АНАЛИЗАТОР ИМПУЛЬСОВ DP5

Обзор

Amptek DP5 является современным, высокопроизводительным, с низким энергопотреблением процессором импульсов. Он оцифровывает сигнал с выхода предусилителя, заменяя формирователь и анализатор в традиционных аналоговых системах спектроскопии. DP5 предлагает несколько явных преимуществ по сравнению с традиционными системами, включая улучшенную производительность (с очень высоким разрешением, высокой пропускной способностью и повышенной стабильностью), повышенную гибкость, низкое энергопотребление, небольшие размеры и низкую стоимость.

DP5 реализует обработку импульсов с помощью специальной схемы. Она включает в себя 8051 совместимый микроконтроллер для управления устройством. Коммуникационные интерфейсы включают RS232, USB и Ethernet. Несколько общих целей линий ввода/вывода также доступны. DP5 предназначен для OEM-производителей и для лабораторных пользователей, которым необходимо пользовательские возможности настройки и которые знакомы с электроникой.

Рисунок 1. DP5 Фото: 3,5 дюйма х 2,5 дюйма

Особенности

80 МГц АЦП
Заменяет формирователь и анализатор
Поддерживает сброс и обратную связь предусилителей любой полярности
MCS режим
16 SCA
Настраивается с зарядочувствительным предусилителем для использования с ФЭУ
Для OEM использования в лабораторных условиях
Гибок в настройке

Импульсная обработка и MCA

Трапециевидная форма импульса
Пик времени от 0,1 до 102,4 мкс
Длительность от 0,05 до 51,2 мкс
4000000 гц
До 8000 каналов

Связь

Интерфейсы: RS-232, USB, Ethernet
Выход на осциллограф - для контроля и регулировки импульса
Программное обеспечение для ПК для сбора данных и управления (включая API)
Многие настраиваемые дополнительные входы и выходы

Физические характеристики

Низкая мощность: 600 мВт
Малый размер: 3,5 х 2,5 В

Применение

Рентгеновские и гамма-детекторы
Ядерная физика
Портативный, батарейки системы
OEM (в качестве комплектующих)
Управление процессами
Исследования и обучение

Рисунок 2. Сноска 1 выше показывает сигнал на входе DP5, который является выходом с сбрасываемого зарядочувствительного предусилителя. Затем сигнал обрабатывается аналоговым грубым фильтром и в результате получается сигнал, показанный на рисунке сноской 2. Этот сигнал оцифровывается и затем обрабатывается в DP5, в результате чего получается сигнал, показанный сноской 3. Наконец, DP5 создает выходной спектр, показанный на графике 4.

Усиление

Комбинация грубой и тонкой регулировки цепи плавно регулируемой от 0.84 до 127.5.

Грубое усиление

16 логически расположенных шагов грубой настройки от x1.12 до X102.

1,12	2,49	3,78	5,26	6,56	8,39	10,10	11,31
14,56	17,77	22,42	30,83	38,18	47,47	66,26	102,0

Плавное усиления

Плавное усиления регулируется в пределах от 0,75 до 1,25, разрешение 10 бит

Полный масштаб

1000 мВ Входной импульс @ x1 усиления

Стабильность

<20 ррм / ° C (типовой)

Тактовая частота АЦП

20 или 80 МГц, 12-битный АЦП (программно)

Форма импульса

Трапециевидные. Полу-усилитель с гауссовым времени формирования t имеет пиковое время 2.2t и сравнима по производительности с трапециевидной формы одного и того же пика времени.

Время пика

30 программно-выбираемых времен пика в пределах от 0,1 до 102 мкс, что соответствует полу-Гаусса времени формировании от 0,05 до 45 мкс.

Время плоской вершины

16 программно-выбираемых значения для каждого пика время (в зависимости от времени пика)> 0,05 мкс.

Максимальная скорость счета

С времени пика от 0,2 мкс, 4 МГц периодический сигнал может надлюдаться.

Мертвое время в импульсе

Мертвое время составляет 1,05 х пик времени. Нет времени преобразования.

Время разрешения

120 нсек

Наложение импульсов

Импульсы разделяются теи больше, чем меньше время разрешения , 120 нс и меньше, когда 1,05 х пика времени.

Восстановление линии развертки

Асимметричное, 16 программно=выбираемых настройки скорости нарастания.

MCA

Количество каналов	256, 512, 1024, 2048, 4096, и 8192 каналов.
Байт на канал	3 байта (24 бита) - 16,7 млн. событий
Предустановленное время сбора	от 10 мс до 466 дней
Время передачи данных	1k каналов в 5 мс (USB) или 280 миллисекунд (RS-232)
Время преобразования	Нет
Представление данных	Время, суммарные счетчики, счетчики в ROI, счет в канале
MCS временной развертки	от 10 мсек / канал до 300 сек / канал
Внешнее управление MCA	Вход: импульсы принимаются только по внешней логике. Ввод может быть активно высоким или активно низким.
Счетчики	Каналы с малым числом событий принимаются MCA, входящие события (каналы с числом событий выше порога), события отброшенные логикой выбора, и внешний счетчик событий.

Аппаратные средства

Микропроцессор	Silicon Labs 8051F340 8051-совместимое ядро
Внешняя память	512kB SRAM
Прошивка	Обработка сигнала программируется с помощью прошивки, которая может быть модернизированы в полевых условиях.

Связь

RS-232	Стандартный интерфейс RS-232 интерфейс со скоростью до 115,2 кбайт.
USB	Стандарт USB 2.0 Full Speed (12 Мб/с).
Ethernet	Стандартный 10Base-T

Дополнительные входы и выходы

Основная цель этого разъема - выявить логические сигналы, которые не требуются для первичной обработки DP5: получение спектров и передачи идет через последовательный интерфейс. Они, как правило, логические сигналы "низкого уровня", связанные с каждым импульсом, обработанным DP5. В основном они используются для синхронизации данных, собранных DP5 и передаваемых на внешние устройства, а также для счетного и времязадающего выходов от DP5

Одноканальные анализаторы (всего 16)	Оборудование 8 SCAs с логикой выхода, независимых программно LLDs и ULDs, LVCMOS (3,3) уровня (TTL совместимые) Цифровые выходы, программное-выбираемые между 8 параметрами, включая INCOMING_COUNT, набором контактов, MCS_TIMEBASE и т.д. аппаратных SCA также может быть направлена на внутренние Счетчики и считано программным обеспечением. Программное обеспечение 8 SCA, независимый выбор LLDs и ULDs, выбор между 8 параметров, включая INCOMING_COUNT, набором контактов, MCS_TIMEBASE и т.д. Программное обеспечение SCA связаны с внутренними счетчиками и считывается программного обеспечения.
Цифровые входы	Два независимых входа, программное обеспечение для выбора MCA_GATE, EXTERNAL_COUNTER ввода / вывода общего назначения, две линии ввода / вывода для пользовательских приложений.
I / O	Две основные цели линий ввода / вывода для пользовательских приложений
Цифровой осциллограф	Отображение осциллограммы на компьютере. Программное обеспечение выбирается, чтобы показать форму вывода, АЦП и т.д., чтобы помочь в отладке и оптимизации конфигурации.

Контакты вспомогательного разъема

Контакт #	Имя	Контакт #	Имя
1	СЦА1	2	SCA2
3	SCA3	4	SCA4
5	SCA5	6	SCA6
7	SCA7	8	SCA8
9	AUX_IN_1	10	AUX_OUT_1
11	AUX_IN_2	12	AUX_OUT_2
13	IO2	14	IO3
15	GND	16	GND

Связь

Аналоговый вход	Аналоговый вход принимает положительные или отрицательные импульсы идущие от зарядо-чувствительного предусилителя. Примечание: Может быть настроен с зарядо-чувствительным предусилителем для использования с ФЭУ. Для более подробной информации свяжитесь с Техноаналитприбор. 1x3 Molex номер 22-28-8032.
Питание	+ 5 В постоянного тока. Hirose MQ172-3PA (55)
RS232	Стандартный 2,5-мм разъем для наушников.
USB	Стандартный разъем USB mini.
Ethernet	Стандартный разъем Ethernet.
Вспомогательный	2x8 16-контактный 2 мм (Samtec номер ASP-135096-01). Разъем Samtec P / N TCMD-08-S-XX.XX-01
ЦАП выходной	Этот выход используется в режиме осциллографа для просмотра формы импульса и другие диагностические сигналы. Диапазон: от 0 до 1 В. 1x2 Molex номер 22-28-8022.

Питание

+5 В	80 МГц: 200 мА (1 Вт) (типичная) 20 МГц: 180 мА (0,9 Вт) (типовое)
Диапазон входного сигнала	+4 В до +5.5 В (на 0,25 до 0,18 типичный)
Начальная переходных	2А для <100 нс
Источник питания	Внешний источник питания или USB-шины

Габариты, вес

Размер	3,5 дюйма х 2,5 дюйма
Вес	32 г

Общие

Рабочая температура	от -40 ° C до +85 ° C
Гарантийный срок	1 год
Срок службы устройства	От 5 до 10 лет, в зависимости от использования
Хранение и транспортировка	Длительное хранение: 10 + лет в сухой среде Типичные Хранение и транспортировка: -40 ° C до +85 ° С, от 10 до 90% влажности без конденсации
Соответствие	Соответствует RoHS

Архитектура DP5

DP5 является одним из компонентов в полной цепи обработки сигнала ядерных приборов. Входом в DP5 является выход предусилителя. DP5 оцифровывает выходной усилитель, применяется в режиме реального времени цифровой обработки сигнала, определяет амплитуду (цифровой), а также сохраняет это значение в гистограммирования памяти, создавая энергетический спектр. Спектр затем передаются через последовательный интерфейс DP5 на компьютере пользователя. Очевидно, что DP5 должны быть использованы с другими компонентами, в том числе детектором, усилителем и компьютером.

Рис. 3. Блок-схема DP5 в полной системе.

Аналоговый входной фильтр

Входом в DP5 является выход с зарядочувствительного предусилителя. Аналоговая схема предварительной фильтрации подготавливает этот сигнал для дальнейшей оцифровки. Основные функции этой схемы являются: (1) применение соответствующей усиления и смещения используя динамический диапазон АЦП, и (2) проведение некоторой фильтрацию и формирование импульса для оптимизации оцифровки.

ПРИМЕЧАНИЕ: DP5 можно заказать с зарядочувствительным предусилитель на плате для использования с ФЭУ.

АЦП

АЦП оцифровывает выходной аналоговый сигнал после предварительной фильтрации на 20 или 80 МГц скорости (выбирается программно). Цифровые значения передаются в режиме реального времени в цифровой формирователь импульсов, где используется 12-битный АЦП.

Цифровой формирователь импульсов

Выход АЦП обрабатывается непрерывно с помощью конвейерной архитектуры для создания формы импульса в реальном времени. Это осуществляется формированием импульса также как и в любом другом формирователе. Форма импульса полностью оцифрована. Затем он может быть перенаправлен на ЦАП для диагностических целей, но это не является необходимым.

Существует два параллельных пути обработки сигнала внутри ДПП - по "быстрому" и "медленному" каналам, оптимизированным для получения различной информации от входящих импульсов. "Медленный" канала, который имеет большую постоянную времени формирования, оптимизирован для получения точной высоты импульса. Максимальное значение для каждого импульса в медленном канале является основным выходом с формирователя импульсов. "Быстрый" канал оптимизирован для получения информации о времени: обнаружение импульсов, которые перекрываются в медленном канале, измерение входящей скорости счета, измерение времени нарастания импульса и т.д.

DP5 использует трапециевидную форму импульса, которая обеспечивает высокое энергетическое разрешение, уменьшает баллистический дефицит и обеспечивает превосходную устойчивость счета при высоких скоростях счета.

Логика выбора импульса

Логика выбора импульса отвергает импульсы, для которых точность измерений не может быть выполнена. Она включает в себя режекцию наложения импульсов, дискриминацию нарастания времени, логику внешнего отпирающего и т.д. При высокой скорости счета DP5 имеет как лучшую режекцию наложения импульсов, так и более высокую пропускную способность, чем традиционный аналоговый формирователь.

Гистограммирование памяти

Гистограмма памяти работает как в традиционных MCA. Когда импульс приходит с определенным значением пика, счетчик в соответствующей ячейке памяти увеличивается. В результате получается гистограмма, массив, в каждой ячейке которого содержится число событий с соответствующим значением пика. Это энергетический спектр и является основным выходом DP5. Устройство также включает в себя несколько счетчиков, считающих как общее количество выбранных импульсов, так и количество входных импульсов, не посчитанных событий и т.д. Дополнительные выходы включают восемь различных одноканальных анализаторов и как ЦАП с цифровым выходом, так и показ формы импульсов с нескольких точек в цепи обработки сигнала.

Интерфейс

DP5 включает в себя аппаратное и программное обеспечение для взаимодействия между этими различными функциями и компьютером пользователя. Основной функцией интерфейса является передача спектра пользователю. Интерфейс также контролирует сбор данных, запуск и остановку обработки и очистки гистограммы памяти. Он также управляет определенными аспектами аналогового и цифрового формирования, например, установкой аналогового усиления или формирования импульсов времени.

Интерфейс включает в себя микроконтроллер, который совместим с RS232, USB, Ethernet.

Питание PC5 и интерфейс

Цифровой процессор DP5 Amptek - компонент в полной системе обработки сигналов в приборах ядерного приборостроения. Он может быть использован с другими компонентами, в том числе (как минимум) детектор и усилитель, и компьютер с последовательным интерфейсом и программным обеспечением для связи. DP5 себе имеет свое собственное питание +5 В постоянного тока. При использовании DP5 с детекторами Amptek не требуется дополнительных источников питания, необходимых для детектора и предусилителя. Amptek обеспечивает питание посредством PC5, который сопрягается с DP5 и обеспечивает питание детекторов Amptek.

PC5 обеспечивает питание детектора Amptek XR-100 от источника +5 В постоянного тока. Эта плата предназначена для тех, кто использует датчики и предусилители Amptek. Интерфейс USB не может обеспечить достаточный ток для работы XR100, так что внешний источник постоянного тока требуется и он должен обеспечивать питание между 2,5 и 5,5 В.

Размеры: 3,5 дюйма х 2,5 дюйма

Рис. 4. DP5 с PC5 и Amptek детектор / предусилитель.

Рис. 5. DP5 (сверху) в паре с PC5 (внизу)

Рис. 6. DP5 (внизу) в паре с PC5 (вверху), вид сзади

Программное обеспечение

Есть два различных программных пакета, которые необходимы для DP5: встроенное программное обеспечение, которое работает на микроконтроллере на DP5 (прошивка), а также программное обеспечением, которое работает на прилагаемом компьютера.

Встроенное программное обеспечение

Встроенное программное обеспечение отвечает за контроль обработки импульсов контроля MCA, осуществляющие некоторой обработки данных и взаимодействия с персональным компьютером. Это программное обеспечение предустановлено и не может быть изменено пользователем. Обновление программного обеспечения выпускается Amptek постоянно и могут быть загружены в пользователем.

Рис. 7. DPPMCA дисплей и програмное обеспечение

Интерфейс программного обеспечения

DPPMCA Software

DP5 можно контролировать на дисплее Amptek DPPMCA посредством специального программного обеспечения. Это программное обеспечение может быть использовано для контроля и отображения DP5 и поддерживает ROI, калибровку, поиск пика, и так далее.

DPP SDK

DP5 поставляется с полным комплектом разработчика (SDK). Пользователь может использовать эту платформу для легкой разработки собственного программного обеспечение для управления DP5 для пользовательских приложений или для сопряжения его с более крупной системы. Примеры приведены в VB, VC + + и т.д.

Подключение A250 к DP5, цифровому импульсному процессору и MCA

Рис. 9. Зарядо-чувствительный предусилитель A250 подключен к DP5 или PX5 и MCA

Подключение к DP5 германиевого (HPGe) детектора

Рис. 10. Импульсный процессор DP5, подключенный к германиевому (HPGe) детектору. Различные материалы

Рис. 11. Импульсный процессор DP5, подключенный к германиевому (HPGe) детектору. Различные радиоизотопы

DP5G для использования со сцинтилляторами и фотоумножителями

Amptek DP5G является высокопроизводительным, с низким энергопотреблением, цифровым процессором импульсов и предназначен для использования в сцинтилляционных спектрометрических системах. Присоединенный к аноду PMT, она включает в себя плату зарядочувствитетльного предусилителя и процессора импульсов, который заменяет и формирование усилителя и MCA в традиционной системы ядерной спектроскопии. DP5G имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами, в том числе более высокую производительность, повышенную гибкость, малый размер, и низкую стоимость.

Рис. 12. DP5G изображенный в натуральную величину, размер 2 дюйма х 1,75 дюйма

DP5G является одним из компонентов в полной системе гамма-спектрометра, как показано на рисунке ниже. DP5G включает в себя только основные функции обработки сигналов. Полная система должна также включать в себя детектор модуля (сцинтиллятор, ФЭУ, высоковольтное питание, трубки) и интерфейс схемы с блоками питания и разъемов для последовательного соединения. Amptek может предоставить пользователю один DP5G или может предоставить PCG интерфейсный модуль, или может предоставить полную систему, в том числе детектор модуля. Вся система представляет собой отдельный продукт Amptek.

DP5G представляет последнее поколение в области цифровой обработки импульсов. DP5G является вариантом DP5, оптимизированный для сцинтилляционных счетчиков. DP5 технология включает в себя быстрое время пика, улучшенную режекцию наложения импульсов и дискриминацию формы импульса, лучшее мертвое время исправления, дополнительные функции, такие как "Список режимов" и дополнительные интерфейсы.

Статьи