基于SOPC的~3He管读出电子学系统的研制

发布时间：2020-05-28 10:01

【摘要】：中子以其不带电、穿透能力强的优势在探测和了解微观世界中起到重要作用。近年来,随着国内外中子技术应用范围的加深加广,中子探测的实验装置——中子粉末衍射谱仪成为世界各国科学家研究的热点。在中子粉末衍射谱仪系统中,为了获得物质的微观结构信息和运动状态,采用3He管作为二维位置灵敏探测器进行中子探测来记录散射出来的中子的位置及飞行时间,而3He管的后续读出电子学系统进行处理、保存和传送携带时间与位置信息的电信号。本文以项目“通用粉末衍射谱仪1英寸3He管读出电子学设备研制”为背景,利用可编程片上系统SOPC技术和光纤通信技术,设计了一种了基于SOPC的中子粉末衍射谱仪3He管读出电子学系统。在研究和剖析了国内外中子粉末衍射谱仪在电子学设备读取应用的基础上,设计了读出电子学系统,它的工作流程是:先经过前置放大器放大后,再经过滤波、成形、数字化等一系列处理,然后通过FPGA处理可以获得所需要的电荷及时间信息,并将获得的携带时间与位置信息的数据送到后续在线系统进行进一步具体的计算和解析,进而用户可由采集到得散射出来的中子的飞行时间和入射位置而得到被测物质的信息。其中系统在处理数据时使用高性能的FPGA,大大提高的数据的处理速度;而在传输获取的数据上采用光纤传输,利用光纤线路抗干扰、传输损耗低优点提高了系统读取信息的准确度和传输速度。本文主要内容是3He管读出电子学读出系统的各部分电路的结构的设计、研制和测试。首先设计了以FPGA为核心的数据采集模块、光模块等的硬件实现电路;其次在自顶向下的思想的指导下设计了AD数据采集控制器IP核并搭建的电子学读出系统的SOPC系统;最后下载到FPGA主板上通过逻辑分析仪上进行了在线时序测试并在Nios II IDE编写程序进行了运行调试。经过运行测试,该系统满足设计需求,是一套集数据采集、数据存储和数据传输的系统。
【图文】：

示意图,散裂中子源,示意图

图 1-1 中国散裂中子源系统示意图中子衍射技术年来，随着国内外中子技术应用范围的加深加广，中子探测的实验装置衍射谱仪成为世界各国科学家研究的热点。中子以其独有的优势成为在观世界时的宠儿。在研究物质的微观性质时，中子散射技术中的分支—术与X射线衍射是十分重要的两大研究工具[5]。中子散射的原理是：当通直器的中子束照射样品上时，与样品的原子核发生碰撞而进行散射，最连接的谱仪进行收集，研究员使用谱仪分析可知道散射出来的中子的能化进而计算获得物质的结构信息。在探索和研究一些具体的结构问题时仅可以同 X 射线衍射相互补充和配合使用，，而且中子衍射的探测效果比有利和更有效[6]；在中子衍射技术中，粉末衍射法具有全部晶体学和磁结

强子,小角,设计示意图,谱仪

中子结构分析的基本原理有：晶体结构分析、磁结构分析和小角散射。小角散射是指直射束附件的衍射，如图1-2所示的微型脉冲强子源的小角谱仪设计示意图[11]，其工作原理为：在质子加速器中产生的高速、高能量的质子去轰击重金属耙（如钨耙），其原子核被质子打碎后发生裂变而散射出通量短脉冲短的中子，在慢化器进行减速后由过滤器选择出单一波长的中子，接着经过准直器打到待测样品上后中子发生散射，散射出来中子由各个方向的谱仪进行接收和探测。散射后中子的位置信息通过二维位置灵敏探测器3He
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL817

【参考文献】