[发明专利]一种基于α粒子事件读出的数字反符合HPGe谱仪系统

权利要求书

1.一种基于α粒子事件读出的数字反符合HPGe谱仪系统，其特征在于，包括：数字反符合判别器、HPGe谱仪板卡、数据传输及控制系统、PC上位机和多路高低压电源；HPGe谱仪系统支持反符合\符合探测器信号输入与HPGe探测器信号输入；

所述数字反符合判别器能够测得符合探测器输入信号的时刻信息，是实现反符合测量的关键电路；

所述HPGe谱仪板卡实现HPGe探测器的粒子事件信息的提取；

所述数据传输及控制系统用于将数字反符合判别器测得的粒子时刻信息及HPGe谱仪板卡测得的粒子信息进行处理；

所述PC上位机能够接收数据传输及控制系统发送的粒子事件数据包，并对该数据包进行解析，在PC上位机中通过数字算法实现α反符合测量功能；PC上位机还能够完整收录α粒子的事件信息，在离线条件下调用测量数据，对测量过程进行重现；还能够根据不同测量要求自定义符合测量判断条件，实现最优测量效果；

所述多路高低压电源用于给数字反符合判别器和数据传输及控制系统供电；

所述数字反符合判别器包括：数字式时间数字转换模块和多路时钟同步器，数字式时间数字转换模块还包括数字式恒比定时器，数字反符合判别器基于现场可编程门阵列设计时间戳和数字式恒比定时器实现低抖动的时间信号触发，完成α粒子符合事件甄别；

数字反符合判别器共有7路数字式恒比定时器，数字式恒比定时器包括：数字延时器、数字衰减器和数字比较器；数字式恒比定时器每一路的实现是符合探测器输入信号分别经过数字延时器和数字衰减器后，经数字比较器输出有效触发信号；

数字反符合判别器还包括锁相环、时间戳、时间信息获取模块组成，其中时间戳以多路时钟同步器提供的高精度时间同步基准信号为参考时钟，在现场可编程门阵列内部通过锁相环进行时钟倍频，并基于高速加法器实现时间值计数，完成时间戳功能；当某时刻符合探测器产生有效触发信号时，时间信息获取模块能够获取当前时刻的时间戳值；

所述PC上位机工作过程如下：

①α粒子反符合测量；

PC上位机首先根据粒子数据包中的时间信息进行符合事件判断，并精确设置符合测量时间，如果在同一时间戳内，HPGe探测器与符合探测器同时有触发信号产生时，即可判断该时刻对应有α粒子符合事件发生；PC上位机再通过对该时刻HPGe谱仪的粒子数据中的能量信息进行解析，即可判断出放射性核素在发生α衰变的同时伴随放出γ射线的特征，进而识别出α粒子类型；

②离线测量过程重现；

PC上位机能够完整收录α粒子的事件信息，因此可在离线条件下调用测量数据，对测量过程进行重现；与此同时，可根据不同测量要求自定义符合测量判断条件，实现最优测量效果。

2.根据权利要求1所述的一种基于α粒子事件读出的数字反符合HPGe谱仪系统，其特征在于：HPGe谱仪板卡包括：高速ADC采样单元、现场可编程门阵列逻辑单元、时间信息提取模块、能量信息提取模块和位置信息提取模块；HPGe主探测器输出信号经高速ADC后输入给现场可编程门阵列逻辑单元，经ADC数据拼接后分别经时间信息提取模块、能量信息提取模块、位置信息提取模块实现粒子事件信息提取和存储，最终输出完整的HPGe探测器粒子事件信息；

HPGe谱仪板卡提取过程如下：

①粒子位置信息提取

粒子入射探测器产生信号，该信号输入至现场可编程门阵列固定的IO口，通过对现场可编程门阵列中IO口的识别，即可对探测器进行识别，从而实现粒子位置信息提取；

②粒子时间信息提取

为了快速准确的测量粒子发生时间，在现场可编程门阵列内部设计时间信息提取模块，其主要由锁相环、时间戳、粒子时间信息获取单元组成，其中时间戳以外部时钟分配器提供的50MHz高精度时间同步基准信号为参考时钟，在现场可编程门阵列内部通过锁相环进行时钟倍频，并基于高速加法器实现时间值计数，高速加法器是在现场可编程门阵列中通过编程实现的，是粒子时间信息获取单元的一部分；

完成时间戳功能：当HPGe探测器输出有效信号时，快通道能够产生有效触发信号，该触发信号能够使时间信息获取模块触发，获取当前时刻的时间戳值，从而获取粒子时间信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于α粒子事件读出的数字反符合HPGe谱仪系统，其特征在于：HPGe谱仪板卡的前端模拟电路包括：程控衰减及保护电路、程控极零补偿电路、程控极性转换电路、线性脉冲放大电路、程控直流偏移电路、单端转差分电路、ADC转换电路，其中ADC电路选用16位、80MSPS采样率芯片，实现高分辨率信号采集；幅值提取采用尖顶成形算法和对称零面积梯形成形算法，实现对核脉冲信号高精度幅度提取，其中尖顶成形具有最优化滤波效果，应用于慢通道完成幅度提取，对称零面积梯形成形应用于快通道完成脉冲触发和堆积判别。