[发明专利]一种基于电子滤波技术的高速采集板及采集处理方法

说明书

本发明公开了一种基于电子滤波技术的高速采集板及采集处理方法，该采集板包括ARM芯片、客户端、服务器和依次相连的前置放大器、跟随器、微分电路、一级放大器、二级放大器、反向放大器、模数转换器、FPGA、GPU；所述FPGA和GPU通过串口经ARM芯片传输至客户端，同时客户端向FPGA或GPU发送指令，控制脉冲信号的处理过程；客户端与服务器之间通过网络进行双向通信。本发明充分利用GPU支持浮点计算，可编程性强；多线程计算，计算速度快；数据传输速度快等优势。为解决脉冲堆积问题提供了可靠的硬件基础，本发明能够破解脉冲堆积处理的技术难点，提高脉冲信号利用率，最终提升系统检测精度。

技术领域

本发明属于核物理范畴，包括核医疗、核地质勘探、工业检测等领域，尤其涉及一种基于电子滤波技术的高速采集板及采集处理方法。

背景技术

当前，常见的X射线及核粒子采集板并不具备解谱功能，而仅仅是将脉冲进行堆积判断，若判断为脉冲堆积则将堆积的脉冲抛弃，将未堆积的脉冲予以保留。这种做法虽保证了信号的准确，但却降低了信号的利用率，进而降低系统的能量分辨率。

脉冲堆积(如图2)指同一个探测通道在一个闪烁脉冲持续时间内探测到多个核事件。计数率越高，脉冲堆积则越严重(实际计数率与有效计数率的关系曲线，如图3，可见实际计数率越高，脉冲堆积越严重)，脉冲堆积导致多个脉冲波形重叠，影响数据采集系统对单个脉冲信息的读取，通常情况下会将堆积的脉冲全部舍弃掉。这是由于解谱过程涉及大量数据传输和运算，按照运算速度为80MHz/s，分辨率为12位的AD转换器来算，需要至少960Mb/s的数据传输和运算，这无疑对硬件提出极高的要求，尤其对于体积较小的便携式设备。可见脉冲堆积的处理难度主要在于硬件，对系统的数据传输速度、运算速度等性能要求较高，实现起来较为困难。

将发生脉冲堆积的信号抛弃掉，虽避免了大量运算，但影响了系统整体的检测精度。随着新型探头能量分辨率和探测效率的提高，脉冲堆积逐渐成为提升系统检测精度的主要障碍。

GPU全称为Graphics Processing Unit(图形处理器)，是一种致力于图像处理工作的微处理器，而随着GPU的可编程性不断增强，其应用能力已远远超出图像处理的范畴，利用GPU进行通用计算逐渐成为该领域的发展方向。GPU用于通用计算主要有三方面优势：1)支持浮点计算，可编程性强；2)多线程计算，计算速度快(可达万亿次每秒)；3)支持PCIe并行接口，数据传输速度快(最高可达8Gb/s)。

发明内容

针对上述现有技术状况，本发明提供一种基于电子滤波技术的高速采集板及采集处理方法。本发明能够解决脉冲堆积处理的技术难点，提高脉冲信号利用率，最终提升系统检测精度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于电子滤波技术的高速采集板，包括ARM芯片、客户端、服务器和依次相连的前置放大器、跟随器、微分电路、一级放大器、二级放大器、反向放大器、模数转换器、FPGA、GPU；所述模数转换器用于将前端输出的模拟信号经过取样、量化、编码过程转换为数字信号；所述FPGA用于将所述模数转换器输出的数字信号进行滤波成形和堆积识别，将发生脉冲堆积且可解谱的数据传输至GPU，由GPU进行解谱运算；所述FPGA和GPU通过串口经ARM芯片传输至客户端，同时客户端向FPGA或GPU发送指令，控制脉冲信号的处理过程；客户端与服务器之间通过网络进行双向通信，用于将解谱运算获得的谱图信息文件传输至服务器、将服务器分析计算得到的结果文件传输至客户端。

进一步地，所述跟随器和微分电路相连构成的电路包括：信号采集板接头P1、电阻R1-R3、电阻R5、电容C1和运放U1；信号采集板接头P1的一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与运放U1的正极输入端相连，电阻R2的一端与运放U1的负极输入端相连，电阻R2的另一端与运放U1的输出端相连后与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与电阻R5的一端相连，信号采集板接头P1的另一端和电阻R5的另一端均接地；运放U1的正、负电源输入端分别接+5V和-5V电源。