本發(fā)明涉及粒子輻射測量技術(shù)及相關(guān)電子學(xué)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、峰值保持電路是粒子輻射探測儀器電子學(xué)的重要組成部分。傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)電荷靈敏前置放大及主放大器后，一般需采用峰值信號保持電路，而后由adc進(jìn)行峰值采樣，不僅增加儀器的尺寸和功耗，還導(dǎo)致電壓脈沖信號經(jīng)峰值保持后線性度變差。若取消峰值保持電路，直接采用高速adc快速采樣尋峰方法，這意味著對adc提出更高要求，包括采樣速率、分辨率等，直接導(dǎo)致功耗和成本的增加，不適用一般低功耗、小型化粒子輻射探測儀器的應(yīng)用。因此，峰值保持電路會影響粒子輻射探測儀器的采樣精度和脈沖計數(shù)率等性能參數(shù)，同時也難以實現(xiàn)儀器結(jié)構(gòu)體積的小型化以及能源消耗的低功耗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在上述缺陷，本發(fā)明提出的一種用于粒子輻射測量的脈沖直采電路及方法，具體涉及一種基于脈沖信號快、慢成形電路和adc直接采樣方法。本發(fā)明提供的探測脈沖直采電路及方法克服了基于峰值保持電路帶來的采樣精度、脈沖計數(shù)率等性能下降，以及難以實現(xiàn)小型化、低功耗等缺陷，同時也克服了直接采用高速adc快速采樣尋峰方法造成的成本高、功耗大等缺點。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)。

3、本發(fā)明提出了一種用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：電荷轉(zhuǎn)換模塊、信號調(diào)理輸出模塊和ad采集模塊；其中，

4、所述電荷轉(zhuǎn)換模塊，用于采集前端輸出的粒子輻射電荷信號，將其轉(zhuǎn)換為單極性脈沖信號，并輸出到信號調(diào)理輸出模塊；

5、所述信號調(diào)理輸出模塊，包括慢成形子模塊和快成形子模塊，其中，所述慢成形子模塊，用于對單極性脈沖信號進(jìn)行濾波成形和放大，并輸出到ad采集模塊；所述快成形子模塊，用于對單極性脈沖信號進(jìn)行濾波成形和放大，作為觸發(fā)信號輸出到ad采集模塊；

6、所述ad采集模塊，用于在接收到觸發(fā)信號后，根據(jù)慢成形子模塊、快成形子模塊輸出信號的時間差，在等待相應(yīng)時間后對慢成形子模塊輸出的信號進(jìn)行直接采樣。

7、作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述電荷轉(zhuǎn)換模塊，依次包括：電荷靈敏前放電路和極零相消電路；其中，

8、所述電荷靈敏前放電路，用于接收由粒子輻射至前端傳感器形成的電荷信號，將其進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換獲得雙極性脈沖信號，并輸出至極零相消電路；

9、所述極零相消電路，用于將電荷靈敏前放電路輸出的雙極性脈沖信號轉(zhuǎn)換為單極性脈沖信號，并輸出到信號調(diào)理輸出模塊。

10、作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述電荷靈敏前放電路的時間常數(shù)τf和極零相消電路的時間常數(shù)τ0滿足：

11、τf＝τ0。

12、作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述慢成形子模塊依次包括：慢成形電路、第一主放大器和輸出緩沖器；其中，

13、所述慢成形電路，用于將單極性脈沖信號進(jìn)行濾波成形，并輸出至第一主放大器；

14、所述第一主放大器，用于采用反相放大方式，對慢成形電路輸出的電壓信號進(jìn)行幅度放大，并輸出至輸出緩沖器；

15、所述輸出緩沖器，用于采用電壓跟隨方式將信號輸出到ad采集模塊。

16、作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述快成形子模塊依次包括：慢成形電路和第二主放大器；其中，

17、所述快成形電路，用于將單極性脈沖信號進(jìn)行濾波成形，并輸出至第二主放大器；

18、所述第二主放大器，用于采用反相放大方式，對快成形電路輸出的電壓信號進(jìn)行幅度放大，作為觸發(fā)信號輸出到ad采集模塊。

19、作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述快成形子模塊和慢成形子模塊輸出信號具有不同的時間常數(shù)。

20、作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述快成形子模塊輸出信號的時間常數(shù)τq和慢成形子模塊輸出信號的時間常數(shù)τs滿足：

21、τq＝kτs

22、其中，k為設(shè)定系數(shù)，取0.1～0.3。

23、作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，等待的相應(yīng)時間δt的計算式為：

24、δt＝n·δ∶

25、其中，n為常數(shù)，δ∶＝∶s-τq。

26、本發(fā)明提出了一種用于粒子輻射測量的脈沖直采方法，基于上述之一所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)實現(xiàn)，所述方法包括：

27、電荷轉(zhuǎn)換模塊接收由粒子輻射至前端傳感器形成的電荷信號，將其轉(zhuǎn)換為單極性脈沖信號，并輸出到信號調(diào)理輸出模塊；

28、信號調(diào)理輸出模塊的慢成形子模塊對單極性脈沖信號進(jìn)行濾波成形和放大，并輸出到ad采集模塊；信號調(diào)理輸出模塊的快成形子模塊對單極性脈沖信號進(jìn)行濾波成形和放大，作為觸發(fā)信號輸出到ad采集模塊；

29、ad采集模塊在接收到觸發(fā)信號后，根據(jù)慢成形子模塊、快成形子模塊輸出信號的時間差，在等待相應(yīng)時間后對慢成形子模塊輸出的信號進(jìn)行直接采樣。

30、作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述在等待相應(yīng)時間后對慢成形子模塊輸出的信號進(jìn)行直接采樣，包括：

31、對慢成形子模塊輸出的信號進(jìn)行連續(xù)n次采樣；

32、對n次采樣的信號進(jìn)行比較，取其中最大值作為慢成形子模塊輸出信號的峰值。

33、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點在于：

34、本發(fā)明的脈沖直采電路和方法采用了快、慢成形電路和adc直接采樣方法，不僅克服了基于峰值保持電路帶來的采樣精度、脈沖計數(shù)率等性能下降，以及難以實現(xiàn)小型化、低功耗等缺陷，同時也克服了直接采用高速adc快速采樣尋峰方法造成的成本高、功耗大等缺點。此外，該脈沖直采電路和方法可廣泛應(yīng)用于沉積能量大于25kev的帶電粒子測量。

技術(shù)特征：

1.一種用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：電荷轉(zhuǎn)換模塊、信號調(diào)理輸出模塊和ad采集模塊；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷轉(zhuǎn)換模塊，依次包括：電荷靈敏前放電路和極零相消電路；其中，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷靈敏前放電路的時間常數(shù)τf和極零相消電路的時間常數(shù)τ0滿足：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)，其特征在于，所述慢成形子模塊依次包括：慢成形電路、第一主放大器和輸出緩沖器；其中，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)，其特征在于，所述快成形子模塊依次包括：慢成形電路和第二主放大器；其中，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)，其特征在于，所述快成形子模塊和慢成形子模塊輸出信號具有不同的時間常數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)，其特征在于，所述快成形子模塊輸出信號的時間常數(shù)τq和慢成形子模塊輸出信號的時間常數(shù)τs滿足：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)，其特征在于，等待的相應(yīng)時間δt的計算式為：

9.一種用于粒子輻射測量的脈沖直采方法，基于權(quán)利要求1-8之一所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)實現(xiàn)，其特征在于，所述方法包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于粒子輻射測量的脈沖直采方法，其特征在于，所述在等待相應(yīng)時間后對慢成形子模塊輸出的信號進(jìn)行直接采樣，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于粒子輻射測量技術(shù)及相關(guān)電子學(xué)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于粒子輻射測量的脈沖直采系統(tǒng)及方法。本發(fā)明系統(tǒng)包括：電荷轉(zhuǎn)換模塊、信號調(diào)理輸出模塊和AD采集模塊；電荷轉(zhuǎn)換模塊采集前端輸出的粒子輻射電荷信號，將其轉(zhuǎn)換為單極性脈沖信號，并輸出到信號調(diào)理輸出模塊；信號調(diào)理輸出模塊包括慢成形子模塊和快成形子模塊；慢成形子模塊對單極性脈沖信號進(jìn)行濾波成形和放大，并輸出到AD采集模塊；快成形子模塊對單極性脈沖信號進(jìn)行濾波成形和放大，作為觸發(fā)信號輸出到AD采集模塊；AD采集模塊在接收到觸發(fā)信號后，根據(jù)慢成形子模塊、快成形子模塊輸出信號的時間差，在等待相應(yīng)時間后對慢成形子模塊輸出的信號進(jìn)行直接采樣。

技術(shù)研發(fā)人員：沈國紅,權(quán)子達(dá),蘇波,張煥新,孫瑩,袁斌,脫長生,王麗萍,廖家杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26