本發(fā)明涉及核電子，尤其涉及一種基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在核輻射測量行業(yè)，液體閃爍譜儀(簡稱液閃)作為一種β射線探測設(shè)備，具有著廣泛的應(yīng)用，如在考古判斷物品年代、核廢水放射性檢測、海產(chǎn)品核污染檢測和醫(yī)療體檢等領(lǐng)域有著不可替代的地位。為了對我們生活中的飲用水以及水產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)測，對于液體閃爍譜儀的研究是很有必要的。在液閃使用中，大多數(shù)情況下需要測量的樣品活度較低，同時(shí)為了降低不確定度以及達(dá)到精確測量的效果，其測量時(shí)間較長。因此很有必要提供一種具有高探測效率、超低本底和持續(xù)穩(wěn)定性的高性能液體閃爍譜儀，其可以縮短測量時(shí)長、測量超低活度的樣品時(shí)可以確保譜線(能量-計(jì)數(shù)曲線)的準(zhǔn)確性，并滿足長時(shí)間測量的穩(wěn)定性要求。

2、液閃主要功能由兩部分組成：一是統(tǒng)計(jì)信號脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)功能，二是提取信號脈沖幅度的多道功能。傳統(tǒng)液閃設(shè)計(jì)在計(jì)數(shù)功能方面大多使用硬件電路構(gòu)建符合與反符合計(jì)數(shù)電路來提升信號的處理速度。所謂符合即是判斷當(dāng)前接收到的信號是否為測量樣品的核放射信號的過程，當(dāng)同一時(shí)間只有一個(gè)光電倍增管收到信號稱為單管符合，當(dāng)同一時(shí)間有兩個(gè)光電倍增管收到信號稱為兩管符合，當(dāng)同一時(shí)間有三個(gè)光電倍增管收到信號稱為三管符合。反符合則是判斷當(dāng)前接收到的信號是否為外部環(huán)境中的放射信號的過程，當(dāng)同一時(shí)間只有探測樣品的光電倍增管收到信號，而探測樣品周圍環(huán)境的光電倍增管沒有收到信號，則判斷為樣品輻射的真實(shí)信號應(yīng)該計(jì)數(shù)；而探測樣品周圍環(huán)境的光電倍增管也收到信號，則判斷為外接激發(fā)的信號不能計(jì)數(shù)。然而傳統(tǒng)液閃設(shè)計(jì)在實(shí)際硬件實(shí)現(xiàn)中因信號放大、耦合和比較等一系列電路變換后信號質(zhì)量變差，往往需要使用大量的調(diào)整電路來濾波對齊，使得處理速度降低，所以傳統(tǒng)液閃設(shè)計(jì)在計(jì)數(shù)功能方面總體效率依然沒有提高很多。另外從傳統(tǒng)液閃計(jì)數(shù)符合階段明顯可以看出，符合時(shí)間是固定的，對于有一點(diǎn)錯(cuò)位到來的信號將無法符合上，從而損失一些效率。

3、目前傳統(tǒng)液閃在多道功能方面使用的是模擬多道的方式。模擬多道就是使用硬件電路在模擬信號峰值到來時(shí)將峰值保持一段時(shí)間，峰值保持的這段時(shí)間里用模-數(shù)轉(zhuǎn)換器采集當(dāng)前峰值并分道。模擬多道的缺點(diǎn)也比較明顯，其對硬件電路的要求比較高，需要將信號過濾干凈，因此需要多級的濾波電路。對于模擬多道的缺點(diǎn)，隨著發(fā)展又提出了一種數(shù)字多道的方法進(jìn)行改進(jìn)，數(shù)字多道就是采用高速模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，對信號進(jìn)行多點(diǎn)采樣將信號形狀全部數(shù)字化，再使用軟件算法進(jìn)行濾波、分析并提取峰值。數(shù)字多道相比模擬多道節(jié)省了至少一半以上的硬件電路，但數(shù)字多道需要軟件計(jì)算處理速度越快越好，處理速度越快將可以獲得更高的效率，目前數(shù)字多道的軟件部分仍存在瓶頸。

4、另外，目前液閃多采用將脈沖幅度提取和符合信息上傳給上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的形式，也就是將計(jì)數(shù)功能在上位機(jī)上完成的處理方式，如申請人之前申報(bào)的專利cn117784205a。該處理方式存在一定的外部傳輸延時(shí)以及數(shù)據(jù)傳輸丟失風(fēng)險(xiǎn)，從而影響計(jì)數(shù)效率以及穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出方法及系統(tǒng)，液閃的計(jì)數(shù)功能和多道功能統(tǒng)一由fpga進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)液閃的譜線功能、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)符合事件以及計(jì)算并存儲(chǔ)譜線坐標(biāo)點(diǎn)，降低了數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)支持譜線重現(xiàn)，譜線重傳，大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明提供了一種基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出方法，包括以下過程：

4、s1、設(shè)有a、b、c通道三路符合事件和r通道一路反符合事件；

5、s2、fpga模塊通過符合分析和反符合分析確定事件信號觸發(fā)；同時(shí)adc模塊采集符合事件的能量信息并疊加處理；

6、s3、fpga模塊得到有效符合事件后，fpga模塊分析adc模塊的采樣值，輸出道址m，區(qū)分a、b、c三管中的任意組合并分別進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出次數(shù)n；存儲(chǔ)(m，n)，用于譜線坐標(biāo)點(diǎn)輸出。

7、步驟s2中符合分析和反符合分析確定事件信號觸發(fā)的具體過程為：當(dāng)有符合事件觸發(fā)時(shí)，fpga模塊根據(jù)是否有反符合事件判斷是否是有效符合事件，如果有符合事件的同時(shí)反符合事件也觸發(fā)了，則認(rèn)為該符合事件無效，恢復(fù)等待觸發(fā)狀態(tài)；若有符合事件且沒有反符合事件則認(rèn)為該符合事件有效，再通過步驟s3進(jìn)行分析處理。

8、在步驟s3中，fpga模塊同時(shí)將a、b、c單通道信號轉(zhuǎn)換得到有效電平，分析a、b、c三個(gè)信號有x個(gè)，存儲(chǔ)(m，x)，用于事件重現(xiàn)。

9、本發(fā)明同時(shí)提供了一種基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出系統(tǒng)，所述譜線輸出系統(tǒng)包括：

10、光電倍增管，其設(shè)置有多個(gè)，用于輸出a、b、c通道三路符合光信號和r通道一路反符合光信號；所述光電倍增管均配合有前置放大器，將光信號轉(zhuǎn)換為可處理的電信號；

11、放大電路，前置放大器均各自連接放大電路，電信號經(jīng)過放大電路放大到最佳的電壓信號處理范圍；

12、轉(zhuǎn)換電路，放大電路均各自連接轉(zhuǎn)換電路，將放大后的電信號通過轉(zhuǎn)換電路各自轉(zhuǎn)換成fpga模塊可處理的電平信號；

13、fpga模塊，其與轉(zhuǎn)換電路連接，接收a、b、c和r單通道信號；

14、adc模塊，其與a、b、c通道處的所有前置放大器連接并同時(shí)與fpga模塊連接，采集符合事件的能量信息并疊加處理后傳至fpga模塊；

15、存儲(chǔ)模塊，其與fpga模塊連接，存儲(chǔ)模塊包括事件存儲(chǔ)區(qū)域和譜線坐標(biāo)點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)域。

16、本發(fā)明提供的一種基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出方法及系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

17、(1)本發(fā)明中基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出系統(tǒng)將計(jì)數(shù)功能和多道功能統(tǒng)一由fpga模塊處理，大大減少硬件電路的器件數(shù)量，液體閃爍譜儀簡單高效且更穩(wěn)定可靠，同時(shí)fpga集成了譜線功能實(shí)時(shí)計(jì)算譜線，直接輸出譜線坐標(biāo)點(diǎn)，可以在能量計(jì)數(shù)軸平面上進(jìn)行描點(diǎn)成譜，便于譜線分析以及譜線重現(xiàn)。

18、(2)本發(fā)明可以從信號提前脈沖中產(chǎn)生信號寬度，fpga進(jìn)行時(shí)間上的符合，同時(shí)通過高速adc對信號脈沖最大幅值進(jìn)行提取，fpga進(jìn)行幅度上的符合，符合能大大降低噪聲被符合成有效信號的概率，從而提高計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)液閃低能區(qū)的測量性能。

19、(3)本發(fā)明中基于fpga的高速處理在獲取到幅值信息和符合信息后，能夠?qū)崟r(shí)將能量和符合計(jì)數(shù)信息按特定的格式存儲(chǔ)在外掛內(nèi)存中，在需要輸出譜線時(shí)將內(nèi)存中譜線坐標(biāo)點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)域按特定的順序讀出即可，在需要譜線重現(xiàn)時(shí)將內(nèi)存中事件存儲(chǔ)區(qū)域數(shù)據(jù)讀出即可。

技術(shù)特征：

1.一種基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出方法，其特征在于包括以下過程：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出方法，其特征在于：步驟s2中符合分析和反符合分析確定事件信號觸發(fā)的具體過程為：當(dāng)有符合事件觸發(fā)時(shí)，fpga模塊根據(jù)是否有反符合事件判斷是否是有效符合事件，如果有符合事件的同時(shí)反符合事件也觸發(fā)了，則認(rèn)為該符合事件無效，恢復(fù)等待觸發(fā)狀態(tài)；若有符合事件且沒有反符合事件則認(rèn)為該符合事件有效，再通過步驟s3進(jìn)行分析處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出方法，其特征在于：在步驟s3中，fpga模塊同時(shí)將a、b、c單通道信號轉(zhuǎn)換得到有效電平，分析a、b、c三個(gè)信號有x個(gè)，存儲(chǔ)(m，x)，用于事件重現(xiàn)。

4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的液體閃爍譜儀的譜線輸出系統(tǒng)，其特征在于：所述譜線輸出系統(tǒng)包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于FPGA的液體閃爍譜儀的譜線輸出方法及系統(tǒng)，F(xiàn)PGA模塊通過符合分析和反符合分析確定事件信號觸發(fā)，F(xiàn)PGA模塊得到有效符合事件后，F(xiàn)PGA模塊分析ADC模塊的采樣值，輸出道址m，區(qū)分A、B、C三管中的任意組合并分別進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出次數(shù)n；存儲(chǔ)(m，n)，用于譜線坐標(biāo)點(diǎn)輸出。液閃的計(jì)數(shù)功能和多道功能統(tǒng)一由FPGA進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)液閃的譜線功能、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)符合事件以及計(jì)算并存儲(chǔ)譜線坐標(biāo)點(diǎn)，降低了數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)支持譜線重現(xiàn)，譜線重傳，大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：田星,鄧世華,張晶,魯譽(yù)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖北方圓環(huán)?？萍加邢薰?br/>技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10