基于FPGA的数字化伽马能谱测量系统

发布时间：2020-08-12 08:51

【摘要】：核能谱测量技术是研究核物理、重离子物理、高能物理及核应用技术的重要方法。伽马能谱测量作为核能谱测量的一种重要手段,在医学、生物、物理、化学、地质等领域得到广泛应用。传统的伽马能谱测量系统,通过对伽马射线探测器输出的脉冲信号进行滤波放大、脉冲成形、基线恢复、堆积判别、峰值保持和低速ADC采样等步骤,最后再生成能谱曲线。因ADC采样速率较低,系统测量死时间较大,难以实现高放射性环境下的能谱测量;同时因为经过模拟电路成形后的脉冲较宽,易造成信号堆积,且无法实现堆积脉冲分离等处理。近年来发展起来的数字化伽马能谱测量系统,可通过高速数字化处理芯片(如FPGA)和高速ADC直接对放大后的射线脉冲进行全脉冲采样,无需经过模拟电路的脉冲成形、基线恢复、堆积判别、峰值保持等处理,直接由高速数字化处理芯片实现类似功能,系统适应性和可移植性更强,但若探测器输入的射线脉冲较宽,仍无法实现高放射性环境下的能谱测量。论文拟利用高性能LaBr_3探测器,研究基于FPGA的数字化伽马能谱测量系统,实现高放射性环境下的伽马能谱测量。论文从伽马能谱测量的基本理论入手,分析了不同伽马射线探测器的优劣和数字多道脉冲幅度分析的原理,研究了伽马能谱测量中的脉冲数字高斯成形算法和梯形成形算法。并以此为基础,设计了一套基于FPGA的高速数字化伽马能谱测量系统,实现了对高性能LaBr_3探测器输入窄脉冲信号的全脉冲高速采样、阈值判别、数字成形、脉冲堆积识别与分离、成形后脉冲幅度提取、能谱曲线生成等处理,并将能谱曲线通过串口传给上位机进行能谱分析。论文通过研制的基于FPGA的高速数字化伽马能谱测量系统,对标准刻度源~(137)Cs进行了能谱测量与分析处理,验证了系统的能量分辨率性能;并通过对铀矿石样品、硝酸钍样品进行了能谱测量与分析实现了系统的能量线性刻度。同时论文通过利用东华理工大学的地下室铀矿标准刻度模型,实现了系统的探测效率刻度。并通过高含量铀矿模型验证了系统在高放射性环境下的性能。论文研究的基于FPGA的高速数字化伽马能谱测量系统,通过使用输出脉冲较窄的高性能LaBr_3探测器和基于FPGA的数字化成谱算法,解决了现有的数字化伽马能谱测量系统在高计数率下因脉冲堆积严重导致通过率低、能量分辨率差且无法实现脉冲的有效分离等难题。论文研究成果旨在为数字化伽马能谱测量技术的研究提供方法基础,为相应的系统研制提供技术基础,以满足数字化伽马能谱测量在高放射性环境的应用需求。
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL816.2

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 周伟;肖永江;周建斌;洪旭;赵祥;;核脉冲信号数字梯形成形方法[J];太赫兹科学与电子信息学报;2015年04期

2 华艳;朱祚缤;刘艺琴;罗小兵;;高纯锗探测器的效率刻度[J];核电子学与探测技术;2014年01期

3 王海涛;周建斌;谈扬宁;魏雄;;基于FPGA的伽马射线脉冲数字高斯成形算法研究[J];核电子学与探测技术;2013年11期

4 周伟;周建斌;雷家荣;杨宇川;张少华;朱星;刘易;;基于Sallen-Key滤波器的数字高斯成形方法的仿真[J];系统仿真学报;2013年01期

5 周清华;张软玉;李泰华;;基于MATLAB的数字化梯形滤波器的研究[J];核电子学与探测技术;2008年01期

6 陈亮;魏义祥;肖无云;;数字化谱仪系统极点识别算法应用与系统仿真[J];核电子学与探测技术;2008年01期

7 敖奇;魏义祥;文向阳;;基于DSP的数字化多道脉冲幅度分析器设计[J];核技术;2007年06期

8 周清华;张软玉;李泰华;;数字化核信号梯形成形滤波算法的研究[J];四川大学学报(自然科学版);2007年01期

9 肖无云,魏义祥,艾宪芸,敖奇;数字化多道脉冲幅度分析技术研究[J];核技术;2005年10期

10 肖无云,魏义祥,艾宪芸;数字化多道脉冲幅度分析中的梯形成形算法[J];清华大学学报(自然科学版);2005年06期

相关博士学位论文 前4条

1 罗晓亮;中子通量及能谱测量中关键技术研究[D];国防科学技术大学;2015年

2 王敏;数字核能谱测量系统中滤波与成形技术研究[D];成都理工大学;2011年

3 周伟;基于数字高斯成形技术的X荧光谱仪的研制[D];成都理工大学;2011年

4 张软玉;数字化核能谱获取系统的研究[D];四川大学;2006年

相关硕士学位论文 前8条

1 孙尚清;基于FPGA的数字多道脉冲幅度分析器[D];东华理工大学;2017年

2 李培培;数字核谱仪中核脉冲信号滤波与成形技术研究[D];西南科技大学;2017年

3 刘华;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];东华理工大学;2016年

4 何艳;基于FPGA的数字多道系统实现[D];重庆大学;2016年

5 张统世;基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器设计与实现[D];东华理工大学;2015年

6 焦波;数字式核谱测量系统的研究与实现[D];西南科技大学;2015年

7 殷经鹏;阵列NaI（Tl）探测器γ能谱合成方法研究[D];成都理工大学;2009年

8 王敏;基于ARM的核能谱数据采集系统的研究[D];成都理工大学;2006年

本文编号：2790316