专利名称：核脉冲峰值采样装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及核脉冲信号采集及信号处理领域，更具体涉及一种核脉冲峰值采样装置，能够及时采集核脉冲信号峰值电压数据，并通过USB接口传输到计算机上呈现出 来的一种系统。可有效的实现峰值电压采集，够减小系统死时间，简化硬件电路，可应用于 相关核信号检测仪器。
背景技术：
核脉冲信号的检测和处理已在相关的核检测仪器中得到广泛的应用。常用的核脉 冲信号的幅度甄别是将探测器输出的信号依次经过前置放大、无源CR-RC整形，模拟信号 展宽后送至A/D转换器。无源CR-RC整形硬件电路的拓扑结构复杂。在峰值识别采样电路 方面，现行多采用峰值展宽电路，此方式通常对输入信号整形时间常数要求较高，因而反应 时间较长。峰值展宽电路有使用独立器件自行连接设计的，若要取得较好的性能，通常结构 复杂，成本高昂。也有使用集成峰值保持器件的，例如PKDOl，但此类模拟器件并不是为核脉 冲信号这种高速脉冲信号设计的。以PKDOl为例，其电压转换率仅为0.5V/US。为了满足 PKDOl对输入信号要求，则CR-RC整形时间常数会被设的很大，结果是单个脉冲占用的时间 长，整个系统的通过率低，另外此器件已经停产。另外还有基于高速采样的核脉冲信号获取系统，其原理类似于数字示波器。这类 系统原理简单，但若想取得良好性能则采样ADC的位数需在IObit以上，采样速率在IMbps 以上。单位时间采集的数据量大(2Mbyt以上)需用到高速模拟及数字处理电路，电路设计 难度大，成本高。
发明内容本实用新型的目的是在于提出了一种核脉冲峰值采样装置。该装置结构简单，使 用方便，用于相关核信号检测仪器，可有效的实现峰值电压采集，具有减小系统死时间，简 化硬件电路的优点。为了实现其上述的目的，本实用新型采用如下技术方案一种核脉冲峰值采样装置，包括核脉冲信号，放大整形电路，峰位甄别电路，采样 及模数转换电路，通讯及控制系统，计算机，峰位甄别电路中包括有源微分电路和过零比较 电路。核脉冲信号采集装置由探测器探测的核脉冲信号经由放大整形电路进行放大整 形，整形后信号同时进入峰位甄别电路进行峰位的判别。采样及模数转换电路接收峰位信 号时保持峰值点电压值并数字化。采集得到的信号峰值电压数据传递到通讯及控制系统， 通讯及控制系统则对所得数据进行进一步数据处理后将所得数据通过计算机显示出。其中放大整形电路为比例放大电路和低通有源滤波电路(见图3)组成。包括 R1、R2、C1、C2、U1。Ul为运算放大器AD8610。电阻Rl分别连接到电容Cl和电阻R2，电阻R2分别连接到电容C2和运算放大器Ul的3脚。电容Cl的另一端连接到运算放大器Ul的 6脚输出端。电容C2的另一端连接地。是两极有源滤波电路，其中Cl C2 = 1 2，运算 放大器要求带宽在20M以上，转换率在20V/μ s以上。完成信号处理即图7所示二次低通 滤波电路整形输出反向输出信号。信号由低通有源滤波电路滤波后得到波形(图7)，此波形接近高斯波形。由于探测器输出的信号，峰顶宽度比较窄，无法满足采样保持器对输入信号特性要求，因此，需对 输入信号进行整形。运用无源的RC-CR电路进行脉冲信号的整形放大，其拓扑结构复杂，成 本高，不易实现。为了简化电路，本新型实用运用两级有源滤波电路进行信号的整形，有效 的简化电路，可实施性好。图1中的峰位甄别电路包括有源微分电路，过零比较电路，(见图2)。由放大整形 电路将整形后的模拟信号即放大整形电路输出信号同时输入到有源微分电路和采样及模 数转换电路。采样及模数转换电路会对信号进行采样，信号由有源微分电路做微分处理，通 过微分电路进行峰位识别，当判别信号处于峰位时过零比较电路会有信号跳变从而传递给 采样及模数转换电路将此时的采样数据判定为峰位数据。本装置采用集成高速采样器采集整形后的核脉冲峰值电压值，为确保采样保持的 是脉冲的峰值就必须对其进行峰值判断，采用模拟有源微分电路对整形输出信号进行微 分，再通过过零比较的方法进行峰位值判断，峰位判断精度高，直接采用高速采样器采样峰 值电压避免了采用模拟展宽器，集成的模拟高速采样器对输入信号的整形时间常数要求 低，可有效避免高计数率下的大时间常数整形带来的脉冲堆积问题，减小系统误差，提高了 系统的通过率。峰值甄别电路中有源微分电路和过零比较电路(见图4)，包括U2、R3、C3组成的微 分电路，和U3、R4、R5组成的过零比较电路。U2为运算放大器AD8610，U3为比较器AD8561。 信号输入电容C3，电容C3的另一端分别连接到电阻R3和运算放大器U2的2脚，电阻R3的 另一端连接到运算放大器U2的6脚，运算放大器U2的3脚接地。运算放大器U2的输出端 6脚连接到电阻R4上。电阻R4的另一端分别连接到比较器U3的2和电阻R5的一端，电阻 R5的另一端连接到比较器U3的7脚上。比较器U3的3脚的另一端接地，8脚为信号输出 端。有源微分电路和过零比较电路在这里联用，其作用为判别峰值，并将判别信号传递给采 样及模数转换电路，告知峰值信号。与上位机通信方式运用USB2. 0全速模式，保证了采集数据的即时传输。本实用新型核脉冲峰值采样系统的特点和优点1、电路形式简单。整体硬件电路用件较少并且性能稳定、可靠。2、成本低廉，集成度高。3、对整形信号要求低，顶宽大于luS，转换率小于20V/uS即可。4、脉冲处理速度快，系统死时间小，单个脉冲处理时间(含传输)IOuS5、通过率高，。通过率峰值平率可达到100K，平均通过率达到30K。6、峰值采集处理的精度，优于1%。。
图1为脉冲峰值采样装置结构示意图。[0023]图2峰值甄别电路示意图。图3有源滤波电路示意图。信号由(INPUT)进入，经由(Rl) (R2) =1:1，(Cl) (C2) =1:2图4有源微分电路示意图。图5—种初始输入信号。图6—种输入(反向)信号与微分输出信号，当输入信号为峰值信号时其微分输出信号再次为零，通过辨别微分输出信号来甄别峰位。图7 —种二次低通滤波电路整形输出反向输出信号。图8 一种输出(反向)和峰位比较输出信号。当输出信号到达峰值时峰位比较信 号跳为高电平。图9 一种峰位比较输出和峰位保持跳变信号。峰位比较输出信号结束时转为上跳 沿，几乎在峰位比较输出信号转为上跳沿的同时峰位保持信号跳变为下降沿。图10 —种峰位保持与采样保持及AD转换忙跳变信号，其中AD高电平为忙状态。其中1-核脉冲信号，2-放大整形电路，3-峰值采样电路，4-采样及模数转换， 5-通讯及控制系统，6-计算机，3a-有源微分电路，3b-过零比较电路。注图5到图10中蓝色波形为一通道波形，黄色波形为二通道波形，在视图说明中 同时存在两个通道波形时一通道申明在前二通道申明在后。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述根据图1可知该冲峰值采样装置，包括核脉冲信号1，放大整形电路2，峰值甄别 电路3，采样及模数转换4，通讯及控制系统5，计算机6，峰值甄别电路3中包括有源微分电 路3a和过零比较电路3b。核脉冲信号采集装置由探测器探测的核脉冲信号1经由放大整形电路2进行放大 整形，整形后信号同时进入峰值甄别电路3进行峰位的判别和采样及模数转换4即A/D采 集信号数值，将采集到得信号峰值数据传递到通讯及控制系统5，通讯及控制系统5则对所 得数据进行进一步数字化处理再将所处理数据通过计算机6显示出。其特征在于核脉冲信 号探测器与放大整形电路2相连接，放大整形电路2同时与峰值甄别电路3和采样及模数 转换电路4相连接。根据图2可知该峰值采样装置包括放大整形电路输出信号1，有源微分电路3a， 过零比较电路3b，采样及模数转换电路4。由放大整形电路将整形后的模拟信号即放大整 形电路输出信号1同时输入到有源微分电路3a和采样及模数转换电路4。采样及模数转换 电路4会对信号进行采样，信号由有源微分电路3a做微分处理，通过微分电路进行峰位识 另IJ，当判别信号处于峰位时过零比较电路3b会有信号跳变从而传递给采样及模数转换电 路4将此时的采样数据判定为峰位数据。运用有源微分电路3a将接收信号进行微分，信号达到峰值时，微分电路输出为 零，从而判断出信号的峰值。采集信号时，采样保持放大器的逻辑控制取决于过零比较器的 输出，当非峰值时，处于采样状态，当峰值时，处于保持状态，从而使峰值得以保持。图10即 峰位保持与采样保持及AD转换忙跳变信号，其中AD高电平为忙状态。[0040]根据图3可知放大整形电路2为同向放大电路和低通有源滤波电路组成，包括 R1、R2、C1、C2、U1。Ul为运算放大器AD8610。电阻Rl分别连接到电容Cl和电阻R2，电阻 R2分别连接到电容C2和运算放大器Ul的3脚。电容Cl的另一端连接到运算放大器Ul的 6脚输出端。电容C2的另一端连接地。是两极有源滤波电路，其中Cl C2 = 1 2，运算 放大器要求带宽在20M以上，转换率在20V/μ s以上。完成信号处理即图7所示二次低通 滤波电路整形输出反向输出信号。根据图4可知峰值甄别电路3中有源微分电路3a和过零比较电路3b，包括U2、R3、C3组成的微分电路，和U3、R4、R5组成的过零比较电路。U2为运算放大器AD8610，U3 为比较器AD8561。信号输入电容C3，电容C3的另一端分别连接到电阻R3和运算放大器 U2的2脚，电阻R3的另一端连接到运算放大器U2的6脚，运算放大器U2的3脚接地。运 算放大器U2的输出端6脚连接到电阻R4上。电阻R4的另一端分别连接到比较器U3的2 和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接到比较器U3的7脚上。比较器U3的3脚的另一 端接地，8脚为信号输出端。其中R4 R5 = 100 1。有源微分电路和过零比较电路在这 里联用，其作用为判别峰值，并将判别信号传递给采样及模数转换电路，告知峰值信号。图 6为输入(反向)信号与微分输出信号，当输入信号为峰值信号时其微分输出信号再次为 零，通过辨别微分输出信号来甄别峰位。图8为输出(反向)和峰位比较输出信号。当输 出信号到达峰值时峰位比较信号跳为高电平。图9反映了峰位比较输出和峰位保持跳变信 号。峰位比较输出信号结束时转为上跳沿，在峰位比较输出信号转为上跳沿 μ S内峰位保 持信号跳变为下降沿。
权利要求一种核脉冲峰值采样装置，包括放大整形电路(2)，峰位甄别电路(3)，采样及模数转换电路(4)，通讯及控制系统(5)，其特征在于放大整形电路(2)为比例放大电路和低通有源滤波电路组成，放大整形电路(2)中U1为运算放大器AD8610；电阻R1分别连接到电容C1和电阻R2，电阻R2分别连接到电容C2和运算放大器U1的3脚；电容C1的另一端连接到运算放大器U1的6脚输出端；电容C2的另一端连接地；是两极有源滤波电路，其中C1∶C2＝1∶2，运算放大器带宽在20M以上，转换率20V/μs以上；峰值甄别电路(3)中有源微分电路(3a)和过零比较电路(3b)，包括U2、R3、C3组成的微分电路，和U3、R4、R5组成的过零比较电路；U2为运算放大器AD8610，U3为比较器AD8561；信号输入电容C3，电容C3的另一端分别连接到电阻R3和运算放大器U2的2脚，电阻R3的另一端连接到运算放大器U2的6脚，运算放大器U2的3脚接地；运算放大器U2的输出端6脚连接到电阻R4上；电阻R4的另一端分别连接到比较器U3的2和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接到比较器U3的7脚上；比较器U3的3脚的另一端接地，8脚为信号输出端。
专利摘要本实用新型公开了一种核脉冲峰值采样装置，包括核脉冲信号放大整形电路，峰位识别电路，采样及模数转换电路，通讯及控制系统，计算机。整形电路为低通有源滤波电路，包括R1、R2、C1、C2、U1；峰位识别电路包括有源微分电路和过零比较电路。包括U2、R3、C3、组成的微分电路，U3、R4、R5组成过零比较电路；本实用新型结构简单，使用方便，用于相关核脉冲信号检测仪器，可有效的实现峰值电压采集，具有减小系统死时间，简化硬件电路的优点。
文档编号G01R19/25GK201555894SQ20092022934
公开日2010年8月18日 申请日期2009年11月3日 优先权日2009年11月3日
发明者杨春华 申请人:湖北方圆环保科技有限公司