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桑子儒 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
多道脉冲幅度谱仪的硬件快速寻峰方法 桑子儒 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
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内容 技术背景 技术实现 技术指标
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技术背景 ADC采样技术和微处理芯片的发展使得数字化脉冲处理技术（DPP）开始成为核电子学研究的新方向。数字脉冲处理技术的发展使得数字化多道谱仪成为多道技术发展的主流。 DPP系统的一般结构
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数字化谱仪的优点 滤波成形能力强，能针对实际噪声特点合成最佳或准最佳滤波器计权函数，能在较宽的脉冲通过率范围内保持良好的能量分辨率。
处理速度快，反堆积能力强，相同能量分辨率下脉冲通过率更高。 硬件软件化，系统稳定性、可靠性、线性显著提高，体积减小，功耗下降，成本降低。 灵活性强，适用面广，便于使用、维护和技术升级 [1] 。
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技术实现（1）—硬件 硬件结构框图 实物图 FPGA逻辑示意图
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技术实现（1）—硬件 双阈值比较示意图 FPGA逻辑寻峰功能示意图
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技术实现（2）—数据离线修正 硬件快速寻峰没有死时间，可以完整的测量每一个到来的核信号幅度。然而快速的采样使能量分辨率变坏。所以需要通过计算机离线处理，修复由于ADC非线性带来的测量偏差[3]。 系统的DNL和INL是系统的自身属性，固定不变。 DNL和INL对测量能谱的影响方式是已知的。 所以，通过对系统DNL和INL的测量并通过算法修正就可以消除系统的DNL和INL对能谱畸变的影响。
![技术实现（2）—数据离线修正 硬件快速寻峰没有死时间，可以完整的测量每一个到来的核信号幅度。然而快速的采样使能量分辨率变坏。所以需要通过计算机离线处理，修复由于ADC非线性带来的测量偏差[3]。 系统的DNL和INL是系统的自身属性，固定不变。](http://slidesplayer.com/slide/16667289/96/images/7/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%AE%9E%E7%8E%B0%EF%BC%882%EF%BC%89%E2%80%94%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%A6%BB%E7%BA%BF%E4%BF%AE%E6%AD%A3+%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E5%BF%AB%E9%80%9F%E5%AF%BB%E5%B3%B0%E6%B2%A1%E6%9C%89%E6%AD%BB%E6%97%B6%E9%97%B4%EF%BC%8C%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E5%AE%8C%E6%95%B4%E7%9A%84%E6%B5%8B%E9%87%8F%E6%AF%8F%E4%B8%80%E4%B8%AA%E5%88%B0%E6%9D%A5%E7%9A%84%E6%A0%B8%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E5%B9%85%E5%BA%A6%E3%80%82%E7%84%B6%E8%80%8C%E5%BF%AB%E9%80%9F%E7%9A%84%E9%87%87%E6%A0%B7%E4%BD%BF%E8%83%BD%E9%87%8F%E5%88%86%E8%BE%A8%E7%8E%87%E5%8F%98%E5%9D%8F%E3%80%82%E6%89%80%E4%BB%A5%E9%9C%80%E8%A6%81%E9%80%9A%E8%BF%87%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%A6%BB%E7%BA%BF%E5%A4%84%E7%90%86%EF%BC%8C%E4%BF%AE%E5%A4%8D%E7%94%B1%E4%BA%8EADC%E9%9D%9E%E7%BA%BF%E6%80%A7%E5%B8%A6%E6%9D%A5%E7%9A%84%E6%B5%8B%E9%87%8F%E5%81%8F%E5%B7%AE%5B3%5D%E3%80%82+%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E7%9A%84DNL%E5%92%8CINL%E6%98%AF%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E7%9A%84%E8%87%AA%E8%BA%AB%E5%B1%9E%E6%80%A7%EF%BC%8C%E5%9B%BA%E5%AE%9A%E4%B8%8D%E5%8F%98%E3%80%82.jpg "DNL和INL对测量能谱的影响方式是已知的。 所以，通过对系统DNL和INL的测量并通过算法修正就可以消除系统的DNL和INL对能谱畸变的影响。")
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技术实现（2）—数据离线修正 数据离线修正的流程和方法
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技术指标（1）—测试条件 电子学测试示意图 放射源测试示意图
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技术指标（2）—测试结果 商业多道测量滑移脉冲谱 所研制系统测量滑移脉冲谱（修正前） |DNL| |INL| Commercial MCA
counts channel 商业多道测量滑移脉冲谱 所研制系统测量滑移脉冲谱（修正前） counts [4] |DNL| |INL| Commercial MCA 3.70% 0.07% Before correction 19.60% 1.17% After correction 4.02% 0.13% channel 所研制系统测量滑移脉冲谱（修正后）
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技术指标（2）—测试结果 可能的原因： ADC采样误差 前端模拟电路 radiation source FWHM (keV) E (MeV)
Energy resolution (%) SSE adjust R-square （A） before correction 241Am 74.1 5.522 1.34 3.01E+06 0.9799 241Am with aluminum foil 364.9 3.510 10.40 2.96E+05 0.9789 （B） after correction 71.1 5.471 1.30 2.84E+06 0.9817 349.0 3.505 9.96 2.48E+05 0.9803 （C）Commercial MCA 43.7 5.466 0.80 1.35E+06 0.9233 348.4 3.470 10.04 2.66E+05 0.9706 可能的原因： ADC采样误差 前端模拟电路
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Conclusion A/D采样技术的发展使核谱仪数字化成为发展的方向 使用FPGA硬件数字逻辑实现波形数据快速寻峰
通过离线数据处理修正系统的非线性 系统在目前所能达到的指标
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改 进 寻峰算法改进 ---平均， 插值，DSP芯片 数字算法 ---数字滤波，基线消除
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参考文献 肖无云 魏义祥等. 数字化多道脉冲幅度分析技术研究[J]. 核技术.2005.28(10).787-790.
杨华庭. 改善ADC微分非线性的一种方法[J]. 核电子学与探测技术 (6) 王经瑾 等.核电子学[M].北京:原子能出版社 pp
![参考文献 肖无云 魏义祥等. 数字化多道脉冲幅度分析技术研究[J]. 核技术 (10)](http://slidesplayer.com/slide/16667289/96/images/14/%E5%8F%82%E8%80%83%E6%96%87%E7%8C%AE+%E8%82%96%E6%97%A0%E4%BA%91+%E9%AD%8F%E4%B9%89%E7%A5%A5%E7%AD%89.+%E6%95%B0%E5%AD%97%E5%8C%96%E5%A4%9A%E9%81%93%E8%84%89%E5%86%B2%E5%B9%85%E5%BA%A6%E5%88%86%E6%9E%90%E6%8A%80%E6%9C%AF%E7%A0%94%E7%A9%B6%5BJ%5D.+%E6%A0%B8%E6%8A%80%E6%9C%AF+%2810%29.jpg "杨华庭. 改善ADC微分非线性的一种方法[J]. 核电子学与探测技术 (6) 王经瑾 等.核电子学[M].北京:原子能出版社 pp")
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