二维中子探测器性能标定系统中控制系统技术研究

发布时间：2017-11-30 15:03

  本文关键词：二维中子探测器性能标定系统中控制系统技术研究

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【摘要】：中国散裂中子源工程(简称CSNS)位于东莞大朗镇,一期工程预计在2017~2018年完成。工程建成后,将跻身世界四大散裂中子源行列,在提升我国的原始创新能力、基础研究和应用研究方面起着重要的作用。高性能中子探测器是散裂中子源工程的关键设备。随着新一代中子科学装置性能的提高,以新型闪烁体和光电读出结构为基础的中子探测器近几年发展迅速,因此CSNS将使用一批基于掺杂6Li的ZnS(Ag)闪烁体的二维中子探测器。为了能够保证批量中子探测器应用的一致性,研制了二维中子探测器性能标定系统,本文主要讨论了标定系统中的电控系统。中子探测器中,中子与闪烁体作用产生光子,经波移光纤传输至光电倍增管阵列,将光信号变为电信号,进入电子学系统进行处理。本项目研究的目的是用模拟的脉冲光信号,对波移光纤以后环节性能参数进行自动标定,研究内容有:1)基于嵌入式系统STM32的核心控制器,该控制器通过FPGA芯片与智能脉冲信号发生器和二维平台控制部分接口,通过RS485总线与环境参数采集模块接口,通过TCP/IP与PC计算机接口;2)受核心控制器控制的频率、占空比、幅度可调的智能脉冲信号发生器,脉冲信号控制LD激光器产生脉冲光源信号。3)受核心控制器控制的二维移动平台,脉冲光源置于二维平台,通过光纤导入波移光纤传输介质。4)系统的实现,上位计算机(PC机)通过TCP/IP发出指令至核心控制器,控制二维平台运动、脉冲光源的产生,接收中子探测器中电子学系统的信号和环境参数信号并进行数据处理,自动对探测器(二维)有效位置的探测效率、空间分辨率、总计数率等参数性能进行标定。本文首先论述了二维中子探测器性能标定系统的必要性,提出了标定系统中控制系统的需求和性能要求,通过需求和性能要提出了系统的总体设计;然后分别论述了基于STM32的核心控制器的设计以及FPGA、TCP/IP、RS485等接口电路;论述了FPGA产生的脉冲信号和由DAC8512产生的模拟信号以及与模拟开关生成的频率、脉宽、幅度可调的脉冲电信号,经滤波后控制LD激光器产生脉冲光源信号的过程;论述了基于步进电机和磁栅尺反馈构成的二维移动平台的控制系统;最后论述了二维中子探测器标定控制系统的实现,经过系统运行测试,该控制系统满足设计要求。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;O571.53

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