專利名稱：核脈沖峰值采樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及核脈沖信號(hào)采集及信號(hào)處理領(lǐng)域，更具體涉及一種核脈沖峰值采樣裝置，能夠及時(shí)采集核脈沖信號(hào)峰值電壓數(shù)據(jù)，并通過USB接口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上呈現(xiàn)出 來的一種系統(tǒng)。可有效的實(shí)現(xiàn)峰值電壓采集，夠減小系統(tǒng)死時(shí)間，簡化硬件電路，可應(yīng)用于 相關(guān)核信號(hào)檢測(cè)儀器。
背景技術(shù)：
核脈沖信號(hào)的檢測(cè)和處理已在相關(guān)的核檢測(cè)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。常用的核脈 沖信號(hào)的幅度甄別是將探測(cè)器輸出的信號(hào)依次經(jīng)過前置放大、無源CR-RC整形，模擬信號(hào) 展寬后送至A/D轉(zhuǎn)換器。無源CR-RC整形硬件電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜。在峰值識(shí)別采樣電路 方面，現(xiàn)行多采用峰值展寬電路，此方式通常對(duì)輸入信號(hào)整形時(shí)間常數(shù)要求較高，因而反應(yīng) 時(shí)間較長。峰值展寬電路有使用獨(dú)立器件自行連接設(shè)計(jì)的，若要取得較好的性能，通常結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，成本高昂。也有使用集成峰值保持器件的，例如PKDOl，但此類模擬器件并不是為核脈 沖信號(hào)這種高速脈沖信號(hào)設(shè)計(jì)的。以PKDOl為例，其電壓轉(zhuǎn)換率僅為0.5V/US。為了滿足 PKDOl對(duì)輸入信號(hào)要求，則CR-RC整形時(shí)間常數(shù)會(huì)被設(shè)的很大，結(jié)果是單個(gè)脈沖占用的時(shí)間 長，整個(gè)系統(tǒng)的通過率低，另外此器件已經(jīng)停產(chǎn)。另外還有基于高速采樣的核脈沖信號(hào)獲取系統(tǒng)，其原理類似于數(shù)字示波器。這類 系統(tǒng)原理簡單，但若想取得良好性能則采樣ADC的位數(shù)需在IObit以上，采樣速率在IMbps 以上。單位時(shí)間采集的數(shù)據(jù)量大(2Mbyt以上)需用到高速模擬及數(shù)字處理電路，電路設(shè)計(jì) 難度大，成本高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是在于提出了一種核脈沖峰值采樣裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使 用方便，用于相關(guān)核信號(hào)檢測(cè)儀器，可有效的實(shí)現(xiàn)峰值電壓采集，具有減小系統(tǒng)死時(shí)間，簡 化硬件電路的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)其上述的目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種核脈沖峰值采樣裝置，包括核脈沖信號(hào)，放大整形電路，峰位甄別電路，采樣 及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通訊及控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)，峰位甄別電路中包括有源微分電路和過零比較 電路。核脈沖信號(hào)采集裝置由探測(cè)器探測(cè)的核脈沖信號(hào)經(jīng)由放大整形電路進(jìn)行放大整 形，整形后信號(hào)同時(shí)進(jìn)入峰位甄別電路進(jìn)行峰位的判別。采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路接收峰位信 號(hào)時(shí)保持峰值點(diǎn)電壓值并數(shù)字化。采集得到的信號(hào)峰值電壓數(shù)據(jù)傳遞到通訊及控制系統(tǒng)， 通訊及控制系統(tǒng)則對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理后將所得數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)顯示出。其中放大整形電路為比例放大電路和低通有源濾波電路(見圖3)組成。包括 R1、R2、C1、C2、U1。Ul為運(yùn)算放大器AD8610。電阻Rl分別連接到電容Cl和電阻R2，電阻R2分別連接到電容C2和運(yùn)算放大器Ul的3腳。電容Cl的另一端連接到運(yùn)算放大器Ul的 6腳輸出端。電容C2的另一端連接地。是兩極有源濾波電路，其中Cl C2 = 1 2，運(yùn)算 放大器要求帶寬在20M以上，轉(zhuǎn)換率在20V/μ s以上。完成信號(hào)處理即圖7所示二次低通 濾波電路整形輸出反向輸出信號(hào)。信號(hào)由低通有源濾波電路濾波后得到波形(圖7)，此波形接近高斯波形。由于探測(cè)器輸出的信號(hào)，峰頂寬度比較窄，無法滿足采樣保持器對(duì)輸入信號(hào)特性要求，因此，需對(duì) 輸入信號(hào)進(jìn)行整形。運(yùn)用無源的RC-CR電路進(jìn)行脈沖信號(hào)的整形放大，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，成 本高，不易實(shí)現(xiàn)。為了簡化電路，本新型實(shí)用運(yùn)用兩級(jí)有源濾波電路進(jìn)行信號(hào)的整形，有效 的簡化電路，可實(shí)施性好。圖1中的峰位甄別電路包括有源微分電路，過零比較電路，(見圖2)。由放大整形 電路將整形后的模擬信號(hào)即放大整形電路輸出信號(hào)同時(shí)輸入到有源微分電路和采樣及模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路。采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，信號(hào)由有源微分電路做微分處理，通 過微分電路進(jìn)行峰位識(shí)別，當(dāng)判別信號(hào)處于峰位時(shí)過零比較電路會(huì)有信號(hào)跳變從而傳遞給 采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將此時(shí)的采樣數(shù)據(jù)判定為峰位數(shù)據(jù)。本裝置采用集成高速采樣器采集整形后的核脈沖峰值電壓值，為確保采樣保持的 是脈沖的峰值就必須對(duì)其進(jìn)行峰值判斷，采用模擬有源微分電路對(duì)整形輸出信號(hào)進(jìn)行微 分，再通過過零比較的方法進(jìn)行峰位值判斷，峰位判斷精度高，直接采用高速采樣器采樣峰 值電壓避免了采用模擬展寬器，集成的模擬高速采樣器對(duì)輸入信號(hào)的整形時(shí)間常數(shù)要求 低，可有效避免高計(jì)數(shù)率下的大時(shí)間常數(shù)整形帶來的脈沖堆積問題，減小系統(tǒng)誤差，提高了 系統(tǒng)的通過率。峰值甄別電路中有源微分電路和過零比較電路(見圖4)，包括U2、R3、C3組成的微 分電路，和U3、R4、R5組成的過零比較電路。U2為運(yùn)算放大器AD8610，U3為比較器AD8561。 信號(hào)輸入電容C3，電容C3的另一端分別連接到電阻R3和運(yùn)算放大器U2的2腳，電阻R3的 另一端連接到運(yùn)算放大器U2的6腳，運(yùn)算放大器U2的3腳接地。運(yùn)算放大器U2的輸出端 6腳連接到電阻R4上。電阻R4的另一端分別連接到比較器U3的2和電阻R5的一端，電阻 R5的另一端連接到比較器U3的7腳上。比較器U3的3腳的另一端接地，8腳為信號(hào)輸出 端。有源微分電路和過零比較電路在這里聯(lián)用，其作用為判別峰值，并將判別信號(hào)傳遞給采 樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，告知峰值信號(hào)。與上位機(jī)通信方式運(yùn)用USB2. 0全速模式，保證了采集數(shù)據(jù)的即時(shí)傳輸。本實(shí)用新型核脈沖峰值采樣系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)1、電路形式簡單。整體硬件電路用件較少并且性能穩(wěn)定、可靠。2、成本低廉，集成度高。3、對(duì)整形信號(hào)要求低，頂寬大于luS，轉(zhuǎn)換率小于20V/uS即可。4、脈沖處理速度快，系統(tǒng)死時(shí)間小，單個(gè)脈沖處理時(shí)間(含傳輸)IOuS5、通過率高，。通過率峰值平率可達(dá)到100K，平均通過率達(dá)到30K。6、峰值采集處理的精度，優(yōu)于1%。。

圖1為脈沖峰值采樣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖2峰值甄別電路示意圖。圖3有源濾波電路示意圖。信號(hào)由(INPUT)進(jìn)入，經(jīng)由(Rl) (R2) =1:1，(Cl) (C2) =1:2圖4有源微分電路示意圖。圖5—種初始輸入信號(hào)。圖6—種輸入(反向)信號(hào)與微分輸出信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)為峰值信號(hào)時(shí)其微分輸出信號(hào)再次為零，通過辨別微分輸出信號(hào)來甄別峰位。圖7 —種二次低通濾波電路整形輸出反向輸出信號(hào)。圖8 一種輸出(反向)和峰位比較輸出信號(hào)。當(dāng)輸出信號(hào)到達(dá)峰值時(shí)峰位比較信 號(hào)跳為高電平。圖9 一種峰位比較輸出和峰位保持跳變信號(hào)。峰位比較輸出信號(hào)結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)為上跳 沿，幾乎在峰位比較輸出信號(hào)轉(zhuǎn)為上跳沿的同時(shí)峰位保持信號(hào)跳變?yōu)橄陆笛亍D10 —種峰位保持與采樣保持及AD轉(zhuǎn)換忙跳變信號(hào)，其中AD高電平為忙狀態(tài)。其中1-核脈沖信號(hào)，2-放大整形電路，3-峰值采樣電路，4-采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換， 5-通訊及控制系統(tǒng)，6-計(jì)算機(jī)，3a-有源微分電路，3b-過零比較電路。注圖5到圖10中藍(lán)色波形為一通道波形，黃色波形為二通道波形，在視圖說明中 同時(shí)存在兩個(gè)通道波形時(shí)一通道申明在前二通道申明在后。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述根據(jù)圖1可知該沖峰值采樣裝置，包括核脈沖信號(hào)1，放大整形電路2，峰值甄別 電路3，采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換4，通訊及控制系統(tǒng)5，計(jì)算機(jī)6，峰值甄別電路3中包括有源微分電 路3a和過零比較電路3b。核脈沖信號(hào)采集裝置由探測(cè)器探測(cè)的核脈沖信號(hào)1經(jīng)由放大整形電路2進(jìn)行放大 整形，整形后信號(hào)同時(shí)進(jìn)入峰值甄別電路3進(jìn)行峰位的判別和采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換4即A/D采 集信號(hào)數(shù)值，將采集到得信號(hào)峰值數(shù)據(jù)傳遞到通訊及控制系統(tǒng)5，通訊及控制系統(tǒng)5則對(duì)所 得數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)字化處理再將所處理數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)6顯示出。其特征在于核脈沖信 號(hào)探測(cè)器與放大整形電路2相連接，放大整形電路2同時(shí)與峰值甄別電路3和采樣及模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路4相連接。根據(jù)圖2可知該峰值采樣裝置包括放大整形電路輸出信號(hào)1，有源微分電路3a， 過零比較電路3b，采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4。由放大整形電路將整形后的模擬信號(hào)即放大整 形電路輸出信號(hào)1同時(shí)輸入到有源微分電路3a和采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4。采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路4會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，信號(hào)由有源微分電路3a做微分處理，通過微分電路進(jìn)行峰位識(shí) 另IJ，當(dāng)判別信號(hào)處于峰位時(shí)過零比較電路3b會(huì)有信號(hào)跳變從而傳遞給采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路4將此時(shí)的采樣數(shù)據(jù)判定為峰位數(shù)據(jù)。運(yùn)用有源微分電路3a將接收信號(hào)進(jìn)行微分，信號(hào)達(dá)到峰值時(shí)，微分電路輸出為 零，從而判斷出信號(hào)的峰值。采集信號(hào)時(shí)，采樣保持放大器的邏輯控制取決于過零比較器的 輸出，當(dāng)非峰值時(shí)，處于采樣狀態(tài)，當(dāng)峰值時(shí)，處于保持狀態(tài)，從而使峰值得以保持。圖10即 峰位保持與采樣保持及AD轉(zhuǎn)換忙跳變信號(hào)，其中AD高電平為忙狀態(tài)。[0040]根據(jù)圖3可知放大整形電路2為同向放大電路和低通有源濾波電路組成，包括 R1、R2、C1、C2、U1。Ul為運(yùn)算放大器AD8610。電阻Rl分別連接到電容Cl和電阻R2，電阻 R2分別連接到電容C2和運(yùn)算放大器Ul的3腳。電容Cl的另一端連接到運(yùn)算放大器Ul的 6腳輸出端。電容C2的另一端連接地。是兩極有源濾波電路，其中Cl C2 = 1 2，運(yùn)算 放大器要求帶寬在20M以上，轉(zhuǎn)換率在20V/μ s以上。完成信號(hào)處理即圖7所示二次低通 濾波電路整形輸出反向輸出信號(hào)。根據(jù)圖4可知峰值甄別電路3中有源微分電路3a和過零比較電路3b，包括U2、R3、C3組成的微分電路，和U3、R4、R5組成的過零比較電路。U2為運(yùn)算放大器AD8610，U3 為比較器AD8561。信號(hào)輸入電容C3，電容C3的另一端分別連接到電阻R3和運(yùn)算放大器 U2的2腳，電阻R3的另一端連接到運(yùn)算放大器U2的6腳，運(yùn)算放大器U2的3腳接地。運(yùn) 算放大器U2的輸出端6腳連接到電阻R4上。電阻R4的另一端分別連接到比較器U3的2 和電阻R5的一端，電阻R5的另一端連接到比較器U3的7腳上。比較器U3的3腳的另一 端接地，8腳為信號(hào)輸出端。其中R4 R5 = 100 1。有源微分電路和過零比較電路在這 里聯(lián)用，其作用為判別峰值，并將判別信號(hào)傳遞給采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，告知峰值信號(hào)。圖 6為輸入(反向)信號(hào)與微分輸出信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)為峰值信號(hào)時(shí)其微分輸出信號(hào)再次為 零，通過辨別微分輸出信號(hào)來甄別峰位。圖8為輸出(反向)和峰位比較輸出信號(hào)。當(dāng)輸 出信號(hào)到達(dá)峰值時(shí)峰位比較信號(hào)跳為高電平。圖9反映了峰位比較輸出和峰位保持跳變信 號(hào)。峰位比較輸出信號(hào)結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)為上跳沿，在峰位比較輸出信號(hào)轉(zhuǎn)為上跳沿 μ S內(nèi)峰位保 持信號(hào)跳變?yōu)橄陆笛亍?br> 權(quán)利要求一種核脈沖峰值采樣裝置，包括放大整形電路(2)，峰位甄別電路(3)，采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(4)，通訊及控制系統(tǒng)(5)，其特征在于放大整形電路(2)為比例放大電路和低通有源濾波電路組成，放大整形電路(2)中U1為運(yùn)算放大器AD8610；電阻R1分別連接到電容C1和電阻R2，電阻R2分別連接到電容C2和運(yùn)算放大器U1的3腳；電容C1的另一端連接到運(yùn)算放大器U1的6腳輸出端；電容C2的另一端連接地；是兩極有源濾波電路，其中C1∶C2＝1∶2，運(yùn)算放大器帶寬在20M以上，轉(zhuǎn)換率20V/μs以上；峰值甄別電路(3)中有源微分電路(3a)和過零比較電路(3b)，包括U2、R3、C3組成的微分電路，和U3、R4、R5組成的過零比較電路；U2為運(yùn)算放大器AD8610，U3為比較器AD8561；信號(hào)輸入電容C3，電容C3的另一端分別連接到電阻R3和運(yùn)算放大器U2的2腳，電阻R3的另一端連接到運(yùn)算放大器U2的6腳，運(yùn)算放大器U2的3腳接地；運(yùn)算放大器U2的輸出端6腳連接到電阻R4上；電阻R4的另一端分別連接到比較器U3的2和電阻R5的一端，電阻R5的另一端連接到比較器U3的7腳上；比較器U3的3腳的另一端接地，8腳為信號(hào)輸出端。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種核脈沖峰值采樣裝置，包括核脈沖信號(hào)放大整形電路，峰位識(shí)別電路，采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通訊及控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)。整形電路為低通有源濾波電路，包括R1、R2、C1、C2、U1；峰位識(shí)別電路包括有源微分電路和過零比較電路。包括U2、R3、C3、組成的微分電路，U3、R4、R5組成過零比較電路；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，用于相關(guān)核脈沖信號(hào)檢測(cè)儀器，可有效的實(shí)現(xiàn)峰值電壓采集，具有減小系統(tǒng)死時(shí)間，簡化硬件電路的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R19/25GK201555894SQ20092022934
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者楊春華 申請(qǐng)人:湖北方圓環(huán)?？萍加邢薰?br>