气体电子倍增器（GEM）是一种新型的位置灵敏探测器，在高能粒子物理实验及低能X射线成像领域中有着广泛的应用。数据采集系统作为GEM探测器的重要组成部分，担负着探测器输出信号获取和分析的任务，对GEM探测器的整体性能具有重要的影响。本文以GEM探测器后端数据采集和处理为研究任务，综合应用FPGA逻辑控制、通用计算机和信息处理等技术，设计一套基于GEM探测器的高速多通道数据采集系统，实现对探测器输出电荷信号的实时采集和粒子成像。具体研究内容如下：　　（1）在了解探测器功能和需求分析的基础上完成了系统方案的设计。根据GEM探测器工作原理和性能特点，并结合用户的指标要求，选择Pads阵列读出方式完成电荷信号的收集，通过CIPix-board芯片实现电荷信号的读取并转换为数字电平信号，然后送入 FPGA芯片进行数字信号处理和分析，最终通过千兆以太网将数据送入PC中进行解析和存储。　　（2）完成了电荷信号读出板的设计。探测器入射窗口的有效探测面积为50mm×50mm，则信号读出板的有效探测面积为50mm×50mm，每个信号收集电极的像素点的大小是1.56mm×1.56mm。最终完成了基于 GEM探测器的平面32×32路阵列的信号读出板的设计。　　（3）完成了主控电路板的设计。选择集成电路芯片CIPix-board作为信号采集的前端，实现64通道高速电荷信息采集、滤波成形、阈值选通和多路数字信号选通输出，将电荷信号转换为电平信号。选择高性能的现场可编程逻辑芯片处理器作为主控制器，设计硬件控制系统，实现数字电平信号的读取、缓存、信号处理等功能，信号传输选用千兆以太网。　　（4）完成了系统软件设计。在ISE14.7软件开发环境下，利用Verilog HDL语言完成FPGA的逻辑程序的设计，主要包括实时数据采集、数据缓存、数据上传和下行命令解析。选择在Windows平台下，使用QT开发工具进行上位机设计，实现从FPGA数据采集板读取数据、数据处理和解析、数据存储、粒子图像显示和向FPGA数据采集板发送控制指令的功能。　　在完成GEM探测器数据采集系统的设计之后，对系统各个模块进行组装调试。利用 X光机进行束流粒子速率测试和位置成像测试，该系统能够实时显示X射线束斑的二维位置分布图，束流粒子的事件计数率超过1M/s。利用锎-252中子信号源进行位置成像测试，经过离线数据分析之后，该系统能够清晰的探测出散落在探测器入射窗上的中子信号的位置信息。