基于FPGA硬件算法的核能谱数据获取研究

摘要

核能谱中包含射线能量、放射源活度及放射源类型等信息，是核物理实验中最为关键的数据。随着粒子物理、核物理及反应堆物理等学科的发展，对核数据采集及处理的速度及精度的要求越来越高。近年来，AD模数转换技术及可编程逻辑器件技术得到高速发展，随之发展的数字化核数据获取为核数据处理提供了新的思路。本文将FPGA硬件算法结合高速ADC芯片及USB传输模块应用于核能谱数据获取中，将核信号数字化。通过获取核信号脉冲幅度及脉冲面积获取核能谱数据，并应用LabVIEW于上位机端得到能谱数据及显示能谱。
　　首先，本文通过理论分析验证了基于核脉冲幅度及脉冲面积获取核能谱数据的可行性，并且证明了基于核信号脉冲面积获取核能谱对于削弱噪声信号影响具有优越性。其次，介绍了应用数字化系统处理核数据中波形矫正、基线恢复、脉冲峰值提取以及脉冲面积计算等数据处理的方法。另外，本文对核能谱数据获取中使用到的各个硬件模块及模块间的连接、FPGA硬件描述程序开发、USB模块软件设计及LabVIEW软件设计作了详细说明。最后，搭建核能谱数据获取实验平台，获取并分析基于核信号脉冲幅度及脉冲面积得到的核能谱数据，并与MCA8000D多道分析器获取的能谱作比较。
　　通过理论分析及实验数据分析，验证了幅度法及面积法获取能谱数据的可行性，验证了面积法能够削弱噪声信号影响、提高能量分辨率。

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第一章 绪论

1.1 背景及意义

1.2 数字化能谱获取方式分析

1.3 研究进展

第二章 系统原理分析

2.1能谱获取方法介绍

2.2 设计系统介绍

第三章 系统硬件模块介绍

3.1 ADC模数转换模块

3.2 FPGA数据处理模块

3.3 USB数据传输模块

第四章 系统设计

4.1 FPGA硬件程序设计

4.2 USB开发

4.3 LabVIEW程序设计

第五章 实验结果及数据分析

5.1 实验系统

5.2 实验数据及其分析

第六章 总结与展望

参考文献

在学期间研究成果

致谢