一种基于FPGA的液体闪烁谱仪的谱线输出方法及系统与流程

本发明涉及核电子，尤其涉及一种基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出方法及系统。

背景技术：

1、在核辐射测量行业，液体闪烁谱仪(简称液闪)作为一种β射线探测设备，具有着广泛的应用，如在考古判断物品年代、核废水放射性检测、海产品核污染检测和医疗体检等领域有着不可替代的地位。为了对我们生活中的饮用水以及水产品进行监测，对于液体闪烁谱仪的研究是很有必要的。在液闪使用中，大多数情况下需要测量的样品活度较低，同时为了降低不确定度以及达到精确测量的效果，其测量时间较长。因此很有必要提供一种具有高探测效率、超低本底和持续稳定性的高性能液体闪烁谱仪，其可以缩短测量时长、测量超低活度的样品时可以确保谱线(能量-计数曲线)的准确性，并满足长时间测量的稳定性要求。

2、液闪主要功能由两部分组成：一是统计信号脉冲个数的计数功能，二是提取信号脉冲幅度的多道功能。传统液闪设计在计数功能方面大多使用硬件电路构建符合与反符合计数电路来提升信号的处理速度。所谓符合即是判断当前接收到的信号是否为测量样品的核放射信号的过程，当同一时间只有一个光电倍增管收到信号称为单管符合，当同一时间有两个光电倍增管收到信号称为两管符合，当同一时间有三个光电倍增管收到信号称为三管符合。反符合则是判断当前接收到的信号是否为外部环境中的放射信号的过程，当同一时间只有探测样品的光电倍增管收到信号，而探测样品周围环境的光电倍增管没有收到信号，则判断为样品辐射的真实信号应该计数；而探测样品周围环境的光电倍增管也收到信号，则判断为外接激发的信号不能计数。然而传统液闪设计在实际硬件实现中因信号放大、耦合和比较等一系列电路变换后信号质量变差，往往需要使用大量的调整电路来滤波对齐，使得处理速度降低，所以传统液闪设计在计数功能方面总体效率依然没有提高很多。另外从传统液闪计数符合阶段明显可以看出，符合时间是固定的，对于有一点错位到来的信号将无法符合上，从而损失一些效率。

3、目前传统液闪在多道功能方面使用的是模拟多道的方式。模拟多道就是使用硬件电路在模拟信号峰值到来时将峰值保持一段时间，峰值保持的这段时间里用模-数转换器采集当前峰值并分道。模拟多道的缺点也比较明显，其对硬件电路的要求比较高，需要将信号过滤干净，因此需要多级的滤波电路。对于模拟多道的缺点，随着发展又提出了一种数字多道的方法进行改进，数字多道就是采用高速模-数转换器，对信号进行多点采样将信号形状全部数字化，再使用软件算法进行滤波、分析并提取峰值。数字多道相比模拟多道节省了至少一半以上的硬件电路，但数字多道需要软件计算处理速度越快越好，处理速度越快将可以获得更高的效率，目前数字多道的软件部分仍存在瓶颈。

4、另外，目前液闪多采用将脉冲幅度提取和符合信息上传给上位机进行统计的形式，也就是将计数功能在上位机上完成的处理方式，如申请人之前申报的专利cn117784205a。该处理方式存在一定的外部传输延时以及数据传输丢失风险，从而影响计数效率以及稳定性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出方法及系统，液闪的计数功能和多道功能统一由fpga进行处理，实现液闪的谱线功能、实时存储符合事件以及计算并存储谱线坐标点，降低了数据丢失风险，同时该系统支持谱线重现，谱线重传，大大提高系统稳定性。

2、本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、本发明提供了一种基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出方法，包括以下过程：

4、s1、设有a、b、c通道三路符合事件和r通道一路反符合事件；

5、s2、fpga模块通过符合分析和反符合分析确定事件信号触发；同时adc模块采集符合事件的能量信息并叠加处理；

6、s3、fpga模块得到有效符合事件后，fpga模块分析adc模块的采样值，输出道址m，区分a、b、c三管中的任意组合并分别进行计数，输出次数n；存储(m，n)，用于谱线坐标点输出。

7、步骤s2中符合分析和反符合分析确定事件信号触发的具体过程为：当有符合事件触发时，fpga模块根据是否有反符合事件判断是否是有效符合事件，如果有符合事件的同时反符合事件也触发了，则认为该符合事件无效，恢复等待触发状态；若有符合事件且没有反符合事件则认为该符合事件有效，再通过步骤s3进行分析处理。

8、在步骤s3中，fpga模块同时将a、b、c单通道信号转换得到有效电平，分析a、b、c三个信号有x个，存储(m，x)，用于事件重现。

9、本发明同时提供了一种基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出系统，所述谱线输出系统包括：

10、光电倍增管，其设置有多个，用于输出a、b、c通道三路符合光信号和r通道一路反符合光信号；所述光电倍增管均配合有前置放大器，将光信号转换为可处理的电信号；

11、放大电路，前置放大器均各自连接放大电路，电信号经过放大电路放大到最佳的电压信号处理范围；

12、转换电路，放大电路均各自连接转换电路，将放大后的电信号通过转换电路各自转换成fpga模块可处理的电平信号；

13、fpga模块，其与转换电路连接，接收a、b、c和r单通道信号；

14、adc模块，其与a、b、c通道处的所有前置放大器连接并同时与fpga模块连接，采集符合事件的能量信息并叠加处理后传至fpga模块；

15、存储模块，其与fpga模块连接，存储模块包括事件存储区域和谱线坐标点存储区域。

16、本发明提供的一种基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出方法及系统具有以下优点：

17、(1)本发明中基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出系统将计数功能和多道功能统一由fpga模块处理，大大减少硬件电路的器件数量，液体闪烁谱仪简单高效且更稳定可靠，同时fpga集成了谱线功能实时计算谱线，直接输出谱线坐标点，可以在能量计数轴平面上进行描点成谱，便于谱线分析以及谱线重现。

18、(2)本发明可以从信号提前脉冲中产生信号宽度，fpga进行时间上的符合，同时通过高速adc对信号脉冲最大幅值进行提取，fpga进行幅度上的符合，符合能大大降低噪声被符合成有效信号的概率，从而提高计数的准确性，增强液闪低能区的测量性能。

19、(3)本发明中基于fpga的高速处理在获取到幅值信息和符合信息后，能够实时将能量和符合计数信息按特定的格式存储在外挂内存中，在需要输出谱线时将内存中谱线坐标点存储区域按特定的顺序读出即可，在需要谱线重现时将内存中事件存储区域数据读出即可。

技术特征：

1.一种基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出方法，其特征在于包括以下过程：

2.根据权利要求1所述的基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出方法，其特征在于：步骤s2中符合分析和反符合分析确定事件信号触发的具体过程为：当有符合事件触发时，fpga模块根据是否有反符合事件判断是否是有效符合事件，如果有符合事件的同时反符合事件也触发了，则认为该符合事件无效，恢复等待触发状态；若有符合事件且没有反符合事件则认为该符合事件有效，再通过步骤s3进行分析处理。

3.根据权利要求1所述的基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出方法，其特征在于：在步骤s3中，fpga模块同时将a、b、c单通道信号转换得到有效电平，分析a、b、c三个信号有x个，存储(m，x)，用于事件重现。

4.一种根据权利要求1所述的基于fpga的液体闪烁谱仪的谱线输出系统，其特征在于：所述谱线输出系统包括：

技术总结本发明提供了一种基于FPGA的液体闪烁谱仪的谱线输出方法及系统，FPGA模块通过符合分析和反符合分析确定事件信号触发，FPGA模块得到有效符合事件后，FPGA模块分析ADC模块的采样值，输出道址m，区分A、B、C三管中的任意组合并分别进行计数，输出次数n；存储(m，n)，用于谱线坐标点输出。液闪的计数功能和多道功能统一由FPGA进行处理，实现液闪的谱线功能、实时存储符合事件以及计算并存储谱线坐标点，降低了数据丢失风险，同时该系统支持谱线重现，谱线重传，大大提高系统稳定性。技术研发人员：田星,邓世华,张晶,鲁誉受保护的技术使用者：湖北方圆环保科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10