论文部分内容阅读
随着电子技术的发展,数字化能谱系统以其稳定、灵活、精度高、便于进一步作数字化处理等诸多优点,已经成为核辐射探测的主流选择。凭借着高速ADC和微处理器的优异性能,现有的数字化能谱系统已经能得到令人满意的能谱测量结果。但是在深空探测、辐射成像等大面积、多通道辐射探测应用场景下,传统的数字多道仍然存在系统过于庞大的问题。传统数字多道实现大面积探测需要大量采用ADC等ASIC,这会造成系统成本上升、体积增大、控制难度增加等问题。针对此,本文设计了一种基于宽度谱的能谱测量系统,将对幅度的测量转换为对宽度的测量,以更少的资源、更简单的方式实现能谱测量,该方案适合用于简化大面积探测系统。首先将用于幅度测量的脉冲信号转换为电平合适的矩形脉冲,转换过程由比较器电路实现,设置不同的高低阈值,截取脉冲信号的某一段作为有效信号,然后在FPGA内实现宽度测量。采用Altera公司的EP4CE10F17C8N芯片实现FPGA数字电路,主要包括时钟控制模块、宽度测量模块、数据缓冲模块、多通道轮询模块、USB读写控制模块。判断矩形脉冲高低电平,对有效电平按时钟计数,以计数值对应的时间作为脉冲的宽度,多个通道的宽度数据通过USB总线传输到上位机。另外,在多像素测量系统的基础上设计了大面阵分帧能谱测量系统,并在FPGA中实现分帧机制和双重缓冲机制,以准确地按帧处理数据。所有FPGA数字电路模块都在ModelSim软件中实现功能仿真。采用Cypress公司的CY7C68013A芯片实现FPGA与上位机之间的USB通信:FPGA向上位机发送宽度数据,上位机通过USB控制FPGA工作状态。在Keil软件中编写USB固件程序,实现对USB器件的控制。上位机以单文档的形式实现数据处理、能谱绘制、谱图处理、文件管理等功能:上位机除了生成传统的能谱曲线之外,还根据数据计算得到光子分布图,以表征放射源的位置信息;能谱绘制采用内存缓冲的方式定时刷新能谱曲线,以避免出现闪烁;采用OpenCV计算机视觉库实现谱图光滑、峰位标定等谱图处理功能;以Excel文件作为系统的文件格式,实现对宽度谱数据和光子分布数据的管理。实验部分采用8)241作为放射源,分别对2×2像素CZT探测器、8×8正交栅格CZT探测器进行测试,对能谱作简要分析,结果表明该系统能实现测谱功能。另外,比较了两种不同的光子计数方式:总计数和峰值计数,结果表明以总计数作为光子计数值更能体现出光源的位置信息。