基于FPGA的数字多道脉冲幅度分析器关键技术与系统实现
发布时间：2021-07-15 18:20
数字化多道脉冲幅度分析器作为数字化核仪器的核心组成部分,其设计性能将直接影响到数字化核仪器的功能实现和性能提升。特别是在高计数率情况下,基于FPGA数字化多道脉冲幅度分析器的设计与实现使核仪器在弹道亏损和脉冲堆积等方面的性能得到了明显改善,并进一步提高了仪器系统的集成度和稳定性。论文撰写主要完成了以下工作:（1）在对核辐射检测技术及多道脉冲幅度分析器原理分析的基础上,确定了基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器系统设计方案,将系统功能划分成A/D转换控制、梯形成形、基线估计、堆积判弃、幅度提取、谱线存储及通信控制模块,并根据各模块的实现原理和实现方法完成了逻辑的仿真分析和硬件实现。（2）完成了数字化多道脉冲幅度分析器的硬件逻辑电路设计和PCB电路板制作,把主要的核脉冲信号处理逻辑都放在了FPGA内部来实现。（3）模块设计过程中用到了Matlab/Simulink仿真平台、DSP Builder系统级模型开发工具包、Cypress-USB开发工具包、QuartusII集成开发软件环境,做到了软件仿真和系统实现的一体化设计。（4）设计完成后,以NaI（Tl）探测器作为前端模拟核信号处理单元...
【文章来源】：东华理工大学江西省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外发展及应用现状
1.2.1 国内外发展现状
1.2.2 核仪器应用现状
1.3 主要研究内容及章节安排
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 论文章节安排
1.4 创新点或技术突破点
1.5 系统技术指标
1.6 研究课题来源
2 核辐射检测技术原理
2.1 核辐射物理基础
2.2 核辐射与物质作用原理
2.3 常见核辐射探测器结构及工作原理
2.4 NaI(Tl)γ能谱仪检测原理
2.5 本章小结
3 多道脉冲幅度分析器系统原理
3.1 放射性信号中的噪声分析
3.2 放射性信号的统计特点
3.3 多道脉冲幅度分析器设计原理
3.3.1 模拟多道脉冲幅度分析器
3.3.2 数字多道脉冲幅度分析器
3.4 设计方案论证
3.5 关键技术原理分析
3.5.1 数字滤波成形
3.5.2 数字基线估计
3.5.3 堆积判弃
3.5.4 幅度提取
3.5.5 谱线数据存储
3.6 本章小结
4 数字多道脉冲幅度分析器硬件设计
4.1 硬件设计环境简介
4.2 高速ADC模数转换电路
4.3 FPGA信号处理电路
4.4 USB通信接口电路
4.5 系统电源电路
4.6 本章小结
5 数字多道脉冲幅度分析器算法设计
5.1 软件设计环境简介
5.1.1 QuartusII集成开发环境
5.1.2 硬件描述语言简介
5.1.3 Matlab/Simulink开发平台简介
5.2 A/D转换控制逻辑
5.3 梯形成形逻辑
5.4 堆积判弃逻辑
5.5 基线估计算法逻辑
5.6 幅值提取算法逻辑
5.7 谱线成形及存储逻辑
5.8 USB2.0 通信控制逻辑
5.8.1 通信系统NoisII软核设计
5.8.2 USB固件代码编写
5.9 本章小结
6 系统实现与测试
6.1 系统实现
6.2 系统功能测试
6.2.1 梯形成形算法功能测试
6.2.2 峰值提取算法功能测试
6.2.3 USB2.0 通信功能测试
6.3 系统性能测试
6.3.1 系统能量分辨率测试
6.3.2 系统能量线性测试
6.3.3 系统稳定性测试
6.4 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
附录：在攻读学位期间取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国第一所“核高校”诞生[J]. 党史纵览. 2018(10)
[2]新型数字多道脉冲幅度分析器设计[J]. 李京伦,肖无云,艾宪芸,张羽中,陈晔. 核电子学与探测技术. 2018(03)
[3]Multisim在核电子学虚拟仿真实验中的应用[J]. 杨强,刘军,翟娟,张庆贤,刘秋实. 实验室研究与探索. 2018(05)
[4]核信号高斯与梯形数字成形方法仿真及其评价[J]. 任印权,何剑锋,周世融,叶志翔,阳深. 核电子学与探测技术. 2018(01)
[5]基于FPGA的核信号脉冲幅度提取的仿真与验证[J]. 高永涛,李福龙,陈俊松. 科技广场. 2017(02)
[6]数字化能谱获取中梯形成形研究[J]. 刘寅宇,王玉东,周荣,杨朝文. 核技术. 2017(02)
[7]An inversion decomposition test based on Monte Carlo response matrix on the γ-ray spectra from NaI（Tl） scintillation detector[J]. Jian-Feng He,Qi-Fan Wu,Jian-Ping Cheng,Fang Fang,Yao-Zong Yang,Jin-Hui Qu. Nuclear Science and Techniques. 2016(04)
[8]梯形成形算法中成形参数与成形脉冲波形关系研究[J]. 洪旭,倪师军,周建斌,喻杰,马英杰,刘易. 核电子学与探测技术. 2016(02)
[9]基于FPGA的高速峰值检测[J]. 何艳,张流强,张建,石亚星,罗小丽. 核电子学与探测技术. 2016(01)
[10]基于FPGA脉冲幅度分析器的数字化基线估计方法[J]. 李伟男,杨朝文,周荣. 核技术. 2015(06)
博士论文
[1]多用途环境监测γ谱仪系统研究[D]. 徐静.中国地质大学(北京) 2018
[2]微弱核信号检测及核素识别方法与实验研究[D]. 张江梅.中国科学技术大学 2017
[3]智能高放射性仿核信号发生器系统的研究[D]. 余国刚.成都理工大学 2017
[4]低能量分辨率γ能谱数据解析方法研究[D]. 何剑锋.成都理工大学 2013
[5]数字化核能谱获取系统的研究[D]. 张软玉.四川大学 2006
硕士论文
[1]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器设计[D]. 孙超.东北师范大学 2018
[2]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器设计与实现[D]. 张统世.东华理工大学 2015
[3]基于TMS320F2812的高速多道脉冲幅度分析器设计[D]. 唐小峰.东北师范大学 2015
[4]基于FPGA和STM32的数字化多道脉冲幅度分析器设计[D]. 卢圣才.成都理工大学 2013
[5]基于多领域联合仿真的磁流变减振器设计[D]. 向洋.电子科技大学 2013
[6]基于FPGA的多道脉冲幅度分析器研究[D]. 高嵩.哈尔滨工程大学 2012
[7]NaI（Tl）便携式γ谱仪研制[D]. 杨彬华.南华大学 2011
本文编号：3286224
【文章来源】：东华理工大学江西省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外发展及应用现状
1.2.1 国内外发展现状
1.2.2 核仪器应用现状
1.3 主要研究内容及章节安排
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 论文章节安排
1.4 创新点或技术突破点
1.5 系统技术指标
1.6 研究课题来源
2 核辐射检测技术原理
2.1 核辐射物理基础
2.2 核辐射与物质作用原理
2.3 常见核辐射探测器结构及工作原理
2.4 NaI(Tl)γ能谱仪检测原理
2.5 本章小结
3 多道脉冲幅度分析器系统原理
3.1 放射性信号中的噪声分析
3.2 放射性信号的统计特点
3.3 多道脉冲幅度分析器设计原理
3.3.1 模拟多道脉冲幅度分析器
3.3.2 数字多道脉冲幅度分析器
3.4 设计方案论证
3.5 关键技术原理分析
3.5.1 数字滤波成形
3.5.2 数字基线估计
3.5.3 堆积判弃
3.5.4 幅度提取
3.5.5 谱线数据存储
3.6 本章小结
4 数字多道脉冲幅度分析器硬件设计
4.1 硬件设计环境简介
4.2 高速ADC模数转换电路
4.3 FPGA信号处理电路
4.4 USB通信接口电路
4.5 系统电源电路
4.6 本章小结
5 数字多道脉冲幅度分析器算法设计
5.1 软件设计环境简介
5.1.1 QuartusII集成开发环境
5.1.2 硬件描述语言简介
5.1.3 Matlab/Simulink开发平台简介
5.2 A/D转换控制逻辑
5.3 梯形成形逻辑
5.4 堆积判弃逻辑
5.5 基线估计算法逻辑
5.6 幅值提取算法逻辑
5.7 谱线成形及存储逻辑
5.8 USB2.0 通信控制逻辑
5.8.1 通信系统NoisII软核设计
5.8.2 USB固件代码编写
5.9 本章小结
6 系统实现与测试
6.1 系统实现
6.2 系统功能测试
6.2.1 梯形成形算法功能测试
6.2.2 峰值提取算法功能测试
6.2.3 USB2.0 通信功能测试
6.3 系统性能测试
6.3.1 系统能量分辨率测试
6.3.2 系统能量线性测试
6.3.3 系统稳定性测试
6.4 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
附录：在攻读学位期间取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国第一所“核高校”诞生[J]. 党史纵览. 2018(10)
[2]新型数字多道脉冲幅度分析器设计[J]. 李京伦,肖无云,艾宪芸,张羽中,陈晔. 核电子学与探测技术. 2018(03)
[3]Multisim在核电子学虚拟仿真实验中的应用[J]. 杨强,刘军,翟娟,张庆贤,刘秋实. 实验室研究与探索. 2018(05)
[4]核信号高斯与梯形数字成形方法仿真及其评价[J]. 任印权,何剑锋,周世融,叶志翔,阳深. 核电子学与探测技术. 2018(01)
[5]基于FPGA的核信号脉冲幅度提取的仿真与验证[J]. 高永涛,李福龙,陈俊松. 科技广场. 2017(02)
[6]数字化能谱获取中梯形成形研究[J]. 刘寅宇,王玉东,周荣,杨朝文. 核技术. 2017(02)
[7]An inversion decomposition test based on Monte Carlo response matrix on the γ-ray spectra from NaI（Tl） scintillation detector[J]. Jian-Feng He,Qi-Fan Wu,Jian-Ping Cheng,Fang Fang,Yao-Zong Yang,Jin-Hui Qu. Nuclear Science and Techniques. 2016(04)
[8]梯形成形算法中成形参数与成形脉冲波形关系研究[J]. 洪旭,倪师军,周建斌,喻杰,马英杰,刘易. 核电子学与探测技术. 2016(02)
[9]基于FPGA的高速峰值检测[J]. 何艳,张流强,张建,石亚星,罗小丽. 核电子学与探测技术. 2016(01)
[10]基于FPGA脉冲幅度分析器的数字化基线估计方法[J]. 李伟男,杨朝文,周荣. 核技术. 2015(06)
博士论文
[1]多用途环境监测γ谱仪系统研究[D]. 徐静.中国地质大学(北京) 2018
[2]微弱核信号检测及核素识别方法与实验研究[D]. 张江梅.中国科学技术大学 2017
[3]智能高放射性仿核信号发生器系统的研究[D]. 余国刚.成都理工大学 2017
[4]低能量分辨率γ能谱数据解析方法研究[D]. 何剑锋.成都理工大学 2013
[5]数字化核能谱获取系统的研究[D]. 张软玉.四川大学 2006
硕士论文
[1]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器设计[D]. 孙超.东北师范大学 2018
[2]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器设计与实现[D]. 张统世.东华理工大学 2015
[3]基于TMS320F2812的高速多道脉冲幅度分析器设计[D]. 唐小峰.东北师范大学 2015
[4]基于FPGA和STM32的数字化多道脉冲幅度分析器设计[D]. 卢圣才.成都理工大学 2013
[5]基于多领域联合仿真的磁流变减振器设计[D]. 向洋.电子科技大学 2013
[6]基于FPGA的多道脉冲幅度分析器研究[D]. 高嵩.哈尔滨工程大学 2012
[7]NaI（Tl）便携式γ谱仪研制[D]. 杨彬华.南华大学 2011
本文编号：3286224
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