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：
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谢谢！
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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
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）
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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
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大学核物理实验系统的硬件结构
Nuclear Physics Experiment System Detector Signal Reconfigurable Hardware (Slave Machine) Reconfigurable Software (Master Machine)
Input Signal
Signal Condition
ADC
FPGA
USB Interface
Data Bus
Slave Machine
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数字寻峰算法
寻峰算法
START Samplingvalue >=High_threshold? N
Y Trigger enable; Peakseek enable; Peak_temp=Samplingvalue
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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
High_threshold Low_threshold
Single_threshold
Trigger
Trigger
减少统计误差，提高系统的抗噪声能力
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）
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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ntw>1%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%
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大学核物理实验测量程序界面
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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。
Samplingvalue<= Low_threshold? Y Trigger disable; Peakseek disable
N
Samplingvalue >peak_temp? Y Peak_temp= samplingvalue
N
Save to RAM
END
数字化多道脉冲幅度分析器数字寻峰逻辑流程图
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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
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241Am与239Pu混合源的α粒子的修正前后能谱图
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大学核物理实验测量程序界面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
a High_threshold Low_threshold b
Trigger Accum_flag
Peak_seek_en Ram_read_write_en