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.
|
||||||||||||||||
| 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 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.
