數(shù)字化核譜儀關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、核物理從各種入射粒子帶有的特征的測(cè)量來(lái)進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)研究。傳統(tǒng)的核物理都采用模擬方式來(lái)處理探測(cè)器輸出的電信號(hào)，數(shù)字化技術(shù)主要用在數(shù)據(jù)的最后獲取和存儲(chǔ)當(dāng)中。
　　在核物理或者是高能物理等實(shí)驗(yàn)研究中，粒子的動(dòng)量，能量，時(shí)間量和空間位置一直是大家比較關(guān)心的物理參量，通過(guò)分析和處理探測(cè)器的輸出電信號(hào)，從而分析出核反應(yīng)核信號(hào)的信息。其中，能量和時(shí)間是實(shí)驗(yàn)所需最基本也是最重要的信息，如何快速獲得高精度的能譜和時(shí)間譜也是核測(cè)量領(lǐng)域非常重要的課題之

2、一。
　　隨著高速ADC和數(shù)字化微處理器的迅速發(fā)展，數(shù)字處理技術(shù)在粒子物理與核物理領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。核輻射探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化之后，經(jīng)過(guò)數(shù)字處理分析得到實(shí)驗(yàn)所需的信息。相比傳統(tǒng)的模擬方法，數(shù)字化處理方法具有更高的靈活性，可以方便處理系統(tǒng)的重構(gòu)以適應(yīng)不同信號(hào)的需求，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該技術(shù)將探測(cè)器出來(lái)的信號(hào)盡可能早的將信號(hào)數(shù)字化，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。這些優(yōu)勢(shì)都推進(jìn)了數(shù)字處理技術(shù)的不斷發(fā)展。
　

3、　一套通用的數(shù)字化核譜儀系統(tǒng)包括波形模擬成形、波形數(shù)字化、數(shù)字化信息處理與數(shù)據(jù)獲取幾個(gè)模塊。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字化核譜儀系統(tǒng)將輸入的探測(cè)器信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、極零相消、Bessel濾波和單端轉(zhuǎn)差分的模擬成形處理后，盡早的將波形數(shù)字化，在FPGA中進(jìn)行FIR濾波、觸發(fā)判選、去基線、求幅值與時(shí)間差算法的一系列數(shù)字處理，最終通過(guò)上位機(jī)控制將結(jié)果由USB或以太網(wǎng)上傳至主機(jī)當(dāng)中。
　　其中數(shù)字部分算法中時(shí)間差計(jì)算采用的是數(shù)字恒比定時(shí)方法，它的實(shí)現(xiàn)是由D

4、SP builder設(shè)計(jì)完成，DSP builder是Altera公司推出的便于數(shù)字算法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)工具，是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)工具，它將系統(tǒng)級(jí)和RTL級(jí)兩個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工具連接起來(lái)，在MATLAB/Simulink中進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，最終轉(zhuǎn)換成硬件描述語(yǔ)言在FPGA中并行處理，速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，所以我們采用二者相結(jié)合的方法。
　　由于網(wǎng)絡(luò)很大的方便了離散數(shù)據(jù)的采集和處理數(shù)據(jù)，給數(shù)據(jù)傳輸節(jié)省了許多資源。所以本文數(shù)據(jù)上傳部分不僅使用傳統(tǒng)US

5、B方式上傳，還設(shè)計(jì)了以太網(wǎng)傳輸接口，采用Wiznet公司的W5300芯片，使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
　　本論文主要的工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字化核譜儀系統(tǒng)，用FPGA實(shí)現(xiàn)了在線觸發(fā)、FIR濾波等處理過(guò)程，由DSP builder設(shè)計(jì)峰值提取和時(shí)間差計(jì)算的算法，轉(zhuǎn)換成硬件描述語(yǔ)言后在FPGA中并行處理。
　　2.簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，使模擬電路變得簡(jiǎn)單，充分利用了數(shù)字域中處理信號(hào)的靈活性，針對(duì)不同的輸