基于FPGA的反符合γ谱仪设计

发布时间：2021-04-25 20:01

　　在γ放射性测量中,天然本底和康普顿散射的影响,导致低活度核素检测困难,所以本文引入反符合测量方法加以改善。本设计采用Φ95×145×80mm环形NaI（Tl）晶体为反符合探测器,采用滨松的3英寸NaI（Tl）探测器作为主探测器。系统主要工作原理为:主探头输出端的核脉冲信号先经过信号调理及ADC采集,再与外围的反符合信号进行反符合甄别处理,甄别后的信号用于形成γ能谱。当主探测器采集到脉冲信号且外围环形探测器无信号时,FPGA才会将主探测器的脉冲信号保留,并对其进行数字核脉冲信号处理而得到能谱数据。本文采用XILINX公司的Spartan?-3E器件XC3S500E系列的FPGA为控制核心,反符合谱仪系统主要包括阻抗匹配电路、程控增益电路、放大滤波电路、高速ADC采集电路、反符合整形电路、FPGA数字信号处理电路及USB接口电路等。其中,FPGA数字信号处理硬件电路主要包括时钟模块、核信号采集与存储模块、反符合甄别模块、数字脉冲梯形成形模块、能谱成形及USB传输模块等。本文开发的软件主要功能包括:（1）γ能谱测量、（2）谱线绘图显示、（3）能量刻度、（4）效率刻度、（5）活度计算、（6）待... 

【文章来源】：成都理工大学四川省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 论文的章节安排
    本章小结
第2章 反符合测量原理
    2.1 天然放射性
    2.2 γ射线与物质的相互作用
        2.2.1 光电效应
        2.2.2 康普顿效应
        2.2.3 电子对效应
        2.2.4 三种效应方式的比较
    2.3 反符合测量原理
    本章小结
第3章 系统框架设计
    3.1 探测器的选择
    3.2 信号调理单元
    3.3 信号的高速采集
    3.4 数字信号处理单元
    3.5 USB通信接口
    本章小结
第4章 系统硬件设计
    4.1 电源管理系统
    4.2 探测器单元选型
    4.3 主信号调理电路
        4.3.1 电压跟随电路
        4.3.2 程控增益电路
        4.3.3 放大滤波电路
    4.4 高速ADC信号采集
    4.5 符合信号整形电路
        4.5.1 信号调理电路
        4.5.2 信号整形电路
    4.6 数字信号处理电路
    4.7 USB通信电路
    本章小结
第5章 FPGA数字信号处理硬件电路设计
    5.1 FPGA内部硬件设计
    5.2 数字时钟模块
    5.3 核信号采集与存储模块
    5.4 反符合甄别模块
        5.4.1 反符合甄别逻辑
        5.4.2 反符合甄别设计
    5.5 脉冲梯形成型模块
    5.6 能谱成型模块
        5.6.1 脉冲峰值提取
        5.6.2 RAM能谱成形
    5.7 USB传输模块
    本章小结
第6章 系统测试软件设计
    6.1 软件架构
    6.2 工作流程
    6.3 界面设计
    本章小结
第7章 系统测试及结论
    7.1 模拟电路信号测试
        7.1.1 主探测器信号测试
        7.1.2 反符合信号测试
        7.1.3 主信号与反符合信号测试
    7.2 本底测试与验证
        7.2.1 Geant4本底模拟
        7.2.2 本底测量
        7.2.3 本底抑制效果对比
    7.3 辐射测试
        7.3.1 探测器端面中心测试
        7.3.2 探测器侧面中间测试
        7.3.3 辐射测试对比
    本章小结
结论
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]井型NaI（Tl）γ谱仪放射性活度测量研究[J]. 郭晓清,杨巧玲,刁立军,陈细林,吕晓侠.  中国原子能科学研究院年报. 2015(00)
[2]反宇宙射线低本底γ谱仪测量装置应用[J]. 刁立军,姚顺和,孟军,陈细林.  中国原子能科学研究院年报. 2010(00)
[3]反符合方法对低本底高纯锗γ谱仪本底降低的实验研究[J]. 侯铁栋,刁立军.  中国原子能科学研究院年报. 2009(00)
[4]用反符合和热中子屏蔽降低γ谱仪本底[J]. 刁立军,侯铁栋,李玮,孟军.  核技术. 2010(07)
[5]数字技术在航空伽马能谱仪中的应用[J]. 曾国强,葛良全,熊盛青,倪卫冲,赖万昌.  物探与化探. 2010(02)
[6]一套低本底反康普顿HPGeγ谱仪系统积分本底的实验研究[J]. 周春林,徐振华,韩峰,徐从学.  核电子学与探测技术. 2008(02)
[7]HPGe低本底反康普顿γ谱仪[J]. 李建华,金惠民,刁立军,唐培家.  中国原子能科学研究院年报. 2003(00)
[8]通用反符合电路[J]. 马晓莉,苏弘.  核电子学与探测技术. 2001(01)
[9]两套低本底反康普顿HPGeγ谱仪技术指标的比较[J]. 韩峰,李天柁,周春林,过惠平,弟宇鸣.  核电子学与探测技术. 1999(05)
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博士论文
[1]肺部γ放射部内污染现场快速评估关键技术研究[D]. 王磊.成都理工大学 2013

硕士论文
[1]海水原位γ能谱快速检测方法初步研究[D]. 喻杰.成都理工大学 2017
[2]基于CLYC的中子-γ复合探测电子学系统设计[D]. 姚付良.成都理工大学 2017
[3]基于FPGA的小型γ成像仪器的设计[D]. 田正凯.成都理工大学 2014
[4]便携式肺部γ放射性内污染检测仪研制[D]. 王琳.成都理工大学 2014
[5]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
[6]基于FPGA的多道脉冲幅度分析器设计[D]. 李娇龙.成都理工大学 2012
[7]γ射线在塑料-NaI（T1）复合探测器中响应函数及探测效率的蒙特卡罗模拟[D]. 李湘栋.南华大学 2011
[8]NaI（Tl）便携式γ谱仪研制[D]. 杨彬华.南华大学 2011



本文编号：3160005