基于PXIE的数字化多通道分时脉冲幅度分析电子学系统研究
发布时间：2021-02-26 20:06
随着人类工业发展对能源的需求量越来越大,而清洁的可再生能源利用率占比并不高,聚变核能作为一种新型清洁能源,在国际上深受各国的广泛关注。在聚变核能的研究和利用过程中,如何保证长时期的安全稳定运行,就需要一整套诊断系统来监控聚变运行的各种状态,包括等离子体温度测量,等离子体密度测量,等离子体位形测量,磁测量,光谱测量,辐射测量等等。其中,硬X射线诊断系统是测量聚变等离子体运行过程中辐射的硬X射线参数,从而研究快速电子行为,低杂波（LHW）沉积和驱动效果等物理特性。而该项诊断最核心的电子学测量技术就是多通道脉冲幅度分析技术,该技术被广泛运用到核能谱测量仪中。随着数字化和半导体技术的蓬勃发展,核测量技术也在不断的更新换代。多通道脉冲幅度分析器逐步由模拟化向数字化发展,数字化多通道脉冲幅度分析仪不仅硬件电路结构更加简单,并且其精度和灵敏度也逐渐提高,成为国内外研究的热点。先进实验超导托卡马克装置（EAST）是国内最先进的核聚变研究平台,在世界聚变研究领域也具有重要地位。随着聚变研究的不断发展,在EAST装置的硬X射线诊断中,对能谱测量的精度、时间分辨率、通道数以及数据传输协议等方面均已不满足高参...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EAST实验装置
绪论3类信号的数量，输入脉冲的幅度分布谱只需要测量一次就可以取得[13-14]。EAST实验装置经过不断升级改进，其实验放电时间也在不断增加。传统模拟多道脉冲幅度分析仪的能量分辨率，时间分辨率和通道数已经无法满足EAST对硬X射线能谱诊断的升级要求。传统模拟多道脉冲幅度分析仪通常采用比较阈值进行脉冲幅度甄别，再进行放大滤波成形，基线恢复，堆积判弃，脉冲信号峰值保持等一系列处理，不但电路设计难度大，开发时间长，成本高，而且存在死时间长等问题[15]。随着集成电路技术和数字电子技术的快速发展，各种数字化器件成为发展新趋势。从20世纪90年代，数字化多通道脉冲幅度分析仪逐渐取代传统模拟多通道脉冲幅度分析仪。目前，市场上大多商用数字化多通道脉冲幅度分析仪是基于USB（通用串行总线）或NIM（核仪器模块）架构，例如（1）MIRION公司生产的MultiportII多通道分析仪[16]采用双宽度NIM结构，通过标准的USB端口或标准以太网端口（非屏蔽双绞线）与PC端连接,如图1.2所示。图1.2MultiportII多通道分析仪实物图Fig1.2MultiportIIMulti-channelAnalyzer（2）意大利CAEN公司生产的HEXAGON数字多通道分析仪[17]是一款高精度32kMCA，具有单输入和双输入通道版本。通讯连接以10/100T以太网和USB2.0接口为主，如图1.3所示。
合肥工业大学专业硕士研究生学位论文4图1.3HEXAGON数字多通道分析仪实物图Fig1.3HEXAGONMulti-channelAnalyzer（3）美国AMETEKORTEC公司的ASPEC-927[18]是一种经济的双输入多通道分析仪系统，每个ASPEC-927均采用单宽度NIM机箱提供，通过标准USB-2.0接口连接到主机，并包含MAESTRO仿真软件。符合USB-2.0数据传输速度的单台计算机可以使用USB-2.0集线器控制多个设备，如图1.4所示。图1.4ASPEC-927多道分析仪Fig1.4ASPEC-927Multi-channelAnalyzer（4）FASTComTec公司生产的MCA4系列的多通道分析仪[19]具有最高64k分辨率，1-4个输入通道可选，通讯方式以USB通讯接口为主，如图1.5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]核脉冲信号滤波成形电路的数字化研究[J]. 张怀强,颜苗苗,刘进洋. 核技术. 2019(07)
[2]Development of a fast electron bremsstrahlung diagnostic system based on LYSO and silicon photomultipliers during lower hybrid current drive for tokamak[J]. 范伟伟,郑博文,曹靖,唐世彪,杨青蔚,阴泽杰. Plasma Science and Technology. 2019(06)
[3]数字核脉冲信号高斯成形方法实现与对比分析[J]. 李卓岱,张怀强,刘进洋,颜苗苗. 核技术. 2019(06)
[4]A novel compact Tokamak Hard X-ray diagnostic detector[J]. 曹靖,蒋春雨,赵艳凤,杨青巍,阴泽杰. Nuclear Science and Techniques. 2015(06)
[5]数字多道脉冲幅度分析器测试技术研究[J]. 梁卫平,肖无云,李京伦,张羽中. 核电子学与探测技术. 2014(02)
[6]CdTe探测器对EAST托卡马克中20–200keV硬X射线测量[J]. 席莹,林士耀,胡立群,徐立清,张继宗. 核技术. 2013(02)
[7]基于C8051F060的多道脉冲幅度分析器的设计[J]. 周国家,庹先国,成毅. 核电子学与探测技术. 2011(12)
[8]NaI谱仪数字稳谱方法设计[J]. 敖奇,魏义祥,屈建石. 核电子学与探测技术. 2009(01)
[9]基于FPGA的数字化核脉冲幅度分析器[J]. 肖无云,梁卫平,邵建辉,王善强,艾宪芸,史志兰. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[10]模数转换技术的分析与应用[J]. 蒋臻. 电子与封装. 2007(03)
博士论文
[1]EAST高约束等离子体边界局域模输运行为实验研究[D]. 赵楠.大连理工大学 2017
[2]基于在线数字滤波技术的数字化核能谱仪研究[D]. 谢树欣.中国科学技术大学 2009
[3]基于FPGA的便携式数字核谱仪研制[D]. 覃章健.成都理工大学 2008
硕士论文
[1]基于PXIe的软X射线相机多通道数据采集系统设计[D]. 宋亚杰.合肥工业大学 2019
[2]基于FPGA的PCIE多路高速数据采集系统的设计[D]. 王帅.济南大学 2017
[3]全并行—逐次逼近混合型模数转换器的设计与研究[D]. 余文成.合肥工业大学 2017
[4]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器研究与数字γ谱仪初步开发[D]. 刘华.东华理工大学 2016
[5]实时信号分析仪中PXIE高速接口的设计与实现[D]. 王荣华.电子科技大学 2014
[6]基于PXIe总线的高速串行背板设计[D]. 李海南.电子科技大学 2013
[7]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
[8]基于LabVIEW的高速数据采集系统的软硬件设计[D]. 王力.南京理工大学 2013
[9]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器的研制[D]. 邹伟.成都理工大学 2012
本文编号：3053103
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EAST实验装置
绪论3类信号的数量，输入脉冲的幅度分布谱只需要测量一次就可以取得[13-14]。EAST实验装置经过不断升级改进，其实验放电时间也在不断增加。传统模拟多道脉冲幅度分析仪的能量分辨率，时间分辨率和通道数已经无法满足EAST对硬X射线能谱诊断的升级要求。传统模拟多道脉冲幅度分析仪通常采用比较阈值进行脉冲幅度甄别，再进行放大滤波成形，基线恢复，堆积判弃，脉冲信号峰值保持等一系列处理，不但电路设计难度大，开发时间长，成本高，而且存在死时间长等问题[15]。随着集成电路技术和数字电子技术的快速发展，各种数字化器件成为发展新趋势。从20世纪90年代，数字化多通道脉冲幅度分析仪逐渐取代传统模拟多通道脉冲幅度分析仪。目前，市场上大多商用数字化多通道脉冲幅度分析仪是基于USB（通用串行总线）或NIM（核仪器模块）架构，例如（1）MIRION公司生产的MultiportII多通道分析仪[16]采用双宽度NIM结构，通过标准的USB端口或标准以太网端口（非屏蔽双绞线）与PC端连接,如图1.2所示。图1.2MultiportII多通道分析仪实物图Fig1.2MultiportIIMulti-channelAnalyzer（2）意大利CAEN公司生产的HEXAGON数字多通道分析仪[17]是一款高精度32kMCA，具有单输入和双输入通道版本。通讯连接以10/100T以太网和USB2.0接口为主，如图1.3所示。
合肥工业大学专业硕士研究生学位论文4图1.3HEXAGON数字多通道分析仪实物图Fig1.3HEXAGONMulti-channelAnalyzer（3）美国AMETEKORTEC公司的ASPEC-927[18]是一种经济的双输入多通道分析仪系统，每个ASPEC-927均采用单宽度NIM机箱提供，通过标准USB-2.0接口连接到主机，并包含MAESTRO仿真软件。符合USB-2.0数据传输速度的单台计算机可以使用USB-2.0集线器控制多个设备，如图1.4所示。图1.4ASPEC-927多道分析仪Fig1.4ASPEC-927Multi-channelAnalyzer（4）FASTComTec公司生产的MCA4系列的多通道分析仪[19]具有最高64k分辨率，1-4个输入通道可选，通讯方式以USB通讯接口为主，如图1.5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]核脉冲信号滤波成形电路的数字化研究[J]. 张怀强,颜苗苗,刘进洋. 核技术. 2019(07)
[2]Development of a fast electron bremsstrahlung diagnostic system based on LYSO and silicon photomultipliers during lower hybrid current drive for tokamak[J]. 范伟伟,郑博文,曹靖,唐世彪,杨青蔚,阴泽杰. Plasma Science and Technology. 2019(06)
[3]数字核脉冲信号高斯成形方法实现与对比分析[J]. 李卓岱,张怀强,刘进洋,颜苗苗. 核技术. 2019(06)
[4]A novel compact Tokamak Hard X-ray diagnostic detector[J]. 曹靖,蒋春雨,赵艳凤,杨青巍,阴泽杰. Nuclear Science and Techniques. 2015(06)
[5]数字多道脉冲幅度分析器测试技术研究[J]. 梁卫平,肖无云,李京伦,张羽中. 核电子学与探测技术. 2014(02)
[6]CdTe探测器对EAST托卡马克中20–200keV硬X射线测量[J]. 席莹,林士耀,胡立群,徐立清,张继宗. 核技术. 2013(02)
[7]基于C8051F060的多道脉冲幅度分析器的设计[J]. 周国家,庹先国,成毅. 核电子学与探测技术. 2011(12)
[8]NaI谱仪数字稳谱方法设计[J]. 敖奇,魏义祥,屈建石. 核电子学与探测技术. 2009(01)
[9]基于FPGA的数字化核脉冲幅度分析器[J]. 肖无云,梁卫平,邵建辉,王善强,艾宪芸,史志兰. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[10]模数转换技术的分析与应用[J]. 蒋臻. 电子与封装. 2007(03)
博士论文
[1]EAST高约束等离子体边界局域模输运行为实验研究[D]. 赵楠.大连理工大学 2017
[2]基于在线数字滤波技术的数字化核能谱仪研究[D]. 谢树欣.中国科学技术大学 2009
[3]基于FPGA的便携式数字核谱仪研制[D]. 覃章健.成都理工大学 2008
硕士论文
[1]基于PXIe的软X射线相机多通道数据采集系统设计[D]. 宋亚杰.合肥工业大学 2019
[2]基于FPGA的PCIE多路高速数据采集系统的设计[D]. 王帅.济南大学 2017
[3]全并行—逐次逼近混合型模数转换器的设计与研究[D]. 余文成.合肥工业大学 2017
[4]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器研究与数字γ谱仪初步开发[D]. 刘华.东华理工大学 2016
[5]实时信号分析仪中PXIE高速接口的设计与实现[D]. 王荣华.电子科技大学 2014
[6]基于PXIe总线的高速串行背板设计[D]. 李海南.电子科技大学 2013
[7]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
[8]基于LabVIEW的高速数据采集系统的软硬件设计[D]. 王力.南京理工大学 2013
[9]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器的研制[D]. 邹伟.成都理工大学 2012
本文编号：3053103
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