HPXe探测器数字多道系统研制及其基线漂移问题的算法修正

发布时间：2022-09-30 19:07

　　高压氙（HPXe）探测器是具有良好物理特性的高能量分辨率气体辐射探测器,工作温度范围广、抗辐照能力强、服役寿命长的特点使得HPXe探测器在工业应用中具有巨大潜力。但其屏栅结构的噪声敏感性对探测器信号基线造成严重影响,使得基线发生漂移,从而导致能谱测量失真,极大地限制了这类探测器的实际应用。针对这一现状,本文基于FPGA的数字信号处理技术设计并研制一套高能量分辨率的数字多道系统,并在该系统中加入了自调节参数的数学形态学基线恢复算法,实现了严重基线漂移情况下高能量分辨率能谱的稳定测量。主要的研究内容及成果如下:（1）开展了数字多道系统硬件电路的自主设计与研究。开发出以电源控制模块、ADC高速采样模块、FPGA信号处理模块和USB通信模块为基础的硬件电路,并对硬件电路进行测试。测试结果表明,该硬件电路系统各模块工作正常,具有0-5 V的电压输入范围、40 MSPS的采样速率、14位的采样精度以及114 K的逻辑资源,系统整体具有低电源纹波（小于25 mV）、低功耗（900 mW）、高稳定性（8小时持续工作）以及小尺寸（板级面积6.3×6.3 cm~2）特性。（2）采用梯形成形与尖角成形相结合... 

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩写词
第一章 绪论
    1.1 选题背景与研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 HPXe探测器国内外研究现状
        1.2.2 数字多道系统国内外研究现状
    1.3 本文的研究内容与安排
第二章 数字多道系统总体设计方案
    2.1 HPXe探测器基线漂移分析
        2.1.1 HPXe探测器的原理
        2.1.2 HPXe探测器的基线漂移
        2.1.3 基线漂移对能谱测量的影响
        2.1.4 现有的数字多道基线恢复方法
    2.2 系统总体设计方案
        2.2.1 硬件电路设计方案
        2.2.2 数字多道信号处理算法设计方案
        2.2.3 数学形态学基线恢复算法设计方案
    2.3 本章小结
第三章 数字多道系统硬件设计
    3.1 系统电源模块
        3.1.1 系统电源芯片选型
        3.1.2 系统电源模块设计
    3.2 ADC高速采样模块
        3.2.1 差分输入芯片选型
        3.2.2 ADC芯片选型
        3.2.3 ADC高速采样模块设计
    3.3 FPGA信号处理模块
        3.3.1 FPGA介绍与芯片选型
        3.3.2 FPGA信号处理模块设计
    3.4 USB通信模块
        3.4.1 USB芯片选型
        3.4.2 USB通信模块设计
    3.5 数字多道系统的PCB板设计及相关测试
        3.5.1 PCB板布局设计及加工
        3.5.2 PCB板性能测试
    3.6 本章小结
第四章 数字多道信号处理算法设计与测试
    4.1 脉冲成形模块
        4.1.1 梯形滤波成形算法
        4.1.2 尖角滤波成形算法
    4.2 成谱控制模块
        4.2.1 阈值触发模块
        4.2.2 堆积识别模块
        4.2.3 幅度提取模块
        4.2.4 谱线生成模块
        4.2.5 USB通信模块
    4.3 数字多道系统基本功能仿真验证
        4.3.1 脉冲成型模块仿真测试
        4.3.2 成谱控制模块仿真测试
    4.4 数字多道系统测试
        4.4.1 能谱测试
        4.4.2 系统线性测试
        4.4.3 系统稳定性测试
    4.5 本章小结
第五章 数学形态学基线恢复算法设计与测试
    5.1 数学形态学运算
    5.2 传统数学形态学基线恢复算法
        5.2.1 传统数学形态学基线恢复算法参数优化
        5.2.2 传统数学形态学基线恢复算法的实现
        5.2.3 传统数学形态学基线恢复算法的测试效果
    5.3 自调节数学形态学基线恢复算法
        5.3.1 传统数学形态学基线恢复算法缺陷分析
        5.3.2 自调节数学形态学基线恢复算法的实现
        5.3.3 自调节数学形态学基线恢复算法的测试效果
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 研究工作创新点
    6.3 研究工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]低功耗平面电容传感器介电测量系统设计[J]. 沈超,黄云志,刘福临.  传感器与微系统. 2018(09)
[2]中国核技术应用发展现状与趋势[J]. 杜静玲,赵志祥,刘文平,王国宝,彭伟,陈殿华,王传桢.  同位素. 2018(03)
[3]基于基线自动恢复技术的数字多道能谱仪[J]. 陈伟,周建斌,方方,洪旭,赵祥,周伟,马英杰.  核技术. 2018(05)
[4]发展多年,核安全文化仍赶不上核技术发展[J]. 左跃.  中国战略新兴产业. 2017(29)
[5]核辐射探测仪器和技术的发展趋势[J]. 许可.  科技创新导报. 2016(34)
[6]大体积NaI（Tl）数字式车载γ能谱仪的研制[J]. 曾国强,杨剑,魏世龙,张开琪,葛良全,严磊.  原子能科学技术. 2016(11)
[7]核安全峰会与核安全全球治理[J]. 蒋翊民,孙向丽.  国际安全研究. 2016(03)
[8]核技术利用发展现状及存在的问题探讨[J]. 高学军.  中国高新技术企业. 2016(07)
[9]基于FPGA脉冲幅度分析器的数字化基线估计方法[J]. 李伟男,杨朝文,周荣.  核技术. 2015(06)
[10]溴化镧、碘化钠和塑料闪烁探测器性能比较[J]. 谷钲伟,闫文奇,刘文斌,张高龙.  实验室研究与探索. 2015(04)

博士论文
[1]数字核谱仪系统中关键技术的研究[D]. 张怀强.成都理工大学 2011

硕士论文
[1]高纯锗数字多道脉冲幅度分析系统的研制[D]. 杨剑.成都理工大学 2017
[2]用于核材料γ能谱测量的便携式HPXe屏栅阵列电离室的设计[D]. 曾勇.四川大学 2007
[3]CdZnTe探测器在X射线荧光分析中的应用研究[D]. 李锋.国防科学技术大学 2005



本文编号：3684107