基于FPGA的反符合γ譜儀設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2021-04-25 20:01
在γ放射性測(cè)量中,天然本底和康普頓散射的影響,導(dǎo)致低活度核素檢測(cè)困難,所以本文引入反符合測(cè)量方法加以改善。本設(shè)計(jì)采用Φ95×145×80mm環(huán)形NaI(Tl)晶體為反符合探測(cè)器,采用濱松的3英寸NaI(Tl)探測(cè)器作為主探測(cè)器。系統(tǒng)主要工作原理為:主探頭輸出端的核脈沖信號(hào)先經(jīng)過信號(hào)調(diào)理及ADC采集,再與外圍的反符合信號(hào)進(jìn)行反符合甄別處理,甄別后的信號(hào)用于形成γ能譜。當(dāng)主探測(cè)器采集到脈沖信號(hào)且外圍環(huán)形探測(cè)器無信號(hào)時(shí),FPGA才會(huì)將主探測(cè)器的脈沖信號(hào)保留,并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字核脈沖信號(hào)處理而得到能譜數(shù)據(jù)。本文采用XILINX公司的Spartan?-3E器件XC3S500E系列的FPGA為控制核心,反符合譜儀系統(tǒng)主要包括阻抗匹配電路、程控增益電路、放大濾波電路、高速ADC采集電路、反符合整形電路、FPGA數(shù)字信號(hào)處理電路及USB接口電路等。其中,FPGA數(shù)字信號(hào)處理硬件電路主要包括時(shí)鐘模塊、核信號(hào)采集與存儲(chǔ)模塊、反符合甄別模塊、數(shù)字脈沖梯形成形模塊、能譜成形及USB傳輸模塊等。本文開發(fā)的軟件主要功能包括:(1)γ能譜測(cè)量、(2)譜線繪圖顯示、(3)能量刻度、(4)效率刻度、(5)活度計(jì)算、(6)待...
【文章來源】:成都理工大學(xué)四川省
【文章頁數(shù)】:64 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 選題背景及研究意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3 論文主要研究內(nèi)容
1.4 論文的章節(jié)安排
本章小結(jié)
第2章 反符合測(cè)量原理
2.1 天然放射性
2.2 γ射線與物質(zhì)的相互作用
2.2.1 光電效應(yīng)
2.2.2 康普頓效應(yīng)
2.2.3 電子對(duì)效應(yīng)
2.2.4 三種效應(yīng)方式的比較
2.3 反符合測(cè)量原理
本章小結(jié)
第3章 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)
3.1 探測(cè)器的選擇
3.2 信號(hào)調(diào)理單元
3.3 信號(hào)的高速采集
3.4 數(shù)字信號(hào)處理單元
3.5 USB通信接口
本章小結(jié)
第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4.1 電源管理系統(tǒng)
4.2 探測(cè)器單元選型
4.3 主信號(hào)調(diào)理電路
4.3.1 電壓跟隨電路
4.3.2 程控增益電路
4.3.3 放大濾波電路
4.4 高速ADC信號(hào)采集
4.5 符合信號(hào)整形電路
4.5.1 信號(hào)調(diào)理電路
4.5.2 信號(hào)整形電路
4.6 數(shù)字信號(hào)處理電路
4.7 USB通信電路
本章小結(jié)
第5章 FPGA數(shù)字信號(hào)處理硬件電路設(shè)計(jì)
5.1 FPGA內(nèi)部硬件設(shè)計(jì)
5.2 數(shù)字時(shí)鐘模塊
5.3 核信號(hào)采集與存儲(chǔ)模塊
5.4 反符合甄別模塊
5.4.1 反符合甄別邏輯
5.4.2 反符合甄別設(shè)計(jì)
5.5 脈沖梯形成型模塊
5.6 能譜成型模塊
5.6.1 脈沖峰值提取
5.6.2 RAM能譜成形
5.7 USB傳輸模塊
本章小結(jié)
第6章 系統(tǒng)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)
6.1 軟件架構(gòu)
6.2 工作流程
6.3 界面設(shè)計(jì)
本章小結(jié)
第7章 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)論
7.1 模擬電路信號(hào)測(cè)試
7.1.1 主探測(cè)器信號(hào)測(cè)試
7.1.2 反符合信號(hào)測(cè)試
7.1.3 主信號(hào)與反符合信號(hào)測(cè)試
7.2 本底測(cè)試與驗(yàn)證
7.2.1 Geant4本底模擬
7.2.2 本底測(cè)量
7.2.3 本底抑制效果對(duì)比
7.3 輻射測(cè)試
7.3.1 探測(cè)器端面中心測(cè)試
7.3.2 探測(cè)器側(cè)面中間測(cè)試
7.3.3 輻射測(cè)試對(duì)比
本章小結(jié)
結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]井型NaI(Tl)γ譜儀放射性活度測(cè)量研究[J]. 郭曉清,楊巧玲,刁立軍,陳細(xì)林,呂曉俠. 中國原子能科學(xué)研究院年報(bào). 2015(00)
[2]反宇宙射線低本底γ譜儀測(cè)量裝置應(yīng)用[J]. 刁立軍,姚順和,孟軍,陳細(xì)林. 中國原子能科學(xué)研究院年報(bào). 2010(00)
[3]反符合方法對(duì)低本底高純鍺γ譜儀本底降低的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 侯鐵棟,刁立軍. 中國原子能科學(xué)研究院年報(bào). 2009(00)
[4]用反符合和熱中子屏蔽降低γ譜儀本底[J]. 刁立軍,侯鐵棟,李瑋,孟軍. 核技術(shù). 2010(07)
[5]數(shù)字技術(shù)在航空伽馬能譜儀中的應(yīng)用[J]. 曾國強(qiáng),葛良全,熊盛青,倪衛(wèi)沖,賴萬昌. 物探與化探. 2010(02)
[6]一套低本底反康普頓HPGeγ譜儀系統(tǒng)積分本底的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 周春林,徐振華,韓峰,徐從學(xué). 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2008(02)
[7]HPGe低本底反康普頓γ譜儀[J]. 李建華,金惠民,刁立軍,唐培家. 中國原子能科學(xué)研究院年報(bào). 2003(00)
[8]通用反符合電路[J]. 馬曉莉,蘇弘. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2001(01)
[9]兩套低本底反康普頓HPGeγ譜儀技術(shù)指標(biāo)的比較[J]. 韓峰,李天柁,周春林,過惠平,弟宇鳴. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 1999(05)
[10]反符合屏蔽γ譜儀中宇宙線輻射本底的減弱[J]. 蘇瓊,高亞民. 原子能科學(xué)技術(shù). 1989(03)
博士論文
[1]肺部γ放射部內(nèi)污染現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王磊.成都理工大學(xué) 2013
碩士論文
[1]海水原位γ能譜快速檢測(cè)方法初步研究[D]. 喻杰.成都理工大學(xué) 2017
[2]基于CLYC的中子-γ復(fù)合探測(cè)電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 姚付良.成都理工大學(xué) 2017
[3]基于FPGA的小型γ成像儀器的設(shè)計(jì)[D]. 田正凱.成都理工大學(xué) 2014
[4]便攜式肺部γ放射性內(nèi)污染檢測(cè)儀研制[D]. 王琳.成都理工大學(xué) 2014
[5]基于FPGA和STM32的數(shù)字化多道脈沖幅度分析器設(shè)計(jì)[D]. 盧圣才.成都理工大學(xué) 2013
[6]基于FPGA的多道脈沖幅度分析器設(shè)計(jì)[D]. 李嬌龍.成都理工大學(xué) 2012
[7]γ射線在塑料-NaI(T1)復(fù)合探測(cè)器中響應(yīng)函數(shù)及探測(cè)效率的蒙特卡羅模擬[D]. 李湘棟.南華大學(xué) 2011
[8]NaI(Tl)便攜式γ譜儀研制[D]. 楊彬華.南華大學(xué) 2011
本文編號(hào):3160005
【文章來源】:成都理工大學(xué)四川省
【文章頁數(shù)】:64 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 選題背景及研究意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3 論文主要研究內(nèi)容
1.4 論文的章節(jié)安排
本章小結(jié)
第2章 反符合測(cè)量原理
2.1 天然放射性
2.2 γ射線與物質(zhì)的相互作用
2.2.1 光電效應(yīng)
2.2.2 康普頓效應(yīng)
2.2.3 電子對(duì)效應(yīng)
2.2.4 三種效應(yīng)方式的比較
2.3 反符合測(cè)量原理
本章小結(jié)
第3章 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)
3.1 探測(cè)器的選擇
3.2 信號(hào)調(diào)理單元
3.3 信號(hào)的高速采集
3.4 數(shù)字信號(hào)處理單元
3.5 USB通信接口
本章小結(jié)
第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4.1 電源管理系統(tǒng)
4.2 探測(cè)器單元選型
4.3 主信號(hào)調(diào)理電路
4.3.1 電壓跟隨電路
4.3.2 程控增益電路
4.3.3 放大濾波電路
4.4 高速ADC信號(hào)采集
4.5 符合信號(hào)整形電路
4.5.1 信號(hào)調(diào)理電路
4.5.2 信號(hào)整形電路
4.6 數(shù)字信號(hào)處理電路
4.7 USB通信電路
本章小結(jié)
第5章 FPGA數(shù)字信號(hào)處理硬件電路設(shè)計(jì)
5.1 FPGA內(nèi)部硬件設(shè)計(jì)
5.2 數(shù)字時(shí)鐘模塊
5.3 核信號(hào)采集與存儲(chǔ)模塊
5.4 反符合甄別模塊
5.4.1 反符合甄別邏輯
5.4.2 反符合甄別設(shè)計(jì)
5.5 脈沖梯形成型模塊
5.6 能譜成型模塊
5.6.1 脈沖峰值提取
5.6.2 RAM能譜成形
5.7 USB傳輸模塊
本章小結(jié)
第6章 系統(tǒng)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)
6.1 軟件架構(gòu)
6.2 工作流程
6.3 界面設(shè)計(jì)
本章小結(jié)
第7章 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)論
7.1 模擬電路信號(hào)測(cè)試
7.1.1 主探測(cè)器信號(hào)測(cè)試
7.1.2 反符合信號(hào)測(cè)試
7.1.3 主信號(hào)與反符合信號(hào)測(cè)試
7.2 本底測(cè)試與驗(yàn)證
7.2.1 Geant4本底模擬
7.2.2 本底測(cè)量
7.2.3 本底抑制效果對(duì)比
7.3 輻射測(cè)試
7.3.1 探測(cè)器端面中心測(cè)試
7.3.2 探測(cè)器側(cè)面中間測(cè)試
7.3.3 輻射測(cè)試對(duì)比
本章小結(jié)
結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]井型NaI(Tl)γ譜儀放射性活度測(cè)量研究[J]. 郭曉清,楊巧玲,刁立軍,陳細(xì)林,呂曉俠. 中國原子能科學(xué)研究院年報(bào). 2015(00)
[2]反宇宙射線低本底γ譜儀測(cè)量裝置應(yīng)用[J]. 刁立軍,姚順和,孟軍,陳細(xì)林. 中國原子能科學(xué)研究院年報(bào). 2010(00)
[3]反符合方法對(duì)低本底高純鍺γ譜儀本底降低的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 侯鐵棟,刁立軍. 中國原子能科學(xué)研究院年報(bào). 2009(00)
[4]用反符合和熱中子屏蔽降低γ譜儀本底[J]. 刁立軍,侯鐵棟,李瑋,孟軍. 核技術(shù). 2010(07)
[5]數(shù)字技術(shù)在航空伽馬能譜儀中的應(yīng)用[J]. 曾國強(qiáng),葛良全,熊盛青,倪衛(wèi)沖,賴萬昌. 物探與化探. 2010(02)
[6]一套低本底反康普頓HPGeγ譜儀系統(tǒng)積分本底的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 周春林,徐振華,韓峰,徐從學(xué). 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2008(02)
[7]HPGe低本底反康普頓γ譜儀[J]. 李建華,金惠民,刁立軍,唐培家. 中國原子能科學(xué)研究院年報(bào). 2003(00)
[8]通用反符合電路[J]. 馬曉莉,蘇弘. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2001(01)
[9]兩套低本底反康普頓HPGeγ譜儀技術(shù)指標(biāo)的比較[J]. 韓峰,李天柁,周春林,過惠平,弟宇鳴. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 1999(05)
[10]反符合屏蔽γ譜儀中宇宙線輻射本底的減弱[J]. 蘇瓊,高亞民. 原子能科學(xué)技術(shù). 1989(03)
博士論文
[1]肺部γ放射部內(nèi)污染現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王磊.成都理工大學(xué) 2013
碩士論文
[1]海水原位γ能譜快速檢測(cè)方法初步研究[D]. 喻杰.成都理工大學(xué) 2017
[2]基于CLYC的中子-γ復(fù)合探測(cè)電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 姚付良.成都理工大學(xué) 2017
[3]基于FPGA的小型γ成像儀器的設(shè)計(jì)[D]. 田正凱.成都理工大學(xué) 2014
[4]便攜式肺部γ放射性內(nèi)污染檢測(cè)儀研制[D]. 王琳.成都理工大學(xué) 2014
[5]基于FPGA和STM32的數(shù)字化多道脈沖幅度分析器設(shè)計(jì)[D]. 盧圣才.成都理工大學(xué) 2013
[6]基于FPGA的多道脈沖幅度分析器設(shè)計(jì)[D]. 李嬌龍.成都理工大學(xué) 2012
[7]γ射線在塑料-NaI(T1)復(fù)合探測(cè)器中響應(yīng)函數(shù)及探測(cè)效率的蒙特卡羅模擬[D]. 李湘棟.南華大學(xué) 2011
[8]NaI(Tl)便攜式γ譜儀研制[D]. 楊彬華.南華大學(xué) 2011
本文編號(hào):3160005
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