基于實時數(shù)字恒比定時技術的數(shù)字時間譜儀研究.pdf

1、核事件的許多信息以時間信息的方式存在于核輻射探測器輸出信號中，例如粒子激發(fā)態(tài)壽命表現(xiàn)為相繼兩信號的時間間隔分布，中子能量可以表現(xiàn)為中子飛越一定距離所需的飛行時間，粒子入射的空間位置可表現(xiàn)為位置靈敏探測器輸出信號的時間信息，入射粒子的種類也可反映在信號電荷的時間分布。為了探測核事件的性質、發(fā)生時間和位置，需要獲取核脈沖信號的時間信息并進行處理。
　　 恒比定時(ConstantFractionTiming，CFD)是核物理和粒子物

2、理實驗中用于準確確定粒子入射時間的一種重要定時技術。恒比定時的原理是采用恒定幅度觸發(fā)比來檢測核脈沖前沿到達的時刻，能夠修正脈沖幅度變化對定時的影響。傳統(tǒng)的恒比定時方法采用模擬定時甄別電路給出定時信號，再由時間數(shù)字化芯片TDC量化，通過計算機對時間信息進行統(tǒng)計，可以獲得所需要的時間譜波形。其模擬電路結構較為復雜，系統(tǒng)設備龐大。
　　 數(shù)字恒比定時(digitalConstantFractionTiming，dCFD)方法是采用數(shù)字

3、信號處理技術分析和處理核脈沖信號，由模數(shù)轉換芯片ADC直接對脈沖信號全波形采樣，以數(shù)值計算取代模擬定時電路。此設計方法優(yōu)點在于以全數(shù)字化手段完整保留核事件的全部現(xiàn)場信息，能夠一次測量從脈沖序列中獲取幅度、時間、粒子類型等整套信息，系統(tǒng)結構簡單，算法調整方便。
　　 基于數(shù)字恒比定時原理，本論文設計了一套通用硬件電路系統(tǒng)來完成實時核脈沖數(shù)字恒比定時計算。該系統(tǒng)的設計主要采用如下的技術路線：使用高速ADC數(shù)字量化，使用MATLAB信

4、號模型并設計合適的濾波、定時算法，利用高性能的FPGA(FieldPrograrmmableGateArray)和DSP(DigitalSignalProcessor)器件硬件實時處理，實現(xiàn)高精度的幅度和時間測量，使用USB2.0高速數(shù)據(jù)接口與主機通信。
　　 本論文的主要工作和創(chuàng)新點如下：
　　 1、采用MATLAB進行信號建模和算法設計，實現(xiàn)數(shù)字濾波器設計、定時算法優(yōu)化、離線數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)性能ENOB/SNR和DNL

5、/INL測試、物理數(shù)據(jù)統(tǒng)計等系統(tǒng)功能，并集成到一個GUI工程。
　　 2、基于數(shù)字恒比定時原理，研制了國內首臺以FPGA和DSP為并行處理核心的雙通道數(shù)字恒比定時電子學系統(tǒng)原型機，系統(tǒng)的主要功能集成在NIM插件電路上實現(xiàn)，能夠實現(xiàn)兩路信號實時量化、濾波、幅度計算、時間計算工作；
　　 目前，本論文所設計的電子學系統(tǒng)原型機已經完成，并經過了一系列電子學測試，測試結果表明數(shù)字恒比定時電子學系統(tǒng)接近模擬定時的精度，在功能集成和