一种多道脉冲幅度分析仪 |
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| 申请号 | CN201710664421.8 | 申请日 | 2017-07-31 | 公开(公告)号 | CN107329163A | 公开(公告)日 | 2017-11-07 |
| 申请人 | 四川南棠科技有限责任公司; 刘小楠; | 发明人 | 刘小楠; 姚卫棠; 朱玉玉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种多道脉冲幅度分析仪，该分析仪包括用于测量核 辐射 能量 并 输出 电压 脉冲 信号 的 辐射探测器 ；用于对辐射探测器输出的电压脉冲信号进行滤波的滤波成形模 块 ；用于对滤波成形模块滤波后的电压脉冲信号进行放大处理的放大模块；用于对放大后的电压脉冲信号进行 采样 并将其转 化成 数字信号 的A/D转化模块；用于对A/D转化模块输出的数字信号进行滤波处理、数据寻峰、多道计数以及多道存储，并将各道的计数信息上传至用户终端的FPGA 数据处理 模块；分别对A/D转化模块和放大模块进行控制的控 制模 块。本发明的多道脉冲幅度分析仪通过简化线路，降低生产成本，通过将采集到的电压脉冲信号数字化，提高了分析仪测量的准确性，避免了漏测脉冲数据。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多道脉冲幅度分析仪，所述多道脉冲幅度分析仪包括辐射探测器，所述辐射探测器用于测量核辐射能量并输出电压脉冲信号，其特征在于，所述多道脉冲幅度分析仪还包括： |
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| 说明书全文 | 一种多道脉冲幅度分析仪技术领域背景技术[0002] 在核技术研究和应用领域中，经常需要测量射线的能谱，它是将脉冲信号按幅度的大小进行分类并记录每类信号的数目，将得到的数据绘制成谱图形，便可具体分析射线的种类以及辐射强度。核辐射信号具有极强的随机性，波形复杂，经过多极信号处理电路后，送入多道脉冲幅度分析器的信号上升沿极小，频率较高，仪器要逐个测量脉冲信号的幅度而尽可能不漏测，保证能谱图的准确性。现有的多道脉冲幅度分析器常采用峰值保持方式测量脉冲峰值幅度，但电容的充放电要占用较多的时间，因而容易漏测脉冲数据，具有较大的仪器死时间，或提高硬件成本使用各种手段弥补死时间身缺陷，但这会使仪器的保养维护困难，更因价格高昂难以大规模推广。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种多道脉冲幅度分析仪，用以解决现有的分析仪器存在着容易漏测脉冲数据和仪器价格高的问题。 [0005] 与所述辐射探测器电连接，用于对所述辐射探测器输出的电压脉冲信号进行滤波的滤波成形模块； [0006] 与所述滤波成形模块电连接，用于对所述滤波成形模块滤波后的电压脉冲信号进行放大处理的放大模块； [0009] 分别与放大模块、A/D转化模块电连接，分别对A/D转化模块和放大模块进行控制的控制模块。 [0010] 优选的，所述多道脉冲幅度分析仪还包括显示器，所述显示器与所述控制模块电连接，所述显示器用于显示电压脉冲信号放大后的增益。 [0011] 优选的，所述所述多道脉冲幅度分析仪还包括增益调节旋钮，所述增益调节旋钮用于设置电压脉冲信号需要放大的增益。 [0012] 优选的，所述显示器为LCD显示器。 [0013] 优选的，所述控制模块为单片机。 [0015] 优选的，所述用户终端为电脑。 [0017] 图1为本发明多道脉冲幅度分析仪的结构框图。 [0018] 图2为本发明放大模块的具体线路图。 [0019] 图3为本发明A/D转化模块的具体线路图。 具体实施方式[0020] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 [0021] 实施例1 [0022] 如图1所示，该多道脉冲幅度分析仪100包括辐射探测器1、滤波成形模块2、放大模块3、A/D转化模块4、FPGA数据处理模块5和控制模块6，滤波成形模块2与辐射探测器1电连接，放大模块3与滤波成形模块2电连接，A/D转化模块4与放大模块3电连接，FPGA数据处理模块5分别与A/D转化模块4、用户终端7电连接，控制模块6分别与放大模块3、A/D转化模块4电连接，本发明的多道脉冲幅度分析仪100通过简化线路，降低生产成本，模拟信号在传输过程中和叠加的噪声很难分离，噪声会随着信号被传输、放大、严重影响分析仪测量的准确性，而通过将采集到的电压脉冲信号数字化，数字化信号只要噪声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别电压脉冲信号数字化的有无，从而提高了分析仪测量的准确性，避免了漏测脉冲数据。 [0023] 辐射探测器1用于测量核辐射能量并输出电压脉冲信号，电压脉冲信号携带着核辐射的能量信息，辐射探测器1输出的电压脉冲信号首先要经过滤波成形模块2对其进行滤波，使其接近满足采样要求的高斯型波形并能不失真地保持探测器输出信号所携带的核辐射的能量信息。 [0024] 图2为放大模块3的具体线路图，放大模块3用于对滤波成形模块2滤波后的电压脉冲信号进行线性放大，提高信号强度，通过辐射探测器1与放大模块3组合，可以减少辐射探测器1输出端到成形放大输入端的分布电容影响，提高信噪比；同时能与连接信号用的高频电缆相匹配。为此主放大器的线性问题尤为重要，本设计提出选用具有程控增益调整功能的放大芯片AD603，能够满足信号倍数线性可调要求。选用程控放大芯片AD603，该芯片噪声低，带宽增益高达90MHz。增益的调整与控制电压差Vg成线性关系，控制电压差Vg输入管脚的电阻高达50MΩ，其压摆率为275V/μs。放大模块3的电路使用增益范围为-10～+30dB，选择最大带宽90MHz，控制电压差Vg为CTL Vg与VRef端口电压的差值，差值范围为-500mV～500mV，VRef端为固定电压，CTL Vg电压为数模转换器输出，通过此方法能够较好的实现信号的线性放大。 [0025] 图3为A/D转化模块4的具体线路图，A/D转化模块4用于对放大后的电压脉冲信号进行采样并将其转化成数字信号，在多道脉冲幅度分析仪100的测量过程中，电压脉冲信号的数字量化误差也是影响能量分辨率的重要因子。本实施例中采用高分辨率的模数转换器AD9226芯片作数字量化。AD9226芯片采取单电源供电、具有12位精度、数据并行输出、采样频率高达65MHz，AD9226芯片内集成高性能的采样保持放大器和2.0V参考基准电压源，AD9226芯片采用多级差分流水结构，带有误差校正功能，从而提高A/D转化模块4在采样过程中的能量分辨率，A/D转化模块4支持差分输入方式，并且差动模拟信号输入时，A/D转化模块4在总谐波失真和无杂散动态范围方面都获得最佳性能。 [0026] FPGA数据处理模块5提供给A/D转化模块4采样时钟，A/D转化模块4输出的数字信号进入FPGA数据处理模块5内，数据流出队后通过卡尔曼滤波器排除随机噪声带来的影响，根据设计的寻峰算法捕捉到随机电压脉冲峰值，将数据的数据峰值分道址计数累加并进行存储，采集时间结束后，FPGA数据处理模块5通过UART串行接口使用UART通信协议将存储在其中的各道址计数信息上传用户终端7进行能谱分析。UART通信协议可以实现全双向传输和接收，在一定波特率下，数据传输误码率低，稳定可靠。 [0027] 控制模块6在本实施例中为单片机，控制模块6用于对放大模块3进行控制，使放大模块3按照控制模块6发送的控制指令对电压脉冲信号进行线性放大，控制模块6内还设置有数模转换程序，控制模块6能够控制A/D转化模块4按照控制模块6发送的控制指令对电压脉冲信号进行采样。 [0028] 进一步的，本实施例中的多道脉冲幅度分析仪100还包括显示器8，显示器8与控制模块6电连接，显示器8用于显示电压脉冲信号放大的增益，显示器8为LCD显示器，显示器8由控制模块6进行驱动。 [0029] 进一步的，本实施例中的多道脉冲幅度分析仪100还包括增益调节旋钮9，通过转动增益调节旋钮9将放大目标值发送给控制模块6，控制模块6向放大模块3发送的控制指令，放大模块3按照控制指令对电压脉冲信号进行线性放大，因此，可通过增益调节旋钮9来设置电压脉冲信号需要放大的增益，使其达到最优的放大效果。 [0030] 用户终端7在本实施例中为电脑，用户终端7的程序设计拟采用Visual C++平台，借助于VC平台可进行核辐射能谱数据显示，数据处理与分析(如能量谱寻峰、能量换算)、数据管理(如能谱数据读取与存储)等。同时，借助于VC平台还可进行设置各种配置参数，如采样周期，谱长、波特率、观测间隔时间、观测时间段等，以满足用户不同的观测要求。 |
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