CSNS工程GPPD谱仪主探测器读出电子学的研制

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程通用粉末衍射谱仪(General Purpose Powder Diffractometer,GPPD)采用闪烁体探测器作为主探测器。为满足谱仪的设计需求,读出电子学系统要求在实现高达数千通道数据读出的同时,完成高精度的中子探测。基于设计目标,以及进一步提高读出系统的集成度和灵活性,读出电子学系统采用了"子板+母板"的架构。前放子板采用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)实现探测器输出信号的放大、成形、甄别等模拟调理;母板固件采用了多级流水线机制的设计方法,在保证数据并行性和可靠性的同时,进一步减小了数据处理的死时间,实现数据的采集打包、缓存等处理,最终数据通过千兆以太网传到后端数据处理系统,便于数据的分析处理。对设计实现的读出电子学系统的评估测试结果表明:最小时间分辨11 ns,单通道计数率200 K?s-1,各项指标均好于设计目标。目前所有读出电子学单元已部署到GPPD工程现场并长期稳定运行,为谱仪顺利开展实验提供了可靠保证。     

基于ARM的工业信号采集系统硬件设计

4-20mA的电流信号和0-10V的电压信号已经成为当前工业信号的标准。本文详细介绍了基于ARM处理器的标准工业信号采集系统的硬件电路设计和实现。整个系统的主要组成部分包括:CPU,隔离放大和滤波电路,A/D和逻辑电平转换电路,网络通信电路。基于ARM处理器的采集系统不仅可以实现装置微型化,低成本,高可靠性,而且可以运行操作系统,联网方便。测试表明该采集系统测量精度高,运行稳定可靠。     

闪烁体中子探测器读出ASIC-MaPMT_v10性能测试的设计与实现

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程通用粉末衍射谱仪(General Purpose Powder Diffractometer,GPPD)使用二维位置灵敏型闪烁体中子探测器(Position-sensitive Scintillation Neutron Detector,SSND)来获取中子击中位置和时间信息。MaPMT_v10是由中国科学院高能物理研究所电子学组专门为闪烁体探测器前端电子学读出研发的一款专用集成电路(Application-specific Integrated Circuit,ASIC)。为了使该芯片更快地应用于CSNS工程项目中,设计了针对该芯片的测试电路板。该电路板既能在电子学实验室对MaPMT_v10进行各项性能测试,又能直接连接光电倍增管,与探测器组进行联合调试。本文介绍了MaPMT_v10的测试电路板,并给出了该芯片积分非线性(Integral nonlinearity,INL)、噪声等测试的方法和结论。利用本文搭建的测试平台,得到了MaPMT_v10可靠的性能测试结果,该芯片正常稳定和运行可靠。     

高分辨中子闪烁体探测器读出电子学研制

能量分辨中子成像谱仪是中国散裂中子源当前在建的谱仪之一,其衍射探测器90°分区采用6LiF/ZnS中子闪烁体探测器作为探测设备。为实现探测器高位置分辨,读出电子学系统采用了一种电容网络复合读出电路和电荷重心法相结合的实现方法,并研制了电子学样机。该样机由电容网络复合读出电路、前置放大板和数字读出板三部分组成,基本功能验证完成后,分别在实验室和中国散裂中子源的20号束线上进行了相关性能参数测试,测试结果显示：电子学的积分非线性≤0.95%,时间分辨约为12 ns;探测器位置分辨为1 mm、探测效率为65%@1.6?,均达到了工程设计指标。该样机的成功研制为能量分辨中子成像谱仪未来顺利开展谱仪实验提供了可靠的技术保障。     

基于FPGA的电荷测量系统设计

介绍了一种基于FPGA的电荷测量系统.该系统具有并行、高速、高精度的数据处理能力.系统输入信号首先经过模拟调理电路放大、成型、滤波,然后送给ADC进行采样,采样后的数据送到FP-GA内部进行处理,最后通过USB总线传送到上位机.系统设计主要包括前端模拟信号的调理部分、ADC模数转换部分,FPGA处理和USB接口部分.最后给出了整个系统的测试结果.     

基于GEM的中子束线监测器电子学系统研制

简要介绍了一种基于GEM(Gas Electron Multiplier气体电子倍增器)的、用于对中子束进行实时监测的中子束线监测器GEM Monitor,重点介绍了其中电子学部分的设计,包括电路工作原理、系统结构、子板设计及Monitor母板FPGA逻辑及其算法的实现。最后给出了相关测试结果。     

GEM探测器读出电子学ADC采样系统设计

本文简要介绍了GEM探测器读出电子学ADC采样系统设计与测试。该系统包括模数变换模块、数据汇总模块和后端数据接收模块三部分。本文详细介绍了模数变换模块硬件电路设计、FPGA逻辑设计、光纤数据传输设计以及ADC采样芯片的测试方法。经过测试,该系统实现了8通道数据实时采集、传输、存储及显示功能。     

高分辨6LiF/ZnS中子闪烁体探测器读出电子学研制

能量分辨中子成像谱仪是中国散裂中子源的在建谱仪，其衍射探测器90°分区采用⁶LiF/ZnS中子探测器作为探测设备，对成像空间分辨能力提出了更高的要求。为了提高中子闪烁体探测器的位置分辨能力，电子学系统提出了利用重心法实现数据采集电路，并研制了配套的读出电子学样机。该系统主要包括数据采集电路、前置放大电路和数字读出电路3个部分，分别实现：高效采集⁶LiF/ZnS中子探测器发送的数据、将探测器探测到的微弱信号进行放大整形、处理经放大滤波后的信号。在实验室分别利用万用表、示波器和信号产生器对电子学系统调试完成后，最后在中国散裂中子源20号束线带束进行了相关参数测试，束线测试结果表明，探测器位置分辨能力达2 mm，满足工程设计指标。     

多通道热电阻精密测量的设计与实现

在长线传输的热电阻测量过程中,长线传输带来的附加误差和电路工作环境变化带来的附加误差远远超过了要求的误差.文中提出的四线制电阻信号传输解决了长线传输带来的附加误差;自校正电阻测量法是通过比较三组测量信号的相对大小求得待测电阻值,该方法的优点是可以抵消测量电路中的漂移影响,从而保证在较恶劣的外界环境下能取得较高精度的测量结果.该方法已在实际应用中得到验证.     

微小角中子散射谱仪的高分辨中子闪烁体探测器研究

微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源(China spallation neutron source,CSNS)工程目前在建的谱仪之一,为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量,要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下,研制了基于⁶LiF/ZnS(Ag)闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)结构的位置灵敏型闪烁体探测器,以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到,位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能,对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性,并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试,该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm,探测效率为(61.8±0.2)%@0.4 nm,达到了工程设计指标,满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。