通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器，經(jīng)過LM318運(yùn)算放大芯片把信號放大，由LM318運(yùn)算放大芯片的OUT端口輸入到AD9220ARS芯片的VINA端口，AD9220ARS芯片把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并送入FPGA芯片，所述FPGA芯片將數(shù)字信號采集到FPGA芯片內(nèi)部的FIFO中，并且和STM32F207處理器進(jìn)行通信，STM32F207處理器定時(shí)的向FPGA芯片發(fā)送脈沖信號，F(xiàn)PGA芯片接收到脈沖信號，并通過并行總線將規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集到的所有數(shù)據(jù)傳送給STM32F207處理器。本實(shí)用新型采用12位高速AD采樣芯片AD9220ARS芯片以及先進(jìn)的ARMCotex-M3內(nèi)核處理器，從而大大提高液體安檢儀的實(shí)際檢測速度，實(shí)現(xiàn)快速檢測。
【專利說明】通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及液體安檢儀領(lǐng)域，具體是一種通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器。
【背景技術(shù)】
[0002]通道式安檢機(jī)是一種新型高科技含量的安檢設(shè)備，其在傳統(tǒng)的DR功能的基礎(chǔ)上增加最先進(jìn)的LS液體檢測功能，LS液體檢測功能是基于康普頓背散射原理研制而成，多道脈幅度分析器是其核心部件，其性能直接決定了安檢機(jī)的測量精度。
[0003]請參閱圖1，現(xiàn)有的多道脈沖幅度分析器的原理框圖。多道脈沖幅度分析器的原理是利用A/D轉(zhuǎn)換將被測量的脈沖幅度范圍平均分成2n個(gè)幅度間隔，從而把模擬脈沖信號轉(zhuǎn)化成與其幅度對應(yīng)的數(shù)字量，稱之為“道址”。在存儲器空間里開辟一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，在該數(shù)據(jù)區(qū)中有2"個(gè)計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器對應(yīng)一個(gè)道址?？刂破髅渴盏揭粋€(gè)道址，控制器便將該道址對應(yīng)的計(jì)數(shù)器加1，經(jīng)過一段時(shí)間的累積，得到了輸入脈沖幅度的分布數(shù)據(jù)，即譜線數(shù)據(jù)。這里提到的幅度間隔的個(gè)數(shù)就是多道脈沖幅度分析器的道數(shù)，它由η值決定。
[0004]根據(jù)上述多道脈沖幅度分析器的原理，可以得出多道脈沖幅度分析器要做的具體工作一方面是把前向通道輸出的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將其轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行處理、存儲和顯示。脈沖信號在通過甄別電路和控制電路時(shí)，甄別電路給出脈沖的過峰信息，并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換電路對脈沖信號峰值幅度進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲在片上Flash中，由微控制器進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。多道脈沖幅度分析器由甄別電路、控制電路、采樣保持電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、ARM嵌入式系統(tǒng)組成。其控制核心為ARM嵌入式系統(tǒng)，它的基本功能就是按輸入脈沖的幅度分類計(jì)數(shù)。多道脈沖幅度分析器將能夠分析的脈沖幅度范圍分成多個(gè)幅度間隔，幅度間隔的個(gè)數(shù)就是脈沖幅度分析器的道數(shù)，幅度間隔的寬度就是脈沖幅度分析器道寬。道數(shù)越多，幅度分布分析的越精細(xì)，各個(gè)道的計(jì)數(shù)相應(yīng)減少，需要測量的時(shí)間就要加長，硬件電路也隨著復(fù)雜，因此，不應(yīng)盲目追求道數(shù)。通常，要求在幅度峰的半寬度范圍內(nèi)應(yīng)有5-10道，對于采用NaI探測器的多道能譜儀，由于它的能量分辨率比較差，128道至256道就能滿足測量要求。對于半導(dǎo)體探測器，則需要1024-8196道。
[0005]另外，從不同液體被散射后的能譜圖(圖2)上可以看出，能量(采樣電壓值)的波峰位置是基本一致的，但是其他不被散射的物質(zhì)可能會引入能量非常高的電壓采樣值(能譜圖右側(cè))，同時(shí)本底和其他物品也可能引入能量低的電壓采樣值。通過對采樣通道設(shè)定AD采樣電路的采樣電壓的最大值(通道上域)和最小值(通道下域)，可以有效的濾去除了液體以外的其他我們不敏感但是又影響分析精度的物質(zhì)，經(jīng)過大量的研究和實(shí)踐，這樣可以實(shí)現(xiàn)最好的液體分離度，也是業(yè)界目前最領(lǐng)先的液體檢測技術(shù)。采樣時(shí)，AD采樣電路只采樣通道上域和通道下域之間的電壓值，并且只進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的數(shù)目進(jìn)行積分而不對電壓進(jìn)行加權(quán)積分，LS上位機(jī)讀取到探測板送上來的最后結(jié)果即為此積分值。LS上位機(jī)的關(guān)鍵概念是通道下域和通道上域，通過對一段時(shí)間內(nèi)(例如100ms)落在通道下域和通道上域之間內(nèi)的電壓值累加個(gè)數(shù)，可以有效區(qū)分不同的液體。實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能快速檢測的通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器，包括依次連接的信號處理電路、AD轉(zhuǎn)換電路、FPGA采集電路和ARM傳輸電路；所述信號處理電路采用LM318運(yùn)算放大芯片；所述AD轉(zhuǎn)換電路采用AD9220ARS芯片進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；所述FPGA采集電路采用FPGA芯片；所述ARM傳輸電路采用STM32F207處理器作為ARM選型；經(jīng)過LM318運(yùn)算放大芯片把信號放大，由LM318運(yùn)算放大芯片的OUT端口輸入到AD9220ARS芯片的VINA端口，AD9220ARS芯片把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并送入FPGA芯片，所述FPGA芯片將數(shù)字信號采集到FPGA芯片內(nèi)部的FIFO中，并且和STM32F207處理器進(jìn)行通信，STM32F207處理器定時(shí)的向FPGA芯片發(fā)送脈沖信號，F(xiàn)PGA芯片接收到脈沖信號，并通過并行總線將規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集到的所有數(shù)據(jù)傳送給STM32F207處理器。
[0009]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述STM32F207處理器設(shè)有一個(gè)，一個(gè)STM32F207處理器連接兩個(gè)FPGA芯片，一個(gè)FPGA芯片連接四個(gè)AD9220ARS芯片，每個(gè)AD9220ARS芯片通過一個(gè)LM318運(yùn)算放大芯片連接一個(gè)碘化鈉探測器。
[0010]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述STM32F207處理器接收到數(shù)據(jù)，并加上數(shù)據(jù)標(biāo)識頭，通過上位機(jī)通訊電路轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)進(jìn)行處理。
[0011]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述上位機(jī)通訊電路采用新型SP3232通訊芯片。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型采用12位高速AD采樣芯片AD9220ARS芯片以及先進(jìn)的ARM Cotex-M3內(nèi)核處理器，從而大大提高液體安檢儀的實(shí)際檢測速度，實(shí)現(xiàn)快速檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為現(xiàn)有的多道脈沖幅度分析器的原理框圖；
[0014]圖2為不同液體被散射后的能譜圖；
[0015]圖3為通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器中信號處理電路的電路圖；
[0016]圖4為通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器中AD轉(zhuǎn)換電路的電路圖；
[0017]圖5為通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器中FPGA采集電路的電路圖；
[0018]圖6為通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器中ARM傳輸電路的電路圖；
[0019]圖7為通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器中上位機(jī)通訊電路的電路圖；
[0020]圖8為通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器中芯片的連接電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。[0022]一種通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器，包括依次連接的信號處理電路、AD轉(zhuǎn)換電路、FPGA采集電路、ARM傳輸電路和上位機(jī)通訊電路。ARM傳輸電路通過上位機(jī)通訊電路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和報(bào)警處理，整合到DR內(nèi)等工作。
[0023]請參閱圖3，所述信號處理電路采用LM318運(yùn)算放大芯片，用于接收前端探頭送出的信號，并對信號進(jìn)行濾噪、放大等工作；探頭送過來的信號經(jīng)過信號處理后送給AD轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0024]請參閱圖4，所述AD轉(zhuǎn)換電路采用AD9220ARS芯片進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。AD9220ARS是ADI公司一款性能優(yōu)良的12位高速模塊轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速率可高達(dá)10MSPS，具有單端和差分模擬輸入方式，內(nèi)部含有采樣保持電路，可選擇內(nèi)部參考源和外部參考源。
[0025]請參閱圖5，所述FPGA采集電路將四路AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)采集到內(nèi)部FIFO中，并且和ARM傳輸電路進(jìn)行通信，按照ARM傳輸電路的命令字要求將FIFO內(nèi)的數(shù)據(jù)通過并行總線發(fā)送到ARM傳輸電路進(jìn)行處理。本系統(tǒng)采用Altera公司的高性能FPGA芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效的保障了系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)最大可支持兩塊FPGA芯片同時(shí)工作，每塊FPGA芯片支持4個(gè)通道的探頭輸入。
[0026]具體方法是:通過在FPGA芯片內(nèi)部構(gòu)造寄存器組，運(yùn)行相關(guān)算法完成脈沖峰值的統(tǒng)計(jì)(能譜分析)，確定脈沖上下閾值，對上下閾值內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包(按幀)。按客戶要求靈活設(shè)定寄存器組大小，可以對多道脈沖幅度分析器設(shè)置幾組或更多的上下閾值。為了保證卡閾的準(zhǔn)確性，必須盡量減少原始信號傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)，并采用高精度線性度好的運(yùn)放。最后，ARM傳輸電路將按系統(tǒng)節(jié)拍對每塊FPGA芯片的處理結(jié)果進(jìn)行讀取。
[0027]請參閱圖6，所述ARM傳輸電路采用意法半導(dǎo)體ST公司的STM32F207處理器作為ARM選型。STM32F207處理器是基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。系統(tǒng)中選定的STM32F207處理器在以120MHz高速運(yùn)行時(shí)可達(dá)到150DMIPS的處理能力，并且具有高達(dá)IM字節(jié)的片上閃存和高達(dá)128K字節(jié)的內(nèi)嵌SRAM。實(shí)際應(yīng)用中，可以將出廠時(shí)標(biāo)定的用戶參數(shù)保存到ARM自帶的ROM中，這樣避免了普通用戶在使用時(shí)修改參數(shù)導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂的可能性。
[0028]本系統(tǒng)中包含一塊STM32F207處理器，STM32F207處理器控制并管理所有FPGA芯片，并且定時(shí)的從FPGA芯片中讀取數(shù)據(jù)。讀取后的數(shù)據(jù)，可以通過串口的形式發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行處理。
[0029]具體方法是:按照用戶設(shè)置的時(shí)間間隔(例如100ms)，STM32F207處理器定時(shí)的向FPGA芯片發(fā)送脈沖信號，F(xiàn)PGA芯片在接收到脈沖信號后，將通過并行總線將IOOms內(nèi)采集到的所有數(shù)據(jù)傳送給STM32F207處理器，STM32F207處理器接收到數(shù)據(jù)后，加上數(shù)據(jù)標(biāo)識頭(例如通道號和時(shí)間)，直接轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)進(jìn)行處理。
[0030]請參閱圖7，所述的上位機(jī)通訊電路采用新型SP3232通訊芯片，減少系統(tǒng)功耗，增加信號傳輸穩(wěn)定性。所述SP3232通訊芯片為STM32F207處理器與上位機(jī)的通信提供橋梁。
[0031]本實(shí)用新型的工作流程是:由四路碘化鈉探測器探測出的CBS信號分別經(jīng)過LM318運(yùn)算放大芯片把信號放大，由LM318運(yùn)算放大芯片的OUT端口輸入到AD9220ARS芯片的VINA端口，AD9220ARS芯片把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并送入FPGA芯片，所述FPGA芯片將四路AD9220ARS芯片轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)采集到FPGA芯片內(nèi)部的FIFO中，并且和STM32F207處理器進(jìn)行通信，STM32F207處理器定時(shí)的向FPGA芯片發(fā)送脈沖信號，F(xiàn)PGA芯片接收到脈沖信號，并通過并行總線將規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集到的所有數(shù)據(jù)傳送給STM32F207處理器，STM32F207處理器接收到數(shù)據(jù)，并加上數(shù)據(jù)標(biāo)識頭，通過SP3232通訊芯片轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)進(jìn)行處理。
[0032]如圖8所示:本新型專利為8通道MCA，系統(tǒng)主要包括8路運(yùn)放電路，8路AD轉(zhuǎn)換電路，兩個(gè)PGFA芯片處理系統(tǒng)，每個(gè)PGFA系統(tǒng)處理4路AD轉(zhuǎn)換數(shù)值，兩個(gè)PGFA處理的結(jié)果由ARM傳輸至上位機(jī)。具體工作工作流程:探測器采集的模擬信號由運(yùn)放LM318放大處理后輸入至12位AD轉(zhuǎn)換芯片AD9220ARS進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字信號，送入FPGA進(jìn)行數(shù)字處理，F(xiàn)PGA芯片選擇EPM1207T144C5N.FPGA處理的結(jié)果送給ARM (STM32F207VC),ARM起到中間橋梁作用，把兩個(gè)FPGA處理的結(jié)果進(jìn)行整合，通過RS232 (SP3232EEY)通訊方式與上位機(jī)通訊。
[0033]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0034]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器，其特征在于，包括依次連接的信號處理電路、AD轉(zhuǎn)換電路、FPGA采集電路和ARM傳輸電路；所述信號處理電路采用LM318運(yùn)算放大芯片；所述AD轉(zhuǎn)換電路采用AD9220ARS芯片進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；所述FPGA采集電路采用FPGA芯片；所述ARM傳輸電路采用STM32F207處理器作為ARM選型；經(jīng)過LM318運(yùn)算放大芯片把信號放大,由LM318運(yùn)算放大芯片的OUT端口輸入到AD9220ARS芯片的VINA端口，AD9220ARS芯片把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并送入FPGA芯片，所述FPGA芯片將數(shù)字信號采集到FPGA芯片內(nèi)部的FIFO中，并且和STM32F207處理器進(jìn)行通信，STM32F207處理器定時(shí)的向FPGA芯片發(fā)送脈沖信號，F(xiàn)PGA芯片接收到脈沖信號，并通過并行總線將規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集到的所有數(shù)據(jù)傳送給STM32F207處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器，其特征在于，所述STM32F207處理器設(shè)有一個(gè)，一個(gè)STM32F207處理器連接兩個(gè)FPGA芯片，一個(gè)FPGA芯片連接四個(gè)AD9220ARS芯片，每個(gè)AD9220ARS芯片通過一個(gè)LM318運(yùn)算放大芯片連接一個(gè)碘化鈉探測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器，其特征在于，所述STM32F207處理器接收到數(shù)據(jù)，并加上數(shù)據(jù)標(biāo)識頭，通過上位機(jī)通訊電路轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)進(jìn)行處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通道式安檢機(jī)多道脈沖幅度分析器，其特征在于，所述上位機(jī)通訊電路采用新型SP3232通訊芯片。
【文檔編號】G01N23/203GK203705367SQ201420094933
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】丁厚本, 李波, 姜維, 周春燕, 張珍, 李偉榮, 周學(xué)謙 申請人:安徽中福光電科技有限公司