Итак - система для снятия информации с ФЭУ работающего в паре с сцинтилляционным кристаллом NaI(Tl) или например бромидлантана.
Речь идет о оцифровке самого импульса с выхода ФЭУ.
Информация необходима для определения амплитуды импульса (задача спектрального разрешения элементов залегающих в горной породе), подсчета импульса (обычное ГК гамма каротаж естественной активности горных пород), разделение отклика кристалла от гамма - кванта и медленного нейтрона.
Система предполагается использовать в скваженном приборе совместно с импульсным генератором быстрых нейтронов. Поэтому загрузка предполагается большая + необходим мат аппарат по разделению наложившихся импульсов.
Итак железо:
АЦП: 14 разрядов 250 Mps TI ADS4149
АЦП работающая на LVDS 1.8 нагружена на ПЛИС M1A3P250 (бывший Actel) - тут же внутри ПЛИС процессор Cortex M1 - разворачивает спектр и считает импульсы далее все идет на CY7C68014A - для связки по USB c большим процессором (пока ПС) для отображения, записи, анализа и т.д.
Сейчас сделал корпуса и рисую схему. К концу недели выложу.
Вопросов несколько - кто знаком с алгоритмом обработки амплитуды импульса и разделения наложенных импульсов для их восстановления- я хочу попробывать в матлабе сделать и потом конвертнуть в жесткую логику. Но можно пока и на проце.
Синхронизироваться все будет от одного кварца и работать синхронно.
Кто в данной теме работает - пишите!
Начало работы было в теме:
http://electronix.ru/forum/index.php?showt...p;#entry1077354
Продолжать разработку и обсуждать давайте здесь.

Осциллограммы реальных многоимпульсных событий в студию. Тогда можно будет и алгоритмы обсуждать. Возьмите любой нормальный цифровой скоп, как минимум 1 гигасемпл, а лучше выше. Полдключите к компу и попробуйте в лабвью или в самописной программе проанализировать много вариантов реальных сигналов. Если получится удовлетворительно- переносите в свою систему. При этом возможно, что размер плисы надо будет подбирать под алгоритм (не только сбор данных, но и дифференцирование например возможно надо делать в плисе а не процессоре). Не исключено, что понадобятся два канала оцифровки- один обычный , а второй для задержанного по времени сигнала (time differential методы обработки).

Структурная схема предполагаемого устройства представлена ниже.
Попозже опишу комплектующие.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 19 2012, 09:43

Достаточно осциллограммы отдельных импульсов (разных) сначала записать. А их наложение (линейное) уже можно получить на бумажке.
И еще проверить линейность ФЭУ не мешало бы.

Запись такую я не смогу сейчас сделать, но реальный сигнал наблюдал и попробую его нарисовать.
Тут еще помимо технологической сложности существует еще одна специфическая вещь: при малых интенсивностях гамма кванты распределены по закону Пуансона и практического (иногда это конечно происходит) наложения не видно.
Работать с источником большой активности например более 1^6 в лаборатории никто не даст у нас только подсветки максимум 100 000 Бк (распад в секунду) ну а при работающем генераторе так ваще . Однако, что происходит я примерно представляю и Вам скоро нарисую и покажу.
Вы правы относительно (time differential методы обработки) - и делать это надо на регистрах задержки и автокорреляционных функций.
Сейчас ставлю матлаб и скачал лицензию для проектирования в матлабе и потом грузить алгоритм в плис уже.
Нужно решить следующие подзадачи:
1. Выделить фронт и спад сигнала.
2. Определить одиночный ли был импульс или наложенный.
3. Определить амплитуду наложенного импульса (сдвоенного, строенного) или одиночного
4. Определить среднюю нулевую линию для компарирования и отсечки уровня дискритизации
5. Создать систему подсчета импульсов и их распределения по амплитудам.
6. Может быть что нибудь еще?!


Быстрые нейтроны как правило имеют низкую эффективность регистрации - как правило хорошо когда 2% регистрируют. Нейтроны сначала термолизуют (водород - вода, парафин) до тепловых энергий ну а потом регистрируют.
У нас практическая информация идет из пласта Rэфф около 80 см где быстрые нейтроны уже термоизовались и идет поток характеристического гамма излучения.



ФЭУ предпологаем использовать ФЭУ158 или японское Hamamatsu - ток питания делителя на уровне 2мА при 1400...1800 Вольт - это обеспечит линейный режим вне зависимости от нагрузки.
А Вы знаете методику как проверить линейность ФЭУ при значительной Анодной нагрузке?!

Светодиодом или лазером.

Как-то никто раньше так не делал в ядерных детекторах. Обычно два канала - длительность по constant fraction, и заряд. Наложенные события обычно отбрасывают - их анализ приводит к большим ошибкам, чем отбрасывание. Все (практически) частицы были открыты ДО появления супер-мега-семпловых АЦП, там техника анализа практически до совершенства доведена. Для обеспечения линейности при малом потреблении можно просто усножитель с соотв. емкостями использвать для питания динодов.

Мы делали несколько лет назад такую деталь. Рекомендаций две: отбрасывать наложенные импульсы (их совершенно невозможно резделить правильно) и делать выделение амплитуды и сбор спектра на ПЛИС. Проц не успеет при больших загрузках. На ПЛИС можно сделать два комплекта накопителя спектра и переключать их быстро. Пока один копится, другой сливается в проц и очищается. У нас это жило на втором циклоне. Скорость АЦП, правда, была пониже - 100 МГц. Но с учетом проводимой обработки амплитуда считалась точно. Импульс с ФЭУ после усилителя был порядка 30-40 нс по полувысоте.

Да я именно так и хотел сделать.
Скажите а писали проект на veriloge (ну у альтеры там свой язык немного) или рисовали?!
Какое спектральное разрешение у Вас реально получилось?!



Это достаточно трудоемкий процесс - ведь нужно держать заданную мощность (ток?!) при высоких скоростях импульса - ну дапустим захотим мы изобразить активность 1^6 Бк - то есть 1 млн распадов в секунду. То есть мы должны моделировать поток светодиода (лазера) с такой частотой да еще заданную мощность в этот момент пропускать - но ведь и сам светодиод не линеен - то есть как определить сколько нужно дать сетодиоду тока, что бы он испустил скажем 500, 1000, 1500, 2000 фотонов ну и т.д.
Потом фотоны зарегистрируются фотокатодом, выбъют вторичку с динодов и наконец на аноде мы их соберем. Как же проверить линейность подобной системы?!

Да вот еще что - гамма кванты распределены случайным образом (закон пуансона) и значит нагрузка на делитель будет случайной величиной. Это ведь тоже как то надо смоделировать при управлении оптическим излучателем - иначе эксперимент не будет соответствовать реальной работе прибора .


Я Вам даже больше скажу - многие вещи сначала были выведены умозаключительно - например открытие нейтрона. И только после этого его подтвердили экспериментом. Я сейчас смотрю старые книги по ядерной электронике - 50 -60-70 годов и честно говоря поражаюсь энтузиазму людей того поколения. Я Вам так скажу - все что могли вытянуть из техники того времени - они вытянули. Вся методология метода которым мы занимаемся - это импульсные генераторы нейтронов - импульсно нейтронный гамма каротаж - все уже было сделано в 60 -70. Да нет автоматизировано, да все в аналогой форме и считали вручную - но ведь работало и нефть и газ находили. Мы сейчас просто выводим технический уровень (или стремимся его не потерять) но прорывных технологий на мой взгляд пока нет.
Ладно это лирика - давайте ближе к теме.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 20 2012, 03:58

Вы не озвучили динамический диапазон, который Вам нужен - более шустрый АЦП - меньше эффективных разрядов - потеря диапазона... В Вашем случае наверняка можно обойтись запуском компаратора по порогу, и, поскольку длительность правильного импульса известна, замерить пик или интеграл. Если длина импульса не лезет в ворота, отбрасываете. Но если задача поиграться со скоростной логикокой, тогда другое дело...

Да, при 100 нс длины и 1 Мгц ожидаемого счета все у Вас будет не ахти и без учета неравномерной нагрузки на делитель. Посчитайте вероятность перекрытия импульсов. Поскольку сцинциллятор Вы не можете поменять, снижайте активность.

Прямая оцифровка импульсов с предусилителя детектора с последующей обработкой на плис - это mainstream современной ядерной физики. См. документацию на
www.amptek.com
www.xia.com
Там с полупроводниковых детекторов, но алгоритмы и проблемы описаны хорошо.
С сцинциляторов тоже снимают, но там импульсы с фэу идут по 10-20 нс длительностью, поэтому ставят ацп на 1 Ггц. Посмотрите в гугле, статей довольно много. Ищите что-то вроде "Digital filters for nuclear particle detectors" или "Digital Pulse Processing in Nuclear Physics"
Я занимался этой тематикой несколько лет назад, но бросил. Кстати, делал как и вы - модель в симулинке в hls studio , потом в altera cyclone II. Правда сигнал у меня был медленный - с полупроводникового детектора, после преда с постоянной времени что-то около 1 мкс. И загрузки были первые сотни тыс.
Кстати, synopsys model compiler (бывшая hls studio), который раздают в актеле, можно легко преобразовать в универсальный для любых fpga. Если нужно - пишите.

На NaI обычно начинают выделять импульсы из наложений, когда ооочень надо учесть побольше импульсов при больших загрузках
на NaI это > 100К. Можете глянуть труды последних 2-3 конференций NSS/MIC. Вкратце алгоритм (насколько я помню): наложение сравнивается с суммой, каждый элемент которой - это эталонный импульс (в данном случае от NaI) с неизвестной амплитудой и дискретной сдвижкой по времени. далее неизвестные коэффициенты находятся методом наименьшего квадратичного отклонения например.

NaI не разделяет нейтроны и гамма. Сечение как по тепловым, так и по быстрым нейтронам мало

Реальный импульс с быстрого ФЭУ нисколько не напоминает плавный экспоненциальный спад - это, как правило, кучки коротких всплесков. Это видно если посмотрите осциллом с хорошей полосой (порядка 500 МГц и лучше). Поэтому перед оцифровкой, его нужно аккуратно и точно обработать в аналоге - немного подинтегрировать. Но и после этого обнаружить наложение - весьма непросто - только при наложении на хвост с достаточно большой задержкой. Лучше этим совсем не озадачиваться, просто начинать регистрацию следующего импульса только после того, как хвост текущего упал ниже заданного уровня - иначе -пропускать с учетом мертвого времени. А наложения можно грубо сосчитать и скомпенсировать потом, в спектре.

А вот контроль постоянной составляющей сигнала (и, соответственно, порога срабатывания) - это важно. Особенно если тракт усилителя не по постоянному току сделан - тут прийдеться еще и хвост правильно формировать.

Ну и понятно, проц ничего обработать не успеет, вся обработка (форма, спектр, счетчики в окнах, мертвое время и т.д.) - только в PLD.

Ставят 20 000 1ГГц АЦП на установку ? И потом на 20 000 циклонов обрабатывают ? Сколько реальных разрядов при ГГц оцифровке ? А там, где мэйнстрим и тысячи каналов в документации черным по белому требование - "динамический диапазоне не менее 1000". И Вы, кажется, путаете сцинциляционные и Черенковские счетчики - 10 нс - это как-то больше похоже на Черенковский счетчик.

Сигнал с ФЭУ - это экспонента, если все нормально сделано, не сбивайте человека с толку. Сцинциллятор накачивается энергией, потом излучение спадает по экспоненте. Откуда там пичкам взяться ? Кучки всплесков, это когда эффективность счета ничтожная, отдельные кванты не сливаются. Тогда да, будут 5 - 10 нс импульсы. Но какую амплитуду в таком режиме намерить можно ?