專利名稱：核脈沖峰值采樣裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及核脈沖信號采集及信號處理領域，更具體涉及一種核脈沖峰值采樣裝置，能夠及時采集核脈沖信號峰值電壓數(shù)據(jù)，并通過USB接口傳輸?shù)接嬎銠C上呈現(xiàn)出 來的一種系統(tǒng)。可有效的實現(xiàn)峰值電壓采集，夠減小系統(tǒng)死時間，簡化硬件電路，可應用于 相關核信號檢測儀器。
背景技術：
核脈沖信號的檢測和處理已在相關的核檢測儀器中得到廣泛的應用。常用的核脈 沖信號的幅度甄別是將探測器輸出的信號依次經(jīng)過前置放大、無源CR-RC整形，模擬信號 展寬后送至A/D轉(zhuǎn)換器。無源CR-RC整形硬件電路的拓撲結(jié)構復雜。在峰值識別采樣電路 方面，現(xiàn)行多采用峰值展寬電路，此方式通常對輸入信號整形時間常數(shù)要求較高，因而反應 時間較長。峰值展寬電路有使用獨立器件自行連接設計的，若要取得較好的性能，通常結(jié)構 復雜，成本高昂。也有使用集成峰值保持器件的，例如PKDOl，但此類模擬器件并不是為核脈 沖信號這種高速脈沖信號設計的。以PKDOl為例，其電壓轉(zhuǎn)換率僅為0.5V/US。為了滿足 PKDOl對輸入信號要求，則CR-RC整形時間常數(shù)會被設的很大，結(jié)果是單個脈沖占用的時間 長，整個系統(tǒng)的通過率低，另外此器件已經(jīng)停產(chǎn)。另外還有基于高速采樣的核脈沖信號獲取系統(tǒng)，其原理類似于數(shù)字示波器。這類 系統(tǒng)原理簡單，但若想取得良好性能則采樣ADC的位數(shù)需在IObit以上，采樣速率在IMbps 以上。單位時間采集的數(shù)據(jù)量大(2Mbyt以上)需用到高速模擬及數(shù)字處理電路，電路設計 難度大，成本高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是在于提出了一種核脈沖峰值采樣裝置。該裝置結(jié)構簡單，使 用方便，用于相關核信號檢測儀器，可有效的實現(xiàn)峰值電壓采集，具有減小系統(tǒng)死時間，簡 化硬件電路的優(yōu)點。為了實現(xiàn)其上述的目的，本實用新型采用如下技術方案一種核脈沖峰值采樣裝置，包括核脈沖信號，放大整形電路，峰位甄別電路，采樣 及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通訊及控制系統(tǒng)，計算機，峰位甄別電路中包括有源微分電路和過零比較 電路。核脈沖信號采集裝置由探測器探測的核脈沖信號經(jīng)由放大整形電路進行放大整 形，整形后信號同時進入峰位甄別電路進行峰位的判別。采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路接收峰位信 號時保持峰值點電壓值并數(shù)字化。采集得到的信號峰值電壓數(shù)據(jù)傳遞到通訊及控制系統(tǒng)， 通訊及控制系統(tǒng)則對所得數(shù)據(jù)進行進一步數(shù)據(jù)處理后將所得數(shù)據(jù)通過計算機顯示出。其中放大整形電路為比例放大電路和低通有源濾波電路(見圖3)組成。包括 R1、R2、C1、C2、U1。Ul為運算放大器AD8610。電阻Rl分別連接到電容Cl和電阻R2，電阻R2分別連接到電容C2和運算放大器Ul的3腳。電容Cl的另一端連接到運算放大器Ul的 6腳輸出端。電容C2的另一端連接地。是兩極有源濾波電路，其中Cl C2 = 1 2，運算 放大器要求帶寬在20M以上，轉(zhuǎn)換率在20V/μ s以上。完成信號處理即圖7所示二次低通 濾波電路整形輸出反向輸出信號。信號由低通有源濾波電路濾波后得到波形(圖7)，此波形接近高斯波形。由于探測器輸出的信號，峰頂寬度比較窄，無法滿足采樣保持器對輸入信號特性要求，因此，需對 輸入信號進行整形。運用無源的RC-CR電路進行脈沖信號的整形放大，其拓撲結(jié)構復雜，成 本高，不易實現(xiàn)。為了簡化電路，本新型實用運用兩級有源濾波電路進行信號的整形，有效 的簡化電路，可實施性好。圖1中的峰位甄別電路包括有源微分電路，過零比較電路，(見圖2)。由放大整形 電路將整形后的模擬信號即放大整形電路輸出信號同時輸入到有源微分電路和采樣及模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路。采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路會對信號進行采樣，信號由有源微分電路做微分處理，通 過微分電路進行峰位識別，當判別信號處于峰位時過零比較電路會有信號跳變從而傳遞給 采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將此時的采樣數(shù)據(jù)判定為峰位數(shù)據(jù)。本裝置采用集成高速采樣器采集整形后的核脈沖峰值電壓值，為確保采樣保持的 是脈沖的峰值就必須對其進行峰值判斷，采用模擬有源微分電路對整形輸出信號進行微 分，再通過過零比較的方法進行峰位值判斷，峰位判斷精度高，直接采用高速采樣器采樣峰 值電壓避免了采用模擬展寬器，集成的模擬高速采樣器對輸入信號的整形時間常數(shù)要求 低，可有效避免高計數(shù)率下的大時間常數(shù)整形帶來的脈沖堆積問題，減小系統(tǒng)誤差，提高了 系統(tǒng)的通過率。峰值甄別電路中有源微分電路和過零比較電路(見圖4)，包括U2、R3、C3組成的微 分電路，和U3、R4、R5組成的過零比較電路。U2為運算放大器AD8610，U3為比較器AD8561。 信號輸入電容C3，電容C3的另一端分別連接到電阻R3和運算放大器U2的2腳，電阻R3的 另一端連接到運算放大器U2的6腳，運算放大器U2的3腳接地。運算放大器U2的輸出端 6腳連接到電阻R4上。電阻R4的另一端分別連接到比較器U3的2和電阻R5的一端，電阻 R5的另一端連接到比較器U3的7腳上。比較器U3的3腳的另一端接地，8腳為信號輸出 端。有源微分電路和過零比較電路在這里聯(lián)用，其作用為判別峰值，并將判別信號傳遞給采 樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，告知峰值信號。與上位機通信方式運用USB2. 0全速模式，保證了采集數(shù)據(jù)的即時傳輸。本實用新型核脈沖峰值采樣系統(tǒng)的特點和優(yōu)點1、電路形式簡單。整體硬件電路用件較少并且性能穩(wěn)定、可靠。2、成本低廉，集成度高。3、對整形信號要求低，頂寬大于luS，轉(zhuǎn)換率小于20V/uS即可。4、脈沖處理速度快，系統(tǒng)死時間小，單個脈沖處理時間(含傳輸)IOuS5、通過率高，。通過率峰值平率可達到100K，平均通過率達到30K。6、峰值采集處理的精度，優(yōu)于1%。。

圖1為脈沖峰值采樣裝置結(jié)構示意圖。[0023]圖2峰值甄別電路示意圖。圖3有源濾波電路示意圖。信號由(INPUT)進入，經(jīng)由(Rl) (R2) =1:1，(Cl) (C2) =1:2圖4有源微分電路示意圖。圖5—種初始輸入信號。圖6—種輸入(反向)信號與微分輸出信號，當輸入信號為峰值信號時其微分輸出信號再次為零，通過辨別微分輸出信號來甄別峰位。圖7 —種二次低通濾波電路整形輸出反向輸出信號。圖8 一種輸出(反向)和峰位比較輸出信號。當輸出信號到達峰值時峰位比較信 號跳為高電平。圖9 一種峰位比較輸出和峰位保持跳變信號。峰位比較輸出信號結(jié)束時轉(zhuǎn)為上跳 沿，幾乎在峰位比較輸出信號轉(zhuǎn)為上跳沿的同時峰位保持信號跳變?yōu)橄陆笛?。圖10 —種峰位保持與采樣保持及AD轉(zhuǎn)換忙跳變信號，其中AD高電平為忙狀態(tài)。其中1-核脈沖信號，2-放大整形電路，3-峰值采樣電路，4-采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換， 5-通訊及控制系統(tǒng)，6-計算機，3a-有源微分電路，3b-過零比較電路。注圖5到圖10中藍色波形為一通道波形，黃色波形為二通道波形，在視圖說明中 同時存在兩個通道波形時一通道申明在前二通道申明在后。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細描述根據(jù)圖1可知該沖峰值采樣裝置，包括核脈沖信號1，放大整形電路2，峰值甄別 電路3，采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換4，通訊及控制系統(tǒng)5，計算機6，峰值甄別電路3中包括有源微分電 路3a和過零比較電路3b。核脈沖信號采集裝置由探測器探測的核脈沖信號1經(jīng)由放大整形電路2進行放大 整形，整形后信號同時進入峰值甄別電路3進行峰位的判別和采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換4即A/D采 集信號數(shù)值，將采集到得信號峰值數(shù)據(jù)傳遞到通訊及控制系統(tǒng)5，通訊及控制系統(tǒng)5則對所 得數(shù)據(jù)進行進一步數(shù)字化處理再將所處理數(shù)據(jù)通過計算機6顯示出。其特征在于核脈沖信 號探測器與放大整形電路2相連接，放大整形電路2同時與峰值甄別電路3和采樣及模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路4相連接。根據(jù)圖2可知該峰值采樣裝置包括放大整形電路輸出信號1，有源微分電路3a， 過零比較電路3b，采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4。由放大整形電路將整形后的模擬信號即放大整 形電路輸出信號1同時輸入到有源微分電路3a和采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4。采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路4會對信號進行采樣，信號由有源微分電路3a做微分處理，通過微分電路進行峰位識 另IJ，當判別信號處于峰位時過零比較電路3b會有信號跳變從而傳遞給采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路4將此時的采樣數(shù)據(jù)判定為峰位數(shù)據(jù)。運用有源微分電路3a將接收信號進行微分，信號達到峰值時，微分電路輸出為 零，從而判斷出信號的峰值。采集信號時，采樣保持放大器的邏輯控制取決于過零比較器的 輸出，當非峰值時，處于采樣狀態(tài)，當峰值時，處于保持狀態(tài)，從而使峰值得以保持。圖10即 峰位保持與采樣保持及AD轉(zhuǎn)換忙跳變信號，其中AD高電平為忙狀態(tài)。[0040]根據(jù)圖3可知放大整形電路2為同向放大電路和低通有源濾波電路組成，包括 R1、R2、C1、C2、U1。Ul為運算放大器AD8610。電阻Rl分別連接到電容Cl和電阻R2，電阻 R2分別連接到電容C2和運算放大器Ul的3腳。電容Cl的另一端連接到運算放大器Ul的 6腳輸出端。電容C2的另一端連接地。是兩極有源濾波電路，其中Cl C2 = 1 2，運算 放大器要求帶寬在20M以上，轉(zhuǎn)換率在20V/μ s以上。完成信號處理即圖7所示二次低通 濾波電路整形輸出反向輸出信號。根據(jù)圖4可知峰值甄別電路3中有源微分電路3a和過零比較電路3b，包括U2、R3、C3組成的微分電路，和U3、R4、R5組成的過零比較電路。U2為運算放大器AD8610，U3 為比較器AD8561。信號輸入電容C3，電容C3的另一端分別連接到電阻R3和運算放大器 U2的2腳，電阻R3的另一端連接到運算放大器U2的6腳，運算放大器U2的3腳接地。運 算放大器U2的輸出端6腳連接到電阻R4上。電阻R4的另一端分別連接到比較器U3的2 和電阻R5的一端，電阻R5的另一端連接到比較器U3的7腳上。比較器U3的3腳的另一 端接地，8腳為信號輸出端。其中R4 R5 = 100 1。有源微分電路和過零比較電路在這 里聯(lián)用，其作用為判別峰值，并將判別信號傳遞給采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，告知峰值信號。圖 6為輸入(反向)信號與微分輸出信號，當輸入信號為峰值信號時其微分輸出信號再次為 零，通過辨別微分輸出信號來甄別峰位。圖8為輸出(反向)和峰位比較輸出信號。當輸 出信號到達峰值時峰位比較信號跳為高電平。圖9反映了峰位比較輸出和峰位保持跳變信 號。峰位比較輸出信號結(jié)束時轉(zhuǎn)為上跳沿，在峰位比較輸出信號轉(zhuǎn)為上跳沿 μ S內(nèi)峰位保 持信號跳變?yōu)橄陆笛亍?br> 權利要求一種核脈沖峰值采樣裝置，包括放大整形電路(2)，峰位甄別電路(3)，采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(4)，通訊及控制系統(tǒng)(5)，其特征在于放大整形電路(2)為比例放大電路和低通有源濾波電路組成，放大整形電路(2)中U1為運算放大器AD8610；電阻R1分別連接到電容C1和電阻R2，電阻R2分別連接到電容C2和運算放大器U1的3腳；電容C1的另一端連接到運算放大器U1的6腳輸出端；電容C2的另一端連接地；是兩極有源濾波電路，其中C1∶C2＝1∶2，運算放大器帶寬在20M以上，轉(zhuǎn)換率20V/μs以上；峰值甄別電路(3)中有源微分電路(3a)和過零比較電路(3b)，包括U2、R3、C3組成的微分電路，和U3、R4、R5組成的過零比較電路；U2為運算放大器AD8610，U3為比較器AD8561；信號輸入電容C3，電容C3的另一端分別連接到電阻R3和運算放大器U2的2腳，電阻R3的另一端連接到運算放大器U2的6腳，運算放大器U2的3腳接地；運算放大器U2的輸出端6腳連接到電阻R4上；電阻R4的另一端分別連接到比較器U3的2和電阻R5的一端，電阻R5的另一端連接到比較器U3的7腳上；比較器U3的3腳的另一端接地，8腳為信號輸出端。
專利摘要本實用新型公開了一種核脈沖峰值采樣裝置，包括核脈沖信號放大整形電路，峰位識別電路，采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通訊及控制系統(tǒng)，計算機。整形電路為低通有源濾波電路，包括R1、R2、C1、C2、U1；峰位識別電路包括有源微分電路和過零比較電路。包括U2、R3、C3、組成的微分電路，U3、R4、R5組成過零比較電路；本實用新型結(jié)構簡單，使用方便，用于相關核脈沖信號檢測儀器，可有效的實現(xiàn)峰值電壓采集，具有減小系統(tǒng)死時間，簡化硬件電路的優(yōu)點。
文檔編號G01R19/25GK201555894SQ20092022934
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權日2009年11月3日
發(fā)明者楊春華 申請人:湖北方圓環(huán)?？萍加邢薰?br>