基于PGNAA方法的工业物料成分实时在线检测技术,可广泛应用于煤炭、水泥和冶金等领域的生产过程,有提高产品质量和生产效率,降低安全事故隐患,优化资源利用,降低能源消耗,减少环境污染物排放等重要作用。PGNAA具有实时在线、非破坏性、多元素同时测量等特点,而且具有高灵敏度、高准确度,不受物料的粒度和周围环境的影响。因此,PGNAA技术已经成为满足工业大块物料成分检测需求的最佳选择。随着计算机技术和现代数学分析方法的迅速发展,在上世纪80年代后期,原美国gamma metrics公司研发出第一台能够用于工业现场的元素成分分析仪。我国基于这项技术的研究发展相对较晚,检测设备与国外同类产品相比,性能还存在较大差距。对此,科技部于2013年成立开展《基于瞬发γ射线中子活化分析技术的工业物料成分实时在线检测系统》国家重大科学仪器设备开发专项研究。本项目研究目标,是研究工业生产过程需求的高精度大块物料成分在线检测系统的关键技术,研发性能可靠的检测设备。其中,需要重点攻克的关键技术主要为:“研制高产额长寿命的小型中子源”和“高计数率探测器系统的研制”。本文介绍的工作内容即为项目中探测器读出电子学系统的研制工作。面向PGNAA应用的数据采集系统设计要求,系统有较高的计数通过率和能谱测量精度。同时,如何保证系统长时间工作的稳定性也是一个关键问题。本文研究确定了一种高计数率高精度的伽马能谱测量系统结构。系统采用改进型探测器读出电子学设计,使用多级滤波成形电路和基线快恢复电路对探测器信号进行调理,减小由信号堆积造成的计数损失,提高系统计数通过率。系统利用高速ADC进行快速波形采样,并采用先进的数字滤波以及快速寻峰算法提高测量精度和处理速度,减小系统测量死时间,以满足实时性测量的需求,实现了高计数率水平下对特征伽马能谱的精确测量。测试表明,系统可以满足实际应用条件下的测量需求,提高计数率和测量精度,有效提高元素成分的分析精度。论文工作的创新点主要为以下几点:1)提出一种高计数率、高信噪比的伽马能谱读出方法,解决在PGNAA应用中的两大难题之一,提高信号采集速度、能谱测量精度、以及元素成分分析的效率和准确性。2)提出快速信号斩波成形方法,将基线恢复时间减少到200ns以内,使最高计数率达到5MHz,满足了系统在计数损失小10%的情况下平均计数率达到500KHz 以上。3)完成了满足高计数率、高精度伽马能谱测量的读出电子学系统样机设计,并将样机应用于基于PGNAA方法的工业物料成分分析过程,满足了系统实际应用需求。