可重構(gòu)核儀器的研究.pdf

1、可重構(gòu)技術(shù)的發(fā)展和核電子學(xué)應(yīng)用范圍的擴(kuò)展使得核儀器站在了新一輪技術(shù)更新和升級(jí)的浪潮之上。傳統(tǒng)核儀器的實(shí)現(xiàn)手段和方法已在很多方面表現(xiàn)出與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)需求的不相符。同時(shí)，可重構(gòu)技術(shù)的出現(xiàn)促使核儀器領(lǐng)域發(fā)生深刻而重大的技術(shù)變革。曾為各類核與粒子物理實(shí)驗(yàn)立下汗馬功勞的傳統(tǒng)技術(shù)路線將要結(jié)束它的歷史使命，取而代之的將是以可重構(gòu)技術(shù)為基礎(chǔ)，數(shù)字算法為核心的全新可重構(gòu)核儀器系統(tǒng)。在這歷史的緊要關(guān)頭，對(duì)可重構(gòu)核儀器的研究將為儀器開發(fā)鋪就一條全新的技術(shù)道路，引

2、導(dǎo)核探測(cè)技術(shù)走向更美好的未來。
　　 可重構(gòu)技術(shù)是近年來興起的新的技術(shù)路徑，在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如，雷達(dá)，天線，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)等。在核與粒子物理實(shí)驗(yàn)電子學(xué)領(lǐng)域還未見相關(guān)報(bào)道。隨著物理實(shí)驗(yàn)研究的不斷深入，研究范圍的不斷擴(kuò)展，應(yīng)用廣泛的，要求繁多的測(cè)量需求不斷被提出來。核電子學(xué)儀器陷入不停的開發(fā)，改版，升級(jí)的過程中，耗費(fèi)大量的人力，物力和財(cái)力。為解決這一問題，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室核與粒子物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，本論文提出一種可重構(gòu)的核儀器系

3、統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用可重構(gòu)的方式，把機(jī)械的硬件插件轉(zhuǎn)化為數(shù)字化插件，在一個(gè)精心設(shè)計(jì)的平臺(tái)上通過多種的功能算法，實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)量目標(biāo)，同時(shí)，離線算法被用來對(duì)硬件性能的不足進(jìn)行修正和彌補(bǔ)，通過各個(gè)部分的組合，以達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)化。通過可重構(gòu)核儀器，可以方便地，快速地，經(jīng)濟(jì)地建立新的實(shí)驗(yàn)儀器系統(tǒng)，從而使實(shí)驗(yàn)過程更為便捷。
　　 本工作分析了物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，從內(nèi)容、規(guī)模和實(shí)驗(yàn)方式等方面總結(jié)得出物理實(shí)驗(yàn)對(duì)電子學(xué)儀器的要求，以此作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。詳細(xì)

4、介紹了總體設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)功能算法，離線算法，軟件設(shè)計(jì)五個(gè)部分，分別詳述了設(shè)計(jì)的考慮和具體實(shí)現(xiàn)。對(duì)可重構(gòu)核儀器系統(tǒng)硬件的基本性能進(jìn)行了測(cè)量，給出了數(shù)字波形采樣的帶寬，有效位，時(shí)間測(cè)量精度等指標(biāo)。最后敘述了三個(gè)不同類型的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，以22Na能譜測(cè)量，G-M計(jì)數(shù)管坪區(qū)測(cè)量和非簡(jiǎn)并糾纏交換實(shí)驗(yàn)的時(shí)間測(cè)控來說明可重構(gòu)核儀器系統(tǒng)可以便捷地完成不同的測(cè)量任務(wù)，檢驗(yàn)了可重構(gòu)核儀器系統(tǒng)的實(shí)用性。
　　 本論文的創(chuàng)新之處如下:
　　

5、(1)將可重構(gòu)的概念引入核儀器領(lǐng)域，提出開發(fā)可重構(gòu)核儀器的思想?？芍貥?gòu)本來是為平衡電子計(jì)算的靈活性和高效性而發(fā)展出來的概念，在本論文的工作中借鑒可重構(gòu)的思想，提出發(fā)展兼有軟件的靈活和硬件的效率的可重構(gòu)核儀器。
　　 (2)探索性地開發(fā)可重構(gòu)核儀器，完成了框架設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)。將可重構(gòu)核儀器應(yīng)用于不同的實(shí)例中。核儀器的重構(gòu)是針對(duì)不同的功能和性能要求而進(jìn)行的，重構(gòu)的部分包括前端，數(shù)字化的方式，邏輯計(jì)算，和修正方式等等。核儀器的重構(gòu)是一

6、個(gè)系統(tǒng)化，一體化的過程，各部分相互配合，協(xié)調(diào)以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。本論文建立了這樣一套系統(tǒng)，并通過實(shí)例說明快速的重構(gòu)可以容易地構(gòu)建完全不相同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同類型的實(shí)驗(yàn)。
　　 (3)可重構(gòu)的核儀器系統(tǒng)通過快速重構(gòu)的方式，完成高精度的時(shí)間測(cè)量，非線性計(jì)算，反饋控制等功能，實(shí)現(xiàn)了非簡(jiǎn)并糾纏光子交換的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，高精度(～33ps)的時(shí)間測(cè)量和快速準(zhǔn)確的輸出反饋控制是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，通過重構(gòu)同時(shí)滿足這兩個(gè)要求，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求不斷