[发明专利]一种基于FPGA的多道脉冲幅度分析器

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于FPGA的多道脉冲幅度分析器，用于能量色散型X射线荧光光谱仪中数据的采集和处理，属于分析仪器领域。

背景技术

能量色散型X射线荧光光谱仪是一种可以用于快速分析出物质中元素种类和含量的新型测量分析仪器，因为其可以在不破坏样品结构的情况下对样品中的多种元素同时做出较为准确的分析，在矿物分析、有害物质检测等方面得到广泛应用。而多道脉冲幅度分析器是能量色散型X射线荧光光谱仪的核心部件，其接收能量色散型X射线荧光光谱仪的探测器输出的光谱信号，经分析和处理得到能谱数据，并将能谱数据发送到上位机中，供上位机软件进行进一步的分析和处理，实现样品中元素的定量和定性分析。

目前国内以模拟电路为主的多道脉冲幅度分析器，使用模拟电路对光谱信号进行放大、滤波、峰值识别等处理，微处理器主要实现根据峰值大小进行加1技术的操作。这样的多道脉冲幅度分析器硬件结构复杂，功耗大，不能灵活的调节电路参数，处理速度和分辨能力不高。

发明内容

1、要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，设计一种基于FPGA的多道脉冲幅度分析器，进行数字滤波和峰值识别，提高系统的稳定性和可靠性；使用FPGA代替原有多道脉冲幅度分析器中模拟电路的部分功能，以降低功耗，简化系统结构，使参数可调，增加灵活性；多种接口电路可供选择，增加系统的适应性。

2、技术方案

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于FPGA的多道脉冲幅度分析器，包括信号调理电路、AD转换电路、FPGA和通讯电路，所述信号调理电路、AD转换电路、FPGA和通讯电路依次连接；

所述FPGA内部设有AD控制模块、主控制模块、通讯模块、RAM模块、滤波模块，所述主控制模块分别与AD控制模块、通讯模块、RAM模块和滤波模块连接，所述RAM模块还与通讯模块连接；所述AD控制模块与AD转换电路连接，所述通讯模块与通讯电路连接；

所述信号调理电路接收能量色散型X射线荧光光谱仪的探测器输出的光谱信号，并对光谱信号进行放大、模拟滤波、整形、基线恢复处理，得到可供AD转换电路处理的脉冲信号；

所述AD转换电路接收信号调理电路输出的脉冲信号，并对其进行AD转换，得到数字信号；

所述AD控制模块控制AD转换电路，并将AD转换后的数字信号存进FIFO缓冲区中，供主控制模块读取；

所述通讯模块用于控制通讯电路和上位机通讯，接收上位机发送的控制命令，并从RAM模块读取能谱数据发送到上位机，供上位机软件进行进一步的分析和处理；

所述RAM模块采用双RAM结构存储能谱数据，提高信号处理速率，降低出错率；

所述主控制模块用于从AD控制模块的FIFO缓冲区读取数字信号，将其发送到滤波模块进行光滑滤波处理，识别峰值，滤波模块将峰值对应的原始数据发送到主控制模块中，主控制模块根据滤波模块处理后的数字信号形成能谱数据。作为优选，所述通讯电路包括RS232通讯电路、USB通讯电路。

作为优选，所述滤波模块从接收到的数字信号中获得连续9点原始数据，进行5点光滑滤波处理，对得到的5个滤波数据进行峰值识别。

作为优选，所述FPGA的芯片型号为EP4CE10。

作为优选，还包括电源模块，所述电源模块采用开关电源供电，并经过稳压电路转换成多道脉冲幅度分析器所需要的多种电压值。

作为优选，所述AD转换电路中使用的AD器件，其自带采样保持器，转换精度为12到16位，速度至少为100kHZ。

3、有益效果

本发明具有以下有益效果：

1、本发明使用FPGA进行数字滤波和峰值识别，降低了系统功耗和复杂度，提高了系统的稳定性和可靠性；

2、本发明在FPGA中设计了双RAM结构存储能谱数据，解决了计算当前能谱数据和发送能谱数据在时序上的冲突，既保证了处理速度，又降低了出错率；

3、本发明设计了多种接口电路，以适应不同上位机的通讯要求，提高了系统的适应性；

4、本发明在FPGA中对采集的原始数字信号先进性光滑滤波处理，在对滤波后的数据进行峰值识别，减小了噪声干扰，提高峰值识别率；并且可以根据实际信号设计滤波参数，提高系统的灵活性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的一个应用场景的结构示意图。