基于FPGA的CZT核探测器的数据采集系统

发布时间：2021-10-20 20:37

　　随着半导体制作工艺的技术的不断发展，碲锌镉（CdZnTe）材料的制作工艺的逐步成熟，CZT材料具备优越于其他核探测器的许多性能凸显出来，使得采用CZT材料制作成理想的高分辨率核探测器变成可能。在室温核探测领域特别是在对高能射线探测的领域，CZT核探测器是最近一二十年研究的热点。对CZT核探测器的研究主要是在：对CZT材料生长的研究、对CZT电极的研究和对CZT读出电路系统的研究。本文初步研究了CZT核探测器的读出系统，主要分两个部分：前端模拟电路部分以及数字能谱处理部分。在模拟电路部分本文首先分析、研究了电荷灵敏前置放大器。对国内常采用的分离器件的电荷灵敏前置放大器进行了简单的理论分析和电路仿真。针对高压和偏置电阻上的噪声，设计并提出了两种消除电源噪声以及偏置电阻热噪声的电路，并对其进行了仿真与实验测试。然后，对信号调理电路各个部分进行了理论分析、电路设计、电路仿真以及简单的实验测试，主要包括极零相消、高斯成型以及基线恢复电路。针对各电路模块出现的问题提出了一些解决措施。本文采用的电路仿真软件是ORCAD Capture和NI公司的仿真软件Multisim10.1。最后，制作了模拟部分... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究的背景
    1.2 CZT 探测器的国内外现状
        1.2.1 CZT 材料方面
        1.2.2 探测器应用方面
        1.2.3 国外 CZT 阵列探测器现状
        1.2.4 国内 CZT 探测器现状
        1.2.5 CZT 读出电路的现状
    1.3 课题的学术和实际意义
    1.4 本文所作的主要工作以及本文的结构
2 CZT 探测理论以及电路的总体框架设计
    2.1 CZT 探测器理论
        2.1.1 探测器种类及 CZT 探测原理
        2.1.2 探测器系统的分辨率
    2.2 电路的总体框图设计
3 电荷灵敏前置放大器的设计
    3.1 电荷灵敏前置放大器的种类
    3.2 电荷灵敏前置放大器的原理及噪声分析
    3.3 电荷灵敏前置放大器的仿真与平均计数率的分析
    3.4 电荷灵敏前置放大器的设计
        3.4.1 消除电源噪声的差分设计
        3.4.2 JFET 输入形式的差分设计
        3.4.3 像素探测器的电荷灵敏前置放大器的选择
    3.5 本章小结
4 核脉冲信号调理电路设计、仿真及测试
    4.1 极零相消电路
    4.2 S-K 高斯成型电路设计
        4.2.1 S-K 高斯成型电路的原理及仿真
        4.2.2 高斯成型电路的实验测试
    4.3 基线恢复电路
        4.3.1 有源 CD 基线恢复器
        4.3.2 CDD 基线恢复器
        4.3.3 Quasi-ideal 基线恢复器
        4.3.4 反馈式基线恢复器
    4.4 本章小结
5 模拟前端仿真及实验测试
    5.1 模拟前端仿真
    5.2 实验验证
    5.3 本章小结
6 多道幅度分析仪模块设计
    6.1 峰值检测电路
        6.1.1 峰值检测电路原理
        6.1.2 峰值检测仿真
    6.2 甄别电路硬件设计与仿真
    6.3 A/D 模数转换器的选择
    6.4 多道脉冲幅度分析仪系统的软件设计
        6.4.1 软件系统功能模块的划分
        6.4.2 甄别信号控制模块软件设计
        6.4.3 A/D 及峰值检测模块软件设计
        6.4.4 存储器 RAM 读写控制以及自增一模块
        6.4.5 存储器 RAM 读出数据模块
        6.4.6 RAM 选择控制模块
        6.4.7 并串转换模块以及数据输出控制模块
        6.4.8 串口 RS232 的发送模块
        6.4.9 多道幅度分析仪软件系统仿真结果
    6.5 本章小结
7 总结与展望
致谢
参考文献
附录
    A. 作者在攻读学位期间发表的论文
    B. 多道模块的部分源程序


【参考文献】：
期刊论文
[1]信号采集中峰值检测电路的设计与实现[J]. 郭宗平,王厚军,戴志坚.  中国测试. 2011(03)
[2]室温核辐射CdZnTe像素探测器的研制[J]. 郭榕榕,介万奇,查钢强,王涛,徐亚东,郭庆真.  光电子.激光. 2011(05)
[3]基于CZT探测器的SPRD采集系统研究[J]. 王一鸣,魏义祥.  核电子学与探测技术. 2011(03)
[4]基于FPGA的数据采集系统的设计与实现[J]. 刘春雅,程旭,赵辉昌.  电子设计工程. 2011(01)
[5]基于USB2.0新型分时多道脉冲幅度分析系统研制[J]. 蒋连军,梁飞,唐世彪,梁平,晏骥,阴泽杰.  核电子学与探测技术. 2010(06)
[6]基于CdZnTe晶体的2×2像素阵列探测器研究[J]. 王玺,肖沙里,张流强,陈宇晓,曹玉琳,黎淼,沈敏,蔡欣,蒋建.  光电子.激光. 2010(05)
[7]CdZnTe探测器γ射线响应及稳定性研究[J]. 徐亚东,介万奇,何亦辉,查钢强,王涛,王军.  光电子.激光. 2010(03)
[8]FPGA在峰值检测中的应用[J]. 廖祖禹,黄建国,戴志坚.  测控技术. 2010(01)
[9]背散射成像系统的甄别级CZT探测器特性研究与应用[J]. 郝魁红,李炎钧,赵林,王化祥,丁洪林.  核技术. 2009(10)
[10]基于FPGA技术的多道能谱仪数据采集系统的设计[J]. 王秀琴.  分析仪器. 2009(03)



本文编号：3447563