专利名称：一种数字化γ核素识别仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及检测仪器，尤其是涉及一种数字化的Y核素识别仪。
背景技术：
当放射性粒子打入放射性探测器时，探测器产生电离信号。该信号携带了核素的各种特征信息，如能量信息、时间信息、位置信息等。对电离信号能谱的获取，国内目前基本采用模拟测量方法。传统的模拟测量技术，通常使用复杂的放大成形电路完成核脉冲的滤波成形处理和比较器进行幅度甄别。在核脉冲计数应用中，单纯的幅度甄别很难有效的克服噪声和基线偏移等干扰，导致较大的计数误差。对核脉冲的幅度分析，模拟测量技术需要使用复杂的放大器完成核脉冲滤波成形处理。由于放大器输出的是准Gauss形脉冲，为了减小弹道亏损引起的能量分辨率损失，需要显著加大时间常数，从而导致低的脉冲通过率。这两者间难以调和的矛盾是困扰模拟测量技术的难题。对于脉冲幅度差别不明显的射线种类，采用比较器幅度甄别很难做出区分。此外，模拟电路受环境因素影响大，当环境发生变化时，很难克服温漂和基线偏移的影响，从而导致能谱道址漂移，影响识别。总体来说，采用模拟测量技术的谱仪，很难克服能量分辨率与脉冲通过率之间不可调和的矛盾及噪声和基线偏移对测量的影响，其能量分辨率较低。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术存在的难以克服能量分辨率与脉冲通过率之间不可调和的矛盾，提供一种数字化Y核素识别仪，通过探头模块、ADC处理模块、FPGA处理模块、嵌入式处理模块实现数字化测量，利用梯形成形滤波器的弹道亏损免疫特性，更好的兼顾能量分辨率与脉冲通过率。本实用新型采用的技术方案如下一种数字化Y核素识别仪包括探头模块、ADC处理模块、FPGA处理模块、嵌入式处理模块，所述探头模块输出端依次通过ADC处理模块、FPGA处理模块与嵌入式处理模块连接。所述探头模块包括LaBr3探测器、电荷灵敏积分电路、第一放大器电路，所述LaBr3探测器输出端通过电荷灵敏积分电路与第一放大器电路连接。所述ADC处理模块包括极零相消电路、ADC芯片、抗混叠滤波器，所述探头模块输出端与极零相消电路输入端连接，极零相消电路输出端通过抗混叠滤波器与ADC芯片连接。所述FPGA处理模块是梯形成形滤波器，所述梯形成形滤波器放置于ADC处理模块与嵌入式处理模块之间。
3[0014]所述嵌入式处理模块包括微处理器、LED显示屏。所述嵌入式处理模块还包括USB接口电路、蓝牙电路、RS232电路、SD卡电路。所述电荷灵敏积分电路时间常数τ = 50 μ S0综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是I)探头模块使用LaBr3探测器提高了输出信号分辨率；2) ADC处理模块采用流水线结构高速ADC，可以直接对探头模块输出信号进行采样，并转换为数字信号；3)FPGA模块对ADC处理模块输出的数字信号进行梯形成形滤波，该滤波器具体弹道亏损免疫特性，并能提高输出信噪比，能较好的兼顾能量分辨率与脉冲通过率；4)嵌入式处理模块通过显示屏将测量的Y核素的幅度谱和核素识别结果信息进行实时显示，还可通过USB接口电路、RS232电路、SD卡电路、蓝牙电路等与外围电路进行实时通讯。
本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中图I是本装置原理框图；图2是本装置探头模块原理框图；图3是ADC处理模块原理框图；图4是FPGA模块原理框图；图5是梯形滤波成形输出波形。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。工作原理核素识别仪是一种通过提取电离信号的各种特征，对核素进行识别的仪器。它把电离信号按照不同的测量需求平均分为Ik道、4k道、16k道等(合成幅度谱的时候系数不同，因此实现不同测量需求)，各道址同时测量，可测出介于各窄小道宽内的脉冲强度，获得电离信号的能谱，并根据能谱对核素进行识别。本装置包括探头模块、ADC处理模块、FPGA模块、嵌入式处理模块I、探头模块功能是放射性粒子进入L &81*3探测器后产生的电离信号送给电荷灵敏积分电路，将其转化为电压信号，输出波形为下降指数脉冲信号。然后通过第一放大电路对该脉冲信号进行增益调节，最后送入后端的ADC处理模块进行采样处理，其中探测器是LaBrf探头模块，电荷灵敏积分电路的时间常数R*C= τ = 50 μ S，第一放大器电路调节脉冲信号使其幅度达到范围值IOOmVpp (电压峰峰值)，送入后端的ADC处理模块进行采样；2、ADC处理模块功能是探头模块输出的下降指数脉冲信号送给ADC处理模块，将其转换成数字信号，以进行数字信号处理。在送入高速ADC之前，必须对探头输出信号进行调理，使其满足高速ADC的输入要求。由于电离信号进行了积分，引入了极点，因此信号经过缓冲后，首先通过极零相消电路，消除电荷灵敏积分电路引入的极点，然后经过第二放大电路进行增益调节，最后经过抗混叠滤波器，送入ADC芯片完成采样。采样输出数据通过成型滤波器对数据进行梯形滤波成形处理，并将处理结果送给嵌入式处理器。极零相消电路消除电荷灵敏积分电路引入的极点，输出脉冲宽度约为2μ s(通过电容微分实现的，使用6800pf的电容时输出约为2μ s)，极零相消电路可以调节探头信号进行微分时所引起的过冲，使得脉冲快速回到基线，能显著改善高计数率时产生的脉冲幅度叠加的效应，适用于高分辨率和高计数率的谱仪系统；第二放大器电路调节输出电压值范围是0-2Vpp(以137Cs为参考源时，其辐射出的Y射线幅度调节至440mVpp);抗混叠滤波器是一个低通滤波器，将信号中的高频成份限制在采样频率的1/2以内，以避免引起频谱混叠。本设计中截止频率是5MHz(f=l/2JiRC，其中R表示电阻值。C表示电容值);ADC芯片ADC采样频率为40MHz。型号是AD9245 ；3、嵌入式处理器模块包括嵌入式处理器及外围电路、LED触摸屏、USB接口电路、RS232电路、SD卡电路和蓝牙电路。嵌入式处理器模块主要完成后续的数据处理、人机交互和通信功能。嵌入式处理器收到FPGA信号处理模块送来的处理结果，对数据进行分类计算，合成幅度谱。嵌入式处理器将合成的谱数据显示在LED触摸屏上，并给出核谱识别结果和置信区间。通过USB接口电路、RS232电路和蓝牙电路，可以将存储的谱数据发送至计算机做进一步的分析。实施例一如图I所示，本装置包括探头模块、ADC处理模块、FPGA处理模块、嵌入式处理模块，所述探头模块输出端依次通过ADC处理模块、FPGA处理模块与嵌入式处理模块连接。实施例二 在实施例一基础上,如图2所示,所述探头模块包括LaBr3探测器、电荷灵敏积分电路、第一放大器电路，所述LaBr3探测器输出端通过电荷灵敏积分电路与第一放大器电路连接。实施例三在实施例一或2基础上,如图3所示,所述ADC处理模块包括极零相消电路、抗混叠滤波器、ADC芯片，所述探头模块输出端于极零相消电路输入端连接，极零相消电路输出端通过ADC芯片与抗混叠滤波器之间。实施例四在实施例一、二或3基础上，如图4所示，所述FPGA处理模块是梯形成形滤波器，所述梯形成形滤波器放置于ADC处理模块与嵌入式处理模块之间，所述梯形成形滤波器包括加法器、乘法器，其连接关系乘法器和加法器多级级联，如图4所示，点表示用加法器进行加法运算、系数表示用乘法器进行乘法运算。梯形成形滤波器传递函数如公式(I)
权利要求1.一种数字化Y核素识别仪，其特征在于包括探头模块、ADC处理模块、FPGA处理模块、嵌入式处理模块，所述探头模块输出端依次通过ADC处理模块、FPGA处理模块与嵌入式处理模块连接。
2.根据权利要求I所述的一种数字化Y核素识别仪，其特征在于所述探头模块包括LaBr3探测器、电荷灵敏积分电路、第一放大器电路，所述LaBr3探测器输出端通过电荷灵敏积分电路与第一放大器电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种数字化Y核素识别仪，其特征在于所述ADC处理模块包括极零相消电路、抗混叠滤波器、ADC芯片，所述探头模块输出端与极零相消电路输入端连接，极零相消电路输出端通过抗混叠滤波器与ADC芯片连接。
4.根据权利要求3所述的一种数字化Y核素识别仪，其特征在于所述FPGA处理模块是梯形成形滤波器，所述梯形成形滤波器放置于ADC处理模块与嵌入式处理模块之间。
5.根据权利要求4所述的一种数字化Y核素识别仪，其特征在于所述嵌入式处理模块包括微处理器、LED显示屏。
6.根据权利要求I至4之一所述的一种数字化Y核素识别仪，其特征在于所述嵌入式处理模块还包括USB接口电路、蓝牙电路、RS232电路、SD卡电路。
7.根据权利要求6所述的一种数字化Y核素识别仪，其特征在于所述电荷灵敏积分电路时间常数τ = 50 μ S0
专利摘要本实用新型涉及检测仪器，尤其是涉及一种数字化γ核素识别仪。本装置针对现有技术存在的无法克服能量分辨率与脉冲通过率之间不可调和的矛盾，提供一种数字化γ核素识别仪，通过探头模块、ADC处理模块、FPGA处理模块、嵌入式处理模块实现数字化测量，能很好的对核素进行分析和识别。本装置包括探头模块、ADC处理模块、FPGA处理模块、嵌入式处理模块，所述探头模块输出端一次通过ADC处理模块、FPGA处理模块与嵌入式处理模块连接。本装置主要应用于数字检测领域。
文档编号G01T1/16GK202771001SQ20122041236
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者付学智, 刘思平, 毕成军, 胡颖睿 申请人:成都麦特斯科技有限公司