探测器信号分析仪Mini-DAQ是新一代用于配置和读出探测器信号的能谱测量设备。该仪器集成低压、高压以及信号采集处理模块,能够适应多种探测器的信号读出,既方便,又通用,特别适合高校和研究机构开展核辐射探测实验,配合前端不同的探测器以及后端不同的使用软件,可以实现不同的能谱测量需求。其典型应用如下:
1.不同探测器信号能谱测量(能谱模式)
图11配备不同探测器测量所得能谱(幅度谱)
图12配备不同探测器所测得信号波形图
您可以根据需求选择不同型号的探测器信号分析仪,使其可以适配各种探测器,如NaI(Tl) 探测器、CZT探测器、HPGe 探测器、LaBr(Ce)探测器、BF3正比计数管等。采用波形数字化技术,只要探测器信号波形主要信息能够被探测器信号分析仪采集,那么对其综合分析就不是难事。
NaI(Tl)接口示意图如下图所示:
图13 NaI(Tl)探测器连线接口
图14接线类型
探测器信号分析仪Mini-EasySpe 前面板如下图所示:
图15 Mini-EasySpe 前面板
图16 Mini-EasySpe 后面板
探测器信号分析仪Mini-EasySpe各部分接口功能说明如下表所示:
表格11探测器信号分析仪接口说明
面板 | 名称 | 说明 |
后面板 | 低压 | 为前端探测器提供低压,注意接口上有1针脚标志,1-7管脚分别对应:+5V、-5V、+12V、-12V、+12V、GND、GND |
高压 | 为前端探测器提供高压,根据选型不同而不同 | |
信号 | 提供外触发信号输入接口 | |
通道X | 不使用 | |
电源指示灯 | 接通电源并打开开关后,指示灯亮起 | |
计数指示灯 | 探测器信号分析仪识别到探测器有效信号后,指示灯闪烁,计数率越高,指示灯闪烁越频繁 | |
电源接口 | 连接适配器转换后的直流电源 | |
USB接口 | 连接计算机USB接线 | |
网络* | 不使用 |
表格12 Mini-EasySpe 配件
序号 | 名称 | 型号 | 单位 | 数量 |
1 | 探测器信号分析仪 | Mini-EasySpe | 台 | 1 |
2 | BNC线缆 | 1.5m | 条 | 1 |
3 | SHV线缆 | 1m | 条 | 1 |
4 | USB/线缆 | 1m | 条 | 1 |
5 | 交流适配器 | GP25B13A-R1B/1M | 套 | 1 |
6 | 电源线缆 | 0.5m | 条 | 1 |
7 | 使用说明手册/软件使用手册/保修卡/合格证 | 无 | 份 | 1 |
危险:
使用非标的组件可能会损坏仪器,甚至会发生人身危险!
1.连接探测器对应线缆:高压线缆、低压线缆以及信号线缆。
2*.连接探测器信号分析仪与计算机之间的通讯线缆:USB线缆
3.打开前面板电源开关,前面板电源指示灯亮起。
4*.安装USB驱动“CP2102x_USB”,在设备管理器的端口上会发现“CP2102”的端口,这表明USB驱动已经安装成功。
图21 USB驱动安装成功
5. 打开配套软件,在软件底部会显示“通讯正常”,这表明仪器与软件已正常连接。
这表明软件整套系统已能正常工作。
图31探测器信号分析仪原理框图
探测器信号分析仪整体功能框图如上图所示,内部由高压产生电路、低压产生电路和信号处理电路组成,其接口分别连接到探测的低压接口,高压接口和信号输出接口。探测器信号输入到信号处理电路后,前后经过模拟信号处理、模数转换(A/D)、FPGA以及接口电路。模拟信号处理部分对探测器输出信号进行接口匹配、预放大以及直流电平调整;模数转换将模拟信号转换为数字信号后发送到FPGA,在FPGA内进行相关数字信号处理,处理接口通过接口电路发送到计算机上进行二次分析和处理。
与传统模拟电路(主放、峰值保持、多道)不同的是,主要的滤波成型和信息提取均交由FPGA处理,同时,由于FPGA内部具备复杂数字信号在线处理能力,因而可以集成多种数字信号处理功能。FPGA内部原理框图如下图所示:
图32FPGA内部信息处理框架
经过模数转换后的数字信号进入FPGA后,首先经过信号读出模块将信号流水化读出,分为两路:1路发送到波形回传模块,用于传回有效波形数据;1路发送到滤波成型模块,对传回的波形进行滤波成型,提高信噪比,成型后分别发送到能谱统计模块和粒子信息模块进行处理,处理之后发送出能谱统计信息和粒子信息,交由数据打包模块发送到计算机。
需要说明的是,由于不同探测器输出的信号特征不尽相同(如幅度、信号上升时间、信号宽度等),因而需要匹配不同的数字信号处理算法,因此FPGA固件设计有参数设置机制,对于不同的探测器信号能够优化处理。
名称 | 主要性能参数 |
采样率 | 80 MSPS |
采集精度 | 14bit |
非线性 | <±0.5 |
电子学噪声 | < |
量程 | 5Vpp |
数字信号处理 | 梯形成型、波形触发、峰值提取、波形回传/能谱回传/粒子信息回传 |
低压电源 | ±12V、±5V |
高压电源 | 0~+1500V |
欢迎使用能谱分析软件 EasySpe2020/ ,
配合上前端的探测器信号分析仪Mini-EasySpe,EasySpe 2020 能够实现能谱测量参数的控制以及能谱的显示与分析。
能谱分析软件是野云科技新一代数字化能谱仪的关键组件之一,同时也是新一代数字化能谱仪的控制和显示终端。关键功能如下:
能谱数据采的集与显示
探测器高压的设置与显示
数字信号处理参数设置
能谱的可视化调整与特征分析
能谱的保存与二次显示分析
系统要求
为确保 EasySpe 2020 正确运行,必须拥有一台符合最低系统要求,能够运行下表所列一种操作系统版本的计算机。
表格 11 系统要求
项目 | 最低规格 | 推荐规格 |
操作系统 | Windows 7 或 Windows 10 32 位或 64 位版本 | |
处理器 | 300 MHz | 1 GHz以上 |
内存 | 512 MB | 1 GB以上 |
可用磁盘空间* | 1 GB | 2 GB以上 |
端口* | USB 2.0 端口 | USB 2.0 端口 USB 3.0 端口 |
EasySpe2020 简单易用。当然在此之前,您必须了解基本的辐射探测知识!请按照下面指示进行软件首次使用。
1.安装软件 EasySpe 2020 免安装。只需要复制EasySpe 2020 整个文件夹到计算机中即可。
2*.安装驱动 计算机通过USB线缆与探测器信号分析仪相连。首次使用时您必须安装驱动。双击位于“CP210x_Universal_Windows_Driver”文件夹中的 “CP210xVCPInstaller_x64.exe”完成安装。在设备管理器的端口上会发现“CP2102”的端口,这表明USB驱动已经安装成功。
图 21 驱动安装成功
3.打开硬件 打开硬件电源。您会发现机箱的电源灯亮起。
4.打开软件 双击“EasySpe 2020.exe”进入软件界面。
5.开始操作 如果硬件正确连接,在软件界面底部会显示“通讯正常!”,这表明EasySpe 2020已经与探测器信号分析仪正确通讯。
图 22 软件正常运行底部显示“通讯正常!”
EasySpe2020在线测量步骤如下:
双击打开软件,进入主窗口界面,如下图所示。
图 31 主界面窗口
鼠标点击控制窗口硬件,显示窗口用于显示能谱仪测量的实时数据。
设置高压:控制窗口的高压预设值方框输入合适的高压数值,点击打开按钮,高压设置成功。注:不同的探测器所需的工作高压不尽相同,请事先查阅探测器说明书,避免高压设置过高损坏探测器。
设置阈值:阈值预设置方框输入合适的阈值,点击设置,阈值设置成功。
多道参数设置:点击控制窗口预置按钮,或者点击设置菜单-设置-多道设置,出现如图2对话框,设置多道参数。预置测量时间以秒为单位,范围为1至16777215秒,多道增益可选1024、2048、4096、8192。放大倍数可选×1,×2,×4,×8。点确定,本次设置有效;点取消,本次设置无效,原来设置不变。
图 32 多道参数设置
开始测量:点击控制窗口测量,或者点击工具栏测量按钮,开始能谱测量,显示窗口实时显示测量数据。点击停止按钮,停止测量。点击清除按钮,清除本次测量数据。控制窗口中的“扩展”、“压缩”用于改变当前窗口水平显示道数。“↑”、“↓”改变当前窗口垂直方向的计数量程,“↑”减少计数量程,谱图形向上;“↓”增加计数量程,谱图形向下。“LOG”将垂直量程转换为对数显示(也可按键盘“L”)。在对数显示情况下,按“↑”、“↓”键转换为线性显示。
测量完成,分析谱数据。鼠标移动到能谱的任意位置,界面下方将会显示光标所在位置的道址,计数,能量(能量刻度之后才有意义)。若想分析某一能峰,点击菜单设置-加亮区设置,出现如图3所示对话框。输入想要分析的能峰左边界道址和右边界道址,点击设置,能峰即加亮。左键双击加亮区,加亮区信息即显示,如图4。
图 33 加量区设置与显示
能量刻度。点击菜单的设置-能量刻度,出现如图5所示对话框,设置能量刻度数据。
多道道数可用鼠标左键单击窗口内对应道数、键盘“←”、“→”左右移动光标,或在能量刻度窗口道数对应的输入框内输入道数值;对应能量在能量刻度窗口的能量输入框内输入(单位为 keV) ,鼠标按添加即将这组数据输入到能量刻度数据列表窗口中。鼠标在列表窗口内选中某组能量刻度数据,该组数据即显示在下面的输入框中,此时可修改输入框中的数据,修改结束后按“更新”按钮即将输入框中的数据更新到列表框中。鼠标在列表窗口内选中某组能量刻度数据,按“删除”按钮,即在列表框中删除该组数据。
图 34 能量刻度
保存文件。点击设置菜单的文件-保存,或者点击工具栏保存按钮,将当前活动窗口的能谱数据保存到硬盘,文件扩展名有.chn与.txt两种,加亮区信息和能量刻度信息同时保存到文件中。
能谱仪是显示射线强度随能量变化的测量仪器。不同测量对象、不同类型的能谱仪所测得的能谱形状不尽相同。例如,下面显示了EasySpe2020 软件上NaI(Tl)数字化能谱仪测量Cs-137放射源的能谱图
图 41 能谱测量界面
在进行能量刻度之后,能谱图的横坐标代表能量,其单位一般是“keV”;能谱图的纵坐标代表计数,其单位一般是“个”。同时,在能谱图的下方可以看到测量和计算参数,这方便于我们的统计分析。通过分析能谱图的形状,测量时间以及峰位等特征,可以帮助我们了解能谱仪所测量对象的放射性特征。
新一代数字化能谱仪
新一代数字化能谱仪是一台测量放射性的仪器。与传统模块电子学搭建的谱仪相比,新一代数字化能谱仪具有通用、灵巧以及完全软件化的特点。硬件搭建成功之后,所有操作在计算机的软件EasySpe 2020 上即可完成。在不同的实验中,可能会配置不同的探测器。在新一代数字化能谱仪中,您只需要重新选择EasySpe 2020 的配置文件即可完成软件匹配。
名称 | 主要性能参数 |
测量控制 | 开始/停止/暂停/清除 |
高压设置 | 0~+1500V |
阈值设置 | 0~ 5V |
显示控制 | 横轴放大/缩小;纵轴放大/缩小;对数/线性坐标 |
探测器配置 | 可适配不同探测器 |
动态范围设置 | 500 mVpp/5Vpp可选 |
多道道数设置 | 1024/2048/4096/8192 |
放大倍数 | 1/8;1/4;1/2;1 |
能量刻度 | 手动输入峰位及能量,进行刻度 |
加亮区设置 | 设置左右边界 |
加亮区显示 | 显示能量分辨率以及中心道址 |
测量显示 | 光标、能量、计数、加亮区总计数、加亮区净计数、活时间、死时间 |
文件保存 | 二进制文件或txt文件 |
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