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.

Сцинцилляторы бывают разные, в том числе и с временем высвечивания единицы нс (пластиковые, см. например http://www.azimp.ru/catalogue/111/35/ ). У NaI, конечно, больше сотни нс.
Что же касается слова "mailstream", которое Вам так не понравилось - ну давайте назовем "мода". По крайней мере, цифровая обработка позволяет разделять частицы по форме импульса.

Высвечивание - случайный процесс, и пички конечно есть. rudy_b прав. но для данного применения это не имеет особого значения.

Спасибо DS!
Однако снижать активность вряд ли получится - потому, что от выхода генератора зависит эффективный радиус действия прибора. При снижении активности мы будем в основном регистрировать среду вокруг прибора, колонну и заколонный камень (цемент) - информация о пласте просто потеряется на фоне этого сигнала.



Вы как раз в этой теме!
Мы тоже подумали о полупроводниковом детекторе - но это более серьезная тема - нужен микрохолодильник или хранилище жидкого азота - ну вы понимаете делать все это в приборе диаметром 70..100 мм очень проблематично - мы решили испытать на NAI а потом перейти уже на бромид лантана - правда он очень дорог пока.
программирую я на Verilog и кристаллы от актеля - сейчас работаем в основном на APA150 - но вот эту систему буду делать на А3Р250. Спасибо заранее за помощь как только начнем работы с алгоритмом плис отпишу.

Так у пластиковых вообще можно считать постоянную ноль, она меньше длины импульса фотодетектора обычно. 10-20 нс - это какой-то редкий сцинтиллятор. Мода - да есть такое дело. Это уже с "новым поколением" связано, которому вместо того, чтобы головой думать, охота кодить на HDL, и пусть железная машина голову ломает. По крайней мере я на обсуждениях видел только такие соображения. Форму ловить, наверное, надо в каких-то редких случаях, может там и полезно процифровать. Но это когда информация о форме импульса "стоит" больше амплитудно-временных параметров. Обычно как раз форма и так заранее известна.

Спасибо за намек на конференцию NSS/MIC, правда я не нашел ее публикаций - на официальном сайте только през релиз о новой конференции - если не сложно тыкните ссылкой на хранилище.

И вот далее
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.
Это очень интересно - наверно это должно быть "Ядром" анализа одиночного или сдвоенного импульса - я еще подумал о маске - которая будет как бы подстраираваться под амплитуду входного импульса и если отклонение от маски значительны - значит импульс сдвоенный и его надо анализировать отдельно или выкидывать.
Я подумаю еще об этом.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 23 2012, 07:27

Кроме высвечивания, еще и количество электронов случайно от каждого фотона. Но, чтобы обсуждать серьезно то, что в этой теме написано, нужно, чтобы кривая была гладкая, с шумом sqrt(n). Если до этого не хватает - представьте результат случайных выборок от пичков при оцифровке через 4 нс. Тогда задача однозначно должна решаться аналоговым интегрированием, да еще проблемы будут с отбраковкой ложных/порченных ипульсов. Результат будет, скорее всего весьма посредственный. Короче, в таких случаях надо уже сам детектор дорабатывать.

Я бы тут добавил это сумма экспоненциальных спадов, причем есть быстрая экспонента, а есть медленная - так вот эта медленная и определяет в основном хвост - тут уже писали об этом.
Если сцинтиллятор пластик - он высвечивает быстро но в основном поток вторичных электронов значительно меньше чем у NAI.
Я бы сказал еще точнее NAI - практически плохо работает и он имеет серъезные недостатки по разрешению спектра. Но он дешев и надо с чем то начинать работать. Потом купим дорогой как будут результаты.


Не будет ли емкость кабеля выхода анода например являться неким интегратором - потом у всех дифференциальных АЦП - есть на входе небольшая 3..5 ПФ но емкость - потом я сейчас буду добавлять информацию о входных частях устройства - там есть транформаторная развязка - она наверно тоже сыграет свою роль в ограничении входного спектра тока высвечивания. Как считаете?!

Да Вы в таблицу сначала выпишите вероятности перекрытия, на сколько перектрывается, сколько у Вас шума в импульсе, когда Вы можете их разделить, когда нет. Думаю, что после этого выяснится, что после долгих плясок на ПЛИСе можно увеличить эффективность на 5% или меньше. Вы как-то очень быстро бежите впереди тех. задания. Вам какое разрешение по энергии нужно ? Если 100 - одно дело, тут как не делай, все будет работать, и не надо особо добирать сложенными импульсами. Если 1000 - это совсем другое дело, и вряд ли Вам качества исходных импульсов хватит, чтобы их с такой достоверностью разделить - замажете себе статистику. Тут даже скорее одиночные "плохие" импульсы по каким-то критериям придется отбрасывать.

Но если задача - "освоение" ПЛИСа - то это другое дело, конечно.



Обычно грузят ФЭУ на 50 ом, если он стоит в радиоактивной зоне, например, и через пару метров - усилители. Или (что лучше) - сразу преобразователь ток-напряжение - потом уже согласование со входами АЦП. Так что емкости кабеля в счет не идут. Насчет емкости на входе - я тут по ходу познакомился с термином "подинтегрировать" у детекторщиков. Сразу скажу, если выписать формулы, видно, что от такого "подинтегрирования" лучше не становится, может быть только хуже. Хотя, без подумать многим кажется, что наоборот.

Бесплатного хранилища нет. Если у вас нет подписки на ieeexplore или подобного, просмотрите абстракты и напишите, я попробую достать

А уменьшить свет диафрагмой или объем сцинтиллятора? Перекрытие импульсов должно быть редким событием. Ведь сам по себе отдельный импульс... его форма - статистическая вещь....

Мы использовали холодильник Пельтье в переносном приборе.

У меня есть подозрение, что построить datapath на 250 Мгц в APA есть задача нереализуемая. Впрочем, с актелом я давно дело не имел, могу и ошибаться.

Нет конечно APA не потянет 250 Мгц - я буду на A3P делать. У APA мы разгоняли до 150 и то входной буфер и в паралель сразу данные А та у меня она работает на 2 и 14 Мгц.
Насчет пельтье - там такая весчь в скважине - что тепло идет из скважины и надо как то отводить горячую сторону. Но это отдельная, очень интересная тема.


Спасибо большое за вводные комментарии - хотелось бы услышать по структурной схема комментарии - далее я буду выкладывать функциональные, схемотехнические решения, алгоретмические решения, хотелось бы обсудить их до принятия конечного решения. Начнем с трансформаторной развязки.
Вот TI рекомендует в своем документе на ADS1449 трансформаторную развязку - причем я так понял постоянная составляющая отсекается принципиально:

http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png

В схемотехнике демобоард лежит которая вот тут:
http://www.ti.com/litv/pdf/slwu067c

http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png
http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png
рекомендуются входные трансформаторы:

ADT1-1WT
WBC1-1
Смотрим даташеет на эти трансформаторы и видим что средней точки на первичке нет у этих трансформаторов

http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png
http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png

Это потверждает и сам TI развязка сигнала тактирования - на второй картинке - вывод подходит но не подсоединяется к средней точке.
Так что же лучше взять
ADT1-1WT или WBC1-1?!

Смотрел еще трансформаторы, что бы средняя точка была еще на первичке и вторичке но там падает частота пропускания до 200 Мгц и как правило он повышающий.
Нам надо 1:1 и 50 Ом входной импеданс.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 23 2012, 09:06

Надо уменьшить количество событий (гамма-квантов, нейтронов). Свет, наоборот, надо по возможности весь собирать. И объем сцинтиллятора тоже надо как можно больше. Тут задача сосчитать фотоны, которые вылетают от отдного гамма кванта, и построить зависимость поличества событий от количества фотонов. Т.е. в одном импульсе фотонов много, это не счетный режим, а скорее токовый.

Если длительность светового импульса 100 нс (опять же вопрос - сколько там тау сцинтилятора уложено ?), то при 1 М событий/сек вероятность перекрытия не такая уж и маленькая, но надо считать, насколько все это будет мешать. Не озвучено ведь, какое надо спектральное разрешение.

Спектральное разрешение на уровне полувысоты пика Cs137 - 662 КэВ у NAI не более 13% по паспорту.
Задача декомпозиции спектра основослагающих элементов земной коры:
H, О, С, NA, Mg, Cl, Ca, Al, Fe, Ti - то есть по полученному спектру с прибора необходимо путем декомпозиции выявить по спектральному паспорту наличие элемента и его процентный состав в пространстве.
Данная литология в дальнейшем при применении отдельно алгоритмов импульсного нейтронного гамма каротажа (по спуску интегрального счета) позволит выявлять пропласки в которых находится нефть или вода (по нейтронным свойствам эти два вещества практически ведут себя идентично и индикатором в настоящее время является хлор в виде поваренной соли NaCl - которая присутствует в глубоких пластах волго-уральской провинции и поэтому растворяясь в воде явственно их контрастирует по сравнению с нефтью, где она не растворима.
К сожалению в западной сибири весь горизонт практически пресен и метод не работает.
А у нас (в Башкирии) нефть практически закончилась...ну вы и сами все понимаете.
Пока оставим спектральное разрешение на уровне 8..10%
Бромид лантана дает очень хорошие характеристические спектры на уровне разрешения 1..2% (чем ниже тем лучше).



Вот как получается - тау NAI около 250 нс. Получается на импульс одиночный (фронт у него крутой, спад пологий - затухающая экспонента) надо брать 3..4 тау. получается около 1 мкс.
Мы сейчас сделали аналоговое компарирование то есть ток с фэу идет на преобразователь ток напряжение на ОУ и далее компарируется по уровню дискриминации. далее стоит ячейка с мертвым временем 1.5 мкс - для разравнивания поступающих импульсов для счета счетчиком в ПЛИС.
Мы настраиваем по америцию 241 - 59 кэВ так вот при такой настройке и при мертвом времени 1.5 мкс после запуска генератора быстрых нейтронов (импульс 1.5..3 мкс энергия быстрых нейтронов 14 МэВ, выход 2^8 н/с) проходит где то 150 мкс пауза потом фиксируем отклик пласта по радиационному захвату - так вот в первом окне 40 мкс залетает 20..22 гамма квантов - причем на графике видно полку - то есть кристалл просто светится весь от активности, потом она спадает до 5..6 гамма квантов на нет.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 23 2012, 09:42

Так если Вам всего сотня (по энергиям, я не путаю ? Просто Вы уже сразу в своей терминологии пишете) нужна, зачем такие большие сложности и обработка наложенных импульсов. Тут, видимо, точно сгодится это самое "подинтегрирование" - завалисть с помощью (RC несколько меньше тау сцинтиллятора) сигнал с ФЭУ, чтобы он гладкий был. Тогда можно резко сбросить частоту квантования, и все у Вас упростится. Дальше проверяете форму (длительность импульса, причем для упрощения можно компаратором делать), берете или пик или интеграл, отбрасываете брак из статистики. 250 Мгц и много разрядов тут явно избыточно - из-за 800 Мгц полосы T/H может еще и хуже стать (Выборка будет выхватывать все случайные флуктуации сигнала, и они войдут в сигнал как шум.)
Брать аккуратный аналоговый интеграл и его сэмлить тут избыточно сложно.

А при таких временах 10 Мгц цифровать и в DSP не попроще будет ? У Вас получается для получения по энергиям на уровне 100 надо 4.6 тау т.е. надо 1.2 мкс примерно после фронта игнорировать импульсы. При 1 М событий тут все на все налезет. Тут как раз для DSP задачка - выделить по производным передние фронты и попытаться размотать, от какой подставки импульс подскочил.