数字化多道能谱仪系统关键技术研究

发布时间：2023-09-17 08:37

　　在核物理的研究、射线的探测和核技术的应用领域内,核能谱是其获取的极为重要的信息,其中多道脉冲幅度的分析是核能谱仪最核心的技术手段。多道能谱仪发展的主要方向是核能信号的采集和数字化的处理^[1]。如今在数字信号处理技术迅速发展的时代,科研人员已经实现采用高速和高分辨率的数据采集卡对输入的核能信号进行采集,同时应用高速数字信号处理器对脉冲信号的幅度进行有效地分析和提取。核能信号的高速采集和数字化的处理是多道能谱仪发展的主要方向^[1]。国内外的许多相关科研机构对数字化能谱仪系统的关键技术进行了研究,目前国外的数字能谱仪也已经实现了商业化,但国内仍然处于研究和应用开发阶段,对波形的数字化、数字波形的滤波成形、脉冲信号幅度保持和脉冲幅度提取还需要进一步的深入探索^[1]。本文设计的是双路多道脉冲能谱仪系统,系统主要以14位的AD9643芯片来作为模数转换(Analog to Digital Converter,ADC)模块,以型号为XC6SLX45的Spartan-6系列的FPGA来作为脉冲计数存储和控制模块,以STM32F4作为控制...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 课题研究意义和选题依据
    1.2 国内外发展历史及研究现状
    1.3 本文章节安排
2 数字多道能谱仪系统相关理论
    2.1 核辐射探测器工作原理
    2.2 主放大器基本原理
    2.3 峰值的采集与保持工作原理
    2.4 幅度分析基本原理
    2.5 核脉冲信号的统计规律
        2.5.1 核脉冲计数的统计分布
        2.5.2 核辐射探测器输出的脉冲幅度统计分布
    2.6 滤波成形算法分析
        2.6.1 二次多项式五点拟合平滑法原理
        2.6.2 能谱寻峰基本原理
3 数字化多道能谱仪系统的设计
    3.1 数字化多道能谱仪系统的工作原理
    3.2 技术指标及主要影响因素
        3.2.1 影响能量分辨率的主要因素
            3.2.1.1 探测器固有的能量分辨率对能量分辨率的影响
            3.2.1.2 核脉冲堆积对能量分辨率的影响
            3.2.1.3 道宽与道数对能量分辨率的影响
        3.2.2 影响非线性的主要因素
        3.2.3 影响稳定性的主要因素
        3.2.4 影响死时间的主要因素
    3.3 数字多道能谱仪系统整体方案
    3.4 模块功能简介
        3.4.1 信号的前级衰减电路
        3.4.2 峰值检测与保持模块
        3.4.3 ADC采样电路模块
        3.4.4 FPGA电路模块
        3.4.5 ARM核心控制模块
        3.4.6 网络通信与上位机模块
        3.4.7 电源模块
4 数字化多道能谱仪系统的关键技术
    4.1 能谱仪系统关键技术测试平台的功能和结构
    4.2 脉冲信号的峰值保持技术
    4.3 脉冲信号的峰值提取技术
        4.3.1 FPGA内部逻辑总体设计
        4.3.2 脉冲峰值提取技术的实现
            4.3.2.1 滤波成形算法设计
            4.3.2.2 峰值提取算法设计
    4.4 数字信号处理与显示技术
        4.4.1 上位机软件界面设计总体规划
        4.4.2 通信模块设计
        4.4.3 显示与存储模块设计
    4.5 上位机界面设置
5 数字化多道能谱仪系统的测试与分析
    5.1 系统测试方案
    5.2 积分非线性测试
    5.3 微分非线性测试
    5.4 滤波成形测试
    5.5 能量分辨率测试
    5.6 双路一致性测试
    5.7 调试过程中遇到的困难与解决方法
6 总结
致谢
参考文献
硕士研究生期间取得的成果



本文编号：3847380