CN102353972B

CN102353972B - 多种模式的数字化多道谱仪

Info

Publication number: CN102353972B
Application number: CN 201110183606
Authority: CN
Inventors: 周建斌; 王敏; 周伟; 刘易; 朱星
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN102353972A

Abstract

本发明公开了一种多种模式的数字化多道谱仪。该谱仪与现有谱仪不同的地方在于，核脉冲经过高速ADC采集后分三路进行处理，一路经过2048Byte的FIFO后，直接送FPGA控制单元，通过通讯接口送至计算机进行原始脉冲显示；一路经过脉冲成形后存储至2048Byte的FIFO，通过计算机进行成形脉冲显示；另一路是经过脉冲成形与幅值分析后，加至双口RAM存储，送至计算机进行谱数据分析与显示。该谱仪可以根据实际输入脉冲信号与成型波形的观测，实时改变数字成形参数，避免信号堆积、弹道亏损对放射性测量的影响，实现了仪器分辨率和脉冲通过率的提高。

Description

多种模式的数字化多道谱仪

技术领域

本发明针对地质资源勘查、环境辐射评价和生产品质控制等放射性测量领域迫切需求提高信号噪声比、能量分辨率、测量准确性、测量可靠性等问题，提出了一种多种模式的数字化多道谱仪的实现方法。

背景技术

核分析的最重要手段之一，就是核信息的获取和处理，它作为一种常见的研究手段，在许多基础和应用科学研究中起着重要的作用。核仪器就是用于获取和处理核信息的基本设备。现有的谱仪设备有以下两大方面的不足：

第一、传统模拟核谱仪以多道脉冲幅度分析技术为核心，对模拟脉冲信号峰值进行采集。传统模拟多道有着诸多不利的因素：

（1）在高计数率下，脉冲通过率低，分辨率下降；

（2）模拟滤波成形电路有限的处理能力达不到最佳滤波的要求；

（3）模拟电路固有的温漂影响了仪器的性能；

（4）模拟系统无法胜任在脉冲波形识别、电荷俘获效应校正等更复杂的场合应用。

因此，采用数字化的脉冲成形技术，对有效的克服上述模拟成形技术的缺陷有重要的意义。

第二、对现有的数字化谱仪，即使在国外技术比较先进的国家，数字化谱仪也只能进行谱线显示，无法显示原始脉冲信号以及成形后的脉冲信号。不利于技术人员实时的修改参数，增加了噪声、信号堆积和基线偏移等造成的测量误差，影响了系统的分辨率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何提供一种多种模式的数字化多道谱仪，该仪器既可以有效克服模拟成形方法的缺陷，满足放射性测量领域提高信号噪声比、能量分辨率、测量准确性、测量可靠性迫切需求。也可以方便技术人员实时修改参数，避免噪声、信号堆积和基线偏移等造成的测量误差，提高系统的分辨率。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案：一种多种模式的数字化多道谱仪，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A、第一路核信号，通过通讯接口送至计算机进行原始脉冲显示。由高速ADC采集后，经过2048Byte的FIFO后，直接送FPGA控制单元，FPGA控制单元通过通讯接口将核信号送至计算机，由计算机显示原始脉冲。

B、第二路核信号，通过计算机进行成形脉冲显示。由高速ADC采集后，经过脉冲成形后存储至2048Byte的FIFO，由FPGA控制单元将FIFO数据送至计算机，计算机进行成形后的脉冲显示。

C、第三路核信号，送至计算机进行谱数据分析与显示。由高速ADC采集后，经过脉冲成形和幅值分析后，加至双口RAM存储，再由FPGA控制单元将双口RAM中的数据送给计算机，通过计算机进行谱数据分析并且显示谱线。

附图说明

图1为多种模式的数字化多道谱仪的结构框图。

图2为核脉冲信号的原始脉冲图。

图3为核脉冲信号的成形脉冲图（梯形成形）。

图4为核脉冲信号的成形脉冲图（三角成形）。

图5为核脉冲信号谱线图。

具体实现方式

为使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

为了避免噪声、信号堆积和基线偏移等对能谱测量的影响, 提高系统的分辨率，提供了一种多种模式的数字化多道谱仪的实现方法。图1 显示了本发明所述方法的系统结构框图；图2显示了核探测器的输出波形图；图3至图5显示了使用本发明系统测试的波形图。

本发明所提供的一种多种模式的数字化多道谱仪，其特征在于，核信号经过高速ADC采集后分三路进行处理，具体如下：

A、第一路核信号，通过通讯接口送至计算机进行原始脉冲显示；

B、第二路核信号，通过计算机进行成形脉冲显示；

C、第三路核信号，送至计算机进行谱数据分析与显示。

如图1所示，核脉冲经过高速ADC采集后分三路进行处理，一路经过2048Byte的FIFO后，直接送FPGA控制单元，通过通讯接口送至计算机进行原始脉冲显示；一路经过脉冲成形后存储至2048Byte的FIFO，通过计算机进行成形脉冲显示；另一路是经过脉冲成形与幅值分析后，加至双口RAM存储，送至计算机进行谱数据分析与显示。该谱仪可以根据实际输入脉冲信号与成型波形的观测，实时改变数字成形参数，避免信号堆积、弹道亏损对放射性测量的影响，实现了仪器分辨率和脉冲通过率的提高。

如图2所示，核探测器输出的波形图，该系统可以将此脉冲图直接显示在计算机上。这种呈负指数衰减的核脉冲信号，当中混杂着噪声等干扰信号，如果直接进行脉冲幅度分析，整个系统的能量分辨率通常是在180eV～200eV之间。

如图3、4所示，核脉冲信号经过数字化成形后送计算机显示的波形图。成形方式采用的是数字化梯形或三角成形方法。梯形成形后的脉冲前后沿时间相等，脉冲窄，下降快，脉冲上升时间和平顶可独立调整，其中平顶宽度的取值越大即梯形平顶采样点越多，在后续的信号处理中对平顶值平均就能减少噪声的影响，只要平顶值不小于最大电荷收集时间就能消除弹道亏损，但是平顶值取值过大也会增加脉冲堆积的概率。当平顶值的取值为零时梯形转化为三角形，对弹道亏损可以忽略的小探测器，就可以减小脉冲宽度，从而减少脉冲堆积。所以平顶宽度的选取要兼顾弹道亏损和脉冲堆积的影响。

如图5所示，经过数字化脉冲成形后的核脉冲信号谱线图。与传统的模拟MCA比较可用的有效测量道提高到4～1023（对于1024道的分析系统），取消了上下阈甄别电路，脉冲成形时间也缩短到5～8μs。

本发明具有如下特点：

1本系统核脉冲经过高速ADC采集后分三路进行处理，通过计算机可以实时显示原始脉冲图、数字成形后脉冲图和经数据分析后的谱线图。

2、本系统可以根据实时观测脉冲波形，调整脉冲成形参数，避免信号堆积、弹道亏损对放射性测量的影响，进一步提高仪器分辨率和脉冲通过率。

3、本系统不需要外部接入峰值展宽与保持电路，这与传统多道能谱系统有着根本的不同。

4、本系统采用高速高精度ADC，直接采集放大器输出的核脉冲波形，然后由数字信号处理进行多道脉冲幅度提取和分析。

5、本系统在核脉冲信号进行幅度分析前，进行了数字化脉冲梯形成形处理，使本系统具有抗噪性和抗堆积性。

6、本脉冲的成形设计采用了FPGA技术，利用可编程逻辑器件的数字化设计方法，达到了能谱系统的工作稳定、参数通用和后期维护方便的特性。

7、由于采用全数字化技术，使本数字化多道核能谱分析系统在性能上，具有脉冲处理能力强、速度快、稳定性高、灵活性强、抗干扰能力强、能量和时间分辨率好等特点。

在上述发明的实施例中，对多种模式的数字化多道谱仪进行了详细说明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多种模式的数字化多道谱仪，其特征在于，核信号经过高速ADC采集后分三路进行处理，具体如下：

A、第一路核信号，通过通讯接口送至计算机进行原始脉冲显示,由高速ADC采集后，经过2048Byte的FIFO后，直接送FPGA控制单元，FPGA控制单元通过通讯接口将核信号送至计算机，由计算机显示原始脉冲；

B、第二路核信号，通过计算机进行成形脉冲显示,由高速ADC采集后，经过脉冲成形后存储至2048Byte的FIFO，由FPGA控制单元将FIFO数据送至计算机，计算机进行成形后的脉冲显示；

C、第三路核信号，送至计算机进行谱数据分析与显示,由高速ADC采集后，经过脉冲成形和幅值分析后，加至双口RAM存储，再由FPGA控制单元将双口RAM中的数据送给计算机，通过计算机进行谱数据分析并且显示谱线。