數(shù)字化多道分析器的進(jìn)展

1、數(shù)字化多道分析器的進(jìn)展E dit by yaoyaoEmail:yaoyaodu_123在核電子儀器中，多道分析器（MCA算是一種比較復(fù)雜的儀器了，其電子 元件數(shù)量不少于小型電子計(jì)算機(jī)， 其邏輯設(shè)計(jì)必須適應(yīng)獲取隨機(jī)信息的特點(diǎn)。 隨 著能譜測(cè)量分析的廣泛應(yīng)用， 以及電子學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步， 能譜測(cè)量?jī)x器分析用 的多道分析器已成為現(xiàn)代常規(guī)能譜分析儀器的主流產(chǎn)品， 所以多道分析器的數(shù)字 化便成了核儀器發(fā)展中的必然趨勢(shì)。放射性探測(cè)器在探測(cè)放射性粒子時(shí)， 產(chǎn)生電離信號(hào)， 該信號(hào)可以攜帶著粒子 的各種特征信息，如能量信息、時(shí)間信息、位置信息等等，這些信息是通過(guò)電子 學(xué)系統(tǒng)和軟件處理進(jìn)行分析和分類提取的。 通

2、常配置適用的核電子學(xué)儀器和系統(tǒng) 需要使用人員了解所測(cè)量粒子的性質(zhì)， 選擇適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)器、 電子學(xué)儀器和軟件分 析方法。一、多道分析器的原理多道分析器（MCA是一種獨(dú)特的測(cè)試儀器。其相當(dāng)于多個(gè)單道分析器，它 把分析器的范圍（5伏或 10 伏）按不同的測(cè)量需要平均分成 512 道、1024 道、2048 道等。各道能同時(shí)測(cè)量， 可測(cè)出介于各窄小道寬內(nèi)的脈沖強(qiáng)度，既可在屏幕上同 時(shí)顯示各道的計(jì)數(shù)， 也可由打印機(jī)打印出來(lái)， 因此能便捷地測(cè)量能譜。 多道分析 器（MCA應(yīng)用領(lǐng)域之廣，包括電子信號(hào)分析，脈沖信號(hào)分析，核物理信號(hào)分析 以及光譜分析， 各種傳感器的校正， 配接成各種使用型分析儀器，而且是用于脈

3、沖計(jì)數(shù)分析的關(guān)鍵測(cè)試儀器之一。其主要工作原理是：輸入信號(hào)經(jīng)ADCQSPi理后，由RS232,USB通訊接口與 計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理（運(yùn)算，分析，顯示，儲(chǔ)存，打印，控 制等）。用于檢測(cè)幅度分類中采集，存儲(chǔ)和處理信息的各種設(shè)備。具有如下功能：接收傳感器或信號(hào)源的信號(hào)；-脈沖高度信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換；按照設(shè)置條件對(duì)脈沖高度的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并按按照預(yù)定的算法處理數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)的輸入和輸出（如顯示，打印，繪圖，存儲(chǔ)等）。二、多道分析器的發(fā)展最早的多道分析器是用機(jī)械原理構(gòu)成的，以后又出現(xiàn)了一些由電子線路組成 的多道分析器，直至1950年首次以模-數(shù)變換器構(gòu)成多道分析器之后，多道分 析器才迅

4、速發(fā)展起來(lái)，并成為核實(shí)驗(yàn)技術(shù)中必不可少的設(shè)備。現(xiàn)代的多道分析器除了以單參量脈沖幅度分析方式獲取脈沖幅度譜之外，一般還具有以其他多種方式獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的功能，如雙參量脈沖幅度分析、慢變化 電壓的幅度分析式采樣測(cè)量、慢變化電壓的波形記錄式采樣測(cè)量、 多定標(biāo)器式數(shù) 據(jù)獲取、時(shí)間譜的測(cè)量等等。這樣，多道分析器就不僅用于核能譜的測(cè)量；在穆 斯堡爾譜（見(jiàn)穆斯堡爾譜學(xué)）的測(cè)量、核反應(yīng)堆的動(dòng)態(tài)特性測(cè)量、生物電信號(hào)的 分析等方面都有廣泛的應(yīng)用。多道分析器一般由模-數(shù)變換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、顯示器、控制器等幾部分構(gòu) 成。獲取的譜數(shù)據(jù)可以在顯示器上以數(shù)碼或譜曲線的形式顯示出來(lái)，也可以由快速打印機(jī)或描跡儀輸出。帶有微處理機(jī)

5、的多道分析器可以對(duì)獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理，輸出實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果。多道分析器的技術(shù)指標(biāo)有：道數(shù)、道寬、道寬的誤差、道寬的穩(wěn)定度、分析 零點(diǎn)的誤差、分析零點(diǎn)的穩(wěn)定性、微分直線性、積分直線性、死時(shí)間和可測(cè)的最 大脈沖計(jì)數(shù)率等等。三、數(shù)字化多道分析器多道分析器可以分為模擬和數(shù)字兩類，模擬多道譜儀中的放大成形、采用保 持、模數(shù)變換、基線恢復(fù)等等模擬電子線路的功能，在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) （DSP） 多道分析器中均為數(shù)字信號(hào)處理所實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致在性能上， DSP多道分析器有 很大的進(jìn)步，如：:具有極佳的計(jì)數(shù)率和分辨率性能， 在高計(jì)數(shù)率時(shí)，能量分辨率依然很穩(wěn)定»具有極高的計(jì)數(shù)通過(guò)率（throughpu

6、t），在測(cè)量中，也就是極大提高系統(tǒng) 測(cè)量效率100kcps是不難實(shí)現(xiàn)的:具有更寬的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍，不必對(duì)不同計(jì)數(shù)率測(cè)量更換或調(diào)整測(cè)量?jī)x器:具有自動(dòng)彈道虧損校正功能，而不增加信號(hào)處理時(shí)間或死時(shí)間:具有極佳的溫度穩(wěn)定性，溫度影響比模擬系統(tǒng)改善50%:集成一體化設(shè)計(jì)使安裝極為方便快捷:計(jì)算機(jī)可100%的控制DSP多道分析器，進(jìn)一步地改善系統(tǒng)安全性、數(shù)據(jù) 質(zhì)量保障、測(cè)量。四、數(shù)字化多道分析器的產(chǎn)品介紹在科學(xué)技術(shù)如此發(fā)達(dá)，商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)亦十分激烈的今天，數(shù)字化多道分析器行業(yè) 也不能例外。它的產(chǎn)品形式之多，功能之齊全，技術(shù)之先進(jìn)，都是足以另大多數(shù) 人瞠目的！下面，我來(lái)介紹一些當(dāng)今社會(huì)上比較典型的幾種數(shù)字化多道分析

7、器。（一）堪培拉系列那么，就像介紹筆記本要首推IBM 樣，首先，我將給大家介紹一下堪培拉。 堪培拉歐洲系統(tǒng)測(cè)量公司是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的多道分析器的生產(chǎn)廠家之一，提供整套多道分析器分析功能所需，堪培拉公司以其先進(jìn)的技術(shù)擁有各種類型的多 道分析器，供用戶選擇使用，包括實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)用的DSA-2000,實(shí)驗(yàn)室譜儀獨(dú)立使用的DSA-1000和 ASA-100,適于野外便攜使用的Inspector-2000,等等。1、DSA-1000 DSP桌面多道分析器基于先進(jìn)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、功能齊全的一體化多道分析器適于與單臺(tái)計(jì)算 機(jī)配套使用，無(wú)需聯(lián)網(wǎng)使用，包括高壓和多道分析器，杰出的計(jì)數(shù)率特性和溫度 穩(wěn)定性，可與

8、所有現(xiàn)有類型探測(cè)器相聯(lián)接使用， 實(shí)現(xiàn)能譜測(cè)量，與計(jì)算機(jī)采用串 行通訊（USB或RS-232C）,通過(guò)Genie2000軟件進(jìn)行高質(zhì)量獲取和分析，多項(xiàng) 參數(shù)組合設(shè)置，可精確配合探測(cè)器特性和測(cè)量要求。2、DSA-2000 DSP桌面多道分析器完全一體化、高性能的數(shù)字化多道分析器，可直接連接樣品換樣器的信號(hào)，16K道譜存儲(chǔ)器和轉(zhuǎn)換增益，通過(guò) 10Base2或AUI直接接入以太網(wǎng)或其它計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)，適于使用所有類型g射線探測(cè)器和大多數(shù)類型x射線探測(cè)器應(yīng)用，包括 數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、高壓電源、數(shù)字穩(wěn)譜、MCA內(nèi)存和以太網(wǎng)接口，脈沖 幅度分析和多路定標(biāo)功能；多定標(biāo)測(cè)量方式（MCS）可用于測(cè)量時(shí)變輻射

9、場(chǎng)，MCS 方式與脈沖幅度分析（PHA）方式可同時(shí)或分開運(yùn)行，外部 起動(dòng)”和停止”觸發(fā)輸 入可從外部對(duì)采集進(jìn)行控制。3、InSpector2000 DSP便攜式多道分析器In Spector 2000 DSP便攜式多道分析器體積超小、超輕包裝，支持PHA和MCS莫式，10小時(shí)HPGe電池壽命（12小時(shí)Nal），16 k道轉(zhuǎn)換增益/譜內(nèi)存，內(nèi)置 的加電后診斷，提供數(shù)字示波器幫助設(shè)置，廣泛范圍的處理時(shí)間設(shè)置，允許精確 地滿足探測(cè)器特性和應(yīng)用需求，無(wú)與倫比的溫度穩(wěn)定性，以便在各種環(huán)境條件下 作高質(zhì)量的一致操作，基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)全功能手提MCA適應(yīng)廣泛 動(dòng)態(tài)范圍計(jì)數(shù)率，最小的譜分辨率損失

10、，低系統(tǒng)死時(shí)間以減少計(jì)數(shù)時(shí)間和提高測(cè) 量精度，支持快速USB和高度優(yōu)化的RS-232主機(jī)接口。（二）Target 系列另外，我給大家介紹Target公司,德國(guó)的Target公司是當(dāng)今世界上最先進(jìn) 的放射性能譜分析儀研發(fā)制造的公司之一，其生產(chǎn)的數(shù)字化多道分析儀的優(yōu)越性 能是好多其他公司無(wú)法望其項(xiàng)背的，它的數(shù)字化多道分析儀也是被運(yùn)用最為廣泛 的。1、多道分析插卡dMCA系列dMCA數(shù)字多道分析器是具有PCI技術(shù)的能譜分析PC插卡。它利用DSP數(shù)字 信號(hào)處理技術(shù)，可用一臺(tái)PC機(jī)處理1到64個(gè)獨(dú)立探測(cè)器的輸入信號(hào)。作為通用配 置，dMCAK統(tǒng)包括可插入PC機(jī)的母板和可嵌入母板的各種子板，母板提供處于

11、對(duì)立位置的PCI和EICA連接器，所有dMC/卡可根據(jù)要求裝插夾層板以適應(yīng)不同 的輸入類型?？山邮軄?lái)自能譜的ADC專換器的數(shù)字輸出信號(hào)，可接受來(lái)自探測(cè)器 上前置放大器的的模擬輸出信號(hào)。所有dMCA卡不靠PC可以獨(dú)立自給地工作。使用 dMCA卡的local DSF可保 證連續(xù)獲取數(shù)據(jù)。如果PC主機(jī)掉電，所有dMCA的參數(shù)和最近的譜圖將保存在 電池供電的存儲(chǔ)器中，不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。dMCA有短小型和擴(kuò)展型。短小型是dMCA 4型,半長(zhǎng)卡，有兩個(gè)獨(dú)立的多道分析器，適合兩個(gè)多參數(shù)輸入。擴(kuò)展型是dMCA8 型，占據(jù)整個(gè)PC插槽，它可以配置四個(gè)獨(dú)立多道分析器，適合四個(gè)多參數(shù)輸入。 不同的dMCA板通過(guò)一個(gè)獨(dú)立

12、的ESSI (增強(qiáng)串聯(lián))總線連結(jié)以同步獲取數(shù)據(jù)。數(shù)字化多道分析器可以是直接安裝在計(jì)算機(jī)上的插卡dMCA-pro也可以是獨(dú)立外置的便攜式多道分析器 picoSEPC,兩者任選其一。2、dMCA-Pro數(shù)字化多道分析插卡dMCA-Prc數(shù)字化多道分析插卡是具有PCI技術(shù)的高性能能譜PC插卡，它利 用DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，適用于 HPGe僉測(cè)器，所有dMCA不靠PC機(jī)可以獨(dú) 立自給地工作，使用dMCA卡的local DSP可保證連續(xù)獲取數(shù)據(jù)，如果PC主機(jī)掉 電，所有dMCA卡的參數(shù)和最近的譜圖將保存在電池供電的存儲(chǔ)器中，不會(huì)丟失 數(shù)據(jù)。dMCA-Pro(PCI)數(shù)字化多道分析插卡內(nèi)置有放大器、AD

13、C提供給探測(cè)器和前 置放大器的高壓供給?？梢耘c多種類型的探測(cè)器配套使用，如高純鍺探測(cè)器、X 射線探測(cè)器、SiLi、CZT和閃爍體探測(cè)器。有聯(lián)網(wǎng)功能、多道輸入、設(shè)置有數(shù)字 示波鏡模式、反卷積窗、前置放大器能量供給、高壓供給、高壓抑制等特征。3、picoSEPC便攜式多道分析器數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DSP）的便攜式能譜系統(tǒng)，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、 研究院校、工業(yè)、醫(yī)學(xué)人體計(jì)數(shù)器、核電站?？梢耘c多種類型的探測(cè)器配套使用 如咼純鍺探測(cè)器、X射線探測(cè)器、SiLi、CZT和閃爍體探測(cè)器。有網(wǎng)絡(luò)功能、示 波器顯示方式調(diào)定、反卷積窗、前置放大器電源、高壓電源、高壓抑制、輕巧設(shè) 計(jì)、電池使用時(shí)間10小時(shí)等特點(diǎn)。與

14、dMCA pro相比，picoSEPC便攜式多道分析器除以下幾個(gè)參數(shù)不同外， 其他參數(shù)與dMCA pro相同： RS232/USB接口 尺寸 178X 168X29mm重量 1.1Kg SonyNP-F555/F950或相當(dāng)?shù)腖i電池環(huán)境溫度從-10C至+50C4、多道分析器scintiSPECsci ntiSPEC是完整的多道分析器，無(wú)需同樣功能的 PC插卡。直接安裝在與 探測(cè)器一體的光電倍增管的插座上，免去了高壓電纜和信號(hào)電纜。帶USB接口（用于能譜分析和計(jì)數(shù)）、前置放大器。具有網(wǎng)絡(luò)連接功能、多輸入應(yīng)用、高壓、 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、單道分析模式 （可選）、計(jì)數(shù)器模式（可選）等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)需NIM os

15、ci ntiSPEC是一款高性能的，數(shù)字型的，gamma能譜儀，還包含一個(gè)14針 的管套。它提供高壓，數(shù)字型號(hào)處理和多道功能。電源，連接和控制都是通過(guò)以 太網(wǎng)的RJ-45 口來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)以太斷口來(lái)供電的新型供電方式，相比較 USB連接，提供了更好的速度，適應(yīng)性和傳導(dǎo)率sci ntiSPEC還提供了實(shí)時(shí)測(cè)量，有效時(shí)間測(cè)量，多種預(yù)設(shè)和復(fù)雜的能譜存儲(chǔ)。它包含了能譜內(nèi)存，以及由電池供電的IP時(shí)間協(xié)議同步的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。- 德國(guó) ICx Technologies 公司（三）其他系列1、MCA-3系列多道分析器MCA 一般來(lái)說(shuō)包含模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）、存儲(chǔ)器（Memory）和顯示器（Display） 三個(gè)部分。

16、一般來(lái)說(shuō)常見(jiàn)的都將三者結(jié)合起來(lái)， 比如Ortec的PCI卡，以及FAST ComTec的MCA-3系列都是如此。MCA3系列集合了許多同價(jià)位產(chǎn)品所不具有 的功能。該產(chǎn)品具有512k通道（每個(gè)通道32bit）數(shù)據(jù)量的板載存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ) 器可以經(jīng)過(guò)設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)Fifo Buffer的功能。標(biāo)準(zhǔn)的ADC端口可以接收外部的ADC或者TDC的信號(hào)。數(shù)據(jù)傳輸可以達(dá) 到64k通道x 16bit的速度。可以在5, 000, OOOevents/s的速率下采集外部 ADC 數(shù)據(jù)。內(nèi)部包含的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500ns和8k道分辨能力的 ADC實(shí)現(xiàn)PHA （ pulse height analyzing脈沖幅度分析）的功

17、能。在某些情況下可以實(shí)現(xiàn)1,000,000events/s 的轉(zhuǎn)換率。先進(jìn)的多路定標(biāo)器可以實(shí)現(xiàn)100ns寬度的雙通道信號(hào)輸入（雙輸入模式下200ns）,可以實(shí)現(xiàn)350MHz的計(jì)數(shù)率。非常短的度越時(shí)間（dwell time,100ns）使 得該產(chǎn)品是各種分光計(jì)和激光雷達(dá)這些要求在高的掃描速度下實(shí)現(xiàn)高計(jì)數(shù)率的 理想選擇。8bit數(shù)字輸入輸出端口可以根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)拓展的功能。 軟件控制的雙路 同步輸出可以實(shí)現(xiàn)外部觸發(fā)等功能。MCS模式下可預(yù)先設(shè)置32bit掃描計(jì)數(shù)器。 PHA模式下能實(shí)現(xiàn)精確的死時(shí)間和活時(shí)間計(jì)算。產(chǎn)品中含有的成熟的軟件 MCDWIN與硬件的搭配使得性能得到充分的發(fā) 揮。軟件通過(guò)圖形

18、化界面實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、 數(shù)據(jù)傳輸和能譜顯示等功能?？梢酝ㄟ^(guò)動(dòng)態(tài) 鏈接庫(kù)實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)置的自定義功能。2、AmpTekMCA-8000/型多道分析器MCA'SOGOAThe pcitab I battery operating MCAAmpTekMCA-8000A型多道分析器是一款袖珍型 MCA，具有國(guó)際領(lǐng)先水平。 其不僅功耗低、便于攜帶，而且具有大型設(shè)備才能達(dá)到的高性能。AmpTek利用其20多年制造科學(xué)儀表的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)開發(fā)出一套獨(dú)有的高精度的電路，這使得 MCA-8000A與其它MCAs相比在大小和性能上具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。操作MCA-8000A僅需要一臺(tái)擁有標(biāo)準(zhǔn)RS-232串行接口的電腦。該儀器的高性能主要由一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的低功耗的峰值保留電路（AmpTekPH-300）通過(guò)一個(gè)線性16位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器達(dá)到的。光譜可以儲(chǔ)存并通過(guò)一 個(gè)