收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于FPGA的便携式数字核谱仪研制

覃章健  
【摘要】: 核信息的获取与处理在许多基础科学研究和应用科学研究中都有重要的意义。多道脉冲幅度分析是核辐射能谱测量的一种基本方法,核谱仪是用于获取和处理多道脉冲幅度的基本设备。受ADC和数字信号处理器的发展制约,基于多道脉冲幅度分析的传统核谱仪大多是以对模拟脉冲信号峰值进行采样保持并作AD转换为特点的模拟核谱仪。随着高速高分辨率ADC和数字信号处理技术的迅猛发展,使以直接采集前置放大器输出脉冲波形、由数字信号处理进行多道脉冲幅度提取和分析为特点的全数字化核谱仪的实现成为可能。本文采用超高宽带集成运算放大器、125Msps的高速ADC和集逻辑控制与数据处理于一体的高速FPGA,完成了新一代全数字化的便携式核谱仪的研制。 数字核谱仪对模拟放大电路的带宽和ADC的采样率要求较高,然而高带宽、高采样率要求往往以降低数据采集系统的信噪比为代价。因此,在噪声背景相对较高的情况下如何较精准地提取各数字脉冲幅度是本研究首先要解决的问题,否则,数字核谱仪因精确度和准确度还赶不上模拟核谱仪而失去研制的价值。本文采取曲线拟合算法来解决高噪声背景下的数字脉冲幅度提取问题。针对不同类型核辐射探测器,研究其相应的输出波形特征,采用快速曲线拟合算法提取其输出脉冲的幅度。实验表明,在信噪比为31.4dB左右的噪声背景下仿真半导体探测器的输出脉冲的后沿,采用曲线拟合算法提取其脉冲幅度,其结果与直接以该脉冲采样点中的最大值作为其幅度相比较,曲线拟合算法提取脉冲幅度的测量准确度和精确度分别改善了1个数量级。本文研制的数字核谱仪的信噪比达到了45.3dB左右,在该噪声背景下仿真计算的结果相较于信噪比为31.4dB左右的噪声背景下仿真计算的结果,其测量的准确度和精确度又改善了1个数量级。 高信噪比数字化、实时甄别并存储核辐射探测器输出的随机脉冲信号是本文研究又一重点内容。通过附加相位补偿电路,本文设计出低噪声超宽带的信号放大电路,同时采用采样率高达125Msps的14位ADC实现了高信噪比的高速数据采集系统,为高保真数字化核辐射探测器输出的随机脉冲信号提供了保证。此外,本文通过巧妙地逻辑设计,实现了数字化的核辐射探测器输出的随机脉冲信号的实时甄别与存储。 最后,论文通过实验详细测试了数字核谱仪的信噪比、精确度、能量分辨率等重要指标参数。实验结果表明,数字核谱仪测得的能谱与模拟核谱仪测得的能谱的能量刻度一致,数字核谱仪的能量分辨率要优于模拟核谱仪。 论文的主要创新点主要表现在三个方面: 1.基于FPGA集逻辑控制、数据处理、数据存储于一体的数字核谱仪设计方案,较传统的CPLD+RAM(或FIFO)+DSP实现逻辑控制和数据存储与处理功能的设计方案,减少了印制板走线数量,缩小了印制板面积,并且降低了功耗,更好地达到便携式要求。另外,通过巧妙地逻辑设计,在FPGA中实现了无处理器介入下的数字随机脉冲实时甄别与存储,突破了模拟核谱仪中因采样保持而产生脉冲处理死时间的局限。 2.根据不同类型核辐射探测器输出的脉冲信号特征曲线,采用相应曲线拟合算法提取脉冲幅度,既能保证脉冲幅度提取的准确性和精确性,又简单易行且少占CPU处理时间以保证实时处理要求。 3.本文研究了有关算法,对数字化后的核辐射探测器输出脉冲进行了弹道亏损补偿,突破了模拟核谱仪系统难以实现弹道亏损补偿的局限。这是数字核谱仪研制的又一创新点。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 赵文;赵振全;律永成;;分布曲线拟合的R—检验方法——关于罗曼诺夫斯基R-检验方法的推证与补充[J];吉林大学学报(工学版);1983年04期
2 赵林明;;提高曲线拟合精度的一些方法[J];水利电力机械;1987年04期
3 潘旦君;陶伟;黄文宪;;圆柱凸轮廓形的测量方法和曲线拟合的计算机处理[J];机械科学与技术;1989年05期
4 简炜;衰减振荡曲线的广义最小二乘最佳逼近[J];湖北汽车工业学院学报;1994年02期
5 钮志红;已知型值点一阶、二阶导数的曲线拟合方法──五次多项式法[J];机械设计与研究;1994年03期
6 李青麒;软岩蠕变参数的曲线拟合计算方法[J];岩石力学与工程学报;1998年05期
7 刘强,刘德朋;一种基于曲线拟合技术的频率特性精确测量算法[J];机床与液压;2005年01期
8 王磊;浅谈曲线拟合在测试中的应用[J];计量与测试技术;2005年07期
9 许超林;;填筑土最优含水量和最大干密度的曲线拟合解[J];广东水利水电;2005年06期
10 郭玉军;郑江;;最大干密度的确定[J];华东公路;2005年02期
11 阳建红;徐景龙;;高能推进剂TNT当量的计算研究[J];计算机仿真;2006年06期
12 朱根松;张峰;付求涯;;STL切片数据的双弧曲线拟合算法[J];机电工程;2006年09期
13 王佳峰;;改进的BP网络在汽车制动力曲线拟合中的应用[J];仪器仪表用户;2007年03期
14 郝华杰;刘向农;左承基;;低温回热器效率的曲线拟合[J];低温与超导;2007年04期
15 梁海泉;张逸成;杨挺;姚勇涛;;电力变压器直流电阻快速测试仪的设计[J];测控技术;2007年09期
16 张航;黄云;龚良甫;;基于三次样条函数拟合公路平面线形方法研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2007年05期
17 蒋海涛;;最小二乘法在电动机参数测定中的应用[J];煤矿现代化;2008年01期
18 陈金英;史利娟;;基于LabVIEW实验数据的曲线拟合与分析[J];北京工业职业技术学院学报;2009年01期
19 王晔;杨姝;朱红;陈宏凯;;变截面压杆弹性屈曲的实验模型仿真研究[J];中国现代教育装备;2009年06期
20 许蔷;;基于曲线拟合修正的圆柱端面凸轮数字化设计[J];机械;2009年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 翁永刚;;改进的FCG软件试验数据处理方法[A];第七届全国MTS材料试验学术会议论文集(一)[C];2007年
2 井大海;甄少华;;基于MATLAB在液压马达CAT中的应用曲线拟合技术[A];第一届全国流体动力及控制工程学术会议论文集(第二卷)[C];2000年
3 张国栋;陈锦昌;;应用Auto CAD实现数控加工曲线拟合的研究[A];全国第十四届计算机科学及其在仪器仪表中的应用学术交流会论文集[C];2001年
4 成钢;葛敦世;;柔性泡沫橡塑绝热板材导热系数的测定与分析[A];2006年绝热隔音材料轻质建筑板材新技术新产品论文集[C];2006年
5 贺文华;楚岩;张金卫;祁娜;;曲线拟合在放射免疫分析(RIA)应用中的研究[A];全国第五届核仪器及其应用学术会议论文集[C];2005年
6 牛祎洁;那焱青;刘相波;韩寿松;;关于叶片泵定子过渡曲线辨识问题研究[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年
7 于盎宁;郑驰超;李洪旺;彭虎;;一种新的脉冲超声多普勒血流测量算法[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
8 崔厚梅;郭西进;刘淼;;RBF神经网络在称重传感器非线性补偿中的应用[A];2009全国虚拟仪器大会论文集(二)[C];2009年
9 胡社教;胡佳林;江萍;马红杰;;基于光电检测的智能回弹仪系统[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年
10 吴云君;李祖枢;王牛;;变负载下直流电机双闭环调速系统建模[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第五分册)[东南大学学报(增刊)][C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 覃章健;基于FPGA的便携式数字核谱仪研制[D];成都理工大学;2008年
2 覃蕊;足颈与袜口间接触压的有限元研究[D];江南大学;2011年
3 杨旭静;自由曲面高性能数控加工刀具路径技术研究[D];湖南大学;2006年
4 韩亮;渤海钻井平台桩基工程打入桩波动分析及其设计方法[D];中国地质大学(北京);2007年
5 郭璐;上肢伸展姿势及运动轨迹预测[D];浙江大学;2006年
6 周群一;ECG心拍建模与分析识别[D];浙江大学;2004年
7 刘红军;寒区湿地软土地基固结沉降与稳定性研究[D];中国地震局工程力学研究所;2007年
8 潘建江;数字图像分割及变形技术研究[D];浙江大学;2004年
9 吴边;无线通信中微波滤波器的比较设计法与应用研究[D];西安电子科技大学;2008年
10 赵小红;死后间隔时间推断的新研究[D];华中科技大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李中海;反求工程中拟合曲面连续性的研究[D];沈阳工业大学;2005年
2 庄森;螺杆钻具实验台数据采集管理系统设计[D];中国海洋大学;2005年
3 黄飞;轧辊成形车削刀片的面向制造设计[D];华中科技大学;2005年
4 朱红霞;神经网络模型在高速公路软基沉降预测中的应用[D];天津大学;2004年
5 李永红;高温熔体界面状态的X射线数字图像检测技术[D];中北大学;2006年
6 殷大勇;感应电动机稳态模型参数识别及其装置[D];广东工业大学;2006年
7 卢华峰;基于虚拟仪器的蓄能器测试系统研究与开发[D];广东工业大学;2006年
8 周明杰;新型滚珠丝杠测量系统的设计与研究[D];吉林大学;2007年
9 张菊艳;自然树的生长竞争模型及实现[D];四川大学;2007年
10 周小旭;重庆市住宅房地产影响因素分析及价格趋势预测研究[D];重庆大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 火柴;CAD软件操作技巧(六)[N];中华建筑报;2008年
2 ;聚碳酸酯透氧量检测数据报告[N];中国包装报;2006年
3 中国社会科学院金融研究所所长,中国金融学会副会长,曾任中国人民银行货币政策委员会委员 李扬;GDP与股指长期走势吻合[N];人民日报;2007年
4 李扬;且说股指与GDP[N];人民日报海外版;2007年
5 罗霞 通讯员 王志愿;法国公司在大港测试进行新技术培训[N];中国石油报;2007年
6 诸葛立早;市场永远是非精确的[N];上海证券报;2007年
7 杨为民;评“数学工具软件丛书”[N];中华读书报;2000年
8 阴树标 刘清友 孙新军 文建华 雷霆;粗大奥氏体晶粒高铌钢变形抗力研究[N];世界金属导报;2008年
9 王群航;一个小数点:两只基金的距离[N];证券日报;2008年
10 陈英;中国利率互换定价研究[N];金融时报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978