分析单元10和定量计算单元11集成在一块带ARM处理器的FPGA中。
[0028]优选地，嵌入式处理器7由ARM核逻辑实现。
[0029]下面，对本发明的具体工作原理进行说明。
[0030]S1-Pin探测器17送出的微弱脉冲信号经前置放大器模块放大处理后，以初级放大信号送入到本发明中的数字多道系统。该信号经过高阻隔离电路2后，被去除掉高频干扰信号；由嵌入式处理器7输出控制二次放大可调矩阵电路3来调节信号放大倍数，倍数参考范围1-50 ;经过二次放大的信号被模数转换电路4转换为数字信号，此处ADC采样频率80MHz，放大信号脉冲频率设计小于100KHz，ADC为12位，ADC输出实时采样数据给FPGA芯片。
[0031]FPGA芯片内部的数字脉冲整形单元13将接收到的ADC数据基于管线架构得到实时整形脉冲，该部分包含基线恢复功能(稳定谱形)和峰值检测功能(检测当前脉冲信号真实电平)；脉冲选择逻辑单元12主要用于做堆积排除功能(去除一部分不需要的脉冲)。
[0032]经过处理后的脉冲信号峰值电压值会送到多道分析逻辑单元5，且这些数值会按0-2V分为2048个通道。当一个电压信号被检测到后，相应的通道的计数会自加一，这样2048个计数数据组成一个大小为2048的一维数组，该数组数据将会通过内存通讯接口 14传输给双端口内存6，该数组即为光谱原始谱形。
[0033]运行在ARM 1.5G双核上的实时嵌入式操作系统会周期性访问双端口内存6去获取最新的光谱数据和状态信息。实时嵌入式操作系统还通过谱形滤波单元8对原始谱形进行软件滤波，经过初步处理的光谱数据进入谱形分解单元9中根据元素能量一一分解，分解后的谱形通过定性分析单元10进行模型算法定性分析；定性分析后计算出各元素特征荧光线的强度，对各元素的特征线的强度通过海量浮点数据搜寻、比对、智能逼近等数学算法由定量计算单元11做定量算法运算；由于定量计算单元11包含大量的浮点迭代运算，FPGA芯片里特别模拟了一个浮点运算单元来处理该运算，保证快速得到运算结果。最后计算出来的结果连同设置参数一起通过无线路由模块16通过无线网络的方式传递给客户终端(如电脑/IPHONE/IPAD等)。
[0034]本发明在保证真实反映信号的物理特性的基础上，通过FPGA芯片对脉冲信号进行整形和软件滤波，能较彻底去除干扰信号，从而得到较好的分辨率。同时，通过FPGA内置的ARM-A9双核处理器，运行于该ARM核上的嵌入式系统下的应用软件可以对数据做分析和处理，从而直接得到样品测试后的定性定量分析结果，通过网络传输结果，实现跨平台终端的快速部署。本发明的测量精度可达到国外同类型的数字化多道顶尖水平，可靠性与稳定性比同类型产品大幅度提升，使得跨平台部署终端成为可能，且装配在XRF仪器上，极大缩减仪器空间结构，同时使得便携式XRF产品的实现成为现实。
[0035]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种支持元素定性定量分析的数字多道系统，其特征在于，包括: 信号输入端⑴； 高阻隔离电路(2)，输入端与所述信号输入端(I)连接，用于去除输入信号的高频干扰，给输入信号提供高阻抗隔离，并给信号一个固定的时间常数； 二次放大可调矩阵电路(3)，输入端与所述高阻隔离电路(2)的输出端连接，用于给放大或缩小所述高阻隔离电路(2)输出的信号幅度，使输出信号幅度落在下述模数转换电路(4)的理想动态范围内； 模数转换电路(4)，输入端与所述二次放大可调矩阵电路(3)的输出端连接，用于将模拟信号转换成数字信号； 多道分析逻辑单元(5)，输入端与所述模数转换电路(4)的输出端连接，用于将检测到的峰值电压转换为脉冲计数，并将所述脉冲计数存放在一维数组内的相应位置从而得到实时光谱数据； 双端口内存￠)，与所述多道分析逻辑单元(5)的输出端连接，用于保存当前的光谱数据和数字多道参数设置及状态信息； 嵌入式处理器(7)，与所述双端口内存(6)连接，用于通过其内置的实时嵌入式操作系统周期性访问所述双端口内存(6)，以获取最新的光谱数据和状态信息，同时所述嵌入式处理器(7)控制所述二次放大可调矩阵电路(3)的放大倍数； 谱形滤波单元(8)，与所述嵌入式处理器(7)连接，用于对所述嵌入式处理器(7)接收到的谱形数据做软件滤波； 谱形分解单元(9)，与所述谱形滤波单元(8)的输出端连接，用于对滤波后的谱形进行分解得到各元素的特征能量峰； 定性分析单元(10)，与所述谱形分解单元(9)的输出端连接，用于基于谱形分解后的结果计算出存在的各元素； 定量计算单元(11)，与所述定性分析单元(10)的输出端连接，用于根据已存在的元素得到各元素精确含量。
2.根据权利要求1所述的数字多道系统，其特征在于，还包括: 脉冲选择逻辑单元(12)，所述模数转换电路(4)通过所述脉冲选择逻辑单元(12)与所述多道分析逻辑单元(5)连接，用于实现堆积排除功能以去除无用的脉冲信号。
3.根据权利要求1至2所述的数字多道系统，其特征在于，还包括: 数字脉冲整形单元(13)，所述模数转换电路(4)通过所述数字脉冲整形单元(13)与所述多道分析逻辑单元(5)连接，用于稳定信号并将正态信号整形成正梯形波信号，以使检测峰值电压稳定可靠。
4.根据权利要求1至3所述的数字多道系统，其特征在于，还包括: 内存通讯接口(14)，所述多道分析逻辑单元(5)通过所述内存通讯接口(14)与所述双端口内存(6)连接，用于将实时光谱数据发送给所述双端口内存(6)。
5.根据权利要求1至4所述的数字多道系统，其特征在于，还包括: 浮点运算单元(15)，与所述嵌入式处理器(7)连接，所述定量计算单元(11)通过所述浮点运算单元(15)得到各元素精确含量。
6.根据权利要求1至5所述的数字多道系统，其特征在于，还包括: 无线路由模块(16)，与所述定量计算单元(11)连接，用于将计算出来的结果连同设置参数一起通过无线网络的方式传递给客户终端。
7.根据权利要求5所述的数字多道系统，其特征在于，所述浮点运算单元(15)为单独设计基于SMD技术的硬件浮点运算单元，提供64位/128位宽的矢量操作，配合优化后的算法代码，使提高海量迭代浮点运算的速度。
8.根据权利要求1至7所述的数字多道系统，其特征在于，所述多道分析逻辑单元(5)、双端口内存(6)、嵌入式处理器(7)、谱形滤波单元⑶、谱形分解单元(9)、定性分析单元(10)和定量计算单元(11)集成在一块带ARM处理器的FPGA中。
9.根据权利要求8所述的数字多道系统，其特征在于，所述嵌入式处理器(7)由ARM核逻辑实现。
【专利摘要】本发明提供了一种支持元素定性定量分析的数字多道系统，包括：高阻隔离电路，输入端与信号输入端连接；二次放大可调矩阵电路，输入端与高阻隔离电路的输出端连接；模数转换电路，输入端与二次放大可调矩阵电路的输出端连接；多道分析逻辑单元，输入端与模数转换电路的输出端连接；双端口内存，与多道分析逻辑单元的输出端连接；嵌入式处理器，与双端口内存连接；谱形滤波单元，与嵌入式处理器连接；谱形分解单元，与谱形滤波单元的输出端连接；定性分析单元，与谱形分解单元的输出端连接；定量计算单元，与定性分析单元的输出端连接。本发明具有结构简单、成本低、精度高的特点。
【IPC分类】G01N23-223
【公开号】CN104880476
【申请号】CN201510308902
【发明人】邵波, 邓启华, 黄玉光
【申请人】深圳市西凡谨顿科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月5日