基于SOPC的~3He管读出电子学系统的研制

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中子以其不带电、穿透能力强的优势在探测和了解微观世界中起到重要作用。近年来,随着国内外中子技术应用范围的加深加广,中子探测的实验装置——中子粉末衍射谱仪成为世界各国科学家研究的热点。在中子粉末衍射谱仪系统中,为了获得物质的微观结构信息和运动状态,采用3He管作为二维位置灵敏探测器进行中子探测来记录散射出来的中子的位置及飞行时间,而3He管的后续读出电子学系统进行处理、保存和传送携带时间与位置信息的电信号。本文以项目“通用粉末衍射谱仪1英寸3He管读出电子学设备研制”为背景,利用可编程片上系统SOPC技术和光纤通信技术,设计了一种了基于SOPC的中子粉末衍射谱仪3He管读出电子学系统。在研究和剖析了国内外中子粉末衍射谱仪在电子学设备读取应用的基础上,设计了读出电子学系统,它的工作流程是:先经过前置放大器放大后,再经过滤波、成形、数字化等一系列处理,然后通过FPGA处理可以获得所需要的电荷及时间信息,并将获得的携带时间与位置信息的数据送到后续在线系统进行进一步具体的计算和解析,进而用户可由采集到得散射出来的中子的飞行时间和入射位置而得到被测物质的信息。其中系统在处理数据时使用高性能的FPGA,大大提高的数据的处理速度;而在传输获取的数据上采用光纤传输,利用光纤线路抗干扰、传输损耗低优点提高了系统读取信息的准确度和传输速度。本文主要内容是3He管读出电子学读出系统的各部分电路的结构的设计、研制和测试。首先设计了以FPGA为核心的数据采集模块、光模块等的硬件实现电路;其次在自顶向下的思想的指导下设计了AD数据采集控制器IP核并搭建的电子学读出系统的SOPC系统;最后下载到FPGA主板上通过逻辑分析仪上进行了在线时序测试并在Nios II IDE编写程序进行了运行调试。经过运行测试,该系统满足设计需求,是一套集数据采集、数据存储和数据传输的系统。
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