CN104300941A - 一种核脉冲处理电路 - Google Patents

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程翀
毕明德
廖武
左亮周
王益元
代传波
刘舜
马天骥
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Wuhan Haiwang Nuclear Energy Equipment Engineering Co., Ltd.
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719th Research Institute of CSIC
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Abstract

本发明涉及核辐射探测技术领域，提供一种核脉冲处理电路，包括放大电路、峰值保持电路、高速AD转换电路、数字信号处理器、阈值甄别电路、采样触发电路，所述放大电路的输入端接核脉冲信号，放大电路的输出端与峰值保持电路相连，峰值保持电路的输出端经高速AD转换电路与数字信号处理器相连，数字信号处理器的输出端与放大电路相连，所述阈值甄别电路的输入端接核脉冲信号，阈值甄别电路的输出端经采样触发电路与高速AD转换电路相连。本发明技术核脉冲的放大倍数可通过数字信号处理器上的软件进行在线调节，且调节具有线性特性，提高调节精度。

Description

一种核脉冲处理电路
技术领域
本发明涉及核辐射探测技术领域，具体地说是一种核脉冲处理电路。
背景技术
在核素分析和识别过程中，首先需要进行的工作是对核探测器输出的脉冲信号进行处理，从而提取其能量、个数等信息形成能谱，然后再对能谱进行核素分析。
核脉冲信号的处理通常由模拟电路来完成，而一般的核脉冲采集处理电路的只能处理某些能量和脉宽的核脉冲信号，不具有普遍的适应性。因此通过数字处理器对模拟电路中的部分电路进行配置从而调教模拟电路性能能够有效地克服上述问题，使得核脉冲处理电路更为灵活，能够应对不同的核脉冲信号。
核脉冲信号的处理通常由模拟电路来完成，而一般在处理核脉冲的过程中需要对核脉冲的信号幅值进行放大。通常放大方式是通过可变增益放大器实现，通过软件在可变增益放大器中写入不同的放大参数来改变放大倍数。然而由于可变增益放大器的放大倍数与写入参数为非线性关系，因此放大倍数的调节精度较差，无法满足高精度核素分析的需要。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种核脉冲处理电路，能够采集核脉冲的峰值，并能线性调节核脉冲的放大倍数，提高采样精度。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：一种核脉冲处理电路，包括放大电路、峰值保持电路、高速AD转换电路、数字信号处理器、阈值甄别电路、采样触发电路，所述放大电路的输入端接核脉冲信号，放大电路的输出端与峰值保持电路相连，峰值保持电路的输出端经高速AD转换电路与数字信号处理器相连，数字信号处理器的输出端与放大电路相连，所述阈值甄别电路的输入端接核脉冲信号，阈值甄别电路的输出端经采样触发电路与高速AD转换电路相连。
在上述技术方案中，放大电路对输入的核脉冲信号进行放大处理，并接收数字信号处理器的命令对放大增益进行线性调节；峰值保持电路对放大后的核脉冲进行峰值检测和采样保持；高速AD对核脉冲的峰值进行采样，采样时序由采样触发电路进行控制，并将核脉冲模拟信号转化为数字信号，将峰值发送到数字信号处理器；数字信号处理器对高速AD输出的峰值进行累积，形成能谱并进行后续核素分析和处理；阈值甄别电路对核脉冲进行阈值甄别，通过阈值电平抑制干扰信号，将核脉冲信号转化为方波信号；采样触发电路对阈值甄别电路输出的方波脉冲进行延时和脉宽调节，并用于对高速AD的采样进行控制，使其能够准确地对核脉冲的峰值进行采样。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.   核脉冲的放大倍数可通过数字信号处理器上的软件进行在线调节，且调节具有线性特性，提高调节精度；
2．核脉冲处理电路结构简单、成本低。
附图说明
图1为本发明核脉冲处理电路原理图。
图2为本发明核脉冲处理流程图。
图3为本发明核脉冲放大电路连接图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本实施例提出的一种核脉冲处理电路具体，包括放大电路、峰值保持电路、阈值甄别电路、采样触发电路、高速AD转换电路以及数字信号处理器。所述放大电路的输入端接核脉冲信号，放大电路的输出端与峰值保持电路相连，峰值保持电路的输出端经高速AD转换电路与数字信号处理器相连，数字信号处理器的输出端与放大电路相连，所述阈值甄别电路的输入端接核脉冲信号，阈值甄别电路的输出端经采样触发电路与高速AD转换电路相连。
核脉冲信号的处理流程如图2所示。放大模块对输入的核脉冲信号进行放大处理，并接收数字信号处理器的命令对放大增益进行调节。峰值保持电路对放大后的核脉冲进行峰值检测和采样保持。阈值甄别电路对核脉冲进行阈值甄别，通过阈值电平抑制干扰信号，将核脉冲信号转化为方波信号。采样触发电路对阈值甄别电路输出的方波脉冲进行延时并在方波脉冲的上升沿触发高速AD对核脉冲峰值保持电平进行采样。高速AD将核脉冲峰值电平模拟信号转化为数字信号，将峰值电平值发送到数字信号处理器。数字信号处理器对高速AD输出的峰值进行累积，形成能谱并进行后续核素分析和处理。
在上述实施例中，放大电路原理图如图3所示。放大电路由模数转换器U1、放大器U2~U3、电容C1、电阻R1~R2组成。U1的芯片型号为AD5446，U2、U3的芯片型号为TLE2074。探测器输出的核脉冲信号由Vin输入，经过放大电路放大后由Vout输出。Vin与U1的参考电压引脚VREF连接。U1的IOUT1引脚与IOUT2引脚分别与放大器U2的负输入端和正输入端连接。放大器U2的正输入端与地相连接，输出与U1的RFB引脚连接。电容C1一端与U2负输入端连接，另一端与U2的输出端连接。电阻R1一端与放大器U2输出端连接，另一端与放大器U3的负输入端连接。R2一端与放大器U3负输入端连接，另一端与放大器U3的输出端连接，U3的正输入端与地连接。U1的SCLK、SDIN、SYNC、SDO为标准SPI接口，与数字信号处理器的SPI接口相连接。
数字信号处理器通过SPI接口向数模转换器U1中写入转换值，改变U2输出端电压Vu与输入端电压Vin之间的比例关系，从而改变放大电路的放大倍数。Vu与Vin之间的关系式如下：
其中K值根据实际需要的放大倍数进行调节，其初始值设定为8192（即16384的一半），从而使得放大倍数增加和减少的调节余度最大。
电阻R1、R2与放大器U3构成一个标准的反向放大电路，U2输出端电压Vu与输出端电压Vout之间的关系式如下：
因此整个放大模块的输出与输入的比值（即放大模块的放大倍数）如下：
。 

Claims (2)

1.一种核脉冲处理电路，其特征在于：包括放大电路、峰值保持电路、高速AD转换电路、数字信号处理器、阈值甄别电路、采样触发电路，所述放大电路的输入端接核脉冲信号，放大电路的输出端与峰值保持电路相连，峰值保持电路的输出端经高速AD转换电路与数字信号处理器相连，数字信号处理器的输出端与放大电路相连，所述阈值甄别电路的输入端接核脉冲信号，阈值甄别电路的输出端经采样触发电路与高速AD转换电路相连。
2.根据权利要求1所述的核脉冲处理电路，其特征在于：所述放大电路由模数转换器U1、放大器U2~U3、电容C1、电阻R1~R2组成；模数转换器U1的芯片型号为AD5446，放大器U2、U3的芯片型号为TLE2074，探测器输出的核脉冲信号由Vin输入，经过放大电路放大后由Vout输出，Vin与U1的参考电压引脚VREF连接，U1的IOUT1引脚与IOUT2引脚分别与放大器U2的负输入端和正输入端连接，放大器U2的正输入端与地相连接，U2的输出与U1的RFB引脚连接，电容C1一端与U2负输入端连接，另一端与U2的输出端连接，电阻R1一端与放大器U2输出端连接，另一端与放大器U3的负输入端连接，R2一端与放大器U3负输入端连接，另一端与放大器U3的输出端连接，U3的正输入端与地连接，U1的SCLK、SDIN、SYNC、SDO为标准SPI接口，与数字信号处理器的SPI接口相连接。
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