可重构核仪器框架和应用研究

发布时间：2023-03-23 18:44

　　仪器是人类认识世界、探索世界的必要工具。仪器的发展经历了模拟式仪器、数字式仪器、智能化仪器和可重构仪器等阶段；核仪器作为科学仪器的一个分支,它的发展也同样经历了这些阶段。可重构核仪器是核仪器最新的发展方向,它针对不同应用分别使用专用测量核进行重构,在统一的硬件模板上实现专用的核仪器,在核与粒子领域基础研究和核技术应用研究中有非常广泛的应用前景。国际上对可重构核仪器的研究刚刚起步,在不远的将来,基于可重构技术的核仪器将可以代替传统核仪器在多种核测量应用中使用,甚至取代传统核仪器。本工作从核电子学仪器的基本构成进行分析,提出一种核电子学仪器重构的概念,并基于可重构器件和数字脉冲处理提出了完整的可重构核仪器框架,且实现了一个可重构核仪器。这套可重构核仪器选择可编程逻辑器件作为可重构目标器件,并针对核仪器功能,采用DPP处理算法设计多种可重构IP核,配合前端模拟插件,利用包含MCU的通信控制芯片,实现基于同一个硬件模板上的可重构核仪器。本论文中详细介绍了核电子学仪器的重构概念,提出了具体的性能指标,并据此提出核仪器重构的框架和层次,进而根据提出的需求详细描述了可重构核仪器的硬件总体设计、前端模...

【文章页数】：103 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 可重构仪器的发展
    1.3 可重构核仪器的实现
        1.3.1 核仪器的测量目标
        1.3.2 基于DPP技术和重构技术的核仪器
        1.3.3 可重构器件的发展
    1.4 可重构核仪器的关键技术
    1.5 论文主要的研究内容
第2章 核电子学仪器的基本构成
    2.1 核电子学仪器简述
    2.2 核电子学仪器重构概念
    2.3 可重构核仪器的性能指标
    2.4 核仪器重构的框架
    2.5 核仪器重构的层次
        2.5.1 基于FPGA的重构方法
        2.5.2 基于IP核库的核仪器重构层次
        2.5.3 核仪器重构的方法
第3章 可重构核仪器的构件
    3.1 可重构核仪器模板
    3.2 模拟核信号的处理
        3.2.1 信号调理电路
        3.2.2 前端甄别插件
        3.2.3 模拟核信号的数字化
    3.3 数字核信号的处理
        3.3.1 数字化核信号的采集
        3.3.2 脉冲幅度分析
        3.3.3 时间信号分析
        3.3.4 任意波形发生器
        3.3.5 探测器高压源
        3.3.6 通信与可重构配置
    3.4 可重构核仪器的软件构件
        3.4.1 可重构核仪器软件整体框架
        3.4.2 基本功能IP核驱动程序
        3.4.3 核测量专用IP核控制
        3.4.4 面向专用核测量应用的用户界面设计
    3.5 IP核性能测试
        3.5.1 数据采集IP核测试
        3.5.2 时间分析IP核测试
        3.5.3 多道脉冲幅度分析IP核测试
第4章 可重构核仪器的应用
    4.1 大学核与粒子物理实验教学平台
        4.1.1 半导体α探测器与α粒子的能量损失教学实验
        4.1.2 X射线吸收和特征谱测量教学实验
    4.2 非相干多普勒测风激光雷达频率锁定系统
        4.2.1 非相干多普勒测风激光雷达的结构
        4.2.2 频率锁定系统结构
        4.2.3 频率锁定系统电子学设计
        4.2.4 系统测试
    4.3 基于时间模块的时间脉冲发生器
        4.3.1 时间脉冲发生器研究现状
        4.3.2 可重构时间脉冲发生器核
        4.3.3 可重构时间脉冲发生器性能测试
第5章 总结和展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3768544