基于高采样率的实时核信号数字采集技术研究

发布时间：2020-07-22 08:06

【摘要】：核信号的采集是核安全及核燃料的监测,核物理、高能物理、重离子物理等基础研究以及核技术应用等领域获取核信息的关键。与模拟核信号处理相比,数字核信号处理,是利用模数转换器(ADC),对核探测器输出信号进行离散化操作后,再进行相关的数字信号处理的技术。核信号数字处理技术,以其稳定性高和灵活性强等特性,正逐渐取代模拟核信号处理技术,已经成为核仪器的发展方向。核脉冲的高速采样,能实现微秒级别核脉冲信号的详细提取,是进行高频窄脉冲信号处理的必要前提,也是实现堆积脉冲分离、高精度能谱测量、脉冲甄别和提高脉冲处理能力的关键。因此,核信号的高速采样,对增强数字核仪器的分析能力具有重要的作用。本论文着眼于核信号的高速采样和数字信号处理的研究。通过对核信号的可控放大,高速信号采集和微控制器数据传输等技术的应用,设计了基于FPGA的核信号采集平台,并在该平台上实现了对实时核信号的100MSPS高速采样和实时核数据处理。本研究选用了最大采样频率达105MSPS的ADC实现核信号的数字化操作;一般的微控制器是不能完成高频数字信号的接收和实时处理,因此在设计中,采用了具有并行处理能力的FPGA芯片,来实现高速数据的接收,并进行数字核信号的FIR滤波处理;为了简化接口的开发过程,增加数据采集板的可扩展性,采用了一款带ARM核的单片机作为数据采集板的控制中枢,实现对核数据的接收和发送操作;选用SPI总线作为FPGA和MCU的通讯方式,实现核数据的传输;同时利用微控制器的USB接口开发了USB转串口程序,实现了MCU和上位机的串口通讯。课题初步测试结果表明,课题的核信号采集平台设计合理,技术路线正确,课题能够实现对实测Φ75*75 NaI(Tl)闪烁体探测器输出137Cs核信号的实时信号采集和存储,且实现了实时FIR滤波,并最终获得了实时能谱数据,达到了高速采样,实时处理的目的。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL82
【图文】：

2.2 核脉冲信号的特征探测器输出核信号，一般要经过相关处理电路后，才会进行后续的操作。如图2-1所示，处理电路一般包含前置放大器、主放大器和其它的核信号处理电路。前置放大电路能够实现：（1）将探测器的输出转换为特征信号（能量或者时间信

电荷灵敏前置放大器

电荷灵敏前置放大器输出波形

【参考文献】

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1 周建斌;王敏;周伟;朱星;刘易;陈宝;鲁保平;岳爱忠;秦力;何绪新;;实时核信号数字化脉冲成形关键技术研究[J];原子能科学技术;2014年02期

本文编号：2765541