HIRFL CSR外靶实验T0探测器读出中的TDC技术研究
发布时间：2022-01-06 08:31
重离子物理是原子核物理研究的重要领域,重离子加速器是进行重离子物理研究的最重要实验装置之一。兰州重离子加速器（Heavy Ion Research Facility in Lanzhou, HIRFL）是我国规模最大的重离子实验装置,建成以来,取得了如新核素合成,原子核质量测量,癌症治疗等重大科研成果,使我国跻身重离子物理研究的国际先进行列。HIRFL冷却储存环（Cooling Storage Ring, CSR）外靶实验主要研究方向为核物质状态方程研究,放射性束物理研究以及超核研究。TO探测器是CSR外靶实验中的重要组成部分,其由一系列多气隙电阻板室（Multi-gap Resistive Plate Chamber, MRPC）组成。TO探测器位于外靶实验装置的最前端,放射性束流打靶后产生的带电粒子通过MRPC,与MRPC内部的工作气体发生相互作用,从而产生探测器信号,通过对MRPC探测器信号进行高精度时间测量,可得到放射性束流打把的时间信息,从而为其他的子探测器系统提供精确的时间起点。本论文针对CSR外靶实验TO探测器的性能指标与应用需求,进行了时间数字变换技术的研究,并具体实现...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 HIRFL CSR外靶实验
1.2 外靶实验T0探测器系统
1.3 本章小结
参考文献
第二章 物理实验中的时间数字变换技术
2.1 模拟型TDC技术
2.1.1 TAC+ADC型TDC
2.1.2 Wilkinson型TDC
2.2 数字型TDC技术
2.2.1 flash型TDC
2.2.1.1 最基本的flash型TDC
2.2.1.2 采用延时锁定环(Delay-Locked Loop,DLL)的flash型TDC
2.2.2 Vernier TDC
2.2.2.1 基本的Vernier TDC
2.2.2.2 Vernier延时链(Delay Line)TDC
2.2.3 Σ-△ TDC
2.2.4 流水线(Pipeline)型TDC
2.2.5 逐次逼近(Successive Approximation)型TDC
2.2.6 脉冲收缩(Pulse-Shrinking)型TDC
2.3 基于FPGA的TDC
2.3.1 时钟分相位FPGA TDC
2.3.2 脉冲收缩(Pulse Shrinking)FPGA TDC
2.3.3 级联延时链(Tapped Delay Line,TDL)FPGA TDC
2.3.4 Vernier FPGA TDC
2.3.5 Vernier延时链(Vernier Delay Line,VDL)FPGA TDC
2.3.6 Wave Union FPGA TDC
2.4 本章小结
参考文献
第三章 T0探测器时间数字变换模块设计
3.1 设计方案与整体结构
3.2 关键电路的实现
3.2.1 时间测量模块
3.2.1.1 单通道双沿时间测量的基本原理
3.2.1.2 单通道双沿时间测量的具体实现
3.2.2 自触发及触发匹配模块
3.2.2.1 CSR外靶实验触发电子学系统结构
3.2.2.2 T0探测器时间数字变换模块自触发及触发匹配模块设计
3.2.3 时钟模块
3.2.4 数据传输模块
3.3 本章小结
参考文献
第四章 数字变换模块测试
4.1 时间数字变换性能测试
4.1.1 测试板设计
4.1.2 测试平台
4.1.3 非线性测试
4.1.4 时间精度测试
4.1.4.1 时间测量精度的理论分析
4.1.4.2 时间测量精度的测试结果
4.2 自触发与触发匹配功能测试
4.2.1 自触发模块功能测试
4.2.2 触发匹配模块功能测试
4.3 本章小结
参考文献
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
攻读学位期间发表及待发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]兰州重离子加速器研究装置HIRFL[J]. 夏佳文,詹文龙,魏宝文,原有进,赵红卫,杨建成,石健,盛丽娜,杨维青,冒立军. 科学通报. 2016(Z1)
[2]A low dead time vernier delay line TDC implemented in an actel flash-based FPGA[J]. QIN Xi,FENG Changqing,ZHANG Deliang,ZHAO Lei,LIU Shubin,AN Qi. Nuclear Science and Techniques. 2013(04)
[3]粒子物理实验中的精密时间间隔测量[J]. 安琪. 核技术. 2006(06)
博士论文
[1]HIRFL-CSR外靶实验的数据传输和触发判选研究[D]. 康龙飞.中国科学技术大学 2014
本文编号：3572127
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 HIRFL CSR外靶实验
1.2 外靶实验T0探测器系统
1.3 本章小结
参考文献
第二章 物理实验中的时间数字变换技术
2.1 模拟型TDC技术
2.1.1 TAC+ADC型TDC
2.1.2 Wilkinson型TDC
2.2 数字型TDC技术
2.2.1 flash型TDC
2.2.1.1 最基本的flash型TDC
2.2.1.2 采用延时锁定环(Delay-Locked Loop,DLL)的flash型TDC
2.2.2 Vernier TDC
2.2.2.1 基本的Vernier TDC
2.2.2.2 Vernier延时链(Delay Line)TDC
2.2.3 Σ-△ TDC
2.2.4 流水线(Pipeline)型TDC
2.2.5 逐次逼近(Successive Approximation)型TDC
2.2.6 脉冲收缩(Pulse-Shrinking)型TDC
2.3 基于FPGA的TDC
2.3.1 时钟分相位FPGA TDC
2.3.2 脉冲收缩(Pulse Shrinking)FPGA TDC
2.3.3 级联延时链(Tapped Delay Line,TDL)FPGA TDC
2.3.4 Vernier FPGA TDC
2.3.5 Vernier延时链(Vernier Delay Line,VDL)FPGA TDC
2.3.6 Wave Union FPGA TDC
2.4 本章小结
参考文献
第三章 T0探测器时间数字变换模块设计
3.1 设计方案与整体结构
3.2 关键电路的实现
3.2.1 时间测量模块
3.2.1.1 单通道双沿时间测量的基本原理
3.2.1.2 单通道双沿时间测量的具体实现
3.2.2 自触发及触发匹配模块
3.2.2.1 CSR外靶实验触发电子学系统结构
3.2.2.2 T0探测器时间数字变换模块自触发及触发匹配模块设计
3.2.3 时钟模块
3.2.4 数据传输模块
3.3 本章小结
参考文献
第四章 数字变换模块测试
4.1 时间数字变换性能测试
4.1.1 测试板设计
4.1.2 测试平台
4.1.3 非线性测试
4.1.4 时间精度测试
4.1.4.1 时间测量精度的理论分析
4.1.4.2 时间测量精度的测试结果
4.2 自触发与触发匹配功能测试
4.2.1 自触发模块功能测试
4.2.2 触发匹配模块功能测试
4.3 本章小结
参考文献
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
攻读学位期间发表及待发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]兰州重离子加速器研究装置HIRFL[J]. 夏佳文,詹文龙,魏宝文,原有进,赵红卫,杨建成,石健,盛丽娜,杨维青,冒立军. 科学通报. 2016(Z1)
[2]A low dead time vernier delay line TDC implemented in an actel flash-based FPGA[J]. QIN Xi,FENG Changqing,ZHANG Deliang,ZHAO Lei,LIU Shubin,AN Qi. Nuclear Science and Techniques. 2013(04)
[3]粒子物理实验中的精密时间间隔测量[J]. 安琪. 核技术. 2006(06)
博士论文
[1]HIRFL-CSR外靶实验的数据传输和触发判选研究[D]. 康龙飞.中国科学技术大学 2014
本文编号：3572127
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3572127.html
