本实用新型专利技术公开了一种托卡马克反康普顿伽马能谱仪的数字化信号处理系统，其中，主探测器和次探测器产生的模拟信号进入信号处理器分别被放大、整形和定时，然后进入高速数字化仪，模拟信号转换为数字信号，接着进入FPGA进行信号的符合和反符合处理后得到反康普顿数据，之后经光电转换桥把电信号转换为光信号，再依次通过光纤和计算机数据对接卡进入计算机得到反康普顿伽马能谱数据，最后数据上传至数据库。本实用新型专利技术有效地解决了托卡马克反康普顿伽马能谱仪信号的高速数字化和符合反符合实时处理，极大地简化了庞杂的传统模拟信号电子学系统，非常适用于托卡马克反康普顿伽马能谱仪的数据采集和处理。
【技术实现步骤摘要】
托卡马克反康普顿伽马能谱仪的数字化信号处理系统
本专利技术属于一种磁约束核聚变核测量装置，具体涉及一种集高速数字化数据采集、信号符合反符合高速实时处理的系统，特别适用于托卡马克反康普顿伽马能谱仪信号的数字化采集和实时处理。
技术介绍
在托卡马克实验期间，磁约束核聚变等离子体将有大量的伽马射线产生。利用伽马能谱仪对这些射线进行测量，可以获得丰富的等离子体重要信息，例如：逃逸电子能量，等离子体内的核素，快离子速度分布等。因此，伽马能谱仪是实验研究等离子体破裂、磁流体不稳定性和高能粒子等的关键诊断。伽马射线在能谱仪探测器内发生的反应主要有光电效应和康普顿效应。发生光电效应时射线光子的所有能量都沉积在探测器内，从而形成全能峰。而发生康普顿反应时，射线光子只有部分能量沉积在探测器内，从而形成了一个连续的康普顿坪。在能谱学的分析中，唯有全能峰才能提供原子核激发能的正确信息。康普顿坪扭曲了真实的能谱，导致能谱仪测量结果精确度变差，甚至信号完全失真。因此降低康普顿效应的影响，也即反康普顿，对于伽马谱测量至关重要。现有的反康普顿伽马能谱仪的数据采集处理系统采用传统的模拟信号电子学，例如：恒比定时、信号延时、门信号等。这些传统的模拟信号电子学数据采集处理系统有以下弊端：可靠性差：传统的模拟信号电子学有很多尼姆插件构成，系统庞杂导致易出错；同时，托卡马克装置周围的本底环境非常恶劣，充斥着各种电磁辐射和中子辐射，这些干扰易导致传统的模拟信号电子学信噪比变差，甚至无法正常工作；体积庞大：传统的模拟信号电子学需要专用的机柜放置各种插件机箱，但是托卡马克装置附近的空间非常有限，不方便放置大体积的传统的模拟信号电子学。针对传统模拟信号电子学数据采集处理系统的以上两大缺点，本专利技术的数字化信号符合实时处理系统提供了以下解决方案：(1)把模拟信号转换为了数字信号，同时又把电信号转换为光信号，极大地增强了系统的抗干扰能力，显著地提高了系统的可靠性；(2)采用高集成度的FPGA和电脑软件，极大地简化了信号处理和获取系统，同时信号处理和获取系统通过光纤可放置在远离托卡马克装置的地方。因此，本专利技术的数字化信号符合实时处理系统非常有效地解决了传统电子学系统存在的两大弊端。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种托卡马克反康普顿伽马能谱仪的数字化信号处理系统，它极大地提高了托卡马克反康普顿伽马能谱仪测量结果的精确度和可靠性。本专利技术的技术方案如下：托卡马克反康普顿伽马能谱仪的数字化信号处理系统，它包括模拟信号部分，信号反康普顿数据处理系统和数据获取系统；具体包括主探测器、次探测器、信号处理器、高速数字化仪、电子学插件机箱、可编程门阵列卡、光电转换桥、光纤、计算机数据对接卡、计算机和数据库，所述的模拟信号部分包括：主探测器、次探测器和信号处理器；主探测器和次探测器的后端分别有一个信号处理器，分别通过信号线与信号处理器相连接，所述的模拟信号的模数转换由高速数字化仪完成，高速数字化仪与信号处理器相连接，主探测器和次探测器产生的模拟信号进入信号处理器分别被放大、整形和定时，然后进入高速数字化仪，模拟信号转换为数字信号，之后进入可编程门阵列卡进行信号的符合和反符合处理，从而得到反康普顿伽马能谱数据，所述的信号反康普顿数据处理系统包括：电子学插件机箱、可编程门阵列卡、光电转换桥；可编程门阵列卡和光电转换桥插装在电子学插件机箱内，所述的数据获取系统包括：光纤、计算机数据对接卡、计算机和数据库；计算机前端依次通过计算机数据对接卡和光纤与光电转换桥连接，计算机后端通过网线与数据库相连接。所述的主探测器，直径80mm，高度100mm，能量探测范围0.2-10MeV；次探测器，厚度30mm，高度120mm，能量探测器范围0.2-6MeV；信号处理器，放大倍数103，高斯脉冲整形，定时精度达到1ns。所述的高速数字化仪的型号CAENDT5751，10Bit，采样率为2GS/s。所述的电子学插件机箱型号CAENVME8010，电源±12V，12插槽；可编程门阵列卡，CAEN标准；光电转换桥，型号CAENVME-PCV2718，标准光纤接口。所述的光纤型号LC-LC41，多模双芯；计算机数据对接卡型号CAENA3818，四接口；计算机型号研华IPC-610MB。本专利技术的有益效果在于：本专利技术有效地解决了反康普顿伽马能谱仪传统的模拟信号电子学数据采集处理系统的两大弊端，也即：可靠性差和体积庞大，非常适用于托卡马克反康普顿伽马能谱仪的信号高速数字化和实时反符合处理。附图说明图1为本专利技术所提供的托卡马克反康普顿伽马能谱仪的数字化信号处理系统示意图。图中，1主探测器，2次探测器，3信号处理器，4高速数字化仪，5电子学插件机箱，6可编程门阵列卡，7光电转换桥，8光纤，9计算机数据对接卡，10计算机，11数据库。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。传统的托卡马克反康普顿伽马能谱仪信号采集和处理采用模拟信号电子学数据采集处理系统，但是这会产生两大缺点：可靠性差和体积庞大。为解决这两个问题，本专利技术提供了一种托卡马克反康普顿伽马能谱仪的数字化信号处理系统。通过信号处理器、高速数字化仪和FPGA，实现对反康普顿伽马能谱仪主次探测器输出的模拟进行进行高速数字化和信号的实时符合反符合处理。如图1所示，该监测系统包括：模拟信号部分，信号反康普顿数据处理系统和数据获取系统；具体包括主探测器1、次探测器2、信号处理器3、高速数字化仪4、电子学插件机箱5、可编程门阵列卡6、光电转换桥7、光纤8、计算机数据对接卡9、计算机10和数据库11。其中，模拟信号部分包括：主探测器1、次探测器2和信号处理器3。如图1所示，主探测器1和次探测器2的后端分别有一个信号处理器3，分别通过信号线与信号处理器3相连接。其中，主探测器1，直径80mm，高度100mm，能量探测范围0.2-10MeV；次探测器2，厚度30mm，高度120mm，能量探测器范围0.2-6MeV；信号处理器3，放大倍数103，高斯脉冲整形，定时精度达到1ns。模拟信号的模数转换由高速数字化仪4完成。高速数字化仪4与信号处理器3相连接。主探测器1和次探测器2产生的模拟信号进入信号处理器3分别被放大、整形和定时，然后进入高速数字化仪4，模拟信号转换为数字信号，之后进入可编程门阵列卡6进行信号的符合和反符合处理，从而得到反康普顿伽马能谱数据。高速数字化仪4的型号CAENDT5751，10Bit，采样率为2GS/s。信号反康普顿数据处理系统包括：电子学插件机箱5、可编程门阵列卡6、光电转换桥7。如图1所示，FPGA卡6和光电转换桥7插装在电子学插件机箱5内。电子学插件机箱5型号CAENVME8010，电源±12V，12插槽；可编程门阵列卡6，CAEN标准；光电转换桥7，型号CAENVME-PCV2718，标准光纤接口。数据获取系统包括：光纤8、计算机数据对接卡9、计算机10和数据库11。如图1所示，计算机10前端依次通过计算机数据对接卡9和光纤8与光电转换桥7连接，计算机10后端通过网线与数据库11相连接。光纤9型号LC-LC41，多模双芯；计算机数据对接卡，型号CAENA3818，四接口；计算机，型号研华IPC-610MB。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.托卡马克反康普顿伽马能谱仪的数字化信号处理系统，其特征在于：它包括模拟信号部分，信号反康普顿数据处理系统和数据获取系统；具体包括主探测器(1)、次探测器(2)、信号处理器(3)、高速数字化仪(4)、电子学插件机箱(5)、可编程门阵列卡(6)、光电转换桥(7)、光纤(8)、计算机数据对接卡(9)、计算机(10)和数据库(11)，所述的模拟信号部分包括：主探测器(1)、次探测器(2)和信号处理器(3)；主探测器(1)和次探测器(2)的后端分别有一个信号处理器(3)，分别通过信号线与信号处理器(3)相连接，所述的模拟信号的模数转换由高速数字化仪(4)完成，高速数字化仪(4)与信号处理器(3)相连接，主探测器(1)和次探测器(2)产生的模拟信号进入信号处理器(3)分别被放大、整形和定时，然后进入高速数字化仪(4)，模拟信号转换为数字信号，之后进入可编程门阵列卡(6)进行信号的符合和反符合处理，从而得到反康普顿伽马能谱数据，所述的信号反康普顿数据处理系统包括：电子学插件机箱(5)、可编程门阵列卡(6)、光电转换桥(7)；可编程门阵列卡(6)和光电转换桥(7)插装在电子学插件机箱(5)内，所述的数据获取系统包括：光纤(8)、计算机数据对接卡(9)、计算机(10)和数据库(11)；计算机(10)前端依次通过计算机数据对接卡(9)和光纤(8)与光电转换桥(7)连接，计算机(10)后端通过网线与数据库(11)相连接。...
【技术特征摘要】
1.托卡马克反康普顿伽马能谱仪的数字化信号处理系统，其特征在于：它包括模拟信号部分，信号反康普顿数据处理系统和数据获取系统；具体包括主探测器(1)、次探测器(2)、信号处理器(3)、高速数字化仪(4)、电子学插件机箱(5)、可编程门阵列卡(6)、光电转换桥(7)、光纤(8)、计算机数据对接卡(9)、计算机(10)和数据库(11)，所述的模拟信号部分包括：主探测器(1)、次探测器(2)和信号处理器(3)；主探测器(1)和次探测器(2)的后端分别有一个信号处理器(3)，分别通过信号线与信号处理器(3)相连接，所述的模拟信号的模数转换由高速数字化仪(4)完成，高速数字化仪(4)与信号处理器(3)相连接，主探测器(1)和次探测器(2)产生的模拟信号进入信号处理器(3)分别被放大、整形和定时，然后进入高速数字化仪(4)，模拟信号转换为数字信号，之后进入可编程门阵列卡(6)进行信号的符合和反符合处理，从而得到反康普顿伽马能谱数据，所述的信号反康普顿数据处理系统包括：电子学插件机箱(5)、可编程门阵列卡(6)、光电转换桥(7)；可编程门阵列卡(6)和光电转换桥(7)插装在电子学插件机箱(5)内，所述的数据获取系统包括：光纤(8)、计算机数据对接卡(9)、计算机(10)和数据库(11)；计算机...
【专利技术属性】
技术研发人员：张轶泼，张朋飞，杨进蔚，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：新型
国别省市：四川,51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。