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.

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.

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 ?

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.

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.

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.

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.

По энергиям вот как получается:
В природе основной характеристический спектр сосредоточен до уровня 2..3 Мэв.
у кислорода есть сильные пики на 7 Мэв - и их надо тоже различать. В классической ГК спектрометрии формируют так называемые три группы :Ka U Th у тория самая большая энергия 2.3 Мэв у калия 1.4 Мэв у урана около 1 Мэв.
Думаю динамический диапазон надо брать с 200 кЭв до 7..10 Мэв
В любом случае 10..12 разрядов точности я думаю можно будет вытянуть.

А при таких временах 10 Мгц цифровать и в DSP не попроще будет ?

Пока не могу ответить на Ваш вопрос.

DS, вы, вероятно, никогда не работали с быстрыми ФЭУ и сцинтилляторами, потому так и говорите. Нам как-то пришлось решать подобную задачку для нейтронного томографа. Там тот же импульсный нейтронный генератор и те же проблемы, но посложнее - нужно было сделать именно томограф, т.е. не только определять вещество, но и обеспечивать пространственное разрешение порядка 10 см, а для этого нужно было еще и определять время поступления импульса с точностью порядка 2 нс. Вот тогда мы и посмотрели, что реально имеется на выходе ФЭУ от BGO сцинтиллятора. Небольшое и точно дозированное интегрирование сигнала заметно помогло и временное разрешение только улучшило. Амплитудное от этого почти не зависит, поскольку все равно идет суммирование по пику.


По поводу скорости - описанная задачка решалась на циклон-2 (400 МГц). Нормально получается обработка двух каналов (10 бит) с частотой оцифровки 100 МГц. Обработка - это выделение импульса, определение момента его прихода (лучше 2 нс), интеграл сигнала (точнее - определение максимума и суммирование в заданном интервале), защита от наложений (блокировка с учетом мертвого времени), спектры (амплитудный и временной) ну и еще всякие мелочи. По оценкам можно было-бы работать и с оцифровкой до 200 Мгц, но не потребовалось.

Да, там и разделение гамма-нейтроны тоже получалось, но обошлись без этого.


А вот с транформаторами связываться не стоит - сразу возникнет задача восстановления нулевой линии, а это противно.

Да как бы ФЭУ все быстрые - фотоэффек-то мгновенное дело. Они различаются, конечно, по скорости, но уже в нс/пс области.
У меня весь диапазон 3 нс обычно. 30 пс разрешения уже результат так себе ...

У NaI на гамма квант 1 МэВ вылетит более 40 000 фотонов. т.е. более 1000 фотонов в интервал 10 нс в начале экспоненты. Если, конечно, у Вас эффективность фотодетектора 0.1 -0.5%, то Вы увидите отдельные пички. В остальных случаях (при большей эффективности) будет зашумленная экспонента.

NNikolaev:

Подумайте о следующей конструкции - оцифровка 10 Мгц, фильтр первого порядка с тау 35 нс. Отдельно после ФЭУ диф. цепочка и компаратор - детектор фронта импульса - на прерывание DSP и таймер с разрешением 10 нс (в DSP или отдельно), считает интервал от фронта до строба АЦП (результат 0 - 10).

Расскажите больше о Вашем проекте - очень интересно - самое главное - для чего нужен такой тамограф?!
У вас входная цепь была на полностью дифференциальном усилителе или сначала вы ставили преобразователь ток -напряжение потом ПДУ на работу АЦП?! Сколько каналов у вас было ФЭУ - если 2 то у вас скан система еще была?! Если не военная тайна то как в кратце выделяли пик и блокировку на мертвое время ?!
Заранее спасибо!
Насчет трансформатора - так с ОУ тоже нулевая линия уходит - может ее как то оценивать между импульсами и компенсировать потом?! Я видел в аналоговой схеме компенсация нуля полюсом - ну это что бы средняя линия была более менее постоянна - но эта вещь как я понял зависит от загрузки. Как у Вас было?!


Скажите а ДСП само по себе будет эффективнее ПЛИС в данном случае - какие у него преимущества в логике кода - или скорости - что даст ДСП?! Будет ли это в дальнейшем сдерживать развитие проекта?!

Это делалось для обнаружения взрывчатки по хим. составу в багаже, под землей и т.п. Самое интересное, что реально работала .

Описание железа (несколько устаревшее) и последней программы есть тут, базовой программы - тут.


Входная цепь на полном диф. усилителе. Постоянное смещение оперов не плывет, поэтому достаточно измерить среднее значение до начала работы и скорректировать нулевую линию программно. Но даже это, как правило, не требуется - все стоит мертво.

В стандартном варианте - от 8 до 12 каналов.

В описании программы показано как определяются импульсы. На самом деле все несколько сложнее, есть несколько вариантов обработки (в частности учет уровня и наклона непосредственно перед импульсом), но реально этого не потребовалось.


Насчет компенсации нуля полюсом - это, в некотором роде, сказки для начинающих, полной компенсации, практически, не добиться. Лучше делать весь тракт по постоянке.

Стандартная загрузка - 200-300 кГц, реально смещения пиков нет до 500 кГц. Максимальная - до 3-5 Мгц, но уже начинается уширение и сдвиг пиков, приемлемое, но мешает при разборке спектров.

Да, забыл уточнить для DS. Аналоговое интегрирование до АЦП нужно еще и для того, чтобы убрать алиас. И еще, хоть они и дают полосу АЦП более 200 МГц, но, судя по всему, его УВХ не справляется при наличии быстрых перепадов. Небольшое интегрирование + цифровая фильтрация (сглаживание по 2-5 точкам) заметно улучшает временные параметры.

Да ВНИИА значит добили трубку с меченными нейтронами. спасибо rudy_b за информацию. Очень полезно. мы тоже управляемые генераторы делаем. но у нас специфика геофизика промысловая.

Этой разработке уже лет 7, примерно.

Да, не сразу сообразил про компенсацию полюса нулем. Если вы имели ввиду технологию укорачивания импульса компенсацией экспоненциального спада - то она не работает на ФЭУ, это только для ППД - там спад действительно экспоненциальный. Но и для ППД лучше не использовать, гораздо правильнее хорошо сформировать импульс.

У ДСП больше гибкости, когда есть запас по скорости, да и при одной стоимости чипа скорость вычислений больше на порядок. Для Вашего конкретного случая - умеренная скорость, импульсы точно в наложении друг на друга, думаю, что ДСП лучше. Если замените сцинтиллятор на другой, надо снова смотреть, что получится. В данной задаче ПЛИСина проиграет ДСП, потому что наверняка логика обработки не будет линейной, а вычислений здесь не так уж и много предвидится - экспоненты точно можно аппроксимировать табличкой из 256 значений.
А эффективность счета Вы свою знаете ? Т.е.какой процент фотонов доходит из сцинтиллятора до катода умножить на квантовый выход катода ФЭУ ?

ДСП просто не успеет - даже при 100 МГц оцифровки, только ПЛИС. В ней все операции проводятся по частям в конвейере - в результате все куски обработки производятся параллельно. Кусков много, поэтому реальная скорость обработки в ПЛИС раз в 10-20 больше ее тактовой частоты. ДСП даже с тактовой частотой 1 ГГц не успеет, прикидывали.

Но, если нельзя просто и тупо выбрасывать результат в какую-то шину, без ДСП или весьма быстрого проца тоже не обойтись - он держит все интерфейсы обмена. Мы использовали тандем - циклон + TMS320 - очень удобно получается.

А можно узнать текущее состояние дел?

Всем, кто читает эту тему, доброе время суток!
Сообщаю, что сделано на сегодня:
1. Электрическая схема блока в целом устоялась.
2. Блок практически разведен на двух платах 25х125 мм, на одной реализован тракт передачи и обработки информации, на другой блок питания, супервизор и интерфейс связи.
Одна плата 4-х слойная, другая наверно 2-х слойная, но посмотрим
3. Приобретена плата для отработки связи USB под Linux.

Дома интернета пока нет - так, что буду писать с работы.
Через неделю плату доведу до кондиции и будем паять.
Пока, вот на Ваш строгий взгляд:

Вопрос. Коллеги, как вы при оцифровке импульсов с ФЭУ боретесь с pipeline очередью АЦП? Или АЦП молотит постоянно? А то наблюдались интересные эффекты в связи с неопределенностью времени прихода импульса по отношению к моменту срабатывания УВХ АЦП. Очень напрашивается интегратор со сбросом перед АЦП. Как это выглядит на современной схемотехнике?

АЦП молотит постоянно, конечно. А с стальным имеются тонкости в зависимости от конкретной реализации. Но общая идея - да, интегратор со сбросом. Схемотехника примерно такая, как и в старые времена, но на новый лад.

Хотя это к чему прмиенять - если надо в среднем 100 КГц собирать - pipeline АЦП - расточительство. А вот если 40 МГц - тогда самый раз.

Тут молотит постоянно с тактовой частотой - передает код в паралель - типа паралельный АЦП. А импульсы уже на аппаратном уровне выделяют. Увх как такового нет тут - ну есть конечно конденсатор 3 пФ

Импульсы то идут с частотой 100 кгц или около, а вот с длиной импульса проблемы- перешли с ФЭУ на MCP умножители, у MCP импульсы короткие очень- сотни пикосекунд. Т.е за апертурное время АЦП успевает и начаться, и кончится. Что то конечно электроника видит, но вот что именно....Я понимаю, что решение задачи дурное получилось, просто шеф привез новые MCP детекторы и волевым решением сказал поставить на старую электронику. Думали, что удастся информацию из статистики вытащить, но тут похоже добавилась неопределенность фронта импульса относительно клока АЦП. Вот как с ней бороться? Электронику надо новую делать. Рассматривается два варианта-
Один вариант- ставить пачку hittite HMC660 (8 штук) со стробированием на частоте АЦП со сдвигом по фазе, ну и потом 8-канальная оцифровка. Второй вариант- интегратор быстрый, на фулл-дифф усилителе, оцифровка, если импульс к моменту оцифровки закончился (амплитуда следующего отсчета после импульса не выросла)- сброс интегратора и ожидание следующего импульса.
Как лучше делать?

Master clock есть ? Или события происходят в совершенно случайное время ? Интегратор, кстати, необязательно должен быть пикосекундным - ток анода зарядит всякие паразитные емкости, а интегратор потом этот заряд "уработает" со своей скоростью.

Мы пойдем по прямой оцифровке импульсов с ФЭУ и вытягиванием информации о пиках и наложении импульсов. В ПЛИСКЕ мы будем делать шину и кидать в купрайс буферы USB2 - дальше машина под линух будет все раздербанивать и считать пики и статистику.
Забудьте Вы о УВХ и интегратор. Это все прошлый век. Нужно с минимума аналога перевести все в цифру ну и потом ее уже варить.
Что это за зверь такой hittite HMC660 ?! Дата шит не нашел - пришлите в личку если можно. Если хотите присоединяйтесь к нашему проекту.

УВХ c полосой 4.5ГГц. Даташит тут лежит. http://www.hittite.com/content/documents/d.../hmc660lc4b.pdf
ЗЫ. Спасибо за вопрос по даташиту- пошел искать ссылку и обнаружил более новую HMC760.

Развитие идет по спирали (с). Я тоже уходил с аналоговых КАМАКовских модулей на прямую оцифровку. Сейчас думаю возвращаться в аналог. Вернее в правильный гибрид аналога и цифры. Кстати, аналоговый ВАП (время-амплитудный конвертор) мне нравится больше цифровых. Современная цифра убивает внутренним джиттером ПЛИСок все попытки времяразрешенных измерений. А разводка тайминговых цепей низкоинтегрированным LVDS или PECL органично сочетается с аналоговыми каскадами.


Мастер-клок конечно есть- он импульсы лазера синхронизирует и задает начало отсчета по времени. Но фотоны прилетают в случайное время. Интегрирование на монтажных емкостях в этом случае не работает- весь тракт начиная от коллектора вторичных электронов 50-омный.

Master-clock от фемтосекундного seedа, судя по длительности импульсов ? Мегагерц 70 - 80 ?
Случайность времени, наверное, порядко пары наносекунд тогда.

Про 50 ом - обратите внимание, что заряд протекает строго в одну сторону. Поэтому легко организовать проиежуточный "резервуар" для заряда.

Нужно с минимума аналога перевести все в цифру ну и потом ее уже варить.!!!!!!!!!