数字化多道能谱仪的研制

数字化多道脉冲幅度分析器的研制报告人黄姗姗中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室中国科学技术大学近代物理系2010年8月17日大学核物理实验平台大学核物理实验的需求分析数字多道脉冲幅度分析器硬件设计算法实现测试结果总结和展望大学核物理实验平台大学核物理实验简介实验内容：基础实验：学习实验的基本知识，基本方法等放射性测量的统计误差（甄别器、定标器）长塑料闪烁计数器（甄别器、定标器）电流电离室（甄别器、定标器）BF3正比计数管（甄别器、定标器）G-M计数器的性能测量（甄别器、定标器）多丝正比室（甄别器、定标器）NaI(TL)闪烁谱仪（多道分析器）Ge(Li)γ射线谱仪（多道分析器）半导体α探测器和α粒子的能量损失（多道分析器）X射线吸收和特征谱测量等（多道分析器）专业实验：把知识有机结合，从物理思想寻求解决问题的方法Β-γ符合法测量放射源的活度（多路定标器）放射性核素半衰期测量α粒子卢瑟福散射（多道分析器）康普顿散射（多道分析器）穆斯堡尔效应等（多道分析器）大学核物理实验平台传统的多道脉冲幅度分析器死时间长，不同的幅度对应的变换时间不同，增加了测试结果的不确定性大学核物理实验平台大学核物理实验系统的硬件结构DetectorSignalReconfigurableHardware(SlaveMachine)ReconfigurableSoftware(MasterMachine)NuclearPhysicsExperimentSystemSignalConditionADCUSBInterfaceSlaveMachineInputSignalDataBusFPGA大学核物理实验平台大学核物理实验平台数字寻峰算法寻峰算法数字化多道脉冲幅度分析器数字寻峰逻辑流程图Samplingvalue=High_threshold?Triggerenable;Peakseekenable;Peak_temp=SamplingvalueNSamplingvalue=Low_threshold?Triggerdisable;PeakseekdisableSamplingvaluepeak_temp?SavetoRAMPeak_temp=samplingvalueYYNSTARTYENDN大学核物理实验平台阈值判断当采用双阈值做触发判断时可以避免误判问题，信号大于上阈值时触发寻峰电路，低于下阈时才能使一个完整的寻峰过程结束减少统计误差，提高系统的抗噪声能力Single_thresholdTriggerTriggerHigh_thresholdLow_threshold大学核物理实验平台数字化多道脉冲幅度分析器堆积判弃探测器输出信号有可能会出现峰堆积和尾堆积，前者导致原谱线计数下降，并使谱形畸变，而后者会造成谱线展宽，分辨率变差和谱线位移。对于峰堆积，只有在脉冲信号出现频率n以及信号宽度tw较大，即ntw1%的情况下发生在大学核物理实验中发生峰堆积的概率小于1%大学核物理实验平台数字化多道脉冲幅度分析器尾堆积的两种情况：堆积后的信号仍然有一个小于下阈值的过程堆积后的信号一直大于下阈值High_thresholdLow_thresholdTriggerAccum_flagPeak_seek_enRam_read_write_enab大学核物理实验平台数字化多道脉冲幅度分析器主要性能指标道数和量化电平数线性ADC微分非线性（DNL）ADC积分非线性(INL)失调和增益误差电压基准的精度温度效应交流特性系统随机噪声的干扰死时间稳定性道容量对于系统的DNL和INL可以采用后处理的方式大学核物理实验平台数字化多道脉冲幅度分析器利用滑移脉冲发生器测量多道脉冲幅度分析器的DNL，利用算法进行修正右图为利用算法修正另一组滑移谱的对比图大学核物理实验平台数字化多道脉冲幅度分析器241Am与239Pu混合源的α粒子的修正前后能谱图大学核物理实验平台大学核物理实验测量程序界面大学核物理实验平台大学核物理实验测量程序界面大学核物理实验平台总结以及展望本文介绍了用于大学核物理实验系统中数字化多道脉冲幅度分析器的研制测试结果表明，该套系统死时间小，能量分辨率小于1%，达到大学核物理实验对能量分辨率的要求，满足大学核物理实验的需求数字化多道脉冲幅度分析器中涉及的数字算法还要进行进一步的优化和规范化，使之在功能和性能方面达到更好的性能。大学核物理实验平台谢谢！