用時從計算機上傳，這樣針對不同的任務(wù)，可 以使用不同的脈沖處理算法，例如，可以對脈沖幅度、到達時間、脈沖寬度、脈沖上升時間等 進行處理。 各通道的計時單元由其各自的CPLD內(nèi)部邏輯單元構(gòu)成實時時鐘計數(shù)器。各個信 號通道的實時時鐘計數(shù)器由同一時鐘源驅(qū)動，并由同一信號控制各個實時時鐘計數(shù)器開始 工作，因此可確保各個通道時鐘走時準確無誤。 PCI控制部分用美國TI公司的PCI2040作為PCI橋，無需任何邏輯可以與4個TI 公司DSP連接。 圖4、5、6為采用本實施例提供的三通道數(shù)字符合多道系統(tǒng)作為中子能譜測量的 3He夾心譜儀多參數(shù)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，用2"Am發(fā)射a粒子測試3He夾心譜儀的結(jié)果。3He夾 心譜儀由上下兩個Si探測器和3He正比計數(shù)器組成，需要測量三個探測器輸出的信號的符 合核譜。^Am發(fā)射a粒子穿過氣體正比計數(shù)器，并進入Si探測器。因此可以測量到正比 計數(shù)器分別與兩個Si探測器的符合計數(shù)。圖4，5是橫坐標為脈沖幅度，縱坐標為計數(shù)。測 量能譜與采用模擬線路相當(dāng)。圖6的橫坐標是時間，道寬的25ns，縱坐標為計數(shù)。傳統(tǒng)的模 擬線路，采用TAC測量得到的延遲時間譜的譜峰峰位在3. 6ii s，半高寬500ns ;本實施例提 供的三通道數(shù)字符合多道系統(tǒng)的測量峰位在1. 25ii s，半高寬為750ns。峰位的差異是由于 采用TAC測量使正比計數(shù)器的信號經(jīng)過了一個單道，因此延遲時間會更長。半高寬的差異 主要是因為正比計數(shù)器信號經(jīng)過單道的下閾取得較高，而數(shù)字符合計算時沒有取下閾。
以上內(nèi)容是結(jié)合優(yōu)選的實施例對本發(fā)明所做的具體說明，不能認定本發(fā)明的具體 實施方式僅限于這些說明。根據(jù)具體測量內(nèi)容的需要，還可以根據(jù)本實施例所提供的技術(shù) 方案實現(xiàn)四通道數(shù)字符合多道系統(tǒng)。對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演和變換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種用于核譜學(xué)及核電子學(xué)的數(shù)字符合多道系統(tǒng)，利用ADC采樣，其特征在于各通道之間采用同一時鐘源以保證采樣ADC的時鐘同步，將每個通道采集到的脈沖信號波形由信號處理器實時處理，得到該脈沖信號的幅度和到達時刻并保存到計算機中；測量結(jié)束后，從計算機保存的數(shù)據(jù)中讀出每個通道的每個脈沖的脈沖幅度和到達時刻，然后根據(jù)延遲時間譜線選擇延遲時間和符合分辨時間參數(shù)，用計算機軟件挑選出多個通道之間在符合分辨時間之內(nèi)的符合脈沖信號，形成多參數(shù)核譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字符合多道系統(tǒng)，其特征在于所述ADC為高速高分辨 率采樣ADC，分辨率為14位以上，采樣速度為40MSPS以上；ADC前端使用差分驅(qū)動放大器 AD8138驅(qū)動采樣ADC。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字符合多道系統(tǒng)，其特征在于所述信號處理器采用CPLD 禾口 DSP。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字符合多道系統(tǒng)，其特征在于所述CPLD容量為512宏單 元以上，可在線重復(fù)多次編程；DSP采用16位以上定點DSP，使用相應(yīng)的脈沖處理算法可以 對脈沖的幅度、寬度、到達時刻和脈沖上升時間進行處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字符合多道系統(tǒng)，其特征在于各通道的計時單元由其各 自的CPLD內(nèi)部邏輯單元構(gòu)成實時時鐘計數(shù)器，各個信號通道的實時時鐘計數(shù)器由同一時 鐘源驅(qū)動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的數(shù)字符合多道系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字符合多道系 統(tǒng)的通道數(shù)為3至4個。
全文摘要
本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于核譜學(xué)及核電子學(xué)的數(shù)字符合多道系統(tǒng)，利用ADC采樣，將每個通道采集到的脈沖信號波形由信號處理器實時處理，得到該脈沖信號的幅度和到達時刻并保存到計算機中；測量結(jié)束后，從計算機保存的數(shù)據(jù)中讀出每個通道的每個脈沖的脈沖幅度和到達時刻，然后根據(jù)延遲時間譜線選擇延遲時間和符合分辨時間參數(shù)，用計算機軟件挑選出多個通道之間在符合分辨時間之內(nèi)的符合脈沖信號，形成多參數(shù)核譜。本發(fā)明提供的數(shù)字符合多道系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、信號采集和處理效率高等優(yōu)點。
文檔編號G01T1/36GK101710183SQ20091021573
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者袁大慶 申請人:中國原子能科學(xué)研究院