数字化多道能谱仪的研制 - 中国科学院高能物理研究所
基于QTC技术构建的便携式伽马能谱仪
基于QTC技术构建的便携式伽马能谱仪赵丹;闵苹;李金凤;徐健;杨龙泉【摘要】目前便携式伽马能谱仪通常采用ADC(模数转换)对脉冲峰值采样的方法实现能谱数据采集功能.该类仪器稳定性好,但其电路复杂、功耗较大,而且价格比较昂贵.基于QMCA4001-50N模块,采用QTC(电荷-时间转换)技术构建便携式伽马能谱仪,在保证伽马能谱仪稳定性和可靠性的基础上,能够使其电路结构简洁、功耗降低、成本得到有效控制.【期刊名称】《世界核地质科学》【年(卷),期】2014(031)003【总页数】5页(P526-530)【关键词】QTC(电荷-时间转换);时间测量;便携式伽马能谱仪【作者】赵丹;闵苹;李金凤;徐健;杨龙泉【作者单位】中国地质大学(北京),北京100083;核工业北京地质研究院,中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京100029;中国核工业集团公司,北京100822;核工业北京地质研究院,中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京100029;核工业北京地质研究院,中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京100029;核工业北京地质研究院,中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京100029【正文语种】中文【中图分类】P612;P619.14目前便携式伽马能谱仪通常采用ADC（模数转换）对脉冲峰值采样的方法实现能谱数据采集功能，该类仪器稳定性好，但其电路复杂、功耗较大，而且价格比较昂贵。
采用QTC（电荷-时间转换）技术构建便携式伽马能谱仪，在保证伽马能谱仪稳定性和可靠性的基础上，可使能谱采集电路结构简洁、功耗降低、整机成本得到有效控制。
因此，研制基于QTC技术的便携式伽马能谱仪是非常必要的。
QTC技术即为电荷-时间转换技术，图1为电荷-时间转换电路的简化原理图。
由图1可见，输入的负脉冲信号经反向有源整流电路整流后，通过电阻R3对电容C1进行充电，充电电荷量Q与输入脉冲包含的电量成正比。
宇宙是最终的实验室(续)——阿尔法磁谱仪2升空
宇宙是最终的实验室(续)——阿尔法磁谱仪2升空
佚名
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2011(030)007
【摘要】阿尔法磁谱仪2( AMS - 02)体内有一颗强大的“中国心”—一块“MADE INCHINA”、内径约1.2m、重约2.6t、中心磁场强度1.09×105 A/m 的环形巨大永磁铁(图5),这是由中科院电工所、高能物理所和中国运载火箭技术研究院联手打造的.
【总页数】2页(P前插1-前插2)
【正文语种】中文
【相关文献】
1.“阿尔法磁谱仪2”升空搜寻反物质和暗物质 [J], 若然
2.“奋进”号谢幕之旅运送“阿尔法磁谱仪2”升空 [J], 无
3.意义重大的太空物理实验(续)——“阿尔法磁谱仪2”明年2月升空寻找反物质[J], 本刊编辑部
4.意义重大的太空物理实验——“阿尔法磁谱仪2”明年2月升空寻找反物质 [J], 本刊编辑部
5.宇宙是最终的实验室——阿尔法磁谱仪2升空 [J], 本刊编辑部
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
能谱仪原理
能谱仪原理能谱仪（Spectrometer）是一种通过测量物质或辐射发射、吸收、散射经过分析元件后的光谱来分析物质或能量的仪器。
能谱仪可以用于化学、物理、地球物理学等领域的研究，广泛应用于分析材料的成分、性能、结构以及同位素、核素、宇宙射线等的研究。
本文将对能谱仪原理进行详细的介绍。
一、光谱的基本原理光谱是指将光按照波长或频率分解为不同的组成部分的过程。
可见光谱是人眼可见的光线中的折射或反射后在色散系统中被分解的谱线。
光谱分为线谱、带谱和连续谱。
线谱是由一些锐利的亮线组成的谱线，如氢光谱中的红线、蓝线等；带谱是由一些比较宽的和不一定锐利的谱带组成的谱线，如分子带谱；连续谱是由一个范围内的所有波长和频率的光组成的谱线，如白炽灯的光谱。
光的波长和频率之间有一个线性关系：λ=c/v，其中λ为光的波长，v为光的频率，c是光速。
当光线从一种介质向另一种介质传播时，它们的波长λ和频率v都会发生改变，这就是所谓的折射。
折射是由于不同介质中光的速度不同，光线通过介质时受到速度的限制而发生改变。
能谱仪是一种通过测量物质或辐射发射或吸收经过分析元件（例如光栅、衍射晶体等）后的光谱来分析物质成分或辐射能量的仪器。
能谱仪主要由三部分组成：能量选择部分、信号检测部分和数据分析部分。
1. 能量选择部分能量选择部分主要作用是将某一特定波长或频率的光线从其他光线中分离出来，以便进行分析和检测。
其中包含一些元件，如衍射晶体、光栅等，这些元件可以使光线沿不同的方向散射。
而由于不同方向的光在经过分析元件之后有所区别，所以可以通过调整元件的位置来选择特定的光线。
2. 信号检测部分能量选择部分所选出的光线被转化成电信号并被送到信号检测部分。
这个部分主要由光电倍增管、电子多道分析器、数字量测器等组成。
光电倍增管使用光电效应将光子转化为电子并放大信号，多道分析器将不同能区段的信号分离出来并进行计数，数字量测器将计数信号转化为电信号进行数字化处理。
科技成果——多通道磁共振成像谱仪控制台技术
科技成果——多通道磁共振成像谱仪控制台技术
技术开发单位中科院电工研究所
项目简介
具有自主知识产权的多通道医用磁共振成像谱仪控制台，采用独立的四通道接收和单通道发射技术，可实现MRI的并行成像技术，并对MRI系统信噪比和成像速度有大的提高，可用于中低场和高场医用MRI系统。
主要性能特点
控制计算机：嵌入式计算机、多CPU结构、带有DSP和FPGA；
梯度控制：24位数字化梯度波形控制，带有数字化预强调控制，时间分辨率1us；
射频脉冲控制：16位数字化任意波形控制，频率分辨率0.1Hz，相位分辨率0.1度；
信号检测：全数字模式，采样率最高可达100MSPS；
采样精度16Bit，数字本振频率精度32Bit；数字本振相位精度16Bit；
网络：带有标准以太网接口，具备远程操作能力。
应用范围
医用磁共振成像系统，核磁共振分析仪。
项目所处阶段中试
市场前景
目前国产磁共振成像设备的谱仪控制台均从国外进口，该技术可替代进口，并有助于磁共振成像生产企业掌握自主核心技术，具有较好的经济效益和社会效益。
合作方式
技术转让、技术入股、技术合作开发、其他。
多网格平台上的高能物理数据共享
多网格平台上的高能物理数据共享
程耀东;汪璐;陈刚
【期刊名称】《小型微型计算机系统》
【年(卷),期】2009(030)010
【摘要】当前,高能物理网格计算平台主要依赖于单一的网格中间件与操作系统.而实际上,越来越多的异构资源需要被整合进来.因此,如何在多个平台上(包括不同的网格中间件与操作系统)共享高能物理网格数据是一个基本的研究课题.本文在不改动原有平台的基础上,提出并实现一个网格数据共享系统.基于该系统用户可以透明的在多个平台上管理和共享海量数据.本文主要描述这个系统的体系结构、实现方法、性能优化以及使用场景.
【总页数】4页(P1940-1943)
【作者】程耀东;汪璐;陈刚
【作者单位】中国科学院高能物理研究所计算中心,北京,100049;中国科学院高能物理研究所计算中心,北京,100049;中国科学院高能物理研究所计算中心,北
京,100049
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
【相关文献】
1.高能物理网格门户的设计与实现 [J], 刘全明;于传松;孙功星;陈桢黾
2.基于桌面网格技术的高能物理计算系统 [J], 阚文枭;王聪;徐琪;杜然;Andrei
Tsaregorodtsev;陈刚
3.高能物理网格中动态自适应副本选择算法 [J], 程耀东;马楠;于传松;陈刚
4.面向高能物理计算的网格文件系统 [J], 程耀东;汪璐;刘爱贵;陈刚
5.高能物理网格环境网络性能监测与优化技术研究 [J], 孙智慧;齐法制
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
环境_能谱测量方法研究及应用_王南萍
国家自然科学基金资助(项目编号 40274023), 中国地质调查局资助(项目编号 200214100025); 第一作者简介 :王南萍 , 女 , 1957 年出生 , 1996 年获中国地质大学(北京)地球物理工学博士学位 , 副教授 。
· 34 8 · 辐射防护 第 25 卷 第 6 期
表空气吸收剂 量率主要是由天然放射性核素
238U 、232Th 系列和40K 等产生的 。地表空气吸收
剂量率的测定可采用高气压电离室或剂量率仪
直接测定 , 也可以利用就地 γ能谱测量数据计
算求得 。采用地表土壤中放射性核素的活度浓
度来计算地表 1 m 高处吸收剂量率的方法相对
· 35 0 · 辐射防护 第 25 卷 第 6 期
合 , 但文章没有介绍仪器刻度方法 。中国科学 院高能物理研究所用 NaI(Tl)全谱仪测定了北 京玉泉路附近 25 个测点地表 1 m 高处的吸收 剂量率 , 该谱仪在核工业放射性计量站利用模 型体源进行刻度[ 10] 。 采用全谱能量法计算吸 收剂量率 , 与高压电离室实测结果吻合很好 。
我国在大面积环境 γ能谱测量方面的工作 开展不多 。 核工业地质系统于 20 世纪 80 年代 开始在部分地区进行了地面 γ能谱测量 , 主要 目的是寻找铀矿资源 , 其资料尚没有用于电离
1 引言
环境 γ能谱测量方法是利用 NaI(Tl)闪烁 探测器或高纯锗(HPGe)探测器组成的 γ能谱 仪为工具 , 在现场直接测定环境土壤中放射性 核素活度浓度或 γ总放射性 。 根据测量时仪器 的载带工具不同 , 分为就地 γ能谱测量 、车载 γ 能谱测量以及航空 γ能谱测量 。该方法早期主 要用于铀矿地质勘查 , 20 世纪 80 年代以 后广 泛用于电离辐射环境评价 , 以及寻找核动力燃 料碎片及丢失的放射源 。 在前苏联切尔诺贝利 核电站事故后 , 航空和地面 γ能谱测量技术有 了迅速的发展 。
基于PSoC3便携式多道γ能谱仪的研制
２ ２ 信号 整形 调理模 块 ．
图 ２ 探 测 模 块 硬 件 框 图
理， 减少 噪声 影 响和 提 高 系统 信 噪 比。本设 计 采 用 图 ３所示 电路 ， 由于 Ｐｏ ３内 置运 放 的增 ＳＣ 益 带 宽积 较 小 ， 因此使 用 可 在外 部 设 置 的电 源 电流 的低 噪 声宽 频带 轨至轨 输 出的双通 道 电流 反馈放大器 Ｌ ６ １ 对探测模块输出信号进行 Ｔ２ １
和环 境 监 测 、 关 检 测 检 疫 等 现 场 测 量 领 海 域 ¨ 。 随着科 学技 术 的进 步 和社会 生 活 水平 Ｊ 的提 高 ， 们 对 能 谱 仪 的需 求 １ 增 加 、 人 ３益 对
１ 系统 结构 与 原 理
目 ， 前 国内的便携式 能谱仪主要 由探头 和主机组成 ， 根据 能谱测量原理 【对能谱 图 ４ 的分析处理 ， 通过建立三元一次方程组计算被 测 目标中铀、 钾 的含量 ， 而实现探测和分 钍、 进 析功能。本设计结合传统 的能谱仪设计方法和 使用 Ｐ ｏ３的高集成 度资源进行便携式一体 ＳＣ 化研制 ， 其系统结构 主要由探测模块 、 信号整形 调理模块、 多道脉冲幅度分析模块 、ＳＣ Ｐｏ ３资源 模块 、 Ｖ Ａ Ｔ Ｉ Ｑ Ｇ Ｆ ＇ 显示模块 、 温度检测模 块、 电 源管理模块组成 ， 系统框 图如图 １ 所示。 该 系统 的工作 过 程 如 下 ： 在 射 线 的激 发 下 Ｎ Ｉｒ） ａ ｎ 闪烁 晶体 发光 ， （ 然后被光 电倍 增管 接收 ， 经光 电转 换 及 电子倍 增 后 从 阳极 输 出电 脉 冲， 出的电脉冲经探测模块 的射极跟随器 输
X射线荧光光谱分析陶瓷标准样品的研制
X射线荧光光谱分析陶瓷标准样品的研制朱继浩;冯松林;初凤友;冯向前;谢国喜;闫灵通;李丽【摘要】;简要叙述了一套17种陶瓷标准样品的研制方法和制作过程,并对烧成试样进行了EPMA和X射线荧光光谱分析研究.结果表明:烧成试样与占瓷胎具有相近的物相结构(或基体),且胎体致密度高、吸水率低,主成分分布均匀(X射线束斑直径为2 mm,a=0.05),完全能够满足用作陶瓷标准样品的技术要求.预期可将这套标准样品用于古瓷胎中Na2O,MgO,A12O3,SiO2,K2O,CaO,TiO2和Fe2O3等主成分的X射线荧光光谱定量分析,保证为古陶瓷研究和科学鉴定提供准确、可靠的分析数据.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2010(030)011【总页数】6页(P3143-3148)【关键词】射线荧光光谱法;古陶瓷;标准样品;电子探针;均匀性【作者】朱继浩;冯松林;初凤友;冯向前;谢国喜;闫灵通;李丽【作者单位】国家海洋局海底科学重点实验室,国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;中国科学院高能物理研究所,北京,100049;国家海洋局海底科学重点实验室,国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;中国科学院高能物理研究所,北京,100049;中国科学院高能物理研究所,北京,100049;中国科学院高能物理研究所,北京,100049;中国科学院高能物理研究所,北京,100049【正文语种】中文【中图分类】O657.3X射线荧光光谱法（XRF，X－ray fluorescence spectrometry）由于具有分析准确度高、速度快、分析元素的浓度范围广、样品前处理简单以及无损检测等优点而被广泛应用于古陶瓷研究领域［1－3］。
然而，在分析测试过程中，由于受基体效应、物理参数的精度、仪器稳定性等因素的影响，XRF无标样定量分析方法（如基本参数法）的准确度还不够理想［4］，必须使用以标准样品为基础的相对比较法才能获得准确、可靠的分析数据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
报告人 黄姗姗 中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室 中国科学技术大学 近代物理系 2010年8月17日
大学核物理实验的需求分析 数字多道脉冲幅度分析器
硬件设计 算法实现 测试结果
总结和展望
大学核物理实验平台
大学核物理实验简介
实验内容：
大学核物理实验平台
谢谢！
大学核物理实验平台
大学核物理实验平台
数字化多道脉冲幅度分析器
主要性能指标 道数和量化电平数 线性
ADC微分非线性（DNL） ADC积分非线性(INL) 失调和增益误差 电压基准的精度 温度效应 交流特性 系统随机噪声的干扰
死时间 稳定性 道容量 对于系统的DNL和INL可以采用后处理的方式
专业实验：把知识有机结合，从物理思想寻求解决问题的方法
Β-γ符合法测量放射源的活度（多路定标器） 放射性核素半衰期测量 α粒子卢瑟福散射（多道分析器） 康普顿散射（多道分析器） 穆斯堡尔效应等（多道分析器）
大学核物理实验平台
传统的多道脉冲幅度分析器
死时间长，不同的幅度对应的变换时间不同，增 加了测试结果的不确定性
大学核物理实验平台
大学核物理实验系统的硬件结构
Nuclear Physics Experiment System Detector Signal Reconfigurable Hardware (Slave Machine) Reconfigurable Software (Master Machine)
Input Signal
Signal Condition
ADC
FPGA
USB Interface
Data Bus
Slave Machine
大学核物理实验平台
大学核物理实验平台
数字寻峰算法
寻峰算法
START Samplingvalue >=High_threshold? N
Y Trigger enable; Peakseek enable; Peak_temp=Samplingvalue
大学核物理实验平台
阈值判断
当采用双阈值做触发判断时可以避免误判问题， 信号大于上阈值时触发寻峰电路，低于下阈时才 能使一个完整的寻峰过程结束
High_threshold Low_threshold
Single_threshold
Trigger
Trigger
减少统计误差，提高系统的抗噪声能力
基础实验：学习实验的基本知识，基本方法等
放射性测量的统计误差（甄别器、定标器） 长塑料闪烁计数器（甄别器、定标器） 电流电离室（甄别器、定标器） BF3正比计数管（甄别器、定标器） G-M计数器的性能测量（甄别器、定标器） 多丝正比室（甄别器、定标器） NaI(TL)闪烁谱仪（多道分析器） Ge(Li)γ射线谱仪（多道分析器） 半导体α探测器和α粒子的能量损失（多道分析器） X射线吸收和特征谱测量等（多道分析器）
大学核物理实验平台
数字化多道脉冲幅度分析器
堆积判弃 探测器输出信号有可能会出现峰堆积和尾堆积， 前者导致原谱线计数下降，并使谱形畸变，而后 者会造成谱线展宽，分辨率变差和谱线位移。 对于峰堆积，只有在脉冲信号出现频率n以及信号 宽度tw较大，即ntw>1%的情况下发生 在大学核物理实验中发生峰堆积的概率小于1%
大学核物理实验平台
大学核物理实验测量程序界面
大学核物理实验平台
总结以及展望
本文介绍了用于大学核物理实验系统中数字化多 道脉冲幅度分析器的研制
测试结果表明，该套系统死时间小，能量分辨率 小于1%，达到大学核物理实验对能量分辨率的要 求，满足大学核物理实验的需求 数字化多道脉冲幅度分析器中涉及的数字算法还 要进行进一步的优化和规范化，使之在功能和性 能方面达到更好的性能。
Samplingvalue<= Low_threshold? Y Trigger disable; Peakseek disable
N
Samplingvalue >peak_temp? Y Peak_temp= samplingvalue
N
Save to RAM
END
数字化多道脉冲幅度分析器数字寻峰逻辑流程图
大学核物理实验平台
数字化多道脉冲幅度分析器
利用滑移脉冲发生 器测量多道脉冲幅度 分析器的DNL，利用 算法进行修正
右图为利用算法修正 另一组滑移谱的对比 图
大学核物理实验平台
数字化多道脉冲幅度分析器
241Am与239Pu混合源的α粒子的修正前后能谱图
大学核物理实验平台
大学核物理实验测量程序界面大学核物理实验平台数字化多道脉冲幅度分析器
尾堆积的两种情况：
堆积后的信号仍然有一个小于下阈值的过程 堆积后的信号一直大于下阈值
a High_threshold Low_threshold b
Trigger Accum_flag
Peak_seek_en Ram_read_write_en