基于FPGA硬件算法的核能譜數(shù)據(jù)獲取研究

【摘要】：核能譜中包含射線(xiàn)能量、放射源活度及放射源類(lèi)型等信息,是核物理實(shí)驗(yàn)中最為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。隨著粒子物理、核物理及反應(yīng)堆物理等學(xué)科的發(fā)展,對(duì)核數(shù)據(jù)采集及處理的速度及精度的要求越來(lái)越高。近年來(lái),AD模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)及可編程邏輯器件技術(shù)得到高速發(fā)展,隨之發(fā)展的數(shù)字化核數(shù)據(jù)獲取為核數(shù)據(jù)處理提供了新的思路。本文將FPGA硬件算法結(jié)合高速ADC芯片及USB傳輸模塊應(yīng)用于核能譜數(shù)據(jù)獲取中,將核信號(hào)數(shù)字化。通過(guò)獲取核信號(hào)脈沖幅度及脈沖面積獲取核能譜數(shù)據(jù),并應(yīng)用LabVIEW于上位機(jī)端得到能譜數(shù)據(jù)及顯示能譜。首先,本文通過(guò)理論分析驗(yàn)證了基于核脈沖幅度及脈沖面積獲取核能譜數(shù)據(jù)的可行性,并且證明了基于核信號(hào)脈沖面積獲取核能譜對(duì)于削弱噪聲信號(hào)影響具有優(yōu)越性。其次,介紹了應(yīng)用數(shù)字化系統(tǒng)處理核數(shù)據(jù)中波形矯正、基線(xiàn)恢復(fù)、脈沖峰值提取以及脈沖面積計(jì)算等數(shù)據(jù)處理的方法。另外,本文對(duì)核能譜數(shù)據(jù)獲取中使用到的各個(gè)硬件模塊及模塊間的連接、FPGA硬件描述程序開(kāi)發(fā)、USB模塊軟件設(shè)計(jì)及LabVIEW軟件設(shè)計(jì)作了詳細(xì)說(shuō)明。最后,搭建核能譜數(shù)據(jù)獲取實(shí)驗(yàn)平臺(tái),獲取并分析基于核信號(hào)脈沖幅度及脈沖面積得到的核能譜數(shù)據(jù),并與MCA8000D多道分析器獲取的能譜作比較。通過(guò)理論分析及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,驗(yàn)證了幅度法及面積法獲取能譜數(shù)據(jù)的可行性,驗(yàn)證了面積法能夠削弱噪聲信號(hào)影響、提高能量分辨率。 【關(guān)鍵詞】：核能譜 數(shù)字化 FPGA USB Lab VIEW 面積法 幅值法
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TL817
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-11
• 1.1 背景及意義8
• 1.2 數(shù)字化能譜獲取方式分析8-9
• 1.3 研究進(jìn)展9-11
• 第二章 系統(tǒng)原理分析11-21
• 2.1 能譜獲取方法介紹11-15
• 2.1.1 傳統(tǒng)能譜獲取方法11-13
• 2.1.2 數(shù)字化多道系統(tǒng)13-14
• 2.1.3 面積法能譜獲取14-15
• 2.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)介紹15-21
• 2.2.1 多點(diǎn)平滑濾波16-17
• 2.2.2 預(yù)觸發(fā)與后觸發(fā)17-19
• 2.2.3 基線(xiàn)恢復(fù)算法19
• 2.2.4 堆積判棄19-21
• 第三章 系統(tǒng)硬件模塊介紹21-33
• 3.1 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21-25
• 3.1.1 AD9254介紹21-23
• 3.1.2 AD9254輸入與輸出23-25
• 3.2 FPGA數(shù)據(jù)處理模塊25-29
• 3.2.1 FPGA及VHDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介25-27
• 3.2.2 StratixⅢ開(kāi)發(fā)板27
• 3.2.3 QuartusⅡ設(shè)計(jì)介紹27-29
• 3.3 USB數(shù)據(jù)傳輸模塊29-33
• 3.3.1 CY7C68013A簡(jiǎn)介29-31
• 3.3.2 USB接口設(shè)計(jì)31-33
• 第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)33-48
• 4.1 FPGA硬件程序設(shè)計(jì)33-39
• 4.1.1 PLL鎖相環(huán)33-34
• 4.1.2 信號(hào)極性矯正及基線(xiàn)恢復(fù)34
• 4.1.3 基于FIFO的信息提取34-37
• 4.1.4 USB配置37-39
• 4.2 USB開(kāi)發(fā)39-43
• 4.2.1 Slave FIFO模式介紹39-40
• 4.2.2 CY7C68013A固件程序40-43
• 4.3 LabVIEW程序設(shè)計(jì)43-48
• 4.3.1 NI-VISA設(shè)計(jì)43-45
• 4.3.2 LabVIEW數(shù)據(jù)采集、處理及顯示45-48
• 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析48-57
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)48-50
• 5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其分析50-57
• 5.2.1 核信號(hào)波形測(cè)試50-51
• 5.2.2 用MCA8000D測(cè)60Co及137Cs能譜51-52
• 5.2.3 基線(xiàn)恢復(fù)及堆積拒絕影響52-54
• 5.2.4 幅值法最佳平滑點(diǎn)數(shù)測(cè)試54-55
• 5.2.5 時(shí)間常數(shù)對(duì)能譜能量分辨率的影響55-57
• 第六章 總結(jié)與展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-60
• 在學(xué)期間研究成果60-61
• 致謝61

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