一種數字化的多通道脈沖幅度分析儀及重金屬檢測儀的制作方法

本實用新型涉及數據分析技術領域，尤其涉及一種數字化的多通道脈沖幅度分析儀及重金屬檢測儀。

背景技術：

多通道脈沖幅度分析器是能譜測量的一種基本方法，最初的概念化多通道是以機電驅動的方式實現的脈沖幅度分類，而由此方法形成的多通道甄別閾值式分析器由多個閾值間隔相等的幅度甄別器并聯組成，系統體積龐大，性能很差，能夠實現的采樣帶寬，計數頻率和幅值采集精度都比較差。

隨著模數轉換器（ADC）的出現，大大推進了多通道脈沖幅度分析器（MCA）的技術發展，而且集成電路、單片機、計算機等的應用和普及，使得多通道脈沖幅度分析儀（MCA）小型化、智能化和集成化，分析器的系統邏輯結構基本保持著對模擬脈沖信號峰值進行采樣保存并進行模數轉換采集這種架構，這種架構以模擬采集和分離為主，能夠實現較為精確的脈沖幅度采集，但采樣帶寬和計數頻率依然會受到一定的限制。到20世紀90年代以來，隨著高速高分辨率的模數轉換芯片（ADC）和數字信號處理技術的發展，特別是隨著高性能的FPGA芯片的推廣，多通道脈沖幅度分析器的數字化采集成為可能。探測器輸出信號經過前置放大器組成的信號調理電路后，用高速高精度的模擬數字轉換芯片（ADC）進行數字化，并利用數字信號處理技術完成脈沖信號的濾波成形，基線估計，反堆積，幅度提取和校正等處理，配合數字信號處理器（DSP）的編程實現，具有更好的性能、通用性和靈活性，已經成為多通道脈沖幅度分析器的主要實現方式。

目前國內外研制生產的多道脈沖幅度分析器大致分為兩類：一類是以ORTEC、CANBBER及北京核儀器廠為代表生產的多道脈沖幅度分析器。其設計原理采用逐次比較法，其特點是采用數字集成電路芯片來模擬實現A/D（模數轉換），采用數字均道器來調節道寬，其優點是能滿足較高的計數頻率，缺點是積分非線性、微分非線性不太理想。一類是以上海核儀器廠為代表生產的多道脈沖幅度分析器，其設計原理采用線性放電法，其特點是采用中小規模數字集成電路芯片（MCU）來實現控制核心，其優點是積分非線性、微分非線性好，缺點是只能滿足較低的計數頻率。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種數字化的多通道脈沖幅度分析儀，旨在解決上述的技術問題。

本實用新型是這樣實現的，一種數字化的多通道脈沖幅度分析儀，該多通道脈沖幅度分析儀包括分析儀及電源適配器,所述電源適配器電性連接所述分析儀,所述分析儀包括電源管理模塊、高壓模塊、高速ADC采樣模塊、FPGA數據處理模塊及DSP數據處理模塊，所述高速ADC采樣模塊的輸出端連接所述FPGA數據處理模塊的輸入端，所述FPGA數據處理模塊的輸出端連接所述DSP數據處理模塊的輸入端，所述FPGA數據處理模塊的輸出端連接所述高壓模塊的控制端，所述電源管理模塊分別電性連接所述高壓模塊、高速ADC采集模塊、FPGA數據處理模塊及DSP數據處理模塊。

本實用新型的進一步技術方案是：所述高速ADC采集模塊包括信號輸入接口端子、差分ADC驅動器及高速ADC采集器，所述信號輸入接口端子的輸出端連接所述差分ADC驅動器的輸入端，所述差分ADC驅動器的輸出端連接所述高速ADC采集器的輸入端。

本實用新型的進一步技術方案是：所述FPGA數據處理模塊包括高速ADC采樣控制單元、數字脈沖濾波單元、數字脈沖甄別單元、脈沖數據存儲單元及DAC高壓控制單元，所述高速ADC采集器的輸出端連接所述高速ADC采樣控制單元的輸入端，所述高速ADC采樣控制單元的輸出端連接所述數字脈沖濾波單元的輸入端，所述數字脈沖濾波單元的輸出端連接所述數字脈沖甄別單元的輸入端，所述數字脈沖甄別單元的輸出端連接所述脈沖數據存儲單元的輸入端，所述DAC高壓控制單元的輸出端連接所述高壓模塊的控制端。

本實用新型的進一步技術方案是：所述DSP數據處理模塊包括基線恢復單元、堆積判棄單元、峰值檢測單元、多通道幅度計數單元、譜圖生成單元及通信單元，所述基線恢復單元的輸入端連接所述脈沖數據存儲單元的輸出端，所述基線恢復單元的輸出端連接所述堆積判棄單元的輸入端，所述堆積判棄單元的輸出端連接所述峰值檢測單元的輸入端，所述峰值檢測單元的輸出端連接所述多通道幅度計數單元的輸入端，所述多通道幅度計數單元的輸出端連接所述譜圖生成單元的輸入端，所述譜圖生成單元的輸出端連接所述通信單元的輸入端。

本實用新型的進一步技術方案是：所述高壓模塊包括DAC控制單元、PWM調制器、高壓反饋單元、單端反激開關電路、整流濾波單元、高壓采樣單元及直流高壓可調單元，所述單端反激開關電路包括變壓器及開關單元，所述變壓器的輸入端連接所述電源管理模塊的輸出端，所述變壓器的輸入端連接所述開關單元的輸出端，所述開關單元的輸入端連接所述PWM調制器的輸出端，所述PWM調制器的輸入端分別連接所述DAC控制單元的輸出端及高壓反饋單元的輸出端，所述DAC控制單元的輸入端連接所述DAC高壓控制單元的輸出端，所述變壓器的輸出端連接所述整流濾波單元的輸入端，所述整流濾波單元的輸出端連接所述直流高壓可調單元的輸入端，所述直流高壓可調單元的輸出端連接所述高壓采樣單元的輸入端，所述高壓采樣單元的輸出端連接所述高壓反饋單元的輸入端。

本實用新型的進一步技術方案是：所述開關單元采用MOS管。

本實用新型的進一步技術方案是：所述通信單元包括網絡通信接口及串口通信接口，所述網絡通信接口的輸入端連接所述譜圖生成單元的輸出端，所述串口通信接口的輸入端連接所述譜圖生成單元的輸出端。

本實用新型的另一目的在于提供一種重金屬檢測儀，該重金屬檢測儀包多通道脈沖幅度分析儀、前置放大板、SDD傳感器、待測物放置裝置及X射線管，所述X射線管發出X射線照射待測物放置裝置上放置的重金屬，所述SDD傳感器感應經X射線照射重金屬后的X熒光，所述SDD傳感器輸出端連接所述前置放大板的輸入端，所述前置放大板的輸出端連接所述多通道脈沖幅度分析儀的高速ADC采樣模塊的輸入端，所述多通道脈沖幅度分析儀的高壓模塊電性連接所述SDD傳感器。

本實用新型的有益效果是：整個分析儀穩定性、可靠性、線性等性能指標顯著提高，整體的硬件系統體積更小，功耗更低，性價比更高；系統靈活性強，適用面廣，便于使用、維護和技術升級。系統結構簡單、使用方便。減少系統處理時間，提高幅度采集精度，在相同精度下，增大脈沖頻率的范圍；提高數字濾波成形技術，提高高頻率脈沖時的分辨率；提高系統應用的適應性和靈活性。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的數字化的多通道脈沖幅度分析儀及重金屬檢測儀的結構框圖。

具體實施方式

圖1示出了本實用新型提供的數字化的多通道脈沖幅度分析儀，該多通道脈沖幅度分析儀包括分析儀及電源適配器,所述電源適配器電性連接所述分析儀,所述分析儀包括電源管理模塊、高壓模塊、高速ADC采樣模塊、FPGA數據處理模塊及DSP數據處理模塊，所述高速ADC采樣模塊的輸出端連接所述FPGA數據處理模塊的輸入端，所述FPGA數據處理模塊的輸出端連接所述DSP數據處理模塊的輸入端，所述FPGA數據處理模塊的輸出端連接所述高壓模塊的控制端，所述電源管理模塊分別電性連接所述高壓模塊、高速ADC采集模塊、FPGA數據處理模塊及DSP數據處理模塊。分析儀穩定性、可靠性、線性等性能指標顯著提高，整體的硬件系統體積更小，功耗更低，性價比更高；系統靈活性強，適用面廣，便于使用、維護和技術升級。系統結構簡單、使用方便。

所述高速ADC采集模塊包括信號輸入接口端子、差分ADC驅動器及高速ADC采集器，所述信號輸入接口端子的輸出端連接所述差分ADC驅動器的輸入端，所述差分ADC驅動器的輸出端連接所述高速ADC采集器的輸入端。

所述FPGA數據處理模塊包括高速ADC采樣控制單元、數字脈沖濾波單元、數字脈沖甄別單元、脈沖數據存儲單元及DAC高壓控制單元，所述高速ADC采集器的輸出端連接所述高速ADC采樣控制單元的輸入端，所述高速ADC采樣控制單元的輸出端連接所述數字脈沖濾波單元的輸入端，所述數字脈沖濾波單元的輸出端連接所述數字脈沖甄別單元的輸入端，所述數字脈沖甄別單元的輸出端連接所述脈沖數據存儲單元的輸入端，所述DAC高壓控制單元的輸出端連接所述高壓模塊的控制端。

所述DSP數據處理模塊包括基線恢復單元、堆積判棄單元、峰值檢測單元、多通道幅度計數單元、譜圖生成單元及通信單元，所述基線恢復單元的輸入端連接所述脈沖數據存儲單元的輸出端，所述基線恢復單元的輸出端連接所述堆積判棄單元的輸入端，所述堆積判棄單元的輸出端連接所述峰值檢測單元的輸入端，所述峰值檢測單元的輸出端連接所述多通道幅度計數單元的輸入端，所述多通道幅度計數單元的輸出端連接所述譜圖生成單元的輸入端，所述譜圖生成單元的輸出端連接所述通信單元的輸入端。

所述高壓模塊包括DAC控制單元、PWM調制器、高壓反饋單元、單端反激開關電路、整流濾波單元、高壓采樣單元及直流高壓可調單元，所述單端反激開關電路包括變壓器及開關單元，所述變壓器的輸入端連接所述電源管理模塊的輸出端，所述變壓器的輸入端連接所述開關單元的輸出端，所述開關單元的輸入端連接所述PWM調制器的輸出端，所述PWM調制器的輸入端分別連接所述DAC控制單元的輸出端及高壓反饋單元的輸出端，所述DAC控制單元的輸入端連接所述DAC高壓控制單元的輸出端，所述變壓器的輸出端連接所述整流濾波單元的輸入端，所述整流濾波單元的輸出端連接所述直流高壓可調單元的輸入端，所述直流高壓可調單元的輸出端連接所述高壓采樣單元的輸入端，所述高壓采樣單元的輸出端連接所述高壓反饋單元的輸入端。

所述開關單元采用MOS管。

所述通信單元包括網絡通信接口及串口通信接口，所述網絡通信接口的輸入端連接所述譜圖生成單元的輸出端，所述串口通信接口的輸入端連接所述譜圖生成單元的輸出端。

本實用新型的另一目的在于提供一種重金屬檢測儀，該重金屬檢測儀包多通道脈沖幅度分析儀、前置放大板、SDD傳感器、待測物放置裝置及X射線管，所述X射線管發出X射線照射待測物放置裝置上放置的重金屬，所述SDD傳感器感應經X射線照射重金屬后的X熒光，所述SDD傳感器輸出端連接所述前置放大板的輸入端，所述前置放大板的輸出端連接所述多通道脈沖幅度分析儀的高速ADC采采集模塊的輸入端，所述多通道脈沖幅度分析儀的高壓模塊電性連接所述SDD傳感器。

所述ADC采樣控制單元、數字脈沖濾波單元、數字脈沖甄別單元、脈沖數據存儲單元及DAC高壓控制單元均采用數字電路或門電路實現。

所述基線恢復單元、堆積判棄單元、峰值檢測單元、多通道幅度計數單元、譜圖生成單均采用模擬電路或單片機實現。

本申請的多通道的脈沖幅度分析器采用FPGA（Field－Programmable Gate Array；現場可編程邏輯門陣列）和DSP(Digital Signal Processing；數字信號處理器)雙核架構的方式，為整個分析器提供性能卓越的信號采集和處理平臺，配合高速高精度的模數轉換芯片（ADC）可實現寬帶寬、高精度的信號數字化能力，結合數字濾波成形、脈沖波形甄別、數字基線恢復、數字極零零極補償、極零點識別、幅度校正、堆積判棄等數字處理技術，可以實現高采樣帶寬、高計數頻率、高幅度采集精度的數字化多通道脈沖幅度分析，突破目前多通道脈沖幅度分析器停留在模擬多通道的技術水平，研制達到國際先進水平的數字化多通道脈沖幅度分析器。

通過高速高精度的模擬數字轉換處理，利用數字處理技術中的梯形或準梯形的數字濾波成形技術，濾波成形能力強，能針對實際噪聲特點合成最佳或準最佳的濾波器計權函數，可以響應較寬的脈沖頻率，并保持很好的幅度分辨率。

FPGA和DSP的高性能處理器雙核架構，系統處理速度快，反堆積能力強，在相同幅度分辨率的情況下，脈沖頻率的范圍更高。

整個分析系統硬件功能軟件化，系統穩定性、可靠性、線性等性能指標顯著提高，整體的硬件系統體積更小，功耗更低，性價比更高。

系統靈活性強，適用面廣，便于使用、維護和技術升級。

實現了硬件平臺雙核功能的專一化，即FPGA專門做信號采集和數字濾波成形等處理，DSP專門進行算法模型的運行和各種補償計算，可以實現硬件平臺性能的優化配置。

多通道的脈沖幅度分析器是基于FPGA（Field－Programmable Gate Array；現場可編程邏輯門陣列）和DSP(Digital Signal Processing；數字信號處理器)的雙核硬件平臺架構。傳感器/探測器的初始信號經過運放電路進行預調理處理后，進入高速高分辨率的模擬數字轉換芯片（ADC）對信號的數字化轉換，所有數字化的信號進入FPGA模塊進行數字脈沖邏輯處理、數字濾波成形、數字脈沖波形甄別等處理，并通過DSP編程實現數字基線恢復、數字極零零極補償、極零點識別、幅度校正、堆積判棄等脈沖幅度分析算法的運行、計算和分析，得到相應的脈沖幅度數據和頻譜圖。本平臺提供豐富的人機交互接口和通訊接口，最終得到的數據可以通過TFT液晶顯示屏顯示，可以通過以太網口、USB、串口等通訊接口與上位機或者遠程服務器終端進行信息交互。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。