基于寬度譜的能譜測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化能譜系統(tǒng)以其穩(wěn)定、靈活、精度高、便于進(jìn)一步作數(shù)字化處理等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為核輻射探測(cè)的主流選擇。憑借著高速ADC和微處理器的優(yōu)異性能，現(xiàn)有的數(shù)字化能譜系統(tǒng)已經(jīng)能得到令人滿意的能譜測(cè)量結(jié)果。但是在深空探測(cè)、輻射成像等大面積、多通道輻射探測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景下，傳統(tǒng)的數(shù)字多道仍然存在系統(tǒng)過于龐大的問題。傳統(tǒng)數(shù)字多道實(shí)現(xiàn)大面積探測(cè)需要大量采用ADC等ASIC，這會(huì)造成系統(tǒng)成本上升、體積增大、控制難度增加等問題。針對(duì)此，本文設(shè)計(jì)

2、了一種基于寬度譜的能譜測(cè)量系統(tǒng)，將對(duì)幅度的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)寬度的測(cè)量，以更少的資源、更簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)能譜測(cè)量，該方案適合用于簡(jiǎn)化大面積探測(cè)系統(tǒng)。
　　首先將用于幅度測(cè)量的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平合適的矩形脈沖，轉(zhuǎn)換過程由比較器電路實(shí)現(xiàn)，設(shè)置不同的高低閾值，截取脈沖信號(hào)的某一段作為有效信號(hào)，然后在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬度測(cè)量。采用Altera公司的EP4CE10F17C8N芯片實(shí)現(xiàn)FPGA數(shù)字電路，主要包括時(shí)鐘控制模塊、寬度測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)緩沖模塊、

3、多通道輪詢模塊、USB讀寫控制模塊。判斷矩形脈沖高低電平，對(duì)有效電平按時(shí)鐘計(jì)數(shù)，以計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為脈沖的寬度，多個(gè)通道的寬度數(shù)據(jù)通過USB總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。另外，在多像素測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了大面陣分幀能譜測(cè)量系統(tǒng)，并在FPGA中實(shí)現(xiàn)分幀機(jī)制和雙重緩沖機(jī)制，以準(zhǔn)確地按幀處理數(shù)據(jù)。所有FPGA數(shù)字電路模塊都在ModelSim軟件中實(shí)現(xiàn)功能仿真。采用Cypress公司的CY7C68013A芯片實(shí)現(xiàn)FPGA與上位機(jī)之間的USB通信：FPG

4、A向上位機(jī)發(fā)送寬度數(shù)據(jù)，上位機(jī)通過USB控制FPGA工作狀態(tài)。在Keil軟件中編寫USB固件程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)USB器件的控制。上位機(jī)以單文檔的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、能譜繪制、譜圖處理、文件管理等功能：上位機(jī)除了生成傳統(tǒng)的能譜曲線之外，還根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算得到光子分布圖，以表征放射源的位置信息；能譜繪制采用內(nèi)存緩沖的方式定時(shí)刷新能譜曲線，以避免出現(xiàn)閃爍；采用OpenCV計(jì)算機(jī)視覺庫(kù)實(shí)現(xiàn)譜圖光滑、峰位標(biāo)定等譜圖處理功能；以Excel文件作為系統(tǒng)的文件格式